Objavljeno: 27.2.2023.
Članak uredila i objavila: Andrea Božić
Znatna količina iskorištene vode s vremenom postaje otpadna voda koju je potrebno pročistiti prije ispuštanja u prirodu, što troši puno energije. Prema Agenciji za zaštitu okoliša SAD-a, postrojenja za otpadne vode zauzimaju više od trećine komunalnih energetskih proračuna. Zato je sve više istraživanja usmjereno na obnavljanje resursa iz otpadnih voda. Ovaj proces je otežan prisutnošću velikog broja različitih vrsta onečišćivala, ali ipak se razvijaju kreativni načini njihove pretvorbe u korisne proizvode [1].
Energija iz organskih materijala
Otpadne vode mogu sadržavati količinu energije tri i više puta veću od količine energije potrebne za njihovu obradu. Proces anaerobne digestije je razvijen i visoko preporučen kao ekološki prihvatljiva i ekonomski učinkovita tehnologija za obnovu dijela ove energije, a obuhvaća razgradnju biorazgradivih organskih materijala, stabilizaciju mulja i proizvodnju bioplina iz otpadnih voda. Bioplin sadrži 50-70 % metana, koji se u postrojenju za pročišćavanje može koristiti za napajanje plinskih motora i proizvodnju električne i toplinske energije. Procijenjen je 40 % manji utrošak energije kod uređaja za pročišćavanje otpadnih voda s anaerobnom digestijom mulja u odnosu na uređaje za pročišćavanje otpadnih voda bez anaerobne digestije [2].
U tijeku je i razvoj naprednijih tehnika pretvorbe otpadnog mulja u biogoriva koja se mogu koristiti kao zamjena za benzin i dizelsko gorivo. Biodizel se javlja kao obećavajuća alternativa za fosilni dizel, a najčešće se proizvodi od biljnih ulja metodom transesterifikacije. Otpadni mulj iz uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, s visokim udjelom lipida i niskom cijenom, može biti idealan kandidat za proizvodnju biodizela.
Za proizvodnju biodizela preporučuje se i odabir mikroalgi zbog njihove sposobnosti stvaranja većeg sadržaja ulja. Manje toksična otpadna voda anaerobne digestije mogla bi biti idealan medij za rast mikroalgi zbog visokih koncentracija dušika, fosfora, mikronutrijenata i otopljenih soli. Također, uzgoj mikroalgi u efluentu anaerobne digestije koristan je za uklanjanje hranjivih tvari i na taj način nadopunjuje pročišćavanje otpadnih voda [3].
Dobivanje hranjivih tvari iz otpadnih voda
Hranjive tvari poput dušika i fosfora, koji su bitni elementi potrebni biljkama za rast, mogu se obnoviti iz sirove otpadne vode, polupročišćenih tokova otpadnih voda i otpadnog mulja. U trenutnim procesima pročišćavanja otpadnih voda koristi se energija za pretvaranje amonijaka, pretežito iz urina, u plinoviti dušik. Primjenom Haber-Bosch procesa, u industriji se plinoviti dušik ponovno prevodi u amonijak, uglavnom za proizvodnju gnojiva. Pri tome se troše velike količine prirodnog plina.
Prema tome, bilo bi učinkovitije ekstrahirati amonijak bez njegove pretvorbe. Jedan od potencijalnih načina je odvajanje urina od glavnog toka otpadne vode, kod kojeg se hranjive tvari teoretski mogu obnoviti na razini od 70 % korištenjem sustava za prikupljanje urina u zahodima, koji su već komercijalno dostupni [1]. Procjenjuje se da urin sadrži 70-80 % dušika i 50 % fosfora, a u takvim sustavima se, nakon dezinfekcije, može koristiti kao gnojivo. Dakle, radi se o ekološki prihvatljivoj tehnologiji koja smanjuje potražnju za energijom i stvara sinergiju između pročišćavanja otpadnih voda i oporabe hranjivih tvari [2].
Hranjive tvari se mogu obnoviti i kao mineral struvit ili magnezijev amonijev fosfat, koji se može prirodno formirati tijekom pročišćavanja otpadnih voda. Kontroliranjem njegovog nastajanja može se izbjeći oštećenje opreme. Istraživači su postigli prinose usporedive s komercijalnim gnojivima testirajući prikupljeni struvit na usjevima u laboratorijima [1].
Više mogućnosti – rudnik zlata
Otpadne vode sadrže iznenađujuće količine plemenitih metala. U SAD-u 2015. godine grupa istraživača u Arizoni je uzorkovala kanalizacijski mulj proizveden od milijun ljudi i tako došla do otkrića da se godišnje u tako proizvedenom otpadu može pronaći metala u vrijednosti od 13 milijuna američkih dolara, od čega 2,6 milijuna dolara zauzimaju zlato i srebro [4]. Slično istraživanje je provedeno 2017. u Švicarskoj u 64 postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda i otkriveno je da se svake godine diljem zemlje u otpadne vode izbaci zlato i srebro u vrijednosti od otprilike 3 milijuna dolara [5]. Kako bi zamijenili manje ekološki prihvatljive konvencionalne tehnologije, razvijaju se novi načini uklanjanja tih metala iz otpadnih voda i njihovu ponovnu upotrebu. Primjer toga su membranski sustavi za selektivno uklanjanje plemenitih metala iz vode i biosustavi koji uključuju korištenje mikroorganizama za njihovo obnavljanje [1].
Iako je većina ovih tehnika u ranoj fazi razvoja, imaju potencijal učiniti otpadnu vodu vrijednim i isplativim resursom.
Piše: Patricija Hršak, mag. ing. oecoing.
Foto: Astrid Werbolle
Literatura
[1] The Conversation, https://theconversation.com/wastewater-is-an-asset-it-contains-nutrients-energy-and-precious-metals-and-scientists-are-learning-how-to-recover-them-113264
[2] Zarei, M., Wastewater resources management for energy recovery from circular economy perspective, Water-Energy Nexus, 3 (2020) 170-185.
[3] Li, H., Liu, Z., Wang, M., Lu, J., Bultinck, T., Wang, Y., … Dong, T., Hydrothermal conversion of anaerobic wastewater fed microalgae: effects of reaction temperature on products distribution and biocrude properties, IET Renewable Power Generation, 13 (2019) 2215-2220.
[4] Sewage sludge could contain millions of dollars worth of gold, https://www.science.org/content/article/sewage-sludge-could-contain-millions-dollars-worth-gold#:~:text=It%20turns%20out%20that%20a,city%20of%20a%20million%20people.
[5] There's Gold In Them Thar Sewage Pipes, Swiss Researchers Say, https://www.npr.org/sections/thetwo-way/2017/10/11/557090373/there-s-gold-in-them-thar-sewage-pipes-swiss-researchers-discover
