Recyklace vody, GWTU
Pitná voda, voda z pračky, ze sprchy, z myčky a kuchyně je nazývána tzv. šedou vodou a je recyklována v přístroji GWTU (grey water treatment unit). Toto zařízení bylo vyrobeno ve spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou (ESA) a mělo by sloužit k recyklaci vody v kosmických lodích. Dokáže recyklovat až 75% vody, která opět slouží ke sprchování, úklidu, k praní prádla apod.
Vývoj zařízení stál 180 000 dolarů, sestrojení a materiál potom dalších 300 000 dolarů. Materiál zajistily IPEV a PNRA, vývoj a konstrukci poté ESA. Spotřeba elektrické energie je 13 kW, za rok se vyprodukuje 50 m^3 blátivého zbytku (sludge).
Fungování GWTU je založeno na 4 stupních filtrace – mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace a reverzní osmóza.
Obecně:
(tuto kapitolku jsem napsal dle materiálů, co jsem měl k dispozici a chemik nejsem, tak mně když tak nepřesnosti napiště do emailu, já to opravím)
Mikrofiltrace a ultrafiltrace obecně fungují na principu přechodu látek přes póry membrány na základě tlakových rozdílů na obou stranách membrány.
Charakteristika mikrofiltrace
- velikost pórů membrány 0,1 – 1 um
- nepropustí suspenze, kolidní látky, buňky
- hodnota tlaku, pod kterým je tekutina hnána přes membránu, je 1 – 3 bary
- membrány jsou organické i anorganické
- odfiltruje několik stovek litrů / h.m^2
Charakteristika ultrafiltrace
- velikost pórů membrány 0,005 – 0,1 um
- nepropustí makromolekuly a viry (+ mikrofiltrace)
- hodnota tlaku, pod kterým je tekutina hnána přes membránu, je 1 – 5 barů
- membrány jsou organické i anorganické
- odfiltruje 100 – 200 litrů / h.m^2
Nanofiltrace je mezikrok mezi ultrafiltrací a reverzní osmózou. Přechod látek přes membránu je ovlivněn velikostí pórů membrány, elektrickým nábojem a koncentrací látek na obou stranách membrány. Přechod látek přes membránu opět probíhá při vysokém tlaku.
Membrány pro nanofiltraci jsou rozděleny do 3 kategorií.
1. organické membrány s neutrálním či pozitivním i negativním nábojem
2. organické membrány s pozitivním nebo negativním nábojem
3. keramické membrány, kde elektrický náboj závisí na pH roztoku.
Membrána bude pozitivně nabita, pokud pH tekutiny je nižší než izoelektrický bod a naopak.
Charakteristika nanofiltrace
- velikost pórů membrány je v nanometrech
- nepropustí látky s molekulovou váhou vyšší než 1000
- hodnota tlaku, pod kterým je tekutina hnána přes membránu, je 10 – 30 barů
- odfiltruje desítky litrů / h.m^2
- mechanismus prostupu – difúze a konvekce
- membrány můžou mít různý elektrický náboj
Reverzní osmóza
Osmóza je prostup vody přes membránu s cílem vytvořit stejnou koncentraci na obou stranách membrány. Voda se snaží naředit koncentrovanější strany membrány. Osmotický tlak je potom tlak, pod kterým voda prostupuje skrz membránu.
Pokud na membránu vyvineme tlak vyšší než osmotický, potom se proces obrátí a voda prostupuje z koncentrovanějšího prostředí do naředěnější části. To je mj. proces, kterým se dosahuje odsolování mořské vody.
Charakteristika RO
- přes membránu projdou pouze rozpustné látky - voda
- hodnota tlaku, pod kterým je tekutina hnána přes membránu, je až 80 barů
- membrány jsou organické
- odfiltruje max. 20-30 litrů / h.m^2
- k prostupu vody dochází na základě solubilizačně difúzního mechanismu v membráně
Grey Water Treatment Unit
V našem zařízení dochází nejprve k dezinfekci vody, poté je voda shromážděna v nádrži B10. Z ní putuje k ultrafiltrační části (UF).
Membrána pro UF má obsah 15m^2 , propustí molekuly menší než 100 kdaltonů, tekutina je filtrována pod tlakem 0,5 – 1,5 barů.
Přefiltrovaná voda z UF proudí do nádrže B 20, nepřefiltrovaný zbytek potom částečně znovu přefiltrován, částečně se vrací do B10, něco málo se objeví v nádrži pro promytí a zbytek je zachycen v nádrži pro zbytky.
Z nádrže B20 je tekutina hnána do nanofiltrační části. Jedná se o keramickou membránu o povrchu 8,6 m^2 , propustí částice do velikosti 1000 daltonů, filtrace se děje pod tlakem 5-8 barů. Přefiltrovaná tekutina teče do nádrže B30, nepřefiltrovaná část potom zpět B20 a do nádrže pro zbytky.
Z nádrže B 30 proudí tekutina pod velkým tlakem do 1. části reverzní osmózy, která se skládá ze 3 filtrů. Membrána je organická, polyamidová, povrch 1 filtru činí 82 m^2 , propustí pouze vodu, tlak se pohybuje okolo 5 – 20 barů. Přefiltrovaná voda teče do nádrže B40, nepřefiltrovaná zpět do B30, do B20 a něco málo je rovnou opětovně filtrováno.
Z nádrže B40 teče tekutina do poslední části, do 2. části reverzní osmózy, která je tvořena pouze jedním filtrem. Nyní se z tekutina stává hygienická voda, která slouží ke sprchování, praní, mytí nádobí a úklidu.
Mým úkolem je 4x měsíčně odebrat vzorky z různých úrovní filtrace, 2x měsíčně je také musím analyzovat – zjišťuji hodnoty PO3, SO4, NH4, Cl, teplotu, pH, vodivost. U pitné vody a vody ke sprchování měřím hodnotu ATP, což by mělo orientačně určit přítomnost mikroorganismů.
Na fotce je Jean Marie Moysan, instalatér. Nákres je schematický, vytvořil jsem ho ve snaze porozumět tomuto přístroji.
Přiložené fotografie:
GWTU |
