Od roku 1993 slaví lidstvo Světový den vody, který připadá na 22. březen, letos je věnován vodě a klimatické změně. Jak přitom upozornil profesor Jiří Wanner z Ústavu technologie vody a prostředí VČHT, v této oblasti probíhá na VŠCHT hned několik výzkumných projektů.

Cílem letošního světového dne vody je ukázat, že voda hraje významnou roli v boji proti klimatické změně jako takové, a zejména proti jejím následkům. Aby mohla voda tuto roli plnit, musí byt splněny některé podmínky. Vody musí být dostatek, musí být k dispozici v potřebné kvalitě a výroba, distribuce pitné vody i čištění a recyklace odpadních vod musí být optimalizovány z hlediska energetické náročnosti, aby obor vodního hospodářství postupně snižoval svůj příspěvek k emisím CO2 a dalších „skleníkových plynů“.

Výzkum na Vysoké škole chemicko-technologické v oblasti „vody“ je zaměřen na všechny tyto tři aspekty.

Recyklace vod

Zdroje sladké vody jsou omezené a navíc značně nerovnoměrně rozdělené. I země mírného podnebního pásma jako ČR začínají pociťovat důsledky tzv. vodního stresu, kdy disponibilní zdroje vody již nemusí v průběhu celého roku pokrývat s dostatečnou rezervou nároky na potřebu vody ve všech odvětvích jejího užití. Se zhoršující se dostupností i kvalitou zdrojů rostou i náklady na výrobu kvalitní a bezpečné pitné vody (viz pravidelný nárůst cen vodného v ČR). Jednou z cest, jak snížit nároky na potřebu povrchové či pitné vody, je uplatnění zásad cirkulární ekonomiky i do vodního hospodářství, tj. uplatnění institutu opětovného využívání (recyklace) vyčištěných odpadních vod. Odpadní vody jsou dnes považovány za poměrně stabilní zdroj vody, jejich množství se významně nesnižuje ani v obdobích dlouhotrvajícího sucha, jak jsme se mohli přesvědčit v posledních pěti suchých letech.

Současné technologie, instalované v čistírnách odpadních vod v ČR, i když svými odtokovými parametry splňují požadavky jak unijních, tak českých právních norem, nezajistí většinou takovou kvalitu vyčištěné vody, které je nutná pro její recyklaci. Proto jsou vyvíjeny postupy dalšího, tzv. terciárního čištění, které umožní zvýšit kvalitu vyčištěné odpadní vody, která bude odpovídat nárokům na její konkrétní opětovné použití. Tento přístup, kdy je odpadní voda dále upravována podle účelu dalšího použití, plně odpovídá požadavkům nového nařízení EU pro recyklaci odpadních vod, které je připraveno pro rok 2020.

Odborníci VŠCHT Praha se právě v období 2018 – 2019 intenzívně zapojili do projednávání návrhu tohoto nařízení, a to jak konzultacemi pro našeho národního zástupce v tomto legislativním procesu (MZe), tak pro Evropský výbor regionů, který významně tento návrh nařízení podporoval.

Od roku 2018 je VŠCHT také hlavním řešitelem projektu TA ČR Recyklace odpadních vod pro využití ve vodním hospodářství měst budoucnosti. Cílem tohoto projektu je vyvinout a ověřit jak samotné operace terciárního čištění, tak jejich možné kombinace, které by umožnily dosahovat kvalitu recyklované vody podle účelu použití, v tomto případě zejména pro zavlažování městské zeleně, čištění ulic a omezování tepelných ostrovů ve městech. Po laboratorních zkouškách jsou navržené operace a jejich kombinace testovány v poloprovozním měřítku na modulu, zpracovávajícím odtok ze stávající vodní linky Ústřední čistírny odpadních vod Praha. Tento modul je provozován ve spolupráci se společností Pražské vodovody a kanalizace a.s.

V roce 2020 začíná VŠCHT řešit ve spolupráci s ČVUT Praha a firmou Pražská vodohospodářská společnost a.s. projekt HORIZON 2020 ACHIEVING WIDER UPTAKE OF WATER-SMART SOLUTIONS (WIDER UPTAKE) [DOSAHOVÁNÍ ŠIRŠÍHO POUŽÍVÁNÍ CHYTRÝCH ŘEŠENÍ VE VODNÍM HOSPODÁŘSTVÍ (WIDER UPTAKE)]

Celkovým cílem projektu WIDER UPTAKE, na kterém se kromě ČR podílejí i univerzity, výzkumné instituce a firmy z Norska, Nizozemí, Itálie a Ghany, je spoluvytvářet plán pro rozsáhlé zavádění „chytrých řešení“ pro opětovné využití odpadních vod a regeneraci zdrojů na základě zásad oběhového hospodářství. Úlohou VŠCHT Praha v tomto projektu je demonstrovat bezpečné, spolehlivé a ekonomicky proveditelné využívání vyčištěné komunální odpadní vody pro ekologizaci urbanizovaných oblastí. V projektu se bude pracovat s odtokem z Nové vodní linky ÚČOV Praha.

Tato Nová vodní linka je momentálně naší nejnovější čistírnou odpadních vod, která je již částečně vybavena terciárním čištěním. V rámci projektu budou studovány procesy hygienického zabezpečení vyčištěné odpadní vody a její vliv na různé druhy rostlin používaných v městské zeleni.

Jako alternativní zdroj vody lze použít nejen recyklovanou městkou ale i průmyslovou odpadní vodu. Právě do oblasti recyklace průmyslových odpadních vod míří další projekt TA ČR, který se v letošním roce začal řešit na VŠCHT Praha, a sice:

Kombinace pokročilých oxidačních procesů (AOP) a membránové separace pro čištění průmyslových odpadních vod (POV)

Projekt je zacílen na posouzení různých pokročilých oxidačních procesů (AOP) na čištění obtížně čistitelných průmyslových odpadních vod. Následně bude odpadní voda dočištěna pomocí membránového biologického reaktoru (MBR), který zaručuje vysokou kvalitu odtoku. Pro provedení laboratorních a provozních testů bude instalováno poloprovozní modelové zařízení s AOP a následováno MBR na vybrané lokalitě. V projektu bude zhodnoceno několik AOP – založených na použití UV záření, ozonu a peroxidu vodíku. Při dlouhodobém provozu zařízení bude vyhodnocována účinnost AOP, účinnost biologického procesu, vývoj kvality permeátu, ekonomická a energetická bilance a využitelnost vyčištěné odpadní vody jako alternativního zdroje vody.

Ochrana a zvyšování kvality vod

V této souvislosti jsou na VŠCHT řešeny zejména úkoly týkající se sledování kvality vody ve vodárenských nádržích, neboť cca 50 % pitné vody je v ČR vyráběno z vody povrchové. Cílem monitoringu biologické i chemické kvality vody v těchto nádržích je nalézt příčiny, vedoucí k zhoršování této kvality. Přitom se vychází z ekonomického modelu, kdy opatření v povodích vodárenských nádrží jsou z hlediska nároků na energie, chemikálie i kvalifikovanou pracovní sílu efektivnější než neustálá intenzifikace vodárenských provozů. Na těchto úkolech VŠCHT pracuje tradičně s velkými dodavateli pitné vody, jako jsou např. Severočeské vodovody a kanalizace a.s. či Pražské vodovody a kanalizace, a.s. Na VŠCHT se prováděl i dlouhodobý průzkum vlivu zemědělského hospodaření v povodí naší největší vodárenské nádrže Švihov na řece Želivce, a to jak přímo na zakázku hl. města Prahy, tak v rámci projektu TA ČR Komplexní přístup k řešení snižování znečištění reaktivními formami fosforu a dusíku v hydrologicky vymezené části povodí vodárenské nádrže Švihov.

Nedílnou součástí ochrany jakosti povrchových vod je i další snižování znečištění vnášeného do vodního prostředí vypouštěním vyčištěných odpadních vod ze stávajících čistíren. Jedním z největších problémů současnosti je nedostatečné odstranění sloučenin fosforu z odpadních vod, který pak v povrchových vodách vede k jejich eutrofizaci, projevující se nadměrným růstem zelených řas a sinic („vodní květ“). Voda postižená tímto problémem je nevhodná k rekreačnímu využívání (časté letní zákazy koupání – viz např. známé pražské nádrže Hostivař či Džbán), ale nadměrný výskyt řas a sinic následně prodražuje či úplně znemožňuje výrobu kvalitní pitné vody z takto postižených nádrží. Proto je mj. na VŠCHT v současnosti řešen další projekt TA ČR Nanotechnologie pro snížení zatížení ekosystémů fosforem. Tento projekt je řešen ve spolupráci s inženýrskou firmou SIGMAINVEST Olomouc, spol. s r.o a Centrem polymerních systémů Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně, které pro tuto účely vyvíjí membrány z nanovláken.

Kromě studia procesů terciárního čištění probíhá na VŠCHT i výzkum poměrně nového fenoménu, a sice přenosu genů antibiotické rezistence do životního prostředí cestou vypouštěných odpadních vod. Tento problém je studován v rámci dalšího projektu HORIZON 2020 Research platform on antibiotic resistance spread through wastewater treatment plants. V tomto projektu spolupracuje VŠCHT s univerzitami v Dánsku, Nizozemí a Portugalsku.

Energetická náročnost, skleníkové plyny

Výroba pitné vody, její doprava a zejména pak čištění odpadních vod jsou významnými spotřebiteli elektrické energie. Proto je již tradičně prováděn na VŠCHT výzkum, který by tuto energetickou náročnost snížil. Jednou z cest je efektivnější využití energie, která je obsažena ve znečišťujících látkách v odpadní vodě. V tomto směru participuje VŠCHT Praha na řešení evropského projektu REEF 2W, financovaného z evropského fondu INTERREG 2. Projekt se nazývá Zvýšení podílu obnovitelné energie a energetické účinnosti integrací, kombinací a posílením systémů nakládání s odpadními vodami a tuhým komunálním odpadem a kromě ČR se na něm podílí Německo, Rakousko, Itálie a Chorvatsko.

Jedním z významných skleníkových plynů je methan, který vzniká ve formě bioplynu na čistírnách odpadních vod při anaerobní stabilizaci čistírenských kalů. K efektivnějšímu způsobu zpracování bioplynu by přispěla možnost jeho energetického využívání i mimo prostory čistírny. To by však znamenalo budování nákladných paralelních rozvodů. Řešením tohoto problému se zabývá projekt TA ČR Biomethanizace oxidu uhličitého na biomethan s využitím vodíku – Biomethan.

Cílem projektu je nalézt optimální technologické parametry a konfigurace bioreaktoru pro biologickou konverzi oxidu uhličitého z bioplynu na biomethan, který je transportovatelný sítí zemního plynu do místa konečné spotřeby.

Zdroj a plné znění článku s fotodokumentací: https://www.vscht.cz/popularizace/mohlo-by-vas-zajimat/svetovy-den-vody, ilustrační foto (vypouštění odpadních vod z ÚČOV) Naše voda – Nina Havlová