Z oczyszczalni ścieków można odzyskiwać nie tylko wodę, ale także cenne surowce, które potem są wykorzystywane na przykład w rolnictwie czy medycynie. Na Politechnice Wrocławskiej trwają badania prowadzone wspólnie z MPWiK nad opracowaniem specjalnej technologii dla Wrocławskiej Oczyszczalni Ścieków Janówek.

O projekcie „W kierunku gospodarki cyrkularnej – technologie odzysku wody i surowców ze ścieków oczyszczonych" opowiada dr inż. Daria Podstawczyk z Katedry Inżynierii Procesowej i Technologii Materiałów Polimerowych i Węglowych na Wydziale Chemicznym. Zespół pod jej kierownictwem pracuje nad zastosowaniem technologii membranowej do zagospodarowania strumienia odpadowego na cele użytkowe.

Iwona Szajner: Jak zrodził się pomysł na takie badania?

Dr inż. Daria Podstawczyk: Na świecie zaczyna brakować wody, również w Polsce w okresach suszy poziom wód powierzchniowych drastycznie spada. Stajemy więc przed ogromnym wyzwaniem znalezienia alternatywnego źródła pozyskiwania czystej wody. Dlatego wykorzystując ponownie ścieki oczyszczone, które w znacznej mierze kierowane są do rzek, możliwe jest zamknięcie obiegu wody w myśl idei gospodarki cyrkularnej.

Od wielu lat współpracujemy z Centrum Nowych Technologii MPWiK we Wrocławiu oraz z zespołem dr. inż. Kamila Janiaka z Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej.  Wspólnie postanowiliśmy znaleźć rozwiązanie, które pozwoliłoby powtórnie wykorzystać ścieki oczyszczone.

A obecnie co się dzieje z oczyszczonymi ściekami? 

Są pompowane do rzek lub stosuje się je, ale bez dodatkowego uzdatniania, jako wodę technologiczną w oczyszczalni ścieków, m.in. w suszarni osadów. My chcemy opracować zintegrowany system zagospodarowania wody i surowców ze ścieków oczyszczonych zgodnie z założeniami gospodarki cyrkularnej.

Czyli jest to tzw. trzeci etap oczyszczania ścieków?

Zgadza się. Odzyskana woda ma przede wszystkim zastąpić ścieki oczyszczone jako czynnik chłodzący w suszarni osadów, tak aby wyeliminować problem zarastania instalacji. Dodatkowo znaleźliśmy sposób zagospodarowania każdego strumienia generowanego w trakcie uzdatniania ścieków oczyszczonych, tak aby była to technologia bezodpadowa. Kolejnym istotnym elementem naszego projektu jest też monitoring oraz proces usuwania mikrozanieczyszczeń i poprawa jakości ścieków oczyszczonych.

Wasze badania wykorzystują technologię membranową. Może pani wyjaśnić, na czym ona polega?

Postaram się to zrobić w miarę zrozumiale (śmiech). W projekcie stosujemy ciśnieniowe procesy membranowe, do których należą mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza. W separacji membranowej wykorzystuje się filtry membranowe, których działanie można porównać do sit, ale o nieco mniejszych porach, takich w skali mikro- i i nano-. Na membranach separowane są składniki o różnej wielkości/masie cząsteczkowej w zależności od wielkości porów. W zależności od potrzeb, dzięki zastosowaniu procesów membranowych możemy zarówno oczyszczać, zatężać czy frakcjonować dany surowiec.

Techniki membranowe znalazły zastosowanie m.in. w oczyszczaniu ścieków przemysłowych oraz komunalnych czy w procesach uzdatniania wód, przede wszystkim dzięki wysokiej wydajności względem separowanych składników, braku konieczności stosowania dodatkowych substancji chemicznych, niskiemu zużyciu energii, możliwości prowadzenia separacji w sposób ciągły oraz dzięki łatwemu powiększeniu skali technologicznej w tzw. systemie modułowym.

Czym zatem różni się wasze podejście do wykorzystania tej techniki?

Jak dotąd technologie membranowe znalazły przede wszystkim zastosowanie do odzysku wody pitnej ze ścieków oczyszczonych, bez zagospodarowania strumieni odpadowych. Nasz projekt zakłada zarówno produkcję wody o różnej jakości, jak i recycling strumieni towarzyszących. W Polsce brakuje wdrożenia takiego rozwiązania technologicznego na istniejących oczyszczalniach ścieków.

A wy przygotowujecie technologię dla konkretnej oczyszczalni?

W projekcie korzystamy z infrastruktury badawczej do ciśnieniowej separacji membranowej w skali ćwierć-technicznej, którą dysponuje Wrocławska Oczyszczalnia Ścieków. Mogliśmy więc ominąć etap projektowania i budowy stanowiska do badań. Od razu wystartowaliśmy z eksperymentami. Technologia membranowa nie jest skomplikowania, ale jednak kosztowna ze względu na instalację. Membrany i moduły membranowe są stosunkowo drogie, lecz dzięki wspomnianej prostocie, dużej wydajności oraz możliwości ich szybkiej i łatwej regeneracji, koszty inwestycyjne mogą się szybko zwrócić. Nasz projekt ma się zakończyć wdrożeniem konkretnych rozwiązań w oczyszczalni Janówek, jednej z największych w Polsce. Chodzi też o ograniczenie zużycia wody na potrzeby własne oczyszczalni, co się wiąże ze znacznymi oszczędnościami eksploatacyjnymi. Liczymy na to, że nasze rozwiązania będzie dobrym przykładem dla innych obiektów, nie tylko w Polsce.

Jakie surowce jesteście w stanie uzyskać dzięki tym „sitom” membranowym?

Na każdym etapie oczyszczania ścieków uzyskujemy wodę o innej jakości, a tym samym o innym zastosowaniu np. jako woda technologiczna, woda do nawadniania zieleni miejskiej i pól, woda gruntowa, a po dezynfekcji nawet woda pitna i ultraczysta. Ze strumienia odpadowego możemy odzyskać takie pierwiastki jak magnez, wapń i fosfor. Odzyskiwane są one zazwyczaj poprzez zatężanie na membranach oraz w reakcjach strąceniowych w postaci soli fosforanowych wapnia i magnezu. W takich reakcjach możemy wytrącić np. struwit, hydroksyapatyt oraz gips. Substancje te wykorzystywane są w rolnictwie jako nawozy, a także w medycynie czy przemyśle spożywczym. Potrafimy dostrzec potencjał tam, gdzie inni widzą tylko odpad. Dlatego wykorzystując strumienie poboczne, dajemy im drugie życie. Do tej pory udało nam się opracować dwa innowacyjne sposoby przygotowania i zagospodarowania strumieni odpadowych, które zostały zgłoszone do ochrony patentowej.

Rozmawiała Iwona Szajner

*** Projekt finansowany jest przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju oraz Unię Europejską w ramach Programu Inteligentny Rozwój 2014-2020. Liderem projektu jest MPWiK S.A. we Wrocławiu, a Politechnika Wrocławska występuje jako partner. Projekt rozpoczął się w lutym 2020 roku i potrwa do kwietnia 2022 roku. W badania zaangażowani są młodzi naukowcy i studenci z Wydziału Chemicznego i Inżynierii Środowiska. W ramach projektu realizowana jest także praca doktorska oraz prace magisterskie i inżynierskie.