Na první pohled jednoduchá sestava, uvnitř ale pracují mikroorganismy, které pomáhají vodu dál dočistit. Karel Havlíček z CXI TUL se svým týmem spojil bakterie s 3D nanovlákenným nosičem a otestoval řešení na čistírně odpadních vod i v obyčejném zahradním jezírku.
Čištění odpadních vod stojí už více než sto let na práci mikroorganismů. Bakterie v čistírnách využívají látky rozpuštěné ve vodě pro svůj růst a zároveň z ní odstraňují organické a částečně i dusíkaté znečištění.
Tento princip, známý jako aktivační proces, dodnes tvoří základ biologického čištění odpadních vod. Jenže nároky na kvalitu vyčištěné vody rostou a ani po běžném čisticím procesu nemusí být voda zbavena všech nežádoucích látek.
Jednou z nich je amoniakální dusík. Ve vyšších koncentracích může škodit vodním organismům. U ryb může poškozovat žábry, zhoršovat dýchání a ve vysokých koncentracích vést až k úhynu.
Aktivační proces je tedy dobrý základ. Někdy je ale potřeba ještě krok navíc.
A ne jenom na něj se ve svém projektu zaměřil Karel Havlíček se svým týmem na CXI TUL.
Bakterie potřebují místo, kde zůstanou
Základem vyvinuté technologie jsou opět mikroorganismy, tentokrát ale přichycené na nanovlákenné přízi a vybrané podle toho, jakou práci mají ve vodě odvést. Například odstraňovat amoniakální dusík nebo zbavovat jezírkové vody nežádoucích nutrientů.
Nanovlákna jsou zvolená proto, že mají mimořádně velký povrch, na kterém se bakterie snadno zachytí a vytvoří biofilm. Funguje to trochu jako suchý zip v mikroskopickém měřítku, bakterie se mají čeho chytit a voda je tak snadno neodplaví.
Společně s firmami Nanotech dynamics a VÚTS z Liberce převedl tým nanovlákennou přízi do většího měřítka. Vznikla prostorová struktura navlečená na jednoduchou konstrukci z kovových tyčí.
Výsledkem je velký 3D nanovlákenný nosič biomasy, který lze vložit přímo do nádrže čistírny nebo jiného systému, jímž protéká voda, například zahradní jezírko.
Na čistírně až na nulu
Jedním z testovacích míst byla liberecká čistírna odpadních vod. Tým tam pracoval s vodou, která už prošla hlavní částí procesu čištění. Právě tady se účinnost nosiče ukázala velmi výrazně. V testovaném systému dokázal dočistit amoniakální dusík až na nulové hodnoty, přestože jeho koncentrace na vstupu kolísala.
Druhé testování probíhalo v obyčejném zahradním jezírku s lekníny. V horkém a suchém létě se voda v podobných jezírkách méně obměňuje, zahřívá se, může se zakalit a začít zapáchat.
Pro jezírko tým použil mikroorganismy běžně obsažené v komerčních přípravcích na čištění vody. Ty se obvykle do jezírka jednoduše nasypou, jenže v průtočném systému část z nich voda odnese pryč a část se usadí na dně v sedimentu. Na nanovlákenném nosiči se ale bakterie zachytí, vytvoří biofilm a zůstávají na místě a jezírko čistí. Tím, že se 3D nanovlákenný nosič předem osídlí požadovanými bakteriemi (vznikne 3D nosič s biosložkou) dostaneme zásadní výhodu v následném procesu čištění.
„Viděli jsme, že se kvalita vody v jezírku zlepšovala,“ popisoval Karel Havlíček.
Tým přitom očekával, že během výrazného sucha se situace spíš zhorší. Voda byla teplejší a do jezírka jí přitékalo méně. Přesto dál klesala koncentrace amoniakálního dusíku, fosforu i celkového organického uhlíku.
Bioreaktor za pár tisíc
Možná největší výhodou celé technologie je její jednoduchost. Místo drahých bioreaktorů použil tým velké plastové kanalizační trubky a postavil si vlastní systém.
„Nepotřebujeme drahý bioreaktor za sto tisíc. Stačí nám obyčejná plastová trubka,“ říká Karel Havlíček.
Právě díky tomu by se podobné řešení mohlo uplatnit i u menších nebo starších čistíren. Ve větších provozech by navíc nebylo nutné budovat samostatný reaktor, protože by se jednotlivé nosiče daly vložit přímo do nádrže vedle sebe. Oproti malým volně se pohybujícím nosičům mají i praktickou výhodu: lze je snadno vytáhnout, vyměnit, renovovat a později znovu vrátit do provozu.
Dalším krokem mají být domovní čistírny, jejichž provoz bývá často nestabilní. Bakteriím může uškodit větší množství čisticích prostředků, zatímco na chatách jim přes týden chybí živiny.
Nanovlákenný nosič by jim mohl nabídnout stabilnější prostředí, aniž by bylo nutné přidávat novou nádrž. Stačilo by ho přizpůsobit rozměrům konkrétní čistírny a vložit do některé z jejích stávajících komor.
Vývoj tím ale ještě nekončí. Tým nyní zpracovává molekulární analýzy, které mají ukázat, jak se osídlení nanovlákenného nosiče liší od běžného aktivovaného kalu nebo jiných typů nosičů.
Chemické výsledky už ale ukázaly, že řešení funguje.
O projektu: Projekt Inovativní 3D strukturální nosiče biomasy s nanovlákennou a biologickou složkou pro biotechnologické aplikace v oblasti čištění vod vznikl v rámci programu Ministerstva průmyslu a obchodu a výzvy Aplikace. Číslo projektu: CZ.01.01.01/01/22_002/0001074. Na projektu spolupracují CXI TUL, Nanotech dynamics, s.r.o. a VÚTS, a.s. Projekt končí v září 2026.
