Inovare și economie circulară în stații de epurare a apelor uzate: Provocări și Obstacole

Sistemul de apă face parte din sistemele de mediu, agricole, industriale și municipale. Cunoașterea modului în care aceste sisteme sunt conectate între ele este esențială pentru identificarea oportunităților de economie circulară care există în sistemul de apă și, de asemenea, în alte sisteme asociate.

Stațiile de epurare a apelor uzate (WWTP) pot fi o parte importantă a sustenabilității circulare datorită integrării producției de energie și recuperării resurselor în timpul producției de apă curată [2, 3]. În viitorul apropiat, stațiile de epurare vor deveni sisteme tehnologice „sustenabile din punct de vedere ecologic”. În prezent, nevoile globale de nutrienți și recuperarea apei și a energiei din apele uzate dictează dezvoltarea industriei apelor uzate [4-6]. Figura de mai jos, de pe Cerahelix.com, arată ciclul apei într-un model de economie circulară:

Sursa: https://www.cerahelix.com/news/treat-reuse-extract-create-and-repeat-the-circular-economy-explained-using-the-water-cycle-as-an-example/

Pentru a face față provocării de a reduce poluarea apelor uzate înaintea creșterii populației, schimbărilor în procesele industriale și dezvoltărilor tehnologice, Agenția pentru Protecția Mediului din SUA (US EPA) a creat un document pentru a pune la dispoziția tuturor informațiile despre progresele recente și tehnici inovatoare [7]. Scopul documentului este simplu: să ofere un ghid persoanelor care caută informații despre tehnologiile inovatoare și emergente de tratare a apelor uzate. Ghidul enumeră noile tehnologii, evaluează avantajele și costurile acestora și oferă surse pentru investigații tehnologice ulterioare. Acest document ar trebui să servească drept ghid pentru proprietarii/utilitățile de instalații de canalizare, operatori, planificatori și consultanți.

În secțiunile următoare, prezentăm cele mai importante resurse care pot fi obținute din stațiile de epurare și posibilitățile pentru antreprenori, în timp ce arătăm punctele forte și punctele slabe ale acestor procese.

3.1 Aplicarea pe teren a biosolidelor

Biosolidele (nămolul de epurare) sunt formate din compuși valoroși pentru uz agricol (materie organică, azot, fosfor, potasiu și micronutrienți precum calciu, sulf și magneziu) și poluanți care includ metale grele, compuși organici și agenți patogeni. Deși pot fi o resursă valoroasă, biosolidele trebuie folosite cu prudență deoarece conțin adesea microorganisme care pot fi vectori de transport a anumitor boli, contaminanți chimici sau alte substanțe instabile.

Biosolidele pot îmbogăți solul și pot completa sau înlocui îngrășămintele comerciale. Aplicarea biosolidelor pe teren are loc în diferite locații, inclusiv terenuri agricole, păduri, locuri de recuperare miniere și alte terenuri, parcuri și terenuri de golf. Aplicarea biosolidelor pe sol are efecte semnificativ pozitive asupra fertilității solului, asigurând utilizarea lor într-o manieră mai sustenabilă. Pe lângă valoarea nutritivă ridicată, biosolidele îmbunătățesc proprietățile solului (condiționarea solului) prin creșterea materiei organice din sol, agregarea particulelor de sol, structura și porozitatea solului și scăderea densității.

Aplicarea pe teren a nămolului de epurare este practicată pe scară largă în Europa și în alte țări [8]. Riscul asociat cu aplicarea pe teren a biosolidelor depinde de originea încărcăturilor poluante care intră în stațiile de epurare a apelor uzate (încărcături municipale versus industriale). Principalele probleme asociate cu o astfel de eliminare a biosolidelor sunt problemele de sănătate și siguranță, mirosul dezagreabil și alte preocupări publice. În plus, ratele excesive de aplicare pe teren pot avea un impact negativ asupra calității apelor subterane din cauza levigării nutrienților. Din acest motiv, US EPA a elaborat un ghid pentru aplicatorii de terenuri bazat pe standardele federale pentru utilizarea sau eliminarea nămolurilor de epurare. Scopul acestui program federal este de a se asigura că nămolul de epurare este utilizat sau eliminat într-un mod care protejează atât sănătatea umană, cât și mediul. Partea 503, Standarde pentru utilizarea sau eliminarea nămolurilor de epurare stabilește cerințele generale, limitele de poluare, standardele operaționale și practicile de management, precum și frecvența cerințelor de monitorizare, evidență și raportare, pentru nămolurile de epurare care sunt aplicate pe teren, plasate pe un loc de eliminare de suprafață sau ars într-un incinerator de nămol de epurare [9].

Tratamente necesare înainte de aplicarea pe teren a biosolidelor

Pentru a respecta regulile propuse de legislație, nămolurile de epurare trebuie tratate la stațiile de epurare (deshidratate și stabilizate) înainte de aplicarea pe teren, fie în ceea ce privește fertilizarea solului, fie reabilitarea terenurilor. Procesele de tratare a biosolidelor înainte de aplicarea lor pe sol sunt digestia anaerobă sau aerobă, compostare, uscare și tratament chimic (preponderent tratament alcalin).

• Digestia anaerobă (în general) este un proces biologic natural în care un număr mare de bacterii anaerobe transformă materia organică în metan și dioxid de carbon (un amestec numit biogaz). Acest proces stabilizează materia organică în solide reziduale, reduce agenții patogeni și mirosurile și micșorează cantitatea totală de solide/nămol prin transformarea părților din fracția de solide volatile (VS) în biogaz.
• Digestia anaerobă. Procesul poate fi împărțit în trei etape separate, fiecare dintre acestea fiind efectuată de un grup diferit de microorganisme:
  • Hidroliza, în timpul căreia proteinele, celuloza, lipidele și alte substanțe organice complexe sunt scindate în molecule mai mici și devin solubile prin utilizarea apei pentru a separa legăturile chimice ale substanțelor
  • Fermentație acidă volatilă, în timpul căreia produsele obținute în urma hidrolizei sunt sunt transformate în acizi organici prin procesele biochimice de acidogeneză (unde monomerii sunt transformați în acizi grași) și acetogeneză (acizii grași sunt transformați în acid acetic, dioxid de carbon și hidrogen)
  • Formarea metanului, în timpul căreia acizii organici produși în timpul fermentației sunt transformați în metan și dioxid de carbon.
• Compostarea reziduurilor obținute în urma tratării apei uzate este un proces aerob bio-termic care descompune partea organică a reziduului cu aproximativ 25 la sută. Înainte de compostare, este necesară deshidratarea reziduului. Deshidratarea nu numai că reduce volumul surplusului, dar scade și cantitatea de umiditate care se va evapora în timpul căldurii generate de descompunerea părții organice a reziduului, îl stabilizează și transformă excesul în biosolide utilizabile. Problema compostării reziduurilor brute este mirosul mai intens al reziduurilor cu un procent mai mare de materie organică. Pot fi folosite diferite metode pentru a controla mirosul. În general, mirosul este controlat prin adăugarea de var rapid (CaO) pentru a modifica pH-ul reziduurilor. Dacă mirosul continuă să fie o problemă, procedura simplă de a aspira aer prin grămezile de compost și de a descărca aerul într-un bio-filtru poate reduce și mai mult mirosul.  

Uscarea. Tipul și populația de microorganisme variază în timpul procesului de compostare. Prin urmare, este esențial să se controleze mediul de compostare, astfel încât microorganismele să poată prospera. Parametrii mediului de compostare includ temperatura grămezii de compost, conținutul de umiditate al compostului, nivelurile de oxigen și dioxid de carbon din grămada de compost și disponibilitatea nutrienților, inclusiv carbon, azot, fosfor și potasiu pentru microorganisme. Acești parametri trebuie monitorizați deoarece afectează vitalitatea microorganismelor. Oxigenul este furnizat grămezii de compost prin introducerea de aer. Rata de aer furnizat depinde de conținutul de umiditate al grămezii de compost. Cu cât umiditatea este mai mare, cu atât este nevoie de mai mult aer. Trebuie menținut un nivel minim de oxigen, în timp ce nivelurile de dioxid de carbon nu trebuie lăsate să depășească un nivel maxim.

Sursa: https://pixabay.com/images/search/sewage%20sludge%20composting/

3.2 Recuperarea nutrienților

Recuperarea nutrienților este practica de extragere a nutrienților, cum ar fi azotul și fosforul, din fluxurile de apă uzată, care altfel ar fi aruncați, și transformarea acestora într-un îngrășământ prietenos cu mediul în scopuri ecologice și agricole. Acest proces ajută la curățarea efluentului prin eliminarea acestor nutrienți și, în cele din urmă, transformarea lor într-o materie primă eficientă, reutilizabilă. Având în vedere aceste obiective, în industria apelor uzate au fost dezvoltate diferite procese pentru recuperarea optimă a acestor nutrienți.

Procesul de recuperare a nutrienților oferă municipalităților o oportunitate de a genera venituri, oferind în același timp întreprinderilor agricole fosfor rafinat, utilizabil – o resursă naturală din ce în ce mai rară. În plus, permite entităților de epurare a apelor uzate să fie mai mult decât simple instalații de tratare ci, în cele din urmă, să ajungă agenți de recuperare a resurselor, transformând percepția despre tratarea tradițională a apelor uzate. Astfel, reciclarea nutrienților din stațiile de epurare are un impact pozitiv asupra mediului prin reducerea cererii de îngrășăminte convenționale pe bază de combustibili fosili și, în consecință, prin reducerea consumului de apă și energie.

Recuperarea nutrienților din apele uzate se poate face din apele uzate brute, fluxuri de ape uzate semitratate și nămoluri de epurare (biosolide) [10].

În prezent, fosforul (P) este reciclat în stațiile de epurare în principal prin metode chimice, cum ar fi procesul de cristalizare a struvitei, de exemplu, tehnologiile Pearl, NuReSys și AirPrex, care au fost puse în aplicare pe scară largă [11]. În prezent, în Europa se recuperează tehnic mai mult de 2000 Mg P/an [12]. Principalele probleme asociate cu cristalizarea struvitei sunt costurile chimice ridicate și formarea accidentală a struvitei care blochează supapele, țevile, pompele etc. Chiar dacă costurile ridicate de operare limitează fezabilitatea economică a recuperării nutrienților, sistemul ar putea genera o gamă largă de alte beneficii. De exemplu, recuperarea nutrienților din apele uzate ar putea reduce substanțial producția de nămol și precipitate nedorite, astfel încât costurile de eliminare a substanțelor neașteptate pot fi mai bine controlate sau chiar reduse. De asemenea, recuperarea nutrienților din apele uzate ar putea îmbunătăți deshidratarea nămolului tratat și poate scădea viteza de scalare, ambele având ca rezultat îmbunătățirea gestionării apelor uzate [14]. În mod evident, recuperarea nutrienților ar putea reduce concentrația de amoniu și fosfat în deversarea generată de o stație de tratare a apelor uzate, ceea ce împiedică eutrofizarea în mediile acvatice. Cu toate acestea, atât beneficiile de mediu, cât și reglementările guvernamentale nu ar servi la stimularea recuperării nutrienților dacă nu există suficiente stimulente economice.

Noi tehnologii de recuperare a nutrienților

Ye și colaboratorii 2020 au subliniat că celulele de combustie microbiană (MFC), ca tehnologie avansată pentru recuperarea nutrienților, ar putea genera electricitate și ar putea oferi o zonă cu pH ridicat pentru precipitarea chimică [15]. Tehnologia este destul de promițătoare pentru recuperarea nutrienților. Astfel, MFC și modificările sale ar trebui explorate pe scară largă pentru a recupera nutrienții în cadrul procesului de epurare a apelor uzate.

În acest scenariu, procesele de osmoză avansată (FO), distilare cu membrană (MD) și electrodializă (ED) sunt cele trei tehnologii membranare principale utilizate pentru recuperarea nutrienților. Procesele MD și ED sunt compatibile cu MFC în timp ce se aplică MFC pentru a recupera nutrienții din apele uzate diluate. O astfel de integrare ar putea, fără îndoială, crește calitatea și cantitatea nutrienților recuperați și este viabilă în viitor. Un alt aspect important este creșterea eliberării anaerobe de fosfat, în cantități suficiente, în rezervoarele existente [16]. În plus, proprietatea soluției de alimentare poate determina performanța bioreactorului cu membrană prin exercitarea unui impact direct asupra proprietăților nămolului, a acoperirii cu impurități a membranei și a fluxului de permeabilitate [17]. Dar până acum rolul soluției de alimentare în sistemele OMBR nu a fost suficient analizat. Este necesar să se efectueze studii suplimentare pentru a evalua fezabilitatea diferitelor surse de apă uzată cu referire la recuperarea nutrienților și să se propună pretratarea adecvată pentru soluția de alimentare, dacă este necesar. În acest caz, fezabilitatea tehnică a sistemului de recuperare a nutrienților, precum și performanța acestuia pot fi îmbunătățite.

În viitor, e posibil ca noile cercetări să conducă la dezvoltarea sistemelor economice de tratare a apelor uzate și, în special, a sistemelor hibride bazate pe bioreactoare cu membrană osmotică (OMBR) și sisteme bioelectrochimice (BES).

Acest lucru poate crea noi oportunități pentru antreprenori și start-up-uri.

3.3 Apa recuperată

De ce să reutilizați apele uzate epurate?

Doar 2,5% din apa disponibilă pe planetă este apă dulce. Odată cu creșterea rapidă a populației mondiale, accelerarea urbanizării și încălzirea globală, această resursă devine din ce în ce mai rară. Captarea excesivă a apei este o cauză majoră a deficitului de apă. Consumul mare de apă este datorat irigațiilor și a consumului domestic, inclusiv a turismului. Reutilizarea apelor uzate tratate ca sursă alternativă de alimentare cu apă este acum recunoscută de strategiile internaționale, europene și naționale de sustenabilitate. Obiectivul ONU de Dezvoltare Sustenabilă în domeniul apei (SDG 6) vizează în mod specific o creștere substanțială a reciclării și a reutilizării globale sigure până în 2030. Reutilizarea apei este o prioritate de vârf în Planul strategic de implementare a Parteneriatului European pentru Inovare în Domeniul Apei, iar maximizarea reutilizării apei este un obiectiv specific stabilit în Comunicarea „Planul de salvgardare a resurselor de apă ale Europei”.  Reutilizarea apelor uzate tratate poate oferi beneficii semnificative din punct de vedere ecologic, social și economic. Potrivit Blueprint, reutilizarea apei poate îmbunătăți starea mediului atât din punct de vedere cantitativ, cât și calitativ, atenuând presiunea prin înlocuirea captării. În comparație cu sursele alternative de alimentare cu apă, cum ar fi desalinizarea sau transferul apei, reutilizarea apei necesită adesea costuri mai mici de investiții și energie, reducând emisiile de gaze cu efect de seră.

Reutilizarea apei aduce beneficii sectorului mai larg al apei, care este o componentă cheie a peisajului eco-industrial al UE. Reutilizarea apei are un potențial semnificativ în ceea ce privește crearea de locuri de muncă ecologice în industria legată de apă și se estimează că o mărire cu 1% a ratei de creștere în industria apei din UE ar putea crea până la 20.000 de noi locuri de muncă [18]. În prezent, cantitatea reutilizată anual de ape uzate urbane tratate reprezintă aproximativ 2,4% din efluenții de ape uzate urbane tratate și mai puțin de 0,5% din extragerile anuale de apă dulce din UE. Dar potențialul UE este mult mai mare, estimat la de șase ori volumul actual. Atât statele membre din sud, cum ar fi Spania, Italia, Grecia, Malta și Cipru, cât și statele membre din nord, precum Belgia și Germania, au deja implementate numeroase inițiative privind reutilizarea apei pentru irigații, utilizări industriale și reîncărcarea acviferelor. Cipru și Malta reutilizează deja mai mult de 90% și respectiv 60% din apele uzate, în timp ce Grecia, Italia și Spania reutilizează între 5 și 12% din efluenții lor, ceea ce indică în mod clar un potențial de absorbție suplimentară.

Reutilizarea apelor uzate epurate din stații de epurare pentru agricultură și irigarea terenurilor, în scopuri industriale, spălarea toaletelor și reaprovizionarea apelor subterane este un element cheie al strategiei implementate în prezent, axată pe eliberarea apei dulci pentru uz casnic, îmbunătățirea calității efluenților din stațiile de epurare și, în consecință, a calității mai ridicate a apelor fluviale utilizate pentru captarea apei potabile [19].  Utilizarea apelor uzate tratate pentru irigații în agricultură este cunoscută de mulți ani și poate asigura alimentarea cu apă pentru a satisface această cerere a agriculturii și a reduce stresul local de apă. În plus, nutrienții conținuti în apa uzată reduc nevoia de aplicare a îngrășămintelor comerciale. Se recomandă utilizarea efluentului de la tratarea secundară la irigarea culturilor nealimentare, în timp ce efluentul de la tratamentul terțiar e indicat pentru irigarea culturilor alimentare.

Reutilizarea apelor uzate urbane poate fi planificată (directă sau indirectă) sau neplanificată, și este în mare parte legată de utilizări nepotabile, totuși există și cazuri de reutilizare potabilă neplanificată. Reutilizarea apei urbane se referă în principal la irigarea rezidențială și la uz comercial pentru apărare împotriva incendiilor, spălătorie auto, spălarea toaletei etc. Principalele probleme asociate cu reutilizarea urbană sunt: riscurile pentru sănătatea umană și costul ridicat al sistemelor duale pentru livrarea apei epurate [20]. În cazul reutilizării potabile indirecte, efluentul de înaltă calitate al stației de epurare este evacuat direct în apele subterane sau sursele de apă de suprafață cu intenția de a spori rezervele de apă potabilă. O altă soluție poate fi reutilizarea potabilă directă (de la o conductă la altă conductă) prin introducerea directă a apei uzate tratate într-un sistem de distribuție a apei [21].

Cu toate acestea, reutilizarea directă potabilă crește considerabil costurile operaționale din cauza cerințelor foarte ridicate de calitate a efluentului. Lipsa acceptării sociale este, de asemenea, importantă.

Sursa: https://pixabay.com/images/search/water%20garden/?pagi=2

Apă recuperată pentru procese industriale

În funcție de cerințele de calitate a apei, de constrângerile de spațiu și de considerentele bugetare, sunt disponibile diferite metode de reciclare sau reutilizare a apei industriale. Beneficiile pot include reducerea costurilor apei dulci, a fluxurilor de apă uzată și a dimensiunii amprentei apei. Eficiența operațională și sustenabilitatea pot fi, de asemenea, crescute împreună cu capacitatea de producție îmbunătățită datorită creșterii apei curate disponibile.

Tehnologii

Din perspectiva epurării apelor uzate, microfiltrarea (MF), ultrafiltrarea (UF), nanofiltrarea (NF) și osmoza inversă (RO) sunt cele mai comune tehnici de separare cu membrane aplicate în industrii. Osmoza directă (FO) a fost, de asemenea, introdusă recent ca tehnică avansată de membrană pentru tratarea apelor uzate. O gamă de alte tehnologii avansate de purificare a apei, inclusiv cărbune activat, schimb ionic, deionizare, electrodeionizare, UV (ultraviolet), dezinfecție cu ozon și dozare chimică sunt utilizate pentru aplicații industriale.

În tratarea apelor uzate, tehnologia cu membrane a fost recunoscută ca tehnologia cheie pentru separarea contaminanților din sursele poluate [22]. Membranele sunt bariere selective care separă două faze diferite, permițând trecerea anumitor componente și reținerea altora. Agentul care inițiază procesele membranare poate fi un gradient de presiune și un potențial chimic sau electric de-a lungul membranei. Procesele cu membrană depind de o separare fizică, de obicei fără schimbare de fază și adăugare de substanțe chimice în fluxul de alimentare, astfel încât să se prezinte ca o tehnică alternativă de tratare a apelor uzate comparativ cu procesele convenționale (de exemplu distilare, precipitare, coagulare/floculare, absorbție prin cărbune activ, schimb de ioni, tratare biologică etc.) [22, 23]. Consumul redus de energie, reducerea numărului de etape de procesare, eficiența mai mare de separare și calitatea mai ridicată a produsului final sunt principalele avantaje ale acestor procese [22-24]. Cu toate acestea, rezistența chimică, mecanică și termică scăzută a membranelor limitează aplicarea acestora. Au fost depuse eforturi considerabile pentru a îmbunătăți atât fluxul, cât și selectivitatea membranelor. În plus, unii cercetători s-au concentrat pe controlul depunerilor de pe membrane, care este cea mai importantă problemă în utilizarea membranelor în tratarea apelor uzate. Ca urmare, performanța a crescut semnificativ, iar piețele comerciale ale membranelor s-au extins în ultimii ani.

Succesul operațiunilor cu membrane în tratarea apelor uzate este atribuit compatibilității între diferitele operațiuni din sistemele integrate. În prezent, tratarea apelor uzate prin sisteme integrate presupune reducerea efectelor nocive pentru mediu, scăderea consumului de apă subterană și de energie și recuperarea compușilor valoroși ca produs secundar. Bioreactorul cu membrană (MBR), care combină filtrarea cu membrană cu tratarea biologică, este recunoscut ca unul dintre cele mai de succes sisteme hibride cu membrană în tratarea apelor uzate.

Operațiunile cu membrană sub presiune, MBR-urile, precum și o combinație de operațiuni cu membrană în sisteme hibride în tratarea apelor uzate sunt utilizate în diverse industrii.

Apă recuperată pentru irigații

Agricultura este, de departe, cel mai mare consumator global de apă . Irigarea terenurilor agricole reprezentă 70% din apa utilizată la nivel mondial. În mai multe țări în curs de dezvoltare, irigațiile reprezintă până la 95% din toate utilizările de apă și joacă un rol major în producția de alimente și securitatea alimentară. Strategiile viitoare de dezvoltare agricolă ale majorității acestor țări depind de posibilitatea de a menține, îmbunătăți și extinde agricultura irigată.

Reutilizarea apei este practicată în mod obișnuit și cu succes în mai multe state membre ale UE, precum și, de exemplu, în Israel, California, Australia și Singapore. Totuși această practică este până acum implementată sub potențialul său în UE. Conștientizarea limitată a potențialelor beneficii în rândul părților interesate și al publicului larg și lipsa unui cadru de sprijin și coerent pentru reutilizarea apei au fost identificate ca două bariere majore care împiedică o răspândire mai largă a acestei practici în UE. Din aceste motive, Comisia a propus în 2018 un regulament pentru a stimula reutilizarea apei atunci când aceasta este rentabilă și sigură pentru sănătate și mediu.

Noul Regulament privind cerințele minime pentru reutilizarea apei pentru irigarea agricolă a intrat recent în vigoare și se așteaptă să stimuleze și să faciliteze reutilizarea apei în UE [25]. Comisia a pregătit, de asemenea, diferite documente cheie care pot fi găsite la ec.Europa.eu [18].

Potențialii agenți patogeni trebuie îndepărtați din apele uzate. Atunci când microorganismele patogene nu sunt procesate în mod specific în timpul tratamentului, utilizarea apei uzate tratate trebuie evaluată cu atenție. Diferiți parametri afectează îndepărtarea eficientă a microorganismelor patogene și indicator [26]. Evaluarea tehnologiilor de îndepărtare a agenților patogeni se bazează în mare parte pe indicatori de contaminare fecală, cum ar fi coliformi totali, coliformi termotolerenți sau Escherichia coli. Clorul, ultravioletele (UV), ozonul, iazurile de maturare, CW, filtrarea cu membrană, filtrarea în strat adânc și metodele electrochimice sunt tehnici utilizate pentru dezinfecție [26]. Când vine vorba de utilizarea oxidanților pentru dezinfecție, hipoclorit de sodiu (NaClO) și ozon, mai multe exemple de practici pot fi găsite în literatura de specialitate legată de sistemele de regenerare pentru irigare. Tratamentul cu ultraviolete este recomandat ca fiind cea mai bună tehnologie disponibilă pentru dezinfecția apei epurate, care nu este asociată cu costuri excesive, în special pentru aplicațiile de reutilizare prin contact înalt până la mediu [26]. În ceea ce privește tratamentul biologic, iazurile de maturare sunt considerate a fi cea mai bună practică a mai multor ghiduri, inclusiv OMS, [27]. Această metodă are câteva avantaje și dezavantaje. Mai multe informații pot fi găsite pe TheWaterTreatments.com [28].

Ca alternativă la filtrarea pe pat și la tratarea chimică, filtrarea cu membrană este o tehnologie considerată adesea eficientă pentru îndepărtarea agenților patogeni din apele uzate folosite în irigare. Rezultatele indică faptul că o reducere completă a virușilor este posibilă cu o membrană Ultra Filtration (UF), ceea ce înseamnă că un proces de dezinfecție chimică ar putea fi omis [27].

Substanțele chimice care perturbă sistemul endocrin (EDC) au primit o atenție sporită în ultimii ani din cauza efectelor lor dăunătoare asupra oamenilor și animalelor. Prezența EDC în apa folosite pentru irigare și în solurile agricole poate provoca contaminarea produselor agricole, prezentând un risc pentru sănătatea umană. Noile tehnologii pentru eliminarea EDC din apele uzate implică noi oportunități pentru antreprenori și start-up-uri.

Sursa: https://pixabay.com/images/search/agriculture%20water/?pagi=2

3.4 Recuperarea energiei

Recuperarea energiei la stațiile de epurare a apelor uzate reprezintă o pârghie importantă a politicii pentru sustenabilitate, deoarece poate semnificativ reduce amprenta de carbon a epurării apelor uzate. Tratarea apelor uzate necesită un important consum de energie. O analiză a energiei chimice și termice conținute în apele uzate relevă că există de până la 14 ori mai multă energie decât ceea ce este necesar pentru epurare. Deși o mare parte din aceasta este căldură de calitate scăzută, teoretic ar trebui să fie totuși posibilă obținerea pozitivității energetice în stațiile de epurare.

În stațiile de epurare, recuperarea energiei se poate face prin [29-30]:

• Producția de biogaz. Într-un digestor prin digestie anaerobă (AD) se creează biogaz, care este principala sursă de energie în WWTP. Biogazul poate fi folosit pentru încălzire și/sau generarea de energie electrică. Creșterea eficienței AD este o practică comună pentru a crește autosuficiența energetică a stațiilor de epurare.
• Pompe de căldură în efluenții stației de epurare, și
• Recuperarea energiei din diferite fluxuri de temperatură ridicată prin schimbător de căldură

Optimizările AD includ diferite metode de pre-tratare a nămolului de epurare care vizează o biodegradabilitate mai mare a acestuia. În prezent, cele mai comune tehnologii disponibile pe piață sunt pre-tratările mecanice și termice. Tehnologiile de hidroliză termică (THP) precum Cambi, Biothelys, Exelys sunt cele mai comune tehnologii utilizate pentru a îmbunătăți digestia anaerobă în stațiile de epurare. Prima stație de epurare din America de Nord (Washington, DC, SUA) care a folosit tehnologia Cambi a înregistrat o creștere cu 50% a producției de biogaz. Co-digestia nămolului de epurare cu alte deșeuri biodegradabile este o altă opțiune care oferă o serie de beneficii economice și de mediu. Co-digestia deșeurilor organice în combinație cu nămolurile de epurare nu numai că permite stațiilor de epurare să fie neutre din punct de vedere energetic, ci și să reducă costul gestionării deșeurilor organice municipale și industriale. De exemplu, co-digestia nămolului de epurare cu șase co-substraturi diferite a fost implementată în Mossberg (Germania) timp de 10 ani. Producția de căldură și energie la WWTP Mossberg este semnificativ mai mare decât cererea internă a WWTP. Excesul de energie este introdus în rețea, în timp ce excesul de căldură este folosit pentru a usca nămolul deshidratat de la alte stații de epurare.

Tehnologiile utilizate cel mai mult de actualele stații de epurare a apelor uzate autonome sunt tehnologiile „Combined Heat and Power (CHP)”, care generează atât energie electrică, cât și căldură din biogaz în același timp. Sursele fiabile și economice de căldură pentru utilizarea în pompele de căldură (HP) sunt efluenții de la stațiile de epurare municipale [31]. Căldura de la pompele de căldură poate fi utilizată pentru încălzirea și răcirea clădirilor rezidențiale, sociale și administrative ale stației și/sau infrastructurii învecinate.

În orașul danez Odense, o stație de epurare furnizează căldură și energie electrică pentru o populație de aproape 400.000 de locuitori și a atins 150% pozitivitate energetică, generând astfel energie electrică și căldură pentru rețeaua locală. Transformarea a fost posibilă printr-o analiză atentă a datelor operaționale istorice care a identificat o serie de căi de optimizare a energiei, multe dintre ele fiind implementate mai degrabă cu modificări ale strategiilor operaționale decât cu îmbunătățiri semnificative ale echipamentelor. De la efectuarea modificărilor inițiale, au fost puse în aplicare o serie de îmbunătățiri ale instalației, astfel încât s-a obținut o pozitivitate energetică de 200%. Intervențiile tehnice s-au bazat pe adoptarea unei mentalități foarte clare de „neutralitate a emisiilor de carbon” în întreaga organizație, care, la rândul său, a condus la dezvoltarea și angajamentul față de un obiectiv corporativ de mediu foarte agresiv [32].

Sursa: https://www.billundbiorefinery.com/