Очистка стічних вод, станції роблять більше, ніж просто очищають стічні води. Вони також є джерелами сировини. У проекті KoalAplan дослідники з Інституту Фраунгофера з міжфазної інженерії та біотехнології IGB працюють з партнерами над відновленням високоякісних продуктів з комунальних стічних вод. До них належать амоній, водень та полігідроксиалканоати (PHA), які можуть бути використані для виробництва біопластиків.
Очистка стічних вод Цінність
Склад стічних вод
Наші стічні води містять не лише бруд та екскременти. Вони також містять цінні сировини, такі як:
- Азот
- Органічні вуглецеві сполуки
Очистка стічних вод, Методи відновлення
Хімічні, біологічні та фізичні методи можуть бути використані для відновлення водню, амонію та полігідроксиалканоатів (PHA) з стічних вод. Відновлений амоній може бути використаний як азотне добриво для сільського господарства, а PHA є сировиною для біопластиків.
Проект KoalAplan
Очистка стічних вод, Дослідження
Проект KoalAplan включає міждисциплінарну дослідницьку роботу партнерів на об’єкті дослідження очистки стічних вод, що експлуатується Університетом Штутгарта в Біснау. Партнери тестують, як сировину можна відновити з станцій очистки стічних вод. Для цього було створено біорефінерію як пілотний завод, який працював більше шести місяців у 2024 році.
Відновлення азоту
Один з методів, встановлених у проекті, метод первинного потоку, передбачає обробку стічних вод після попереднього розділення твердих часток під час первинного очищення. У традиційній станції очистки стічних вод азот видаляється біологічно. У проекті KoalAplan, навпаки, азот не втрачається. Він відновлюється як сировина шляхом фізичного видалення амонію за допомогою зеолітового фільтра або системи іонного обміну.
Відновлення органічного вуглецю
У традиційній комунальній станції очистки стічних вод велика частина твердих часток, присутніх у стічних водах, відокремлюється через осадження під час первинного очищення. Цей “первинний осад” ферментується в башті для дигестії, виробляючи метан. У концепції біорефінерії він проходить темну ферментацію, зупиняючи процес деградації на стадії виробництва коротколанцюгових органічних кислот.
Виробництво PHA
Процес ферментації
Дослідники в Fraunhofer IGB використовували ферментацію для перетворення гідролізату в PHA, біорозкладний термопластичний бактеріальний біополімер. PHA зазвичай виробляються за допомогою мікроорганізмів, які можуть рости на різноманітних субстратах. Мікроорганізми використовують гідролізат, багатий органічними кислотами, такими як оцтова, пропіонова та масляна кислота, як джерело вуглецю та енергії.
Проблеми та рішення
Якщо ці органічні кислоти присутні у надто високій концентрації, вони мають токсичний вплив на мікроорганізми. Тому першим кроком для команди було визначити відповідні штами бактерій, які можуть використовувати кислоти для свого росту та виробництва PHA. Cupriavidus necator виявився більш стійким до органічних кислот.
Використання PHA
Переваги PHA
Дослідники в Fraunhofer IGB змогли використати свій метод перфузії, щоб запобігти інгібуванню росту бактерій. Вони показали, що 97% вуглецю з органічних кислот було використано мікроорганізмами та перетворено на біомасу та PHA.
- PHA продукт – спеціально налаштований полі(3-гідроксибутират-ко-3-гідроксивалерат), або PHBV, сополімер.
- Порівняно з гомополімером, він має покращені механічні властивості.
Застосування
Цей екологічний сировинний продукт може бути використаний у різних сферах:
- Одноразова упаковка
- Мульчувальні плівки в сільському господарстві
- Фармацевтична промисловість
- Медичні імплантати
- Біопластикові покриття для текстилю
Висновок
Відновлення сировини сприяє кліматичній нейтральності. Розроблений у рамках проекту метод зменшує викиди вуглекислого газу, що є парниковим газом. Таким чином, станції очистки стічних вод майбутнього можуть зробити важливий внесок у кліматичну нейтральність.
Партнери проекту KoalAplan
- Німецька технічна та наукова асоціація з газу та води (DVGW)
- Інститут Фраунгофера з міжфазної інженерії та біотехнології IGB
- CUTEC Clausthal Research Center for Environmental Technologies
- Технічний університет Гамбурга (TUHH)
- Umwelttechnik BW GmbH
- Університет Штутгарта
Фінансування проекту
- Міністерство навколишнього середовища, клімату та енергетичного сектору Баден-Вюртемберга
- Спільно профінансовано Європейським Союзом
Можливість стежити за новинами у більш стислому форматі в Facebook або Telegram повернутися на головну сторінку