Žijeme v době, kdy začíná být i voda velmi ceněnou komoditou, a tak se technologie zaměřené na recirkulaci vody v posledních letech zavádějí do mnoha provozů. Cílem je v první řadě šetřit vodou, ale na to navazuje také znovuvyužití surovin z kalů. Pojďme se podívat na technologie využívající recyklaci vody podrobněji.
Využití recirkulačních akvakulturních systémů při sádkování ryb v období sucha
Recirkulační akvakulturní systémy už se začínají rozvíjet také v ČR, i když převáženě při chovu ryb. Je zde však potenciál jejich využití i při sádkování. Myšlenka recirkulace vody v sádkách je velmi lákavá, ale na její masové využití si ještě budeme muset nějakou dobu počkat, protože tyto technologie jsou zatím ve fázi optimalizace a testování.
Situace se zdá být na první pohled jednodušší, zejména proto, že se ryby v sádce nekrmí, takže produkce odpadních látek je nižší než v chovu a navíc se s rostoucí dobou sádkování snižuje. Výrazný problém, ale představuje nižší teplota, ve venkovním prostředí v podzimních a zimních měsících, která vede k tomu, že biochemické reakce, jako např. nitrifikace a denitrifikace, běží pomaleji, případně zcela ustávají.
Sádky jsou také používány nárazově v závislosti na výlovu rybníků a následnému prodeji ryb, a to přináší problémy, co se týče náběhu biologických filtrů a jejich zatížení. Biofiltry musí být také udržovány v provozuschopném stavu i v době nevyužívání sádek.
Systém recirkulace vody pro akvakultury
Testované technologie jsou založeny na recirkulačním okruhu, který znečištěnou vodu čerpá do čistícího zařízení a následně ji vrací zpět do sádek. Voda je čištěna pomocí separace nerozpuštěných látek, nitrifikace (přeměnou toxičtějších amonných iontů a dusitanů na méně škodlivé dusičnany), případně denitrifikace (odstranění dusičnanů přeměnou na plynný dusík).
Proces separace a čistění vody lze vylepšit použitím ultrafiltračních membránových technologií. Voda vracející se zpět do sádek by měla být sterilizována UV zářením. V nádrži s rybami a případně i v nitrifikaci/denitrifikaci jsou sledovány parametry jako je teplota vody, pH a obsah rozpuštěného kyslíku. Tento systém úpravy a recirkulace vody může být navržen i jako mobilní v rámci daných sádek, což umožňuje manipulaci podle aktuálních potřeb sádkování.
Recirkulace vody v průmyslu
Recirkulace vody v průmyslu má v posledních letech velký potenciál, zejména s ohledem na úbytek vody vlivem sucha. S tím souvisí také nedávné zavádění vodních auditů právě v průmyslových aplikacích, kde zbudování technologií pro šetření vodou přináší výhody.
U průmyslových provozů je časté, zejména v potravinářství, že je voda použita pouze jednou a poté vypouštěna do odpadu. S tím přicházejí poplatky nejen za úpravu vody pro dané použití, ale také za nakládání s vodou odpadní. Recirkulace těchto vod tedy, kromě snížení potřeby vody, přináší finanční úspory.
Recirkulovaná voda může být po úpravě opět použita v provozu, případně využita alespoň jako voda oplachová. Perspektivní je v některých provozech také využití zbytkového tepla odpadních vod.
V mnoha provozech se již využívají membránové metody, zejména ultrafiltrace. Tato metoda je založena na využití membrány, která zachytí částice jejichž velikost se pohybuje mezi 2 nm a 1 µm. Takové rozměry mají třeba bílkoviny či polysacharidy, které jsou v potravinářských provozech běžné.
Co se týče technologie odstranění nečistot, zajímavé aplikace poskytuje nanofiltrace. Tato membránová metoda je zajímavá zejména tím, že na rozdíl od mikrofiltrace či ultrafiltrace, kdy se nečistoty odstraňují na základě prostého sítového efektu (což jinak řečeno znamená, že nečistoty jsou odstraňovány na základě velikosti) je mechanismus separace odlišný.
Závisí totiž také na náboji membrány, absorpční aktivitě rozpuštěné látky vůči membráně anebo mocenství dané látky. Pomocí nanofiltrace jsme například schopni separovat i kyseliny a jejich soli.
Také díky ní můžeme z vody odstranit např. pesticidy a oddělit barviva a soli barviv.
Využití kalů
Kaly získané při čištění vod nemusí nutně představovat jen odpadní surovinu. V mnoha případech mohou být samy zdrojem dalších cenných surovin. Zásoby mnohých minerálů a nerostů se rychle tenčí, a je třeba hledat nové sekundární zdroje. Těmi mohou být dokonce i kaly z ČOV. Výstupem technologií založených na recirkulaci vody by tak do budoucna nemusela být jen čistá voda navrácená zpátky do výrobního procesu, ale i zajímavé suroviny.
Zkoumána byla například možnost získávání fosforu z popelu vzniklého spalováním kalu z ČOV. Fosfor je důležitý zejména pro výrobu hnojiv, a protože zásoby jeho hlavního přírodního zdroje – minerálu apatitu, se rychle ztenčují, hledají se technologie umožňující získávání fosforu ze sekundárních zdrojů. Uvádí se, že obsah fosforu v popelu vzniklého spálením čistírenských kalů je srovnatelný s obsahem fosforu v jeho nejvýznamnějších rudách.
V popelu je ale kromě fosforu, také poměrně velké množství oxidu křemičitého (SiO2), oxidu vápenatého (CaO), oxidu železitého (Fe2O3), ale bohužel také nežádoucích těžkých kovů například olova, kadmia či chromu. Právě přítomnost těžkých kovů (často i ve stovkách mg/kg) brání přímému využití popela v zemědělství.
V současnosti se proto vyvíjí mnoho metod, které mají za cíl oddělit fosfor od těžkých kovů a převést ho na tzv. bio-dostupnou formu. Hlavním úskalím těchto procesů je ale vysoká energetická náročnost a vysoká spotřeba chemikálií spojená s odstraněním těžkých kovů.
Technologií, jejichž cílem je získávání fosforu z kalů, je v dnešní době několik, většina jich je ale stále ve fázi testování a optimalizace. Náklady na jejich provoz jsou bohužel stále velmi vysoké.
Závěr
Recirkulace vody v různých odvětvích průmyslu je v poslední době velmi aktuální a perspektivní. Na to poukazuje i nedávné zavedení vodních auditů. Kromě boje se suchem jsou recirkulační technologie zajímavé také v souvislosti se znovuvyužitím kalů. Právě kaly mohou být cenným sekundárním zdrojem mnoha surovin, jejichž nerostné zásoby se rychle ztenčují.
Zdroje
- ŠYC M., KRUML M., POHOŘELÝ M., SVOBODA K., PUNČOCHÁŘ M.: Recyklace fosforu z popelu po spalování čistírenských kalů
- POLICAR T., FUKA T., BLECHA M.: Nové postupy a technologické komponenty a možnosti jejich využití v akvakultuře, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích – Fakulta rybářství a ochrany vod, Vodňany 2018
