W obliczu nowych wyzwań związanych z gospodarką ściekową, wynikających m.in. z nowej Dyrektywy Ściekowej UE (stopniowa implementacja do 2039/2045 roku), konieczne staje się wdrażanie innowacyjnych technologii pozwalających na osiągnięcie neutralności klimatycznej oraz spełnienie rygorystycznych norm dotyczących usuwania zanieczyszczeń. Jednym z kluczowych rozwiązań w tym zakresie jest Nanocarbon VTA Austria – preparat wieloskładnikowy zawierający nanocząsteczki węgla, który wykazuje wysoką skuteczność w procesach oczyszczania ścieków.
Nowe wyzwania w gospodarce ściekowej
1. Neutralność klimatyczna w sektorze gospodarki ściekowej (>10000 RLM)
Zgodnie z założeniami Zielonego Ładu, oczyszczalnie ścieków będą musiały znacznie zwiększyć swoją efektywność energetyczną, szczególnie w zakresie procesów biologicznego oczyszczania. Kluczowe aspekty obejmują:
- Zwiększenie efektywności biologicznych metod oczyszczania ścieków,
- Maksymalizację uzysku energii/ciepła ze ścieków i odnawialnych źródeł energii.
2. Zeroemisyjność i nowe grupy zanieczyszczeń
Nowe regulacje przewidują znacznie ostrzejsze normy dotyczące redukcji azotu i fosforu (80–90%), a także eliminację nowych grup zanieczyszczeń, takich jak mikroplastik, organizmy antybiotykoodporne oraz antropogeniczne substancje śladowe. Wymagany stopień redukcji tych substancji ma wynosić powyżej 80%.
3. Standaryzacja i cyfryzacja
Wprowadzenie jednolitych standardów działania oraz zasady „Zanieczyszczający płaci” wymusi standaryzację metod monitorowania i raportowania oraz poszerzenie zakresu danych dotyczących zdrowia publicznego.
Czym jest nanotechnologia?
Technologia związana z przetwarzaniem i produkcją struktur mniejszych niż 100 nm w przynajmniej jednym wymiarze charakteryzują się:
- Bardzo dużą powierzchnią w stosunku do objętości,
- Zwiększoną rolą cech powierzchniowych,
- Nowymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi.
Mechanizm działania Nanocarbonu
Nanocarbon VTA to preparat oparty na nanocząsteczkach węgla, wykorzystujący mechanizmy koagulacji, flokulacji oraz adsorpcji. Jego zastosowanie niesie za sobą szereg korzyści:
- Przyspieszenie sedymentacji w osadniku wtórnym,
- Ograniczenie zużycia polimerów, koagulantów oraz energii na napowietrzanie,
- Poprawa odwadnialności osadów i redukcja ładunku powierzchniowego,
- Wzrost efektywności energetycznej oczyszczalni oraz zmniejszenie śladu węglowego,
- Możliwość zastosowania jako ekonomicznie uzasadniona alternatywa dla czwartego stopnia oczyszczania ścieków.
Nanocarbon znacznie przyspiesza sedymentację osadu czynnego w osadniku wtórnym. Na grafice pokazano krzywe sedymentacji porównujące Nanocarbon z innym koagulantem. Produkt wykazuje bardzo dobre właściwości w przypadku dużych przeciążeń hydraulicznych co zwiększa bezpieczeństwo pracy oczyszczalni.
Napowietrzanie to jeden z kluczowych i najbardziej energochłonnych procesów w oczyszczaniu ścieków. Technologia Nanocarbon VTA pozwala na istotne zmniejszenie kosztów operacyjnych poprzez optymalizację procesów biologicznych.
Mechanizmy wpływające na efektywność napowietrzania:
- Poprawa struktury kłaczków i biocenozy bakterii nitryfikacyjnych – zwiększona aktywność mikroorganizmów oraz intensyfikacja procesów dyfuzyjnych prowadzą do wydajniejszej nitryfikacji i denitryfikacji. Zwiększona gęstość kłaczków poprawia retencję mikroorganizmów, co sprzyja stabilniejszej i bardziej efektywnej pracy bioreaktora.
- Lepsza transmisja tlenu z fazy gazowej do fazy wodnej – poprawiona struktura osadu czynnego i zwiększona powierzchnia aktywna mikroorganizmów umożliwiają skuteczniejsze przenikanie tlenu do biomasy. Dłuższy czas kontaktu tlenu z mikroorganizmami przekłada się na bardziej efektywne utlenianie zanieczyszczeń organicznych przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii.
Dzięki tym mechanizmom możliwe jest zmniejszenie zapotrzebowania na energię nawet o kilkadziesiąt procent, co przekłada się na realne oszczędności finansowe i redukcję śladu węglowego oczyszczalni. Poniżej przedstawiono efekty oszczędności na energii elektrycznej w zależności od zastosowanej dawki. Baza do wyliczenia kosztów eksploatacji: Miks energetyczny (PL)= 666 g CO2/kWh, Koszty energii= 0,184 €/kWh
Optymalizacja procesu odwadniania osadów dzięki Nanocarbon VTA
Proces odwadniania osadów stanowi istotny element eksploatacji oczyszczalni ścieków, wpływając zarówno na koszty operacyjne, jak i obciążenie środowiskowe. Nanocarbon VTA wykazuje wysoką skuteczność w poprawie efektywności odwadniania, prowadząc do redukcji zużycia środków chemicznych i zmniejszenia obciążenia oczyszczalni wtórnym ładunkiem z filtratu.
Kluczowe korzyści stosowania Nanocarbon VTA:
- Redukcja zużycia polimerów – zmniejszone zapotrzebowanie na środki kondycjonujące osad przekłada się na niższe koszty eksploatacyjne.
- Lepsza odwadnialność osadów – poprawiona struktura osadu pozwala na efektywniejsze oddzielanie wody, co prowadzi do uzyskania bardziej suchego osadu i redukcji jego objętości.
- Mniejsze wtórne obciążenie oczyszczalni zawracanym filtratem (centratem) – ograniczenie ilości substancji rozpuszczonych w filtracie zmniejsza powtórne obciążenie biologicznego ciągu oczyszczania, co zwiększa stabilność całego procesu technologicznego.
Praktyczny przykład: oczyszczalnia o wielkości 22 000 RLM
Wprowadzenie Nanocarbon VTA (50 ppm) w linii do odwadniania osadów pozwoliło na:
- Redukcję zużycia polimerów:
- Początkowo: 740 l/h roztworu polimeru o stężeniu 0,4%
- Po optymalizacji: 1 600 l/h roztworu polimeru o stężeniu 0,1%
- Oszczędność polimeru: 46,6%
- Roczna redukcja kosztów: 23 200 €
- Bezpośrednia redukcja emisji CO₂: 11,2 Mg na rok
Baza do wyliczenia kosztów eksploatacji: zużycie polimerów = 13-16 kg / Mg sm, Koszty zakupu polimerów = 4,05 €/kg, CO2= 2 kg CO2e/kg polimeru
Zagospodarowanie osadów.
Koszty odbioru i zagospodarowania osadów ściekowych stanowią istotny element wydatków eksploatacyjnych oczyszczalni.
Kluczowe mechanizmy wpływające na oszczędności:
- Wzrost odwadnialności osadów – dzięki poprawie struktury osadu i efektywniejszemu oddzielaniu wody uzyskuje się bardziej suchy placek filtracyjny.
- Zmniejszenie masy osadów – redukcja zawartości wody skutkuje obniżeniem całkowitej masy osadów, co zmniejsza koszty transportu i przeróbki termicznej.
- Większa zawartość suchej masy – wyższa koncentracja suchej substancji w placku filtracyjnym pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie osadów np. w spalarniach czy procesach odzysku energii.
Baza do wyliczenia kosztów eksploatacji: koszty odbioru osadów= 90 €/Mg, SM na wlocie= 3,45 %, SM w placku filtracyjnym= 21,5 %
Przykład oczyszczalni(22 000 RLM)
Oszczędności na kosztach zagospodarowania osadów (Praktyczny przykład: oczyszczalnia wielkości 22 000 RLM)
Jednym z istotnych wyzwań w eksploatacji oczyszczalni ścieków jest wtórne obciążenie układu technologicznego związkami biogennymi i innymi zanieczyszczeniami zawartymi w filtracie (centracie) po procesie odwadniania osadów. Dla przykładowej oczysczalni uzyskano redukcję ChzT o 93%, azotu ogólnego o 11%, fosforu ogólnego o 26%.
Usuwanie mikroplastiku
Mikroplastik stanowi poważne zagrożenie dla ekosystemów wodnych i zdrowia publicznego, dlatego jego skuteczna eliminacja z oczyszczonych ścieków jest kluczowym wyzwaniem dla nowoczesnych oczyszczalni. Nanocarbon VTA, stosowany w dawce 50 ppm, wykazuje wysoką skuteczność w usuwaniu cząstek mikroplastiku o średnicy 1–500 μm, co czyni go skutecznym narzędziem w ograniczaniu zanieczyszczeń środowiskowych.
Mikrozanieczyszczenia, w tym pozostałości farmaceutyków, stanowią poważne zagrożenie dla ekosystemów wodnych i zdrowia publicznego. Ich eliminacja wymaga zaawansowanych technologii, które pozwalają na skuteczną redukcję tych związków przy jednoczesnym zachowaniu efektywności ekonomicznej procesu oczyszczania ścieków. Nanocarbon VTA wykazuje redukcję farmaceutyków na poziomie 93%, co czyni go skutecznym rozwiązaniem w zakresie usuwania trudnych do eliminacji substancji organicznych.
Mechanizmy redukcji mikrozanieczyszczeń:
- Wysoka zdolność adsorpcyjna – nanocząsteczki węgla skutecznie wiążą farmaceutyki i inne śladowe substancje organiczne, ograniczając ich obecność w odpływie z oczyszczalni.
- Koagulacja i flokulacja – wspomaganie procesów agregacji mikrozanieczyszczeń, co ułatwia ich separację w osadzie i zmniejsza ilość substancji toksycznych przedostających się do środowiska.
- Kompatybilność z istniejącymi systemami oczyszczania – Nanocarbon VTA może być stosowany jako ekonomiczna alternatywa dla kosztownych metod zaawansowanego oczyszczania, takich jak ozonowanie czy adsorpcja na węglu aktywnym.
Dzięki zastosowaniu Nanocarbon VTA oczyszczalnie mogą spełniać zaostrzone normy dotyczące usuwania mikrozanieczyszczeń, jednocześnie minimalizując koszty operacyjne i redukując wpływ ścieków na środowisko naturalne.
Patogeny
Obecność patogenów w oczyszczonych ściekach wymaga skutecznych metod ich eliminacji, aby ograniczyć ich przedostawanie się do środowiska. Zastosowanie Nanocarbon VTA w procesie oczyszczania pozwala znacząco zmniejszyć liczbę mikroorganizmów chorobotwórczych, poprawiając jakość odpływu.
Efektywność działania:
- Bakterie chorobotwórcze – redukcja o 91%
- Escherichia coli (E. coli) – redukcja o 99%
Mechanizm eliminacji patogenów:
- Większa adsorpcja bakterii – nanocząsteczki węgla skutecznie wychwytują i wiążą patogeny, ograniczając ich ilość w ściekach oczyszczonych.
- Zmiana warunków mikrobiologicznych – modyfikacja środowiska ściekowego wpływa na zahamowanie rozwoju szkodliwych mikroorganizmów.
- Wsparcie dla procesów biologicznych – poprawa warunków dla pożytecznych bakterii sprzyja naturalnej eliminacji patogenów.
Współczesna gospodarka ściekowa stoi przed szeregiem wyzwań wynikających z rosnących wymagań środowiskowych, dynamicznych zmian regulacyjnych oraz konieczności optymalizacji kosztów operacyjnych. Oczyszczalnie ścieków muszą nie tylko spełniać coraz bardziej rygorystyczne normy emisji, ale także dążyć do minimalizacji śladu węglowego i poprawy efektywności energetycznej.
Kluczowe obszary rozwoju obejmują:
✅ Optymalizację procesów biologicznych, która pozwala na zmniejszenie zużycia energii i lepsze wykorzystanie dostępnych zasobów.
✅ Zwiększenie efektywności odwadniania osadów, co prowadzi do ograniczenia kosztów chemikaliów, transportu i utylizacji.
✅ Redukcję mikrozanieczyszczeń i patogenów, które stają się coraz większym zagrożeniem dla środowiska wodnego i zdrowia publicznego.
✅ Cyfryzację i automatyzację, umożliwiające precyzyjne monitorowanie i sterowanie procesami w czasie rzeczywistym.
Postęp technologiczny umożliwia wprowadzanie innowacyjnych rozwiązań, które nie tylko poprawiają skuteczność oczyszczania, ale także obniżają koszty eksploatacyjne i wspierają cele zrównoważonego rozwoju. Dążenie do neutralności klimatycznej oraz wdrażanie nowych technologii oczyszczania stanowi fundament przyszłości sektora wodno-kanalizacyjnego, zapewniając bezpieczne i efektywne zarządzanie zasobami wodnymi.
Źródło zdjęć i tabel: VTA Austria Gmbh & VTA Gmbh
