Ověřená technologie čištění odpadních vod s využitím nanovlákenných filtračních membrán

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F46747885%3A24220%2F23%3A00011293" target="_blank" >RIV/46747885:24220/23:00011293 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Ověřená technologie čištění odpadních vod s využitím nanovlákenných filtračních membrán

Popis výsledku v původním jazyce

Výsledek typu ověřená technologie byl zaměřen na ověření stabilního chování ČOV EKO BRS BIO a kvalitu výstupních vod. Dále byly ověřeny návrhy přípravy a výroby kompozitních membrán s nanovlákennou vrstvou. Proces filtrace byl modelován s využitím SW Geodict a byla navržena gramáž nanovlákenné vrstvy tak, aby byla zajištěna požadovaná kvalita záchytu částic o rozměrech větších než 300 nm a současně byl zajištěn i požadovaný průtok filtrované vody. Proto bylo připravena sada vzorků lišících se volbou materiálů pro přípravu kompozitní membrány a způsobem její laminace. Tyto vzorky pak byly podrobeny dvěma etapám filtračních testů a mikrobiologickému hodnocení kvality filtrace. Výzkumná činnost projektu byla zaměřena na výzkum, vývoj a optimalizaci soustavy pro zajištění nejvyšší dosažitelné kvality účinnosti čištění odpadních vod z připojených objektů (rodinných domů, penzionů, firem, škol, školek a dalších objektů, které není možné připojit na kanalizaci). Soustava je složena ze dvou modulů. První modul je čistírna odpadních vod (dále ČOV), kterou vyrábí firma Bazénplast, s.r.o. a která vypouští předčištěné vody s nízkými hodnotami chemického a biologického znečištění. Následně odpadní voda natéká po dávkách cca 250 litrů za každých 6 hodin do filtračního boxu vybaveného sadou filtračních membrán s nanovlákenou funkční vrstvou. Úkolem tohoto boxu je významný záchyt částic o velikostech větších než 300 nm včetně bakterií. Přípravu těchto membrán a ověření jejich funkce byl úkol, který plnil kolektiv řešitelů na Technické univerzitě v Liberci (TUL). Ověřená technologie filtračních vlastností užitých membrán byla orientována na hodnocení kvality filtrace především pomocí nefelometru s hodnotami zákalu NTU (Nephelometric Turbidity Units) a dále na hodnocení průtoku přepočteného na 1 m2 membrány. Rozdíly mezi membránami byly dány jednak použitým polymerem pro výrobu nanovlákenné vrstvy a její gramáže. Dále byly odlišnosti dány volbou podkladové vrstvy, typem adhesní sítky a pojením buď laminací nebo tepelným lisováním. Takto bylo pro testování připraveno celkem 21 variant membrán označených jako S1 – S21. Jednotlivé testy pak byly provedeny na dvou typech testovacích tratí. První z nich byla laboratorní, bez možnosti revitalizace membránového vzorku a s provozem udržení tlakového spádu na membráně na hodnotě 10 kPa respektive i v režimu klesajícího tlaku od 10–3 kPa. Zde dolní hodnota pak stanoví tlakový spád na částečně zanesené membráně, který průtok zastaví. Druhá trať byla již poloprovozní zařízení a umožňovala revitalizaci membrány s užitím vzduchových bublinek. Tato trať byla ve vertikálním uspořádání stejná se zařízeními, na kterých byly provedeny poloprovozní testy (tedy výška membrány cca 1 m, šířka membrány 0,3 m, plocha vzorku 0,6 m2). Volné průtoky přes nanovlákenné filtrační membrány se pohybují od 0,4-0,8 l/min/m² Tento průtok je samozřejmě závislý na kvalitě nátokové vody. Uvedené hodnoty tedy platí pro jednorázové testy odebrané a dovezené ČOV vody v laboratoři na TUL. Z laboratorních výsledků vyplývá, že po přečištění vody v ČOV prudce klesá biologická a chemická spotřeba kyslíku, obsah nerozpuštěných látek sušených při 105°C, celkový fosfor a dusík. Po filtraci na filtru naopak ostatní hodnoty lehce stoupají a jsou chaotické. Tuto skutečnost lze vysvětlit tím, že v průběhu filtrace je část chemických prvků sorbována na strukturu membrány a nelze stanovit dobu, kdy je tato sorbovaná vrstva uvolněna zpět do filtrátu. Výsledky z nefelometru ukazují podobné hodnoty na odtoku z filtračního boxu opatřeného filtry z nanovláken a to i při nízkých hodnotách na přítoku. Průtoky vody z ČOV přes membrány ukazují hodnoty od 0,4-1,2 l/min/m².

Název v anglickém jazyce

Proven wastewater treatment technology using nanofiber filter membranes

Popis výsledku anglicky

The result of the verified technology type was aimed at verifying the stable behavior of the EKO BRS BIO WWTP and the quality of the output water. Furthermore, proposals for the preparation and production of composite membranes with a nanofibrous layer were verified. The filtration process was modeled using SW Geodict and the grammage of the nanofibrous layer was designed in such a way as to ensure the required quality of capture of particles larger than 300 nm and at the same time to ensure the required flow of filtered water. Therefore, a set of samples was prepared, differing in the choice of materials for the preparation of the composite membrane and the method of its lamination. These samples were then subjected to two stages of filtration tests and a microbiological evaluation of the filtration quality. The research activity of the project was focused on the research, development and optimization of the system to ensure the highest achievable quality of wastewater treatment efficiency from connected buildings (family houses, boarding houses, companies, schools, kindergartens and other buildings that cannot be connected to the sewage system). The system is composed of two modules. The first module is a wastewater treatment plant (hereafter WWTP) manufactured by Bazénplast, s.r.o. and which discharges pre-purified waters with low values of chemical and biological pollution. Subsequently, the wastewater flows in batches of approx. 250 liters every 6 hours into the filter box equipped with a set of filter membranes with a nano-fiber functional layer. The task of this box is the significant capture of particles larger than 300 nm, including bacteria. The preparation of these membranes and verification of their function was the task of a team of researchers at the Technical University of Liberec (TUL). The proven technology of the filtration properties of the used membranes was oriented to the evaluation of the quality of the filtration mainly using a nephelometer with NTU (Nephelometric Turbidity Units) turbidity values and also to the evaluation of the flow rate calculated per 1 m2 of the membrane. The differences between the membranes were due to the polymer used for the production of the nanofibrous layer and its weight. Furthermore, the differences were determined by the choice of the base layer, the type of adhesive screen and the connection either by lamination or heat pressing. In this way, a total of 21 variants of membranes designated as S1 – S21 were prepared for testing. Individual tests were then carried out on two types of test tracks. The first of them was laboratory, without the possibility of revitalizing the membrane sample and with the operation of maintaining the pressure drop on the membrane at a value of 10 kPa, or even in the mode of decreasing pressure from 10-3 kPa. Here, the lower value then determines the pressure drop on the partially clogged membrane, which stops the flow. The second line was already a semi-operational device and enabled the revitalization of the membrane using air bubbles. The vertical arrangement of this line was the same as the equipment on which the semi-operational tests were carried out (i.e. membrane height approx. 1 m, membrane width 0.3 m, sample area 0.6 m2). The free flow rates through the nanofibrous filter membranes range from 0.4-0.8 l/min/m² This flow rate is of course dependent on the quality of the inflow water. The stated values therefore apply to one-time tests of collected and imported WWTP water in the laboratory at TUL. The laboratory results show that after water purification in the WWTP, the biological and chemical consumption of oxygen, the content of undissolved substances dried at 105°C, total phosphorus and nitrogen decrease sharply. After filtering on the filter, on the other hand, the other values rise slightly and are chaotic. This fact can be explained by the fact that during filtration, part of the chemical elements are sorbed on the membrane structure and it is not possible to determine the time when this sorbed layer is released back into the filtrate. The results from the nephelometer show similar values at the outflow from the filter box equipped with nanofiber filters, even at low values at the inflow. Water flows from the WWTP through the membranes show values from 0.4-1.2 l/min/m².

Druh

Z_tech - Ověřená technologie

CEP obor

—

OECD FORD obor

10511 - Environmental sciences (social aspects to be 5.7)

Projekt

<a href="/cs/project/EG21_374%2F0026360" target="_blank" >EG21_374/0026360: Modulární soustava pro úpravu domovních odpadních vod</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2023

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

202307.26360.AV2

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Sledování technických parametrů bylo zaměřeno především na průtoky filtračním boxem a kvalitu částicové filtrace především hodnocené zákalem a mikrobiální kontaminací. Z hlediska průtoků byly měřeny hodnoty od 0,5 litrů/m2/min do cca 2 litrů/m2/min. Tento průtok významně závisí na zákalu filtrované vody a je možné tyto hodnoty průtoku navýšit využitím sacího čerpadla. Kvalita filtrace byla kontrolována především mikrobiologickými testy, které prokázaly řádové snížení kontaminace o 2 až 3 řády. Kontaktní osoba Jiří Maryška (jiri.maryska@tul.cz)..

Ekonomické parametry

Výsledek ověřené technologie může být uplatněn v soustavě pro terciální čištění domovních odpadních vod. Ověřování technologie bylo zaměřeno jednak na stabilitu provozu jednotlivých modulů zařízení pro úpravu odpadních vod, ale pak především na kontrolu funkčnosti filtračních membrán z hlediska záchytu především mikroorganismů. Výsledky této ověřené technologie funkčnosti filtračních membrán s nanovlákennou vrstvou pak mohou být uplatněny v licenční smlouvě pro výrobu filtračních elementů, která může být nabídnuta firmě, která má pro takovou výrobu vybavení resp. bude mít zájem takové vybavení pořídit jako investici. Filtrační elementy pak mohou být uplatněny nejen při terciálním čištění komunálních vod, ale i při výrazném snížení mikrobiologické kontaminace průmyslových vod např. v nápojovém průmyslu. Budeme-li však uvažovat uplatnění pro malé domovní čistírny s výkonem 1 m3/den bude pro terciální vyčištění denního objemu připraven filtrační modul, jehož cena v současných kalkulacích nepřesáhne 50 tis. Kč..

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

46747885; 03304361

Název vlastníka

Technická univerzita v Liberci; Bazénplast s.r.o.

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

V - Výsledek je využíván vlastníkem

Požadavek na licenční poplatek

—

Adresa www stránky s výsledkem

—