Ozonowanie a sorpcja w usuwaniu zanieczyszczeń
- Szczegóły
W ostatnich latach zaczęto zwracać coraz większą uwagę na problem przedostawania się farmaceutyków do środowiska, a w szczególności do wód, które następnie są źródłem wody do picia. Farmaceutyki to aktywne biologicznie związki, stosowane głównie w medycynie i weterynarii. Do tej grupy należą tysiące związków chemicznych o specyficznych właściwościach biologicznych i fizykochemicznych, a liczba ta będzie ciągle rosnąć, z uwagi na to, iż zarówno medycyna, jak i weterynaria, cały czas starają się znaleźć nowe sposoby leczenia chorób.
Naukowcy od wielu lat zwracają uwagę na duży wpływ oddziaływania przemysłu farmaceutycznego na środowisko naturalne. Obecność w nim farmaceutyków jest bardzo niebezpieczna nie tylko dla ludzi, ale także dla roślin i zwierząt. Jedną z najważniejszych dróg przedostawania się tych związków do wód jest ich występowanie w ściekach oczyszczonych wypływających z oczyszczalni ścieków. Dzieje sie tak dlatego, że w większości procesów stosowanych obecnie do oczyszczania ścieków usuwa się tylko niewielką część związków należących do szerokiej grupy mikrozanieczyszczeń.
W związku z tym, najbardziej oczywistym rozwiązaniem tego problemu było opracowanie metody, umożliwiającej całkowite ich wyeliminowanie z odpływu z oczyszczalni. Ze względu na to, iż farmaceutyki i ich metabolity to jedne z najtrudniejszych zanieczyszczeń do usunięcia z wody lub ścieków, konieczne jest przeprowadzenie badań, w celu znalezienia skutecznych metod ich usuwania. Wykazano, że zastosowanie technologii, takich jak: procesy membranowe, adsorpcja na granulowanym węglu aktywnym, czy metody pogłębionego utleniania, w tym ozonowanie, mogą być efektywne w usuwaniu mikrozanieczyszczeń.
Ozonowanie w procesie oczyszczania ścieków
Wiele testów pilotażowych dowiodło, że ozonowanie ma wysoki potencjał utleniania farmaceutyków w wodzie i ściekach i jest uważane za najbardziej perspektywiczną i skuteczną metodę, którą można wprowadzić w skali technicznej do już istniejących oczyszczalni ścieków. Mikrozanieczyszczenia mogą być utleniane nie tylko przez bezpośrednie działanie ozonu na cząsteczkę, ale także poprzez działanie rodników hydroksylowych •OH.
W przypadku wykorzystywania ozonowania do usuwania farmaceutyków ze ścieków, konieczne jest prowadzenie tego procesu na dobrze oczyszczonych ściekach. Chodzi o to, aby wykorzystać silne działanie utleniające ozonu w kierunku dedykowanych do tego zanieczyszczeń, a nie tych, które mogą być usunięte przy użyciu klasycznych metod oczyszczania ścieków. Substancje w cieczy „konkurują ze sobą” o ozon, czyli w przypadku podwyższonych stężeń określonych substancji, może się okazać, że nie wystarczy go do utlenienia farmaceutyków.
Przeczytaj także: Działanie ozonowania soli fizjologicznej
Pokazuje to jak ważne dla skuteczności ozonowania są wszystkie procesy technologiczne wykorzystywane w oczyszczalni ścieków przed tym procesem. Niskie wartości OWO i azotynów są kluczowe w przypadku ozonowania. Zastosowanie procesu ozonowania w oczyszczaniu ścieków powinno zostać poprzedzone dokładnym oszacowaniem bezpieczeństwa prowadzenia tego procesu. Jest to związane z tym, iż reakcje ozonu w niektórych cieczach mogą prowadzić do powstawania potencjalnie toksycznych produktów ubocznych procesu ozonowania.
Najsilniejszym utleniaczem jest ozon. Ozon powoduje ozonalizę, rozszczepienie (rozkład) związków organicznych posiadających podwójne wiązania, w tym również związków aromatycznych. Często istnieje niebezpieczeństwo pojawienia się ubocznych produktów utleniania.
Adsorpcja w procesie oczyszczania ścieków
Chemiczne metody filtracji wody stanowią kluczową formę technologii uzdatniania. Koncentrują się na usuwaniu zanieczyszczeń za pomocą substancji chemicznych. Adsorpcja na węglu aktywnym to skuteczna metoda usuwania substancji chemicznych z wody. Mimo swojej prostoty, jest bardzo skuteczna.
Adsorpcja zanieczyszczeń z roztworów wodnych na adsorbentach porowatych jest związana z występowaniem na powierzchni każdego ciała stałego niezrównoważonych sił międzycząsteczkowych, skierowanych w głąb tego ciała. Z tego powodu ciała stałe dysponują pewną ilością wolnej energii powierzchniowej i dążąc do jej zmniejszenia, sorbują na swej powierzchni zanieczyszczenia.
Proces adsorpcji przebiega tak długo, aż wytworzy się równowaga adsorbent-roztwór polegająca na tym, że ilość cząstek, która zostaje zaadsorbowana jest równa ilości cząstek, które desorbują z powierzchni adsorbenta w określonym czasie. Stężenie roztworu w stanie równowagi z adsorbentem nazywa się stężeniem równowagowym C.
Przeczytaj także: Opinie o ozonowaniu w Mysiadle
Do sorpcji zanieczyszczeń z wód najczęściej stosuje się węgle aktywne w postaci ziarnistej lub granulowanej oraz pylistej. Pyliste węgle aktywne stosowane są w układzie porcjowym, zaś pozostałe w warunkach przepływowych.
Innowacyjne preparaty mikrobiologiczne
Na Uniwersytecie Śląskim powstał nowatorski preparat biologiczny, który może zrewolucjonizować sposób funkcjonowania oczyszczalni ścieków w Polsce i za granicą. W centrum opracowanego preparatu znajdują się wyspecjalizowane bakterie, wyizolowane z osadów czynnych, pracujących w polskich oczyszczalniach. W przeciwieństwie do wielu dostępnych na rynku rozwiązań, które opierają się na szczepach importowanych, najczęściej niedostosowanych do lokalnych warunków, patent Uniwersytetu Śląskiego opiera się na rodzimych mikroorganizmach.
Nowy preparat wykazuje wielokierunkowe działanie, wspomagające kluczowe procesy biologicznego oczyszczania ścieków. Szczepy wchodzące w jego skład przyspieszają rozkład związków organicznych, a także wspierają procesy nitryfikacji i denitryfikacji. Wdrożenie preparatu może przynieść konkretne korzyści zarówno technologiczne, jak i ekonomiczne. Ograniczenie ilości osadów wtórnych, stabilizacja parametrów pracy reaktorów biologicznych oraz większa odporność mikroflory na zwiększony ładunek zanieczyszczeń w ściekach lub zmianę ich składu to tylko niektóre z zalet.
Prace nad preparatem mają charakter aplikacyjny i są ukierunkowane na jego praktyczne zastosowanie w oczyszczalniach komunalnych. Obecnie trwają testy w warunkach rzeczywistych w wybranych instalacjach, a zespół naukowy poszukuje partnerów do szerszej komercjalizacji wynalazku. Rozwiązanie opracowane na Uniwersytecie Śląskim wpisuje się w coraz silniejszy trend lokalnego uniezależniania się od produktów zagranicznych oraz dążenia do optymalizacji eksploatacji oczyszczalni w warunkach rosnących kosztów energii i zaostrzających się norm środowiskowych.
Czterostopniowe oczyszczanie ścieków
Czwarty stopień oczyszczania to zaawansowany etap oczyszczania ścieków, wykraczający poza klasyczne oczyszczanie mechaniczne, biologiczne (II stopień) i chemiczne (III stopień). Obejmuje on zazwyczaj usuwanie mikrozanieczyszczeń takich jak farmaceutyki, mikroplastiki, substancje endokrynnie czynne czy związki trudno rozkładalne, często z użyciem nowoczesnych technologii.
Przeczytaj także: Oczyszczanie powietrza: Ozonowanie czy adsorpcja?
Regulacje i wymagania Unii Europejskiej wytyczają jasną ścieżkę: do końca 2033 r. 20% wszystkich oczyszczalni ścieków w Polsce będą musiały usuwać mikrozanieczyszczenia ze ścieków. Wdrażając opisane rozwiązanie już teraz, średnie oczyszczalnie mogą przygotować się na przyszłe obowiązki i poprawić wskaźniki jakości ścieków przy niskim nakładzie inwestycyjnym. W NEWATER z zainteresowaniem śledzimy innowacje, które mogą realnie wspierać eksploatatorów oczyszczalni ścieków. Preparaty mikrobiologiczne nowej generacji - szczególnie oparte na lokalnych szczepach - stanowią cenny kierunek rozwoju w kontekście stabilizacji procesów biologicznych i poprawy efektywności oczyszczania.
Wiele oczyszczalni ścieków zostanie objęte wymogiem wprowadzenia dodatkowego etapu oczyszczania ścieków w celu usunięcia mikrozanieczyszczeń zgodnie ze zmienioną dyrektywą UE dotyczącą oczyszczania ścieków komunalnych. W oparciu o najnowszą technologię i praktyczne doświadczenie, ozonowanie podczas filtracji jest jednym z najskuteczniejszych metod usuwania zanieczyszczeń. Modułowy system ozonowania zapewnia elastyczną reakcję na silne wahania natężenia przepływu ścieków i ich składu.
Artykuł opisano działania podjęte przez właścicieli oczyszczalni ścieków biorąc pod uwagę czterostopniowe oczyszczanie ścieków tj. usuwanie szerokiego spektrum mikrozanieczyszczeń. Zgodnie z fragmentem dyrektywy: “Do 2035 roku ścieki komunalne zostaną poddane wtórnemu oczyszczeniu przed wprowadzeniem ich do środowiska, we wszystkich aglomeracjach o wydajności co najmniej 1000 RLM. Do 2039 r. trzeci stopień oczyszczania (tj. usuwanie azotu i fosforu) będzie stosowany we wszystkich oczyszczalniach ścieków o RLM od 150 tys., a do 2045 r. w oczyszczalniach powyżej 10 tys. RLM. Dodatkowy, czwarty stopień oczyszczania mikrozanieczyszczeń będzie obowiązkowy dla wszystkich podmiotów o RLM powyżej 150 tys.
Mikrozanieczyszczenia antropogeniczne obejmują farmaceutyki, pestycydy, środki czyszczące, produkty kosmetyczne i chemikalia przemysłowe. Obecnie w większości oczyszczalni ścieków te substancje śladowe nie są jeszcze w pełni degradowane i zatrzymywane. Pomimo tego, że wpływ poszczególnych substancji na ludzi i ekotoksykologię został już zbadany, bardzo niewiele wiadomo na temat możliwych skutków występowania różnych substancji w wodzie. W zmienionej dyrektywie zdefiniowano 12 kluczowych substancji i określono ich wartości referencyjne. Co najmniej sześć z wymienionych substancji musi zostać zredukowanych o co najmniej 80% podczas oczyszczania ścieków.
Adsorpcja na węglu aktywnym i ozonowanie w połączeniu z następującym po nich etapem są stosowane od kilku lat. Ozonowanie w połączeniu z granulowanym węglem aktywnym (GAC-Granular activated carbon) oferuje kilka zalet: 80% skuteczności podczas eliminacji zanieczyszczeń osiągana jest nawet przy zmiennym składzie ścieków. Substancje utleniające się i częściowo adsorbowane są usuwane przed zastosowaniem węgla aktywnego.
Udowodniono, że kompaktowa konstrukcja wymaga o 70% mniej miejsca. Najbardziej ekonomiczne rozwiązania zależą przede wszystkim od rodzaju ścieków i stężenia mikrozanieczyszczeń. Każdy generator ozonu ma optymalny punkt pracy, w którym koszty eksploatacji są zminimalizowane. Ten optymalny punkt pracy zależy od wydajności i stężenia ozonu, a także kosztów energii elektrycznej, tlenu i wody chłodzącej. Optymalna wydajność w trybie nominalnym powinna być niższa niż 8 kWh/kg ozonu. Poziomy DOC po konwencjonalnym oczyszczaniu zwykle mieszczą się w zakresie od 5 do 15 mg/l. Wymagana szybkość dozowania ozonu wynosi od 0,3 do 0,8 g ozonu/g DOC, co stanowi kluczowe parametry do obliczenia potrzebnej ilości ozonu. Typowy czas kontaktu czynników wynosi od 20 do 30 minut.
Systemy ozonowania są zwykle projektowane w oparciu o maksymalne natężenie przepływu ścieków i najwyższą oczekiwaną zawartość DOC, aby zapewnić utrzymanie wydajności redukcji nawet w godzinach szczytu. Jednak takie obciążenia szczytowe rzadko występują. Badania przeprowadzone w kilku projektach pilotażowych przez firmę ProMinent GmbH z Heidelbergu w Niemczech wykazały, że wymagana wydajność ozonu wynosi mniej niż 50% maksymalnej wydajności ozonu przez ponad 75% czasu pracy konwencjonalnych systemów. Maksymalna wydajność jest wymagana tylko przez 12% całkowitego czasu pracy. Rozmowy z pracownikami oczyszczalni ścieków potwierdzają te wyniki. Dla porównania, system modułowy działa znacznie wydajniej. W jednej instalacji możliwe jest uruchomienie do 16 niezależnie działających modułów generujących ozon, w zależności od rzeczywistego zapotrzebowania na ozon.
Do tej pory standardem skutecznej eliminacji mikrozanieczyszczeń przy maksymalnych przepływach czas kontaktu czynników wynosił od 20 do 30 minut. Wymaga to dużych zbiorników procesowych wykonanych z betonu i stali, które są kosztowne w budowie i zajmują dużo miejsca. Z drugiej strony projekt pilotażowy w oczyszczalni ścieków w Luksemburgu z systemem modułowym przyniósł pozytywne wyniki pomimo znacznie krótszych czasów kontaktu. Skład ścieków jest ogromnym wyzwaniem, ponieważ pochodzą one z różnych źródeł (prywatnych i przemysłowych). Masa organiczna jest stosunkowo wysoka, a dodatkowo mamy podwyższony poziom bromku.
Analizy bieżących projektów pilotażowych dowodzą skuteczności modułowych systemów ozonowania jako ulepszonego sposobu usuwania mikrozanieczyszczeń w oczyszczalniach ścieków. Systemy łączące ozonowanie i węgiel aktywny usuwają mikrozanieczyszczenia ponad 80%. System ozonowania firmy ProMinent w połączeniu z wydajnym mieszaniem, umożliwia znaczne skrócenie czasu kontaktu ze ściekami. W zależności od rodzaju ścieków i wymagań dotyczących wydajności oczyszczania, system oczyszczania można elastycznie dostosować do warunków poprzez automatyczne włączanie i wyłączanie modułów ozonatora. Dzięki modułowej koncepcji istniejące systemy można łatwo rozbudowywać, wymieniać lub modernizować.
Ozonator vs. Oczyszczacz Powietrza: Kluczowe Różnice
Najważniejsza różnica tkwi w sposobie radzenia sobie z zanieczyszczeniami. Ozonator aktywnie wytwarza substancję (ozon), która niszczy patogeny i cząsteczki zapachowe w całym pomieszczeniu, docierając do każdej szczeliny. Jest to proces chemicznej sterylizacji. Z kolei oczyszczacz działa pasywnie, filtrując powietrze, które do niego dotrze. Usuwa fizyczne cząsteczki, ale nie dezynfekuje powierzchni.
Kwestia eliminacji niewidzialnych zagrożeń, takich jak wirusy, bakterie i zarodniki pleśni, jest jednym z kluczowych pól, na których porównuje się ozonatory i oczyszczacze powietrza. Ozonator prowadzi aktywną wojnę z mikroorganizmami. Wytwarzany przez niego ozon (O3) jest gazem, który wypełnia całe pomieszczenie i jako silny utleniacz bezpośrednio atakuje patogeny. Niszczy on strukturę wirusów, bakterii i grzybów poprzez utlenianie ich białek i lipidów, co prowadzi do ich dezaktywacji i śmierci. Jest to proces biobójczy. Oczyszczacz powietrza z filtrem HEPA działa natomiast jak pułapka. Zasysa powietrze i fizycznie zatrzymuje mikroorganizmy na powierzchni filtra. Nie zabija ich aktywnie, ale usuwa z cyrkulacji, uniemożliwiając im dotarcie do naszych dróg oddechowych.
Usuwanie zapachów
Walka z nieprzyjemnymi zapachami w domu to częsty problem, a jego źródła mogą być bardzo różnorodne, od dymu papierosowego, przez gotowanie, po obecność zwierząt. Zarówno ozonator, jak i oczyszczacz powietrza mogą pomóc, ale ich skuteczność w tej dziedzinie jest diametralnie różna.
Ozonator jest bezkonkurencyjny w usuwaniu uporczywych i głęboko osadzonych zapachów. Jego działanie nie polega na maskowaniu, ale na trwałej eliminacji źródła problemu. Ozon (O3), wchodząc w reakcję z cząsteczkami chemicznymi odpowiedzialnymi za zapach, utlenia je, rozbijając na prostsze i bezwonne związki. Dzięki temu, że ozon jest gazem, dociera on wszędzie tam, gdzie dotarł zapach - wnika w ściany, tapicerkę mebli, dywany i zasłony. Jest to proces chemicznej neutralizacji.
Tradycyjny oczyszczacz powietrza również może pomóc w walce z zapachami, ale jego skuteczność jest ograniczona i zależy od konkretnego filtra. Sam filtr HEPA, zaprojektowany do usuwania cząstek stałych, nie radzi sobie z zapachami, które są gazami. Kluczową rolę odgrywa tutaj filtr z węglem aktywnym. Węgiel aktywny ma porowatą strukturę o ogromnej powierzchni, która działa jak gąbka, adsorbując, czyli pochłaniając, lotne związki organiczne (LZO) i cząsteczki zapachowe. Jest skuteczny w neutralizowaniu codziennych, mniej intensywnych zapachów, takich jak te z gotowania czy lekkiego zapachu zwierząt.
W bezpośrednim porównaniu, ozonator jest narzędziem o znacznie większej sile uderzeniowej. Jest idealny do jednorazowych, radykalnych akcji, kiedy musisz usunąć bardzo intensywny i trwały zapach, na przykład po poprzednich lokatorach palących w mieszkaniu. Oczyszczacz powietrza z dobrym filtrem węglowym to z kolei rozwiązanie do ciągłej pracy i utrzymywania świeżości na co dzień. Sprawdzi się, by na bieżąco neutralizować zapachy z kuchni czy delikatną woń kuwety.
| Funkcja | Ozonator | Oczyszczacz Powietrza |
|---|---|---|
| Zasada działania | Wytwarza ozon (O3) do neutralizacji zanieczyszczeń na poziomie molekularnym | Mechanicznie filtruje powietrze, usuwając cząstki stałe |
| Skuteczność | Wysoka w dezynfekcji i usuwaniu uporczywych zapachów | Wysoka w usuwaniu alergenów, smogu i innych zanieczyszczeń stałych |
| Bezpieczeństwo | Wymaga ostrożności, używać tylko w pustych pomieszczeniach | Bezpieczny do ciągłego użytku w obecności ludzi i zwierząt |
| Zastosowanie | Do zadań "uderzeniowych", np. usuwanie pleśni, sterylizacja po zalaniu | Do ciągłego użytku, np. dla alergików, w sezonie smogowym |
tags: #ozonowanie #a #sorpcja #usuwanie #zanieczyszczeń
