Плазмени технологии за чиста вода

Ценим водата (Valuing Water) е темата на ООН за Световния ден на водата през 2021 г. По този повод Центърът по компетентност „Чисти технологии за устойчива околна среда – води, отпадъци, енергия за кръгова икономика“ (Clean&Circle), съвместно със „Софийска вода“ – част от „Веолия“, организира онлайн форум „5 научни решения за водата“, на който бяха представени ефективни начини за пречистване на водата и нейното опазване. Водещ партньор на Центъра е Софийският университет „Св. Климент Охридски“, а партньори по проекта са: Университетът по архитектура, строителство и геодезия, Лесотехническият университет, Университет „Професор д-р Асен Златаров“ – Бургас, Институтът по физикохимия, Институтът по органична химия с център по фитохимия – София, Институтът по микробиология, фондация „Клийнтех България“. Стратегическата цел на Центъра е да се превърне в национален и европейски иновационен център за кръгова икономика.

При модерната икономика отпадъкът, който се реализира при едно производство, може да се ползва като суровина за друго

Как четвъртото агрегатно състояние на материята може да бъде впрегнато в цикъла за пречистване на питейни и отпадни води, бе темата на презентацията на доц. Евгения Бенова и доц. Йована Тодорова от Софийския университет.
„Плазмените технологии не са особено познати, но не са и толкова нови“, казва доц. Бенова – ръководител на лаборатория „Плазмени технологии“ в Центъра по компетентност Clean&Circle. В природата има много плазма – около 99% от познатото ни вещество във Вселената е във вид на плазма. Тя е с различни свойства и характеристики. Звездите и нашето Слънце са плазма с температура вътре в тях от порядъка на милиарди градуси. Плазма има и в атмосферата на Земята с температура до 30 000 градуса, с по-ниска температура са слънчевият вятър, който достига до нашата земя, и полярните сияния.
Плазмените технологии от миналия век се развиват интензивно и се използват широко в области, които не са свързани с пречистване на вода. Има технологии за заваряване и рязане на метали, почистване на повърхности, в микроелектрониката за производство на чипове. Във всички спектрални прибори за диагностика се използват плазмени източници. Но напоследък започват да се развиват нови области на приложение на плазмата, свързани със създаване на плазмени източници при атмосферно налягане с достатъчно ниска температура на плазмата. Това позволява да се третират живи организми, използвани в медицината, без да бъдат увреждани. Разработват се много плазмени източници за лечебни цели, прилагат се и в селското стопанство също.
В зависимост от източниците плазмите имат параметри, които варират и могат да се прилагат на много места. Една от последните разработки е за взаимодействието на плазма с течности, подчертава доц. Бенова. Върви се в няколко посоки – създаване на плазма във водата, плазма, която е на повърхността и частично под водата, или е в мехурчета, които минават през течността. Разработваният от нашите учени вариант е газоразрядна плазма – получена в газа, която е в контакт с течностите. На границите на течността и плазмата протичат изключително интересни процеси, които още трябва да се изучават.
Плазмата може да се използва за подобни технологии, тъй като по дефиниция тя е частично или напълно йонизиран газ. В българската разработка се използва частично йонизиран газ, който е неравновесна плазма, съдържаща освен заредени частици електрони и йони още и много неутрални частици, както и други активни компоненти. Целият този комплекс от активни компоненти въздейства върху течностите и предизвиква в тях процеси, които водят до тяхното изчистване. Заедно с това, преди още да достигнат до течността, на границата между плазмата и течността, се образуват активни кислородни и азотни частици. Те, заедно с другите активни компоненти на плазмата, влизат в течността и могат да предизвикат процеси за нейното изчистване.
За приложението на новите плазмени технологии при третирането на отпадъчни води говори доц. Йована Тодорова – водещ изследовател в Центъра по компетентност Clean&Circle. Най-сериозният проблем в тези води са устойчивите органични замърсители, независимо дали става дума за пречистване на индустриални отпадъчни води, или за опасни микрозамърсители в битово-отпадъчните потоци и попадането им в конвенционалните пречиствателни станции. Плазмените технологии имат потенциал да елиминират тези замърсители чрез окислението им, без да бъдат прилагани други скъпоструващи методи, особено химични, които генерират много утайки. При плазмените методи утайките са много по-малко, а в същото време се постига много по-голяма ефективност на елиминиране на самите замърсители. Потенциалът на плазмените технологии се разгъва най-ефективно, когато се прилагат в хибридни технологии, подчертават изследователите.
Какво означава понятието „кръгова икономика“ във ВиК системата, бе темата на доц. д-р инж. Галина Димова-Бойкинова, водещ изследовател в Центъра по компетентност Clean & Circle и преподавател в УАСГ, катедра „Водоснабдяване, канализация и пречистване на водите“. Според учения терминът „кръгова икономика“ ще става все по-актуален, защото при класическата линейна икономика, която действа в порядъка „суровини – производство – консумация“, неизбежно се стига до събиране и депониране на огромни количества отпадък. И все по-остро се поставя въпросът какво да се прави с този отпадък, който се превръща в заплаха за климата. Отговорът е кръговата икономика, при която няма отпадък. При тази модерна икономика отпадъкът, който се реализира при някакво производство, може да се използва като суровина за друго производство. През 2015 г. ЕК подготвя първия план за кръгова икономика, а през миналата, 2020 г. – представя и втория план.
За обикновения човек кръговата икономика е начин да симулираме този уникален кръговрат на Земята, благодарение на който съществуваме, подчертава доц. Димова. За съжаление, заради отпадъците, които сме натрупали към днешна дата, този кръговрат е сериозно застрашен.
Как може да се въведе кръгова икономика във ВиК системите. Според доц. Димова има безброй решения, като всяка година се появяват нови. А някои от тях са толкова стари, че досега не са били свързвани с кръговата икономика, но те са част от подобен екологичен подход – като например намаляване загубите на вода в мрежата, намаляване на водопотреблението в битовия сектор и в промишлеността. За хората, свързани с ВиК сектора, това е производството на биогаз метан от утайките от пречиствателните станции за отпадъчни води, производството на енергия от вода – в България това е 5% от произведената енергия.
Има и иновативни решения и те намират реализацията си в технологиите. Това са добив и рециклиране на дъждовна вода на мястото на нейното образуване, използване на допречистена вода в земеделието, в производството, включително и за питейни нужди. Актуална тема е и използването на утайки от пречиствателни станции за питейни води като добавка в строителството. Най-новите научни решения са все още обект на научноизследователска дейност. Сред тях са производството на биопластмаса от утайки, извличане на целулоза от отпадъчна вода – в Нидерландия около 5% от производството на целулоза е от отпадъчни води; извличане на ценни метали и минерали.
Според доц. Димова повечето решения за кръгова икономика във ВиК сектора трябва да се осъществят в партньорство с други сектори, малка част от решенията са отговорност единствено на ВиК. Кръговата икономика е колективен проект на съмишленици, а не инициатива на един сектор, подчерта тя.
В него трябва да участват и потребителите, които да използват в ежедневието си водоспестяващи уреди, да се оползотворява дъждовната вода на място и да не се ползва питейна вода за непитейни нужди в промишлеността и в селското стопанство. В настоящия план на ЕК е залегнало изискването да се повиши доверието на потребителите към качествата на водата от мрежата, за да се намали консумирането на минерална вода от пластмасови бутилки и да се спре генерирането на отпадък. Затова и призивът е повече вода от чешмата, а не минерална вода от бутилката. В промишлеността е добре да се ползва допречистена вода за промишлени цели, а в селското стопанство – за напояване. Само така може да се осигури вода за всички потребители.
По време на форума беше представено и въвеждането на нови методи за наблюдение на параметрите на водата в яз. „Искър“ и водопроводната мрежа на София по проект Aqua 3S. В него основното е стандартизиране на иновативните технологии, което е свързано с безопасност на изследванията във водопроводните мрежи. Всички данни, получени от наблюдения със сателит, дронове, сензори и социални мрежи, ще бъдат вкарани в обща платформа.