Badaczki z PB otrzymały dofinansowanie z NCN

W tegorocznej edycji MINIATURY pracownicy Politechniki Białostockiej złożyli 13 wniosków, z których ocenie poddane zostały dotychczas trzy, złożone w czerwcu 2020 r. Listy rankingowe dla wniosków złożonych w konkursie, w kolejnych miesiącach będą publikowane na stronie NCN: www.ncn.gov.pl/konkursy/wyniki/miniatura4.

Narodowe Centrum Nauki przeznaczy ponad 90 tys. na badania prowadzone przez pracownice Instytutu Inżynierii Środowiska i Energetyki na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku PB.

Dr inż. Joannie Kazimierowicz NCN przyznało 42 834 zł na prace związane z badaniami „Wpływu niskotemperaturowego kondycjonowania osadu tlenowego granulowanego z wykorzystaniem zestalonego ditlenku węgla na przebieg fermentacji metanowej”.

Dr inż. Joanna Struk-Sokołowska otrzyma 49 740 zł na realizację działania pn. „Wpływ rodzaju osadu czynnego oraz parametrów technologicznych sekwencyjnych reaktorów wsadowych na efektywność oraz mechanizm usuwania mikrozanieczyszczeń z grupy benzotriazoli”.

Inspiracją do opracowania założeń badawczych projektu jest fakt, iż jednym z najtrudniejszych i najbardziej kosztownych elementów funkcjonowania systemów oczyszczania ścieków jest ciąg przeróbki i ostatecznej neutralizacji osadów ściekowych. Dotychczas proponowane metody, skuteczne w przypadku osadu czynnego zawieszonego, zawodzą w przypadku innowacyjnej metody bazującej na stosowaniu OTG. Zatem istnieje konieczność poszukiwania skutecznych rozwiązań pozwalających na efektywne pod względem technologicznym i ekonomicznym zagospodarowanie nadmiernego osadu tlenowego granulowanego.

Jedną z najbardziej uzasadnionych i przyjaznych środowisku metod neutralizacji osadów ściekowych jest poddanie ich FM. Poprawne przeprowadzenie tego procesu prowadzi do ograniczenia podatności na zagniwanie, częściowej higienizacji, zmniejszenia objętości oraz odzysku biogazu o wysokiej zawartości metanu. Efekty te można zintensyfikować poprzez wstępne kondycjonowanie osadów. Biorąc pod uwagę charakterystykę i strukturę osadu tlenowego granulowanego oraz dostępną wiedzę, uzasadnioną metodą jego wstępnego przygotowania przed FM może być zastosowanie niskotemperaturowego kondycjonowania z wykorzystaniem zestalonego ditlenku węgla (NKZDW).

Badania będą prowadzone w warunkach laboratoryjnych Katedry Wodociągów i Kanalizacji. W biomasie testowanego surowego OTG, OTG po procesie kondycjonowania oraz po FM monitorowana będzie zawartość suchej masy, suchej masy organicznej, protein, węglowodanów, tłuszczów, azotu amonowego (N-NH₄), fosforanów (PO₄ ^3-) oraz stężenia ChZT, OWO, BZT₅ w fazie rozpuszczonej. Analogicznym analizom poddane zostanie stosowane inokulum beztlenowych komór respirometrycznych. Przeprowadzone badania pozwolą w sposób pośredni ocenić wpływ NKZDW na dezintegrację zwartych struktur OTG, co ma bezpośrednie przełożenie na wydajność FM. Bezpośrednia ocena przebiegu i wydajności procesu FM przeprowadzona zostanie z wykorzystaniem pomiarów respirometrycznych oraz chromatograficznych pomiarów składu jakościowego biogazu. Zakładane parametry technologiczne FM to początkowe obciążenie komory ładunkiem związków organicznych na poziomie 5,0 g s.m.o./dm³, temperatura 42°C oraz czas zatrzymania w zakresie 20 – 30 dni w zależności od wydajności przebiegu FM. W celu określenia wpływu testowanej technologii na higienizację zakłada się wykonanie badań mikrobiologicznych w OTG surowym, po NKZDW oraz w osadzie przefermentowanym. W próbkach oznaczane zostaną bakterie z rodzaju Salmonella sp. i Escherichia coli oraz inwazyjne nicienie wskaźnikowe z rodzaju Ascaris, Trichuris i Toxocara. Zakłada się przeprowadzenie sześciu wariantów eksperymentalnych, których kryterium wyboru będzie objętościowy stosunek ZDW do kondycjonowanego OTG mieszczący się w zakresie od 0:1 do 0,5:1. Wyniki badań zostaną poddane analizom statystycznym. Określone zostaną zależności między ilością kondycjonowanego OTG a ilością wytworzonego biogazu oraz zawartością otrzymanego metanu.

Uzyskane wyniki będą podstawą do dalszych, bardziej zaawansowanych badań weryfikacyjnych i optymalizacyjnych, zmierzających finalnie do opracowania wydajnego, uzasadnionego ekonomicznie i technologicznie, a także przyjaznego środowisku rozwiązania, mogącego znaleźć zastosowanie w praktyce.

Benzotriazole wykorzystuje się między innymi jako inhibitory korozji instalacji w zakładach przemysłu spożywczego, do produkcji środków biobójczych, detergentów, leków, opon i gumy, jako stabilizatory UV w plastikach, farbach, foliach, kremach przeciwsłonecznych, w systemach chłodniczych i substancjach odladzających. Są one również dodatkami w produktach naftowych (środkach smarujących, płynach hydraulicznych). Jest niemal pewne, że substancje te dostają się do ścieków, a następnie do wód powierzchniowych, które w Polsce są źródłem 30% wody pitnej.

Dostępne, choć nieliczne pozycje literaturowe wskazują na niedostateczną skuteczność usuwania benzotriazoli ze ścieków przy zastosowaniu konwencjonalnych (obecnie stosowanych na szeroką skalę) metod oczyszczania. Technologie te prowadzą głównie do wysokoefektywnego usuwania związków organicznych i biogennych, zaś kwestia niebezpiecznych mikrozanieczyszczeń nie jest analizowana w dostatecznym stopniu. Oznacza to, że związki te nie są eliminowane w oczyszczalniach ścieków. Kolejnym niebezpieczeństwem jest możliwość przemieszczania się benzotriazoli w łańcuchu troficznym.

Badania realizowane będą na przestrzeni 12 miesięcy. Do 8 reaktorów biologicznych SBR doprowadzane będą ścieki modelowe, w których skład wejdą substancje zapewniające źródło związków węgla, azotu i fosforu, wybrane mikro- i makro elementy oraz BTR (benzotriazole). Osad czynny pobrany zostanie z komunalnej oczyszczalni ścieków zlokalizowanej w woj. podlaskim, zaś osad granulowany wytworzony będzie w procesie granulacji kłaczkowatego osadu czynnego na skutek oddziaływania hydrodynamicznych sił ścinających. Szczegółowej kontroli poddane zostaną parametry technologiczne procesu oczyszczania ścieków, mające kluczowy wpływ na jego przebieg. Ze względu na strukturę i właściwości benzotriazoli (temperatura wrzenia 260 st. C, a rozkładu już 290 st. C) do ich analizy wykorzystana zostanie technika mikroekstrakcji poprzez emulgację wspomaganą ultradźwiękami oraz chromatograf gazowy HP 6890N z elektryczną kontrolą ciśnienia (EPC) 59864B, wyposażony w detektory FID i MS 5973, a także kolumny kapilarne HP-5MS i PE-5HT, jak również automatyczny podajnik próbek HP 7683, Agilent Technologies, USA.

Warto też podkreślić, że w badaniach wykorzystane będą unikatowe, zaprojektowane przez autorkę wniosku, laboratoryjne komory SBR, których wykonawstwem i realizacją zajmował się Warsztat Techniczno-Usługowy Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej.

Istnieje ogromna szansa, iż wyniki powyższego działania naukowego przyczynią się do opracowania w przyszłości skutecznej metody usuwania bardzo niebezpiecznych mikrozanieczyszczeń ze ścieków.