Celem omawianego w podcaście projektu jest analiza możliwości zwiększenia produkcji energii odnawialnej w oczyszczalniach ścieków poprzez wykorzystanie procesów kofermentacji oraz dezintegracji substratów poddawanych fermentacji. 

Badanie jest finansowane z projektu „Inicjatywa Doskonałości - Uczelnia Badawcza”, który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Odcinek 7: Prąd ze ścieków?

Słuchaj odcinka tutaj:

• Anchor
• Spotify

Transkrypcja:

Dariusz Aksamit: Dzisiaj rozmawiamy z dr hab. inż. Moniką Żubrowską-Sudoł, prof. uczelni z Wydziału Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska. Już nazwa WIBHiIŚ sugeruje nam, że będziemy rozmawiać o rzeczach bardzo nam bliskich. Chociaż to są rzeczy, które są nam tak bliskie i oczywiste, że nie zawsze się nad nimi zastanawiamy. Pani profesor pracuje w Zakładzie Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków. Wodę w kranie mamy. Spuszczamy wodę i te ścieki po prostu znikają, ale coś się z nimi dalej dzieje? Za nim przejdziemy do szczegółów Pani grantu otrzymanego w ramach realizacji na PW programu IDUB, który dotyczy tego co można lepiej zrobić ze ściekami, które mamy, to na początek takie pytanie wprowadzające – a co w tym momencie dzieje się z naszymi ściekami?

Monika Żubrowska-Sudoł: Przede wszystkim witam państwa. Dziękuję za zaproszenie. Gdybym chciała opowiedzieć o tym co się dzieje z tymi ściekami to myślę, że zajęłabym państwu całe 45 minut. Nawet żeby to wytłumaczyć w sposób popularnonaukowy, to jest to tak szeroki temat i tam jest tak dużo fascynujących rzeczy, że myślę, że można byłoby na ten temat przygotować serię popularnonaukową, żeby wyczerpać temat. Ale jeżeli chciałabym powiedzieć w pigułce. Zużywamy wodę. Taką zużytą wodę nazywamy ściekami, które siecią kanalizacyjną doprowadzane są do oczyszczalni ścieków.

DA: Od razu pytanie: ściekiem jest wszystko co wychodzi w domu? I woda, którą myjemy ręce, i woda, którą myjemy naczynia, i woda, którą zużywamy pod prysznicem? To co ja mam na myśli, mówiąc ścieki, w sensie kanalizacyjne.

MŻS: Tak. Ściekiem jest to co trafia do kanalizacji. Część użytkowników, trzeba tutaj zaznaczyć, bo pan zapytał czy wszystko co trafia do kanalizacji jest ściekiem. Tak, natomiast do kanalizacji nie powinny trafiać wszystkie rzeczy, które niestety trafiają. Takie jak na przykład patyczki, włosy. Właściwe miejsce tych rzeczy to jest kosz. Czyli to powinno tworzyć odpady komunalne, a nie dostawać się do ścieków. Wydaje się to takie błahe. Natomiast, jeśli chodzi później o procesy technologiczne, które prowadzimy w takiej oczyszczalni, to takie nasze proste zachowanie polegające na właściwym korzystaniu z sieci kanalizacyjnej, ma determinujące znaczenie na to ile będzie kosztowało oczyszczanie ścieków. De facto sami, własnymi postawami możemy wpłynąć ile potem będziemy płacili za wodę i za ścieki. Bo w zależności od tego co się będzie dostawało do tych ścieków, koszt oczyszczania tych ścieków będzie różny. Tak troszeczkę zbaczając z tematu.

DA: Mam wrażenie, że dla pani jako doktor habilitowanej inżynier, która tym tematem zajmuje się od dekad to wydaje się oczywiste, ale myślę, że i tak warto to powtarzać, bo to tak samo jak, że nie wrzuca się mięsa do odpadów bio, to u mnie na osiedlu każdego miesiąca jest przypomnienie. No bo jest z kuchni? Jest z kuchni. Jest bio? Jest bio. To wszystko leci hurtem i wszystko, niestety, idzie na śmietnik, a nie do fermentacji.  

MŻS: Właśnie. Jeżeli mówimy jeszcze o tym bio, to pozwolę sobie jeszcze zwrócić uwagę, bo to też będzie w kontekście tego grantu, który realizujemy. Na wykorzystanie młynków, które mamy w zlewach. Co się wtedy dzieje? Odpady, które mogłyby być bardzo cennym surowcem do tego, żeby z tych odpadów wyprodukować energię, trafiają do ścieków i potem w procesach technologicznych są przekształcane do dwutlenku węgla i wody. W ten sposób tracimy substrat…

DA: I uwalniane do atmosfery.

MŻS: Dokładnie. Tworzone są gazy cieplarniane. Wpływamy wtedy negatywnie na klimat a tracimy substrat, który mógłby być potencjalnie wykorzystany też w oczyszczalni ścieków. Właściwie kosubstrat, ale on nie może dopłynąć do tej oczyszczalni kanalizacją. On musi zostać tam dostarczony jako ten odpad, jako frakcja bio. Natomiast, jeśli zastosujemy taki młynek to po pierwsze tracimy taki substrat, po drugie wpływamy na charakterystykę tych ścieków, zwiększa się zawartość organiki w tych ściekach. Jak to później wpływa na proces technologiczny? Zwiększa się ilość tlenu, który musimy zużyć do tego, żeby te ścieki oczyścić i znów zwiększa się zużycie tlenu, to musimy wykorzystać więcej energii. Jeżeli musimy wykorzystać więcej energii, to wyprodukujemy więcej dwutlenku węgla.

DA: Szczególnie w Polsce, jeśli produkujemy ją z węgla.

MŻS: Jeśli te ścieki dopłyną do oczyszczalni ścieków, to tam mamy różnego rodzaju procesy jednostkowe, które służą do tego, abyśmy te ścieki oczyścili, czyli usunęli z nich zanieczyszczenia. To jest takie konwencjonalne podejście do oczyszczania ścieków. Są to procesy fizyczne, chemiczne, biologiczne. Trzeba sobie zdawać sprawę, że żeby ścieki oczyścić do takiego poziomu, jaki jest obecnie wymagany, jeżeli chodzi o polskie prawodawstwo, to musimy przeprowadzić procesy biologiczne. Czyli ta biologia, biotechnologia jest tym sercem, które mamy w oczyszczalni, i właściwe sterowanie tymi procesami pozwala nam na otrzymanie odpowiedniej jakości ścieków, takiej jakiej możemy do odbiornika odprowadzić. To jest ta klasyka.  

DA: Odbiornikiem?

MŻS: Odbiornikiem może być rzeka, jezioro. My w biotechnologii używamy określenia odbiornik.

DA: My na Politechnice Warszawskiej myślę, że myślimy o Warszawie i temat ścieków w rzece bardzo często w Warszawie powracał w ostatnich czasach. Mamy kolektor w okolicach Mostu Południowego, z którego faktycznie mamy ten zrzut.

MŻS: Tak. Odbiornikiem nazywamy właśnie rzekę, jezioro, zalew, do którego odprowadzane są ścieki oczyszczone. To jest to klasyczne podejście. Natomiast takie… Pan mnie zapytał o klasyczne, to może na tym poprzestanę.

DA: To w tym momencie zacytuję i musiałem sobie to zapisać, że grant, który prowadzi pani w ramach programu IDUB brzmi: „Analiza możliwości wzrostu produkcji energii odnawialnej w oczyszczalniach ścieków poprzez wykorzystanie procesów kofermentacji i dezintegracji subratów”. Nic nie przekręciłem?

MŻS: Nie. Wszystko jest właściwe.

DA: Już na wstępie widzę tutaj pewną zamianę. Do tej pory rozmawiamy o tym, że te ścieki są problemem, bo my musimy je odebrać, musimy wpakować energię w to, żeby je przetworzyć. Cały czas to są dla nas koszty i straty. A tutaj czytam o produkcji energii odnawialnej. Pytanie: jak produkować energię ze ścieków?

MŻŚ: Zaraz opowiem jak to można zrobić. Tak jak powiedziałam, sercem oczyszczalni ścieków są procesy biologiczne]. W tych procesach biologicznych uczestniczą mikroorganizmy. Mikroorganizmy, żeby coś przeprowadzić, podwajają swoją masę. Po prostu wzrasta masa. Dochodzi do przyrostu tej biomasy i ten przyrost jest wyższy niż zapotrzebowanie, które mamy na te mikroorganizmy. Czyli innymi słowy wystarczyłoby nam mniej tych mikroorganizmów, żeby te procesy biologiczne przeprowadzić. W oczyszczalni powstaje nam tak zwana nadmiarowa biomasa. My to naukowo nazywamy osadem nadmiernym. Jeżeli popatrzymy na ten osad nadmierny w taki klasyczny sposób to jest to odpad. Odpad, który musimy unieszkodliwić. To jest odpad, który ma bardzo dużo organiki. Jeżelibyśmy go zostawili i nic z nim nie zrobili, to on by zaczął nadgniwać i stanowiłby zagrożenie sanitarne dla otoczenia. Muszę jeszcze wrócić do takiego pierwszego etapu oczyszczania, bo przed oczyszczaniem biologicznym mamy, tak zwane oczyszczanie mechaniczne. Jednym z urządzeń w tym ciągu mechanicznym jest osadnik wstępny. Co to jest osadnik wstępny? To takie urządzenie, w którym zanim ścieki dopłyną do reaktora biologicznego, zatrzymujemy związki, które są nierozpuszczone, ale które mają zdolność do sedymentacji. Ważne jest, żeby sobie zdawać sprawę, że w tym osadniku nie usuniemy wszystkich związków nierozpuszczonych, ponieważ związki o małych średnicach przepłyną nam dalej, będą usuwane w reaktorze biologicznym, ale tutaj, my to w technologii nazywamy zawiesinami. Czy w osadniku wstępnym, gdzie te zawiesiny sedymentują i tworzy nam się odpad, który nazywamy w technologii osadem wstępnym. Czyli mamy dwa odpady: osad wstępny i osad nadmierny. Osad wstępny, który powstał z zawiesiny, a ta zawiesina pochodzi ze ścieków, oraz osad nadmierny, który jest nadmiarową biomasą, która nam powstaje w procesach biologicznych i nie możemy tego zostawić.

DA: Czy ten osad wstępny, czy to nie jest bardziej piasek, jakieś sole?

MŻS: Nie, nie. W oczyszczalni ścieków dużo związków, które w ściekach się znajdują, jest związkami organicznymi, ale tak jak pan powiedział, i słusznie, oprócz tego, że mamy związki nierozpuszczone o charakterze organicznym, mamy również związki nierozpuszczone o charakterze mineralnym. Z punktu widzenia dla środowiska te zanieczyszczenia mineralne nie będą zagniwały i my w technologii staramy się oddzielić te dwa procesy. Ten osadnik wstępny poprzedzony jest piaskownikiem. Jak to zrobić? Po prostu manewrujemy czasem. Jeżeli byśmy sobie zrobili doświadczenie, gdybyście sobie państwo wyobrazili dwie szklanki. Do jednej szklanki wrzucam piasek, a do drugiej wrzucam, wyobraźmy sobie, okruszki chleba. Takie bardzo, bardzo, bardzo małe. To jakbym zadała pytanie: co szybciej opadnie?

DA: Piasek.

MŻS: No piasek! Brawo. Opadnie szybciej piasek i to wykorzystujemy w technologii. Czyli na początku jest piaskownik, o krótkim czasie zatrzymania, żeby usunąć te resztki zanieczyszczenia o charakterze mineralnym, a potem dopiero jest ostatni o charakterze wstępnym. Dzięki temu możemy rozdzielić te dwa rodzaje zanieczyszczeń, które mają różny charakter z punktu widzenia chemicznego, z którymi przy rozdzielaniu postępujemy w zupełnie inny sposób. Wracając do tego osadnika wstępnego. Mamy zawiesinę o charakterze organicznym w osadniku, potem mamy osadnik wtórny po reaktorze biologicznym, gdzie oddzielamy nadmiarową biomasę i mamy osad nadmierny. I to jest odpad. Musimy to unieszkodliwić. Jednym ze sposobów unieszkodliwiania tego typu odpadów jest fermentacja metanowa. W warunkach beztlenowych przekształcamy te związki m.in. do dwutlenku węgla. Głównymi produktami są dwutlenek węgla i metan. Czyli historycznie i klasycznie nie chodziło nam o produkcję energii.

DA: Tylko pozbycie się.

MŻS: Nawet nie o pozbycie się. Chodziło o to, aby to unieszkodliwić. Gdybyśmy to zostawili to ten odpad stanowiłby zagrożenie sanitarne, bo będzie zagniwał. Będzie też źródłem różnego rodzaju chorób, bo trzeba zdawać sobie sprawę, że w osadach ściekowych mamy dużo też związków patogennych, więc to jest początek różnego rodzaju epidemii.

DA: Ostatnim czasem nawet był artykuł o obecnych narkotykach. Tam chyba okazało się, że w nanogramach na litr, ale jednak w ściekach znaleziono, już nie pamiętam czy to amfetamina, czy o kokaina.

MŻS: Muszę panu powiedzieć, że to byłby znowu temat, o którym byśmy mogli rozmawiać bardzo długo i takich projektów jest bardzo dużo. Te projekty dotyczą usuwania tak zwanych mikrozanieczyszczeń. To są nie tylko narkotyki. To są również farmaceutyki, to są takie związki, które wchodzą w skład preparatów, które używamy na co dzień do higieny osobistej, które potem krążą w środowisku, tak jak pan powiedział, w bardzo małych stężeniach, ale mają olbrzymie znaczenie jeśli chodzi potem o wpływ na nasze zdrowie.

DA: Jest ich mało, ale gdzieś się skumulują.

MŻS: Tak. Tutaj widzę dwóch panów przede mną, więc mogę tylko powiedzieć, że przeprowadzono takie doświadczenie z oczyszczonymi ściekami, które zawierały nanostężenia środków antykoncepcyjnych, które stosujemy. Po roku takiego doświadczenia okazało się, że ryby płci męskiej nabrały cech żeńskich. To są już fakty. To już wiemy nie od wczoraj, tylko od kilku lat nauka wie, że takie są skutki występowania mikrozanieczyszczeń. Ale nie tylko w ściekach, po prostu w środowisku, bo to nie są, żeby to też nie wybrzmiało w ten sposób, że zaraz wszyscy bali ścieków. Trzeba mieć świadomość, że to jest w żywności. Przede wszystkim w żywności. Też ta żywność z różnymi rodzajami domieszek wpływa na nasze zdrowie. Znowu zeszliśmy trochę z tematu.

DA: Ja się cieszę, że nabieramy takiej szerszej perspektywy, bo to jest faktycznie ważny temat, który w kontekście rozmów o środowisku, o globalnym ociepleniu i innych problemach z bioróżnorodnością, on często się pojawia. Wszyscy chcemy mieć zdrową żywność, ale jeśli pakujemy antybiotyki tonami w fermy, to te antybiotyki nie znikają, tylko potem ze ściekami spływają do rzek, więc to jest faktycznie ważne, żeby patrzeć na to szeroko. Wracając do tej produkcji energii. Jeżeli mówimy o tym metanie, o zagospodarowaniu tych odpadów, mam jeszcze wspomnienie z podstawówki. Ponieważ mieszkałem na warszawskiej Białołęce, mieliśmy wycieczkę do oczyszczalni ścieków Czajka. Duma naszej okolicy. Wtedy Czajka oczyszczała prawobrzeżną Warszawę, a z tego co pamiętam lewobrzeżna po prostu tym kolektorem wylewała wszystko do rzeki. My byliśmy dumni, że byliśmy po tej czystej stronie i jako dzieci oprowadzano nas tam. Pamiętam taką wielką wieżę, na której płonął ogień. Z tego co pamiętam z dzieciństwa to bodajże właśnie ten metan, ale nie jestem pewien. Po prostu spalano. Pytanie: czy od tych, nie wiem ilu lat, czy coś się zmieniło? Czy to chodzi o to, że ten metan jest odzyskiwany i magazynowany? Czy coś więcej?

MŻS: Tak, dokładnie tak to wygląda. Tak jak właśnie zaczęłam mówić, bo właśnie sobie uzmysłowiłam, że nie odpowiedziałam na pana pytanie, bo zeszliśmy i zaczęliśmy o mikrozanieczyszczeniach. Natomiast w poprzedniej mojej odpowiedzi wskazałam, że mamy takie dwa strumienie odpadów, które musimy ustabilizować. Jednym z procesów jest fermentacja metanowa, która była dawniej prowadzona również w otwartych komorach fermentacyjnych. Wtedy nie mieliśmy możliwości ujęcia biogazu. Jeżeli prowadzimy ją w zamkniętych komorach fermentacyjnych to możemy ten biogaz ująć.

DA: Krótko mówiąc metan ulatniał się do atmosfery. Mimo, że jest to gaz cieplarniany, dużo silniejszy niż dwutlenek węgla.

MŻS: Zgadza się. To były lata osiemdziesiąte XX wieku, natomiast trzeba mieć świadomość, że w niektórych oczyszczalniach ścieków nadal takie otwarte komory fermentacyjne funkcjonują. Zauważono, że produkuje się biogaz. Jak pan słusznie powiedział, palono go w pochodniach. Historycznie, tak w latach osiemdziesiątych był wykorzystywany głównie jako źródło ciepła i wykorzystywane w oczyszczalni ścieków. Potem zdano sobie sprawę, że można…

DA: To jeszcze przerwę, bo to chociaż tyle, żeby ogień coś ogrzewał, ale ja pamiętam, że to stało i po prostu szło w powietrze. Stała taka wieża, tak totalnie bez sensu.

MŻS: Zgadza się. Ilość biogazu jaka jest niezbędna do tego, żeby wyprodukować ciepło, które pan potrzebuje w oczyszczalni ścieków jest znacząco niższa od tego produkowanego. Ten nadmiar należało spalać. Potem zdano sobie sprawę, że można z tego wyprodukować energię elektryczną i zaczęto wprowadzać procesy kogeneracji, które pozwoliły na produkcję energii elektrycznej i ciepła. Zarówno to ciepło, jak i tę energię elektryczną wykorzystywano w oczyszczalni ścieków. Wtedy kiedy to zaczęto wprowadzać to można powiedzieć, że w 100 proc. można było pokryć zapotrzebowanie na ciepło i tak około 40-50 proc. zapotrzebowania na energię elektryczną takiego obiektu. Kolejny krok w rozwoju tej technologii to było dążenie do tego, żeby wyprodukować jak najwięcej energii elektrycznej.

DA: Jak rozumiem, jak najwięcej metanu, żeby było jak najwięcej…

MŻS: Tak. Jak najwięcej metanu, żeby potem w procesie kogeneracji wyprodukować jak najwięcej energii elektrycznej. Tak w krótkich dwóch słowach, tego dotyczy projekt. Bo mamy dwie metody, żeby to zrobić. Dwie główne może, dwie główne metody. Jedna to taka, żeby dodać dodatkowy substrat, czyli to co powiedziałam w pierwszej mojej odpowiedzi. wskazując na to w jaki sposób młynki, które mamy u nas w zlewach, wpływają na pracę oczyszczalni, to jeżeli my to zbierzemy jako frakcję bio i oczyszczalnia ścieków będzie współpracowała z przedsiębiorstwem, które zajmuje się zbieraniem tej frakcji, to ta frakcja bio może stanowić kosubstrat. Czyli to jest jeden z członów tytułu tego projektu: „do procesu kofermentacji”. Czyli wprowadzamy coś co się charakteryzuje wysokim, my mówimy w nauce wysoki potencjał metanowy. Jak to rozumiemy? To są substraty, które pozwalają nam na wyprodukowanie z grama organiki stosunkowo dużo metanu. Trzeba zdawać sobie sprawę, że w zależności od substratu z jednego grama substancji organicznej jesteśmy w stanie wyprodukować różną ilość metanu. My chcemy współpracować z takimi substratami, które z tego grama organiki pozwalają nam tego metanu wyprodukować jak najwięcej.

DA: Właśnie. Myśląc nawet o tych odpadach bio, to myśląc o swoim chociażby śniadaniu, to bardzo różne rzeczy tam trafiają i to czy to są skórki z warzyw, czy to są fusy z kawy, czy to są skorupki od jajek, to rozumiem, że to jest duża różnica, więc czy to się dalej dodatkowo sortuje, czy to się zamienia w jedną biomasę, która ma jakiś uśredniony ten potencjał.

MŻS: Nie sortuje się tego, bo po pierwsze byłoby to trudne. Jeżeli stosujemy tę frakcję bio jako kosubstrat, to musimy sobą z frakcją poradzić. Po pierwsze musimy ją zmacerować, musimy uśrednić. To też nie jest tak, że my możemy sobie wprowadzić ile chcemy tej frakcji. Tutaj wchodzimy już w takie już szczegóły naukowe. Są pewne parametry, których musimy dotrzymać, m.in. ważny jest stosunek węgla do azotu w komorze fermentacyjnej. Jeżeli on będzie niewłaściwy, proces fermentacji się załamie. To co my robimy to po pierwsze sprawdzamy charakterystykę tego kosubratu i na początku wstępnie, znając tylko tę charakterystykę dobieramy stosunek zmieszania osadów, które pochodzą z oczyszczalni i tego potencjalnego kosubstratu, ale to nie wystarczy. Trzeba przeprowadzić potem doświadczenie, w którym się sprawdzi czy faktycznie nie dojdzie do, znowu takie naukowe słowo, inhibicji. A jak my to rozumiemy? Po prosto do zahamowania procesu i doświadczalnie dobieramy stosunek zmieszania osadów i kosubstratu w taki sposób, żeby nie zahamować tego procesu fermentacji, a żeby wyprodukować jak największą ilość metanu, a to dzięki temu potem w kolejnym procesie, jakim jest kogeneracja, wytworzymy więcej energii elektrycznej.

DA: To jest fascynująca praca w takiej oczyszczalni, gdzie każdego dnia faktycznie się eksperymentuje. Nie tak, że siedzi i tylko się klika start i tam wszystko automatycznie się miesza. No bo nudne są te procesy sedymentacji. To faktycznie samo się dzieje, ale to, że no trzeba faktycznie z tej konkretnej masy zoptymalizować parametry, żeby z niej coś wyprodukować, to jest kreatywna praca każdego dnia.

MŻS: Znaczy, tak jak powiedziałam, w oczyszczalni ścieków bardzo dużo procesów to są procesy biologiczne i to naprawdę można się tym trochę po fascynować. Jest tam co robić. Oczywiście, taka oczyszczalnie ścieków, żeby mogła sobie to optymalizować, musi mieć stację badawczą. Nie możemy sobie pozwolić do optymalizacji na obiekcie technicznym. Wyobraźcie sobie państwo, że wprowadzimy akurat tę niewłaściwą dawkę. Wtedy hamujemy cały proces. To jest biologia! My musimy odbudować biomasę. Na nowo musi powstać odpowiednia flora bakteryjna, która ten proces będzie prowadziła.

DA: Tak, tutaj nie zadziała „włącz”, „wyłącz”.

MŻS: Jeżeli mamy laboratorium zlewkę litrową to przy inhibicji, to ja to unieszkodliwię i nastawię kolejne eksperyment, a żeby go nastawić pobieram sobie aktywną biomasę z oczyszczalni. Wyobraźcie sobie państwo, że my zinbihitujemy proces w oczyszczalni ścieków te olbrzymie, jeżeli ktoś przyjeżdżał właśnie przy oczyszczalni ścieków i widział to olbrzymie komory fermentacyjne, to już nie jest tak łatwo to odbudować. Dlatego nie możemy sobie na to pozwolić musimy to optymalizować w warunkach, na początku można w laboratoryjnych, a potem najlepiej mieć taką stację półtechniczną, na której się sprawdza, jak ten nowy substrat, który chcemy wprowadzić, wpłynie na proces.

DA: Na ile to o czym mówimy, chociażby właśnie ta produkcja energii odnawialnej w postaci metanu, na ile to jest na etapie badań podstawowych, a na ile faktycznie już jest i tylko to optymalizujemy? Nie wiem czy akurat przykład Czajki, czy dowolnej innej oczyszczalni jest adekwatny, ale na ile to są pomysły nowe, a na ile już wdrożone.

MŻS: Można powiedzieć, że to jest pomysł nowy. Te procesy możemy również spotkać w oczyszczalniach ścieków już pracujących. Myślę, że warto podać taki przykład, bo my jako Polacy nieraz zapominamy i nie chwalimy się swoim. Natomiast, ja bym się chciała pochwalił, że taką oczyszczalnią ścieków jest oczyszczalnia ścieków w Tychach, która od wielu, wielu lat prowadzi kofermentację w swojej oczyszczalni i oni obecnie produkują dwa razy więcej energii elektrycznej niż zapotrzebowanie obiektu. Warto też wiedzieć co oni z tym robią. Kilka lat temu wybudowali park wodny i cały park wodny jest zasilany ciepłem i energią elektryczną, która jest produkowana z metanu, który powstaje właśnie w procesie fermentacji metanowej osadów ściekowych, ale kosubstratów. Trzeba sobie zdawać sprawę i to już wiemy, że jeśli chcemy produkować więcej energii elektrycznej niż zapotrzebowanie oczyszczalni lub jeżeli chcemy dojść do tak zwanej, w kręgach naszych technologów jest takie magiczne słowo samowystarczalność energetyczna oczyszczalni ścieków. Samowystarczalności energetycznej myślę, że mogę tutaj śmiało powiedzieć, nie osiągniemy jeżeli tylko będzie wyprowadzić klasycznie fermentację osadów wstępnych i nadmiernych, które powstają w oczyszczalni ścieków. Po prostu ten potencjał metanowy tego substratu jest za mały, czyli albo potrzebujemy tej kofermentacji albo tej drugiej metody, o której jeszcze żeśmy nie zaczęli mówić, czyli dezintegracji, ale to właśnie ta  kofermentacja w Tychach, prowadzona od kilku lat, spowodowała, że oni obecnie w stu procentach pokrywają zapotrzebowanie oczyszczalni ścieków na energię elektryczną, zasilają park wodny plus jeszcze sprzedają energię do sieci.

DA: Zanim jeszcze do tej dezintegracji dojdziemy, myślę żeby tutaj domknąć ten cykl circular economy, to jeszcze do brakowało, żeby woda do tego aquaparku była wodą oczyszczoną po tej oczyszczalni.

MŻS: To by była rewelacja. Tutaj muszę z przykrością powiedzieć, że jesteśmy jeszcze daleko jeśli chodzi o wdrażanie metod pozwalających na ponowne wykorzystanie wody, w Polsce.

DA: Ale daleko pod względem technicznym? Prawnym?

MŻS: Nie, nie. Daleko pod względem wdrożeń. Jeśli chodzi o taki potencjał technologiczny i o możliwości ponownego wykorzystania wody, która powstała ze ścieków oczyszczonych, to na świecie mamy wiele technologii i wiele wdrożeń. Tak jak powiedziałam na samym początku, z przykrością muszę stwierdzić, że u nas, w naszym kraju nie jest to praktyka, ale to co teraz jest zauważalne to widać, że bardzo dużo obiektów dąży do tego, aby tę wodę ponownie wykorzystać. Mamy również teraz taki projekt, który jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Nazywa się „Oczyszczalnia przyszłości” i tam między innymi jednym ze wskaźników, któremu muszą być osiągnięte przez zespoły badawcze, które realizują ten projekt, to jest, jak dobrze pamiętam, 40% ścieków, co najmniej 40% ścieków oczyszczonych, które powstają w oczyszczalni ścieków, musi być ponownie wykorzystana. Możliwości są bardzo duże. W rolnictwie, w przemyśle.

DA: Może nie powinniśmy nazwami komercjalnymi operować, ale widziałem piwo, które reklamowało się na etykiecie tym, że jest zrobi0one na wodzie pochodzącej, nie jestem w stu procentach pewien czy to była deszczówka, czy właśnie oczyszczona woda ściekowa, ale wydaje mi się na 96%, że to była właśnie oczyszczona woda ściekowa i chwalili się tym że to piwo jest dobre.

MŻS: Nie no, oczywiście. Szanowni państwo, tak naprawdę, to gdybyśmy popatrzcie w Singapurze, przecież oni większość zapotrzebowania na wodę pitną, to oni czerpią ze ścieków oczyszczonych. Tam nie ma żadnych uprzedzeń społecznych. Oni są z tego dumni, że woda do picia przygotowywana jest na bazie ścieków oczyszczonych. To nie jest kraj trzeciego świata, wręcz przeciwnie! Myślę, że tutaj ta świadomość, którą należy budować w społeczeństwie, że jeżeli jest to jest przygotowane to jest to przygotowane we właściwy sposób i my znamy technologie, które pozwalają na to, żeby to we właściwy sposób zrobić.

DA: Jasne. Szczególnie, że ekscytujemy się chodząc, na przykład na wystawy o kosmosie, na tym jak na międzynarodowej stacji kosmicznej, właśnie jak astronauci, ile razy piją własny mocz, oczywiście po przetworzeniu, w sensie po odzyskaniu z niego wody i tak dalej. A jakoś niespecjalnie, w społecznym odbiorze, niespecjalnie taką technologię tutaj chcemy mieć. No i właśnie po to nagrywamy ten podcast, żeby trochę to zmienić. Czuję się w obowiązków wrócić do tego pytania o dezintegrację substratów fermentacji. Ten drugi człon. Co tam dezintegruje? Jak i dlaczego?

MŻS: Właśnie, o co chodzi w tym drugim członie. Odpowiadając na to pytanie, wrócę do tego pytania związanego, czy jesteśmy na etapie badań podstawowych, czy jesteśmy troszeczkę dalej. Co to jest ta dezintegracja? Jeżeli chodzi o dezintegrację, to działamy na to co wprowadzamy do komory fermentacyjnej. Czyli zanim to co chcemy przetworzyć na metan wprowadzimy do komory fermentacyjnej, dostosujemy proces, który ma spowodować, że z tej samej masy wyprodukujemy więcej biogazu. Dzieje się to w ten sposób, że próbujemy to fragmentować, dostajemy się do takiej części organiki, którą my nazywamy, że ona jest, można tak powiedzieć takimi słowami prostymi, taka pasywna, że potem wyjdzie z tej komory fermentacyjnej, nie zostanie przetworzona. Czyli zwiększamy, naukowo powiedziawszy, biodegradowalność substratu. Możemy to robić w różny sposób: działając czynnikami chemicznymi, działając czynnikami fizycznymi. To co my robimy to jest to dezintegracja hydrodynamiczna. Moi koledzy z Wydziału MEiL opracowali urządzenie, też w projekcie, który wspólnie realizowaliśmy, finansowany z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, które ma służyć dezintegracji takich substratów i teraz w tym projekcie, bo tamten to już praktycznie żeśmy zakończyli, to samo urządzenie wykorzystujemy do przerabiania, nie tylko osadów, ale również tego kosubstratu. Wydawałoby się, tak jak ja teraz opowiadam, że przecież zwiększamy biodostępność. No to powinniśmy uzyskać efekt pozytywny, czyli powinniśmy uzyskać więcej tego metanu, a co za tym idzie wyprodukować więcej energii odnawialnej. No i tutaj też są wdrożenia tego. Czyli na wielu oczyszczalniach ścieku już wykorzystujemy procesy dezintegracja, żeby zwiększyć intensywność procesu fermentacji metanowej. Zauważyliśmy, że nie ma efektu, którego się spodziewamy.

DA: Czyli sukces naukowy, bo jest problem i jest zagadka do rozwiązania.

MŻS: Właśnie. Teraz wracamy do tych badań podstawowych. To co pan powiedział, to jest taka trochę właśnie taka historia, która pokazuje, że mieliśmy badania podstawowe, które nas doprowadziły do opracowania metod pozwalających na zwiększenie intensywności produkcji energii odnawialnej. Weszliśmy w fazę wdrożeniową i rozwojową, podczas której optymalizujemy te procesy i to się dzieje. Prowadząc tę fazę zauważyliśmy, że musimy wrócić do badań podstawowych, żeby znaleźć odpowiedzi na pytania, bo nie znamy ich. Dlaczego się dzieje tak a nie inaczej? Dlaczego stosując pewne parametry, na przykład dezintegracji, zamiast wzrostu produkcji energii, widzimy spadek energii i dużo zespołów, również my, wracamy do tych badań podstawowych, żeby wyjaśnić to co się obserwuje w technice.

DA: Czy są jakieś pomysły, w jaką stronę iść?

MŻS: Tak. Kilka pomysłów jest. Na przykład to co już nam nauka pokazała, to okazało się, że równolegle, oprócz tego, że zwiększa się biodostępność tych substratów, to dochodzi do takiego zjawiska, ja najpierw użyję takiego słowa naukowego, a potem to wyjaśnię, to zjawisko się nazywa reflokulacja. Na czym ono polega? Gdy dezintegrujemy biomasę, to z tej biomasy uwalniamy różnego rodzaju związki. Między innymi uwalniamy związki, które mają zdolność do tego, że ta biomasa z powrotem się zbija w większe aglomeraty i to powoduje reflokulację. I wcale ta biomasa nie jest taka podatna na te procesy fermentacyjne. Inna rzecz, która jest brana pod uwagę, to w tym procesie zmienia się charakterystyka samych osadów, bo uwalniamy różnego rodzaju związki i te związki mogą wpływać inhibitująco potem na proces. No i szukamy, szukamy. Staramy się odpowiedzieć na pytanie w jaki sposób tę dezintegrację należy prowadzić, aby nie dochodziło do inhibicji. Co więcej, trzeba sobie też zdawać sprawę, że żeby przeprowadzić proces integracji, musimy włożyć energię. Czyli jeżeli my chcemy mieć zysk energii netto, to ta nadwyżka energii odnawialnej, produkowana w procesie fermentacji, musi być wyższa od energii włożonej w proces dezintegracji. Wtedy tylko to będzie nam się opłacać. Natomiast tutaj wchodzą też inne rzeczy, o których warto wspomnieć i o których już teraz wiemy z doniesień naukowych. Ta dezintegracja też wpływa nam bardzo pozytywnie na zmiany struktury tych mikrozanieczyszczeń. To jeszcze nie ma postawionej kropki nad i, nie wiemy dużo na ten temat. To są takie nowe trendy w badaniach dezintegracji, bo nawet jeżeli nie domknęłoby się to energetycznie, to ten zysk związany z tym, że usuniemy mikrozanieczyszczenia, które potem w negatywny sposób wpłyną na środowisko, może przeważyć szale na plus tej dezintegracji. Druga rzecz, okazuje się, że ona wpływa na zawartość mikroorganizmów patogennych. Te dwa nurty, o których powiedziałam to takie nurty, które są na etapie badań podstawowych, to jest sprawdzane i myślę, że w najbliższym czasie będą prowadzone takie holistyczne analizy, w jaki sposób te procesy wpływają na ten końcowy efekt o co dzięki nim możemy uzyskać.

DA: Mam nadzieję, że się jeszcze nie raz spotkamy właśnie w tych innych kontekstach, a znowu wracają trochę do spojrzenia na samą energetykę, że właśnie to jest czasem problem, jeśli specjaliści pracują w bardzo specjalistycznym zespole. Trochę mają klapki na oczy i patrzą na swoje, czyli na przykład nawet skupiają się na gazach cieplarnianych, ale pomijają rzeczy inne, no chociażby jak, nie wiem, wydobycie metali ziem rzadkich, czy ilość przestrzeni, która jest potrzebna, czy właśnie ilość powstałych odpadów, czy właśnie jakieś inne koszty środowiskowe i tylko pokazują, że no ale emisji jest mało CO2 na kilowatogodzinę, więc faktycznie to ważne, żeby patrzeć, jak pani powiedziała, holistycznie, ale jeszcze, no właśnie pytanie, bo holistyczne spojrzenie jest trudne, bo wymaga wychodzenia daleko poza swoją specjalizację. Pani wspomniała, że zespół współpracuje z Wydziałem MEiL, więc już to jest przynajmniej jeden krok. Czy może pani w skrócie opisać jacy ludzie nad tym pracują? Jak duża jest ta współpraca wewnątrz i na zewnątrz Politechniki, czy międzynarodowa?

MŻS: Jeżeli chodzi o ten projekt to mamy współpracę dwóch zespołów, czyli  zespołu z mojego zakładu, czyli Zespołu Zaopatrzenie w Wodę i Oczyszczanie Ścieków i zespołu z MEiL-u. Z tym zespołem mam przyjemność też współpracować od wielu lat i cały czas walczymy z dezintegracją i mam nadzieję, że nadal będziemy walczyć. Czyli to jest zespół, który po pierwsze opracował ten dezintegrator, po drugie ma kompetencje, aby optymalizować urządzenie, czyli ja jako technolog mogę im podpowiedzieć, w jakim kierunku chciałabym by to urządzenie było zoptymalizowane, natomiast nie potrafię tego zrobić. Jak siądziemy przy stole, opowiemy to, oni się starają optymalizować to urządzenie przede wszystkim energetycznie, bo chodzi o to, żeby jak najmniej energii włożyć w dezintegrację, aby potem móc wyprodukować, już w procesie fermentacji, większą też ilość energii. Czyli my z zespołem sprawdzamy ile energii odnawialnej możemy z takiego zintegrowanego substratu wytworzyć, natomiast zespół z MEiL-u optymalizuje sam proces dezintegracji. Same te projekty jakby nie dają też nam takiej możliwości może szerszej współpracy z zespołami tutaj z Polski, natomiast dają możliwość nawiązywania kontaktów z zespołami międzynarodowymi i my tutaj nawiązaliśmy kontakt z zespołem z Uniwersytetu w Stambule. Ta współpraca dotyczy aspektu związanego z mikrobiologią, czyli ze zmianami, jakie zachodzą w zbiorowiskach mikroorganizmów, bo trzeba być znowu świadomym kto ten metan produkuje. Za tę produkcję odpowiedzialne są mikroorganizmy, natomiast jakie te mikroorganizmy się wytworzą, na to wpływ ma, między innymi to co doprowadzimy do tej komory fermentacyjnej i też parametry technologiczne, czyli innymi słowy, w jakich warunkach ten proces będziemy prowadzić. Mamy różne, też nie będę może opowiadała, bo to też już może zacznę wchodzić w jakieś takie bardzo naukowe dywagacje, ale takimi prostymi słowami. Metan możemy wyprodukować w różnych szlakach metabolicznych, w różnych. Różne mikroorganizmy albo potrafią wykorzystywać tylko jeden szlak, są takie grupy, które potrafią wykorzystywać dwa, a są takie, które potrafią wykorzystywać trzy.

DA: W zależności od tego czy tu zmienimy temperaturę, tu dodamy substratu?

MŻS: Tak, na przykład. Ale chodzi o to, że… Przypuśćmy. Jeżeli bym panu zadała pytanie. Miałby pan wybór: mikroorganizmy, które są wyspecjalizowane w jednym szlaku metabolicznym i daję panu pewność, że one sobie poradzą, charakteryzują się wysoką efektywnością, a potem ma pan drugi reaktorek, gdzie ma pan mikroorganizmy, które potrafią zmieniać ten szlak. Raz potrafią produkować metan w jednym szlaku, potrafią po prosto zmieniać te drogi. Z którymi pan wolałby współpracować?

DA: Łatwiej z tymi, które są prostsze, bo mają jeden, ale jak myślę o tym, że ten wsad, który do nas przychodzi z zewnątrz, ten kosubstrat jest różny, to myślę, że jednak szedłbym w większą różnorodność.

MŻS: Bardzo dobrze! Odpowiedź na szóstkę. Właśnie o to chodzi, czyli jeżeli my wchodzimy w kofermentację, trzeba też sobie zdawać sprawę, że w oczyszczalniach ścieków bardzo często to nie jest jeden kosubstrat, bardzo często wykorzystuje się o różne kosubstraty i wtedy jeżeli mamy do czynienia z takimi zbiorowiskami, które potrafią, tak kolokwialnie mówiąc, przestawiać się z jednego szlaku na druki szlak, to w zależności od warunków, one się będą szybciej adoptować. Tutaj wchodzimy w te badania podstawowe, bo to są badania podstawowe, które nam pozwalają wytłumaczyć zjawiska, które widzimy i to będziemy robić właśnie w tym projekcie przy współpracy z zespołem Uniwersytetu w Stambule. Oni będą wykorzystywali metody biologii molekularnej, aby charakteryzować zbiorowiska mikroorganizmów, które były odpowiedzialne za proces fermentacji metanowej.

DA: Charakteryzować. Już myślałem, że po prostu ktoś tu wejdzie z CRISPRem i po prostu przeedytujemy te mikroorganizmy, tak żeby jeszcze tam dziesięć tych szlaków miały i jeszcze coś pożytecznego robiły i jeszcze oczyszczały z antybiotyków i jeszcze coś robiły. Podsumowując, mnie chyba najbardziej inspiruje w tej rozmowie właśnie to takie bardzo holistyczne spojrzenie i to że mamy rzeczy, no właśnie takie jak ścieki, odpady, czy właśnie te śmieci bio, które to co byśmy nie zrobili, one z nami będą i to że nie są tym odpadem, który właśnie w otwartych kadziach dokłada nam jeszcze tych gazów cieplarnianych do atmosfery, ale jednak, że gdzieś próbujemy domknąć ten proces. Myślę, że to jest nadzieja. Także pozostaje mi, już po prostu, jako szaremu obywatelowi podziękować dr hab. inż. Monice Żubrowskiej-Sudoł, profesor Politechniki Warszawskiej, no też za walkę, koniec końców z globalnym ociepleniem.

MŻS: Bardzo dziękuję za rozmowę.