Každý devátý člověk na planetě nemá v blízkosti svého domova přístup k čisté vodě. A situace se neustále zhoršuje. Zachrání technologie čištění a recyklace vody lidstvo?
Podle odhadů OSN bude v roce 2050 na Zemi žít 9,8 miliardy lidí. Klimatické změny, stejně jako rozvoj zemědělství a průmyslu k uspokojení potřeb stále rostoucí populace, povedou k vážnému omezení dostupných vodních zdrojů.
Podle výzkumného projektu WaterAid žije již 60 % světové populace v oblastech, kde dodávky vody nemohou nebo brzy přestanou uspokojovat poptávku. Vodní krize je nejakutnější na Blízkém východě, ve střední Asii a severní Africe.
V horizontu prognózy do roku 2040 se Rusko nachází v zóně nízkého a středního rizika.
Hlavní trendy na trhu
Vyspělé i rozvojové země čelí jednomu společnému problému – rostoucímu objemu průmyslových a komunálních odpadních vod. To zase povzbuzuje vývojáře z různých zemí k hledání nových a stále pokročilejších technologií čištění vody.
Tradiční metody čištění zahrnuje použití adsorbentů, reverzní osmózu, iontovou výměnu a elektrostatické srážení. Jejich nevýhodou je vysoká cena, špatná znovupoužitelnost a nízká účinnost. Navzdory pokroku dosaženému ve vývoji nových technologií za poslední desetiletí je jejich použití omezené především kvůli materiálovým vlastnostem a ceně.
Podle analytické agentury Mordor Intelligence byl v roce 2020 celosvětový trh s technologiemi na čištění vody odhadován na 50,5 miliardy USD. Do roku 2026 bude trh růst přibližně o 7 % ročně kvůli rychle ubývajícím zdrojům sladké vody po celém světě. Roste také poptávka ze strany developerů ložisek břidlicových uhlovodíků, výrobců biopaliv atd.
Pandemie COVID-19 měla negativní dopad na trh. Ale také to vedlo ke vzniku nové technologie, která dokáže detekovat koronavirus v odpadních vodách. Metoda měří přítomnost SARS-CoV-2 RNA genetického materiálu (ribonukleové kyseliny) v lidských výkalech v systému sběru odpadních vod. Studie v Nizozemsku prokázaly vztah mezi množstvím virového materiálu v odpadních vodách a počtem případů infekce v dané oblasti a pomohly sledovat epidemiologickou situaci a vývoj virů. Tato technika byla také testována v roce 2020 ve více než 40 státech Ameriky a na University of Arizona pomohla zabránit propuknutí koronaviru, kde byli identifikováni dva asymptomatičtí lidé.
Uveďme pět nejinovativnějších, podle našeho názoru, technologií čištění vody.
1. Oddělení membrán
Jedná se o starou a oblíbenou metodu čištění vody od nečistot a škodlivin. Existuje mnoho technologií, které fungují jako filtr: propouštějí vodu přes film s mikroskopickými otvory. Voda prochází skrz a částice nečistot ulpívají na membráně.
Moderní membránové separační metody, jako je reverzní osmóza (odstraňuje částice i o velikosti 0,001-0,0001 mikronu – soli tvrdosti, sírany, dusičnany, sodné ionty, barviva atd.), dokážou vyčistit vodu od 99,5 % nečistot. Ale k tomu musí být velikost pórů menší než mikron. Hlavní nevýhodou technologie jsou vysoké náklady na údržbu (membrány se často ucpávají).
2. Ozáření
Jak název napovídá, tento proces spoléhá na vystavení odpadních vod radiaci, aby se zničily organické znečišťující látky. Zdroje záření sahají od gama záření po ultrafialové světlo.
K dezinfekci se běžně používá ozařování, ale některé metody, jako je ionizační ozařování, v kombinaci s přídavkem ozonu nebo peroxidu vodíku, zlepšují účinnost rozkladu organických kontaminantů, včetně pesticidů a fenolů.
Moderní UV systémy ošetření nabízejí použití LED lamp. Nyní se takové lampy začínají aktivně zavádět v sektoru veřejných služeb a jsou také používány NASA v kosmickém vývoji agentury.
Druhou metodou je hydrooptická technologie. Umožňují vícenásobné využití energie fotonů, protože ultrafialové paprsky se odrážejí od stěn křemenné komory. To zvyšuje účinnost dávky UV pro zabíjení komplexních virů, jako je koronavirus nebo adenovirus.
Artur Dushenko, hlavní inženýr společnosti VODACO, Rusko:
„Viry a bakterie vstupující do nádrží s odpadní vodou se následně mohou dostat do veřejných vodovodních systémů ve stejné nádrži. Moderní systémy dezinfekce činidel používající chlornan sodný nebo kapalný chlór nejsou schopny neutralizovat všechny bakterie, protože mnohé z nich, jako je Cryptosporidium nebo Giardia (cryptosporidium nebo lamblia. – Trendy RBC), jsou odolné vůči chlóru stejně jako komplexní formy virů – adenovirus a koronavirus (jako nápadný příklad – SARS-CoV-2).
UV dezinfekční systémy založené na technologii HOD UV poskytují dávku dopadu na tyto mikroorganismy 120 mJ/cm2 a vyšší – to je nezbytná podmínka pro neutralizaci viru, zničení řetězce RNA a inhibici schopnosti zotavení. V Rusku je norma expozice omezena na legislativní úrovni – 30 mJ/cm2.“
3. Čištění nanočásticemi
Lidé již dlouho používali látky, jako je dřevěné uhlí, k čištění vody pomocí adsorpce. Čištění nanočástic využívá stejnou mechaniku, ale s nanočásticemi. Různé typy nanomateriálů – kovové nanočástice, nanosorbenty, bioaktivní nanočástice, nanofiltrační (NF) membrány, uhlíkové nanotrubice (CNT), zeolity a jíl – se ukázaly jako účinné materiály pro čištění odpadních vod. Jejich použití eliminuje pesticidy a těžké kovy ve vodě. Uhlíkové nanotrubice jsou také považovány za průlomovou technologii pro odsolování mořské vody na pitnou. Hlavní nevýhodou technologie je cena.
4. Bioaugmentace
Metoda organického čištění zahrnuje přidání směsi mikroorganismů do vody, která ničí a odstraňuje kontaminanty. Mezi tyto mikroorganismy patří enzymy a neškodné bakterie, které přirozeně rozkládají znečišťující látky, jako jsou oleje nebo uhlíkové produkty. Ale bioaugmentace může ovlivnit ekosystém mikroflóry a v důsledku toho narušit proces čištění. Tuto technologii tedy zatím nelze využít k získávání pitné vody.
Bacilli. Používá se při rafinaci oleje k odstranění chinolinu (Foto: Mauritius Images / Science Source / Nano Creative)
5. Bioaugmentace membrán
Membránové bioreaktory (MBR) jsou hybridní technologií, která zahrnuje membránovou separaci a bioaugmentaci. Odpadní voda po biologickém čištění pomocí aktivovaného kalu je přiváděna do nádoby zvané bioreaktor. Tato nádrž obsahuje membrány, které oddělují odpadní vodu na dva proudy – aktivovaný kal, který se znovu používá k biologickému čištění, a čistou vodu.
Dva hlavní typy MBR na trhu jsou vakuové (neboli gravitační) průtokové systémy a tlakové systémy. Vakuové systémy jsou ponořeny do vody a mají membrány instalované buď uvnitř bioreaktorů nebo v následné nádrži. Druhým typem MBR, kde je průtok řízen tlakem, jsou systémy vložek ve zkumavce umístěné mimo bioreaktor.
Výhodou membránové bioaugmentace je malá plocha pro biologické ošetření. Reaktory MBR zvyšují kapacitu zpracovatelských zařízení, aniž by zvětšovaly plochu konstrukcí.
Olga Rublevskaya, ředitelka odboru analýzy a technologického rozvoje systémů zásobování vodou a odpadních vod, státní jednotný podnik Vodokanal Petrohrad:
„Něva je hlavním zdrojem zásobování vodou v Petrohradě. Díky programu na zastavení vypouštění odpadních vod bez čištění do Něvy a Finského zálivu dosáhla úroveň čištění v roce 2021 99,5 %. Do roku 2030 bude celý objem odpadních vod zpracován na čistírnách odpadních vod. Nyní naše technologické schéma čistíren sestává z mechanického, chemického a biologického čištění.
- Mechanická úprava zahrnuje rošty, lapače písku, usazovací nádrže včetně lisování a promývání odpadů (dodatečný vstup organických látek do odpadních vod) a předfermentaci surového kalu ve fázi usazování (nárůst těkavých mastných kyselin).
- Biologická léčba je založena na schématech UCT (University of Cape Town Technology) a JHB (University of Johannesburg Technology).
- K odstranění fosfátů se používá chemické ošetření. Použitým činidlem je síran hlinitý.
Vzhledem k tomu, že v Petrohradu není nedostatek vody, město nemá ani opětovné použití vyčištěné vody, ani neplánuje používat takové technologie.“
Nutnost skrze hnus
Opětovné použití odpadních vod pro zavlažování a jiné nepitné účely se stalo běžnou záležitostí a je tomu tak již po desetiletí. Například v Izraeli se téměř 90 % odpadních vod země znovu využívá v zemědělství.
K čištění odpadních vod na pitnou vodu je zapotřebí spolehlivé technologické schéma, které zahrnuje minimálně pět stupňů. Austrálie, Singapur, Namibie, Jižní Afrika, Kuvajt, Belgie, Velká Británie a USA (Kalifornie a Texas) znovu využívají upravenou odpadní vodu v kvalitě pitné. V těchto zemích se vyčištěná voda používá k doplňování podzemních nebo povrchových vodních zdrojů (přehrad).
Říční voda používaná v různých městech jako pitná voda obsahuje velké objemy odpadních vod. Recyklovaná voda je pitná, ale někteří lidé se nemohou ubránit znechucení. Čas od času se po celém světě konají kampaně na překonání psychologických bariér. Zakladatel Microsoftu Bill Gates tak vypil sklenici tekutiny, která byla zpracována z lidských výkalů na pitnou vodu pomocí Omniprocessor technologie Nadace Billa a Melindy Gatesových. A francouzská společnost Veolia rozjela v Česku společný projekt s pivovarem Čížová, který vařil pivo z recyklovaných odpadních vod.
