Zagrożenie, którego można uniknąć

Gospodarka o obiegu zamkniętym (GOZ, circular economy) to koncepcja gospodarcza zakładająca, że produkty, materiały oraz surowce pozostają w obiegu gospodarczym tak długo, jak to możliwe, a wytwarzanie odpadów jest skrajnie zminimalizowane.

Rozmowa z dr hab. Łukaszem Drewniakiem, Prof. ucz. realizującym niezwykle ważny projekt pn: “Opracowanie procesu (bio)technologicznego zagospodarowania odpadów i odzyskiwania wody z odcieków pochodzących z procesów hydrometalurgicznych”.

Dlaczego to przedsięwzięcie jest tak ważne?

Założeniem projektu jest opracowanie (bio)technologii zarządzania odpadami i odciekami z przemysłu metalurgicznego, umożliwiającej ograniczenie ich produkcji i efektywnego zagospodarowania. Dostępne na rynku technologie oferujące zarówno redukcję siarczanów jak i metali ciężkich opierają się głównie na procesach chemicznych. Polegają one na strącaniu trudno rozpuszczalnych wodorotlenków metali i siarczanu wapnia za pomocą odczynników chemicznych (przeważnie mleka wapiennego i siarczanu żelaza). Metody te generują bardzo duże ilości niebezpiecznych osadów zawierających metale ciężkie i zazwyczaj nie pozwalają na efektywną redukcję siarczanów.

Opracowywana w ramach projektu technologia o nazwie SURE wykorzystuje połączenie metod chemicznych i biologicznych, co pozwala na poprawienie efektywności i zmniejszenie toksyczności względem tradycyjnych rozwiązań chemicznych. W pierwszym etapie technologii odzyskiwane są związki żelaza, które po separacji i podczyszczeniu są wykorzystywane do produkcji sorbentów przeznaczonych do usuwania metali ciężkich (m.in. z zanieczyszczonych wód) oraz siarkowodoru (m.in. z biogazu i kanalizacji). W kolejnym etapie, dzięki zastosowaniu bakterii redukujących siarczany możliwe jest odzyskiwanie metali z odcieków przemysłowych przy jednoczesnym usunięciu jonów siarczanowych, które w dużych ilościach mogą negatywnie oddziaływać na środowisko. W podstawowej wersji technologia SURE działa w tzw. systemie aktywnym (bioreaktory z pompami, mieszadłami, sprężarkami, szafami sterującymi itd.), który służy odzyskiwaniu siarczków metali oraz wody technologicznej.

W przypadku braku potrzeby odzysku metali stosowana jest wersja technologii SURE, w której bakterie redukujące siarczany pracują w systemie pasywnym. Bazuje on na: (i) filtracji przez złoże z unieruchomionymi bakteriami, (ii) przepływach grawitacyjnych bez zasilania pompami, oraz (iii) bez podgrzewania reaktorów i kontrolowanej temperatury procesu. Eliminacja (bądź ograniczenie ilości) wymuszonych przepływów oraz dostarczania ciepła i energii elektrycznej przyczynia się do obniżenia kosztów. Ponadto, zastosowanie odpowiednich nośników mineralnych pozwala na skrócenie czasu zatrzymania w reaktorze i zwiększenie przepustowości instalacji (większe przepływy np. do 200 m3 /h). W systemach pasywnych nie ma możliwości odzysku siarczków metali, a jedynym głównym produktem tego typu systemów jest oczyszczona woda. W związku z powyższym największą zaletą w porównaniu do tradycyjnych metod fizyczno-chemicznych jest obniżenie kosztów utylizacji odcieków przemysłowych. Efektem realizowanych prac jest opracowanie podstaw technologii w warunkach laboratoryjnych i ich weryfikacja w skali pilotażowej. Zbudowano dwie instalacje pilotażowe – jedną w systemie aktywnym o przepustowości 0.5m3 /godzinę oraz drugą w systemie pasywnym o przepustowości 0.5m3 /dobę. Założenia technologii zostały zweryfikowane na próbkach odcieków przemysłowych w trakcie długoterminowych eksperymentów. Dotychczasowa realizacja projektu wykazała, że technologia SURE może mieć szerokie zastosowanie, w tym do odcieków zawierających: (i) tylko siarczany (np. zużyte elektrolity akumulatorowe), (ii) siarczany i metale ciężkie (np. odcieki z nieczynnych kopalni, odcieki poflotacyjne), (iii) siarczany, metale ciężkie i związki organiczne (np. odcieki z garbarni).

Co sprawiło, że podjął się Pan tego projektu?

Zapotrzebowanie rynkowe na technologie przyjazne dla środowiska i atrakcyjne ekonomicznie w zakresie oczyszczania odcieków przemysłowych są główną siłą napędową tego sektora. Podobnie było w przypadku tego projektu. Po kilku rozmowach z przedstawicielami sektora metalurgicznego i branży recyklingu bakterii stwierdziłem, że jest rzeczywista potrzeba opracowania technologii, która nie tylko pozwoli na efektywne usuwanie siarczanów i metali ciężkich z odcieków przemysłowych, ale także będzie stanowiła alternatywę do drogich i niekoniecznie przyjaznych dla środowiska rozwiązań. Impulsem do podjęcia próby rozwiązania problemu było bezpośrednie zaangażowanie sektora przemysłowego. W tym przypadku to były firmy, które w jasny i precyzyjny sposób opowiedziały o potrzebach i przedstawiły intencje do weryfikacji głównych założeń projektu.

Jakie korzyści będzie miał potencjalny klient, który zakupi Państwa instalację?

W pierwszej kolejności będzie miał rozwiązany problem z usuwaniem siarczanów i metali ciężkich. Następnie odzyska wodę do celów procesowych i to co najważniejsze obniży koszty związane z utylizacją odcieków, które obecnie oddaje do zakładów utylizacji odpadów niebezpiecznych.

Jakie wyzwania spotyka Pan na swojej drodze jako naukowiec?

Największym wyzwaniem jest skalowanie eksperymentów z poziomu badań laboratoryjnych do przemysłowych. Nie zawsze to, co jest opracowywane w kolbce w laboratorium sprawdza się w praktyce w skali technicznej. Bakterie, które testujemy w optymalnych warunkach, nie zawsze chcą robić to samo, gdy trafią do środowiska w którym są inne, konkurujące z nimi mikroorganizmy czy też zmienne i często bardziej różnorodne parametry fizyczno-chemiczne.

Kolejną kwestią są problemy techniczne związane z produkcją odpowiednich, wielkoskalowych bioreaktorów i innych urządzeń wykorzystywanych do procesów biotechnologicznych. Opracowując nowe biotechnologie, należy pamiętać nie tylko o tym jak zmodyfikować czy ukierunkować metabolizm mikroorganizmów, ale także o tym jakie miejsce pracy (bioreaktor) należy stworzyć wykorzystywanym bakteriom czy grzybom.

Poza problemami naukowymi i technicznymi są też wyzwania związane z administracją i prowadzeniem projektów B+R. Realizując nowe inicjatywy badawcze i korzystając z coraz to nowszych form dofinansowania kierownik projektu musi być bardzo sprawny w zakresie prawno-administracyjnym lub musi mieć wsparcie jednostek administracyjnych wspierających prowadzenie badań.

Badania były finansowane z projektu nr POIR.04.04.00-00-2053/16-00, pt. „The development of a (bio)technology for waste management and recovery of water from effluents from hydrometallurgical processes” dofinansowanego w ramach programu Team Tech Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

-Augustyna Szczepańczyk