Kuličky s nanovlákenným srdcem. Takhle se dá čistit voda líp.

Čistírny odpadních vod každý den bojují s látkami, které z vody jen tak nezmizí. Odbourávání dusíkatých látek je na čistírnách velmi důležité. Když jich ve vodě zůstane moc, škodí řekám i životu v nich. Karel Havlíček z CXI TUL byl spoluřešitelem projektu HYMNA, který spojil dvě známé technologie čištění do jednoho systému. A přidal k nim něco, co se na čistírnách běžně nepoužívá: nanovlákna.

Celý název projektu zní Hybridní systém MBR-MBBR využívající nanomateriály pro dočišťování odpadních vod. Zkratka je HYMNA. „Zní to trochu vznešeně,“ směje se spoluřešitel Karel Havlíček z Oddělení technologie ochrany životního prostředí. Ale cíl vznešený byl. Voda, která z čistírny odtéká, není vždy tak čistá, jak by mohla být. A to je problém, který stojí za řešení.

Síto a kuličky

Za zkratkami MBR a MBBR se skrývají dvě technologie, které čistírny obvykle nasazují každou zvlášť. Karel je ale poslal do jedné linky za sebou a ukázal, že společně dokážou fungovat výrazně lépe. Kombinaci ověřil v praxi a navrhl z ní technologii, která má jasný postup, měřitelné výsledky a potenciál pro reálné nasazení.

MBR funguje jako jemné síto. Membrány zachytí nečistoty, organické látky i nerozpuštěné částice. Jenže ani tak není hotovo, v čiré vodě pořád zůstávají dusíkaté látky.

Na ně Karel Havlíček spolu s partnery nasadil druhou část technologie: MBBR. Malé plastové kuličky s otvory a nanovlákny uvnitř se za pomoci vzdušnění volně pohybují v nádrži. Na povrchu nanovláken rostou a žijí mikroorganismy, které přeměňují amoniakální dusík na dusičnany.

Proč na tom záleží? Amoniakální dusík je pro ryby jedovatý, poškozuje jim žábry a ve vyšších koncentracích je zabíjí. Přebytek dusíku spouští přemnožení řas, takže voda zelená, ubývá v ní kyslíku a život v ní se dusí.

CXI TUL: Kuličky s nanovlákenným srdcem. Takhle se dá čistit voda líp.

Kuličky s nanovlákenným srdcem

Kuličky nejsou náhoda. Karel vložil do plastových tělísek s otvory nanovlákenné nosiče, což je jemný vláknitý materiál, na kterém se mikroorganismy rychle a pevně uchytí. Navrhoval je už v dizertační práci.

Cesta k finální podobě nebyla přímá. Původně šlo o nanovlákennou vrstvu. Ta ale z kuliček postupně utíkala. Nahradili ji přízí, která drží. Výsledkem je užitný vzor pro nové nosiče biomasy.

Hlavní výhoda je rychlost uchycení. Na klasických materiálech trvá osídlení mnohem déle. Na nanovláknech se mikroorganismy nastěhují rychle. To je klíčové zvlášť tam, kde je voda pro ně nepříznivá nebo toxická.

Průmyslové odpadní vody bývají tak znečištěné, že bakterie na běžných nosičích nepřežijí. Na nanovlákenném povrchu se ale stihnou uchytit dřív, než je prostředí zničí. Systém pak funguje i tam, kde by jiné technologie selhaly.

CXI TUL: Kuličky s nanovlákenným srdcem. Takhle se dá čistit voda líp.

Číslo, které překvapilo

Nejdůležitější bylo, jak si systém poradí s amoniakálním dusíkem. Tým zkoušel i extrémní koncentrace až osmdesát miligramů na litr. A to už není dolaďování. To je zátěžová zkouška na hraně. Taková, která může ochromit nebo úplně zastavit život čisticích mikroorganismů.

Systém ji zvládl. Na odtoku naměřili pod jeden miligram na litr.

„Dostali jsme se na číslo, které často nezvládne ani běžná čistírna,“ shrnul svoje překvapení Karel.

CXI TUL: Kuličky s nanovlákenným srdcem. Takhle se dá čistit voda líp.

Čistírna v kontejneru

Spojení obou technologií přineslo něco navíc. Systém může fungovat nejen jako doplněk (post-treatment) za běžnou čistírnou, ale i jako samostatná modulární čistírna. Žádná stavba, systém lze přivézt, zapojit a spustit.

„To ocení hlavně průmyslové provozy. Firmy, které dnes znečištěnou vodu odvážejí v barelech jako nebezpečný odpad, by mohly část čištění zvládnout samy,“ vysvětluje Karel. Pro firmy by to podle něj znamenalo méně odpadu, méně logistiky a nižší náklady.

CXI TUL: Kuličky s nanovlákenným srdcem. Takhle se dá čistit voda líp.

Mýtus, který nevyšel

Mimo hlavní projekt si Karlův tým položil ještě jednu otázku: dokáží mikroorganismy v běžném čistírenském biofilmu na nosičích rozkládat mikropolutanty? Tedy zbytky léků nebo pesticidů, které se dostávají do vody?

Některé studie naznačovaly, že by to možné být mohlo.

Nadšení ale rychle opadlo. „K žádnému rozkladu nedochází. Mikropolutanty se v systému jen hromadí,“ konstatuje Karel. Zachytí je, ale nezničí. Na to jsou potřeba silnější metody jako třeba ozon nebo UV záření.

CXI TUL: Kuličky s nanovlákenným srdcem. Takhle se dá čistit voda líp.

Projekt HYMNA v programu TREND Technologické agentury ČR ve spolupráci se společností ENVI-PUR, s.r.o. (hlavní řešitel) a Pražské vodovody a kanalizace, a.s.