Anaerobní membránový reaktor

S rapidním nástupem nových materiálů na trh je možné konstruovat membrány, jejich aplikací spolu s anaerobní technologií vznikne tzv. Anaerobní Membránový Reaktor (AnMBR). V únoru 2017 jsme spustili tuto finální fázi aplikovaného výzkumu na plzeňské ČOV provozovalele Vodárna Plzeň, a.s. Čištění městských odpadních vod (OV) již neznamená pouze sanitaci urbanizovaných území, tj. likvidaci splašků, městské odpadní vody jsou nevyčerpatelným zdrojem energie, cenných chemických látek a koneckonců i vody samotné. Tlak na aplikaci nových technologií pro nakládání s odpadními vodami se neustále zvyšuje. Jednak jde o zpřísňující se legislativní požadavky, jednak se s měnícím klimatem zvyšuje tlak na zdroje vody a dalších surovin (včetně zdrojů energie). Dnešní technologie čištění městských odpadních vod jsou však založeny na principu oxidace znečišťujících látek v OV, což je velice energeticky náročné. Tyto aerobní technologie (tzv. aktivační proces) navíc potenciální obnovitelné zdroje z OV odstraňují a znemožňují jejich zpětné využití. Například průměrná spotřeba energie v ČR (rok 2015) na vyčištění 1 m3 OV byla dle MZe vyčíslena na 16,- Kč (medián). Naším cílem je vyvinout technologii založenou na odlišném přístupu k čištění OV. Aplikací anaerobní technologie, jako jsou UASB nebo IC reaktory a různé jejich modifikace, je možné již dnes recyklovat energii z OV při procesu jejího čištění. Tyto technologie jsou však zpravidla aplikovány v regionech světa s vyšší průměrnou denní teplotou (nad 20 °C) a v legislativně méně regulovaném (nenáročném) prostředí (např. Jižní Amerika, Indie, Čína). Přímé využití anaerobních technologií v podmínkách klimaticky „chladné“ střední Evropy bylo dosud nemyslitelné, protože při nižší teplotě nedokáží garantovat potřebnou kvalitu odtoku. S rapidním nástupem nových materiálů na trh je možné konstruovat membrány, jejich aplikací spolu s anaerobní technologií vznikne tzv. Anaerobní Membránový Reaktor (AnMBR). Ten je schopen zaručit při správném provozování dokonalou kvalitu odtoku a přitom zajistit potřebné prostředí pro růst a aktivitu anaerobních bakterií (retence biomasy uvnitř systému). AnMBR jsou dosud s úspěchem aplikovány v průmyslu ve vyspělém světě, na koncentrované a teplé proudy OV, ze kterých recyklují energii a vyčištěná odpadní voda může být recyklována jako voda provozní. Jedinečnost námi vyvíjené technologie spočívá v aplikaci tohoto typu reaktoru na městské OV, tedy na relativně zředěný a studený proud OV o značných průtocích. Při teplotě OV typicky pod 15 °C je aktivita anaerobní biomasy limitována a tím i efektivita čištění OV a produkce energie v podobě methanu – energeticky bohatého plynu. Před 4 lety jsme zkonstruovali v laboratoři jednoduchý anaerobní reaktor (typ UASB), na kterém jsme testovali účinnost čištění reálné městské odpadní vody při 15 °C. K tomuto reaktoru jsme o dva roky později přidali námi vyrobený membránový modul, kdy samotný materiál membrány nám pro vědecké účely zapůjčili v zahraničí. Během ročního laboratorního testování, kdy jsme dle reálných dat identifikovali limity a perspektivy takového systému a jeho energetickou náročnost, jsme navrhli a sestrojili poloprovozní model o objemu 3 m3, určený na testování přímo u zdroje OV – na reálné ČOV. Tento model je v zásadě zmenšeninou opravdové ČOV, tedy jak by taková inovativní, moderní ČOV mohla v blízké budoucnosti vypadat, s kompletním řídícím systémem, automatizací a bezpečnostními prvky. V únoru 2017 jsme spustili tuto finální fázi aplikovaného výzkumu na plzeňské ČOV provozovalele Vodárna Plzeň, a.s. Zásadní výhodou námi vyvinuté technologie je schopnost recyklovat energii z OV, namísto jejího nákladného odstraňování aktivačním procesem. Organické látky (znečištění) jsou činností anaerobních bakterií převedeny na bioplyn (methan), a ten lze energeticky využít. Zvýšené náklady na provoz membrán jsou kompenzovány anaerobním způsobem čištění, tedy úsporou na dodávce vzduchu. Neméně důležitým faktem je kvalita odtoku. Ten je vlivem membrán (dokonale zbaven nerozpuštěných látek) přímo předurčen k autotrofnímu odstraňování dusíkatého znečištění, tedy moderním a levnějším způsobem biotechnologie Anammox®, než je tomu dnes na naprosté většině ČOV po celém vyspělém světě.