Biologická konverze energeticky bohatých plynů na biometan

Přechod ze stávajících neobnovitelných zdrojů elektrické energie na zdroje obnovitelné se jeví jako vhodné řešení pro celosvětově narůstající spotřebu energie. Udržitelná technologie pro zpracování organických odpadů formou anaerobní fermentace produkuje bioplyn, z kterého se odstraněním oxidu uhličitého získává biometan – energeticky bohatý plyn kompatibilní se zemním plynem a využitelný jako biopalivo. Zaváděním externího vodíku, získaného z přebytečné energie z obnovitelných zdrojů, do procesu anaerobní fermentace dochází pomocí hydrogenotrofních metanogenů k redukci oxidu uhličitého na metan, čímž se zvyšuje výhřevnost bioplynu v ideálním případě až na biometan. V rámci této práce byla zkoumána technologie obohacování bioplynu pomocí vodíku přímým zaváděním do fermentoru tzv. metoda in-situ a s využitím externího bioreaktoru tzv. metoda ex-situ Získané výsledky z provozu laboratorních modelů insitu a ex-situ bioreaktoru poslouží k sestrojení poloprovozního modelu této technologie pro následné převedení do praxe. Abstract - EN The transition from existing sources of electricity to renewables seems to be a suitable solution for the global increase of energy consumption. Sustainable technology of anaerobic fermentation for the treatment of organic wastes produces biogas, from which is by removing carbon dioxide obtained biomethane – energy-rich gas compatible with natural gas and can be used as biofuel. Hydrogen obtained by using excess energy production from renewable sources, can be introduce into the anaerobic fermentation process. Hydrogenotrophic methanogens use external hydrogen for reduction of carbon dioxide to methane, which increases energetical potencial of biogas, ideally up to the level of biomethane. In this work, the technology of enrichment of biogas with hydrogen by direct introduction into the fermenter, the “in-situ” method and with the use of an external bioreactor, the “ex-situ method,” was investigated. The results obtained from the operation of laboratory models of insitu and ex-situ bioreactors will be used to build a pilot model of this technology for subsequent implementation in practice.

Stavební odpad jako náhrada jemné frakce v betonech – hodnocení fytotoxicity vůči okřehku

Stavebnictví patří mezi největší odběratele nerostných surovin, s čímž souvisí i následná produkce odpadů. Výroba nejvíce využívaných produktů v tomto odvětví, jako jsou například cihly a betony, je v současné době závislá na neustálé těžbě primárních materiálů z neobnovitelných zdrojů. Značný potenciál pro ušetření primárních zdrojů má ve stavebnictví opětovné využívání recyklátů. Pro využití odpadních materiálů jako náhrady určité složky betonu je důležité, aby byly zachovány jeho mechanické a chemické vlastnosti. Současně je na místě posoudit také míru dopadu na životní prostředí. Jednou z možností je provést výluhové zkoušky a následné testy ekotoxicity s vodními organismy. Cílem této práce bylo posoudit a porovnat fytotoxické účinky výluhů cihelného prachu, tří druhů písků z betonových recyklátů a referenčního materiálu (přírodního písku). Hodnocen byl růst biomasy a množství chlorofylu. Výsledky ukázaly velké rozdíly mezi vzorky. Písek nepůsobil toxicky, účinky výluhu cihelného prachu se téměř nelišily od kontroly. Beton, který byl již jednou ecyklován, působil mírně inhibičně, zatímco výluhy podlahového betonu s obsahem epoxidového lepidla a betonu pocházejícího z dálnice měly výrazné toxické až letální účinky. Abstract (EN) Construction sector is one of the largest consumers of mineral resources, which is also related to the subsequent production of waste. The production of the most widely used products in this sector, such as bricks and concrete, is currently dependent on the constant extraction of primary materials from non-renewable resources. The reuse of recycled materials in the construction industry has considerable potential for saving of the primary resources. For the use of waste materials as a substitute for a certain component of concrete, it is important that its mechanical and chemical features remain unchanged. At the same time, it is appropriate to assess the degree of impact on the environment. One option is to perform leaching tests and subsequent ecotoxicity tests with aquatic organisms. The aim of this study was to determine and compare the phytotoxic effects of brick powder extracts, three types of recycled concrete aggregate and reference material (natural aggregate). Biomass growth and chlorophyll levels were evaluated. The results showed large differences among the samples. The sand was not toxic, the effect of brick dust was almost the same as the control. Concrete, which has already been recycled once, had a slightly inhibitory effect, while extracts of floor concrete containing epoxy glue and concrete from the highway had significant toxic to lethal effects.

Eliminace mikropolutantů z vod kombinací oxidačních a sorpčních procesů v laboratorním měřítku

Mikropolutanty v životním prostředí působí negativně na vodní ekosystémy a též představují potenciální riziko pro lidské zdraví. Zásadním zdrojem vnosu mikropolutantů do životního prostředí jsou městské ČOV, jejichž konvenční mechanicko-biologická technologie není na odstraňování mikropolutantů navržena. V této práci jsme testovali účinnost odstranění mikropolutantů řadou oxidačních (např. ozonizace, UV/H2O2, Fentonova reakce, borem dopovaná diamantová elektroda) a sorpčních (např. granulované aktivní uhlí GAU, zeolity) procesů. Účinnost odstranění vybraných léčiv (např. erythromycin, sulfamethoxazol, ibuprofen atd.) a metabolitů pesticidů (např. acetochlor ESA, metazachlor ESA) jsme testovali v jednorázových vsádkových testech. S přihlédnutím k ekonomickým i provozním parametrům byla pro následné testování v reálných podmínkách (poloprovozní měřítko) zvolena kombinace oxidace UV/H2O2 a sorpce na GAU. Mikropolutanty v modelové vodě byly úspěšně odstraněny z 91% (suma léčiv) a cca 100% (suma metabolitů pesticidů) při použití optimální dávky H2O2 5 mg/l a intenzity UV záření 4 kJ/m2 s následnou sorpcí na GAU. Tyto velmi slibné výsledky v současné době ověřujeme v pilotní jednotce pro dočištění reálného odtoku z městské ČOV. Abstract (EN) Micropollutants cause harm to aquatic ecosystems and can also negatively affect human health. Major sources of micropollutants input to aquatic environments are wastewater treatment plants due to their insufficient removal during the conventional mechanical-biological process. This study aimed to evaluate potential WWTP effluent post-treatment processes for the removal of selected pharmaceuticals and pesticides using oxidation (e.g., ozonization, UV/H2O2, Fenton, boron-doped diamond electrode) and sorption (e.g. granular activated carbon, zeolite) processes and their combinations. The removal of selected pharmaceuticals (e.g. erythromycin, sulphamethoxazole, ibuprofen) and pesticides (e.g. acetochlor ESA, metazachlor ESA) was tested in batch assays. The combination of UV/H2O2 and activated carbon adsorption was the most favorable in terms of removal efficiency and economic and operational parameters. This combination achieved the removal efficiencies of pharmaceuticals and pesticides of 91 and 100%, respectively, using an optimum H2O2 dose of 5 mg/L and UV intensity of 4 kJ/m2 followed by granular activated carbon adsorption. These promising results are currently adopted in a pilot-scale study for the post-treatment of a real WWTP effluent.

Srovnání vodní stopy VE Fláje a VE Přísečnice s uvažováním alokace podle ekonomické hodnoty užitků vodní nádrže

CZ: V předloženém článku je popsána srovnávací studie vodní stopy elektrické energie vyráběné ve dvou vodních elektrárnách provozovaných státním podnikem Povodí Ohře na vodárenských nádržích Přísečnice a Fláje v Krušných horách. Pro výpočet vodní stopy byla použita metoda hrubé spotřeby, která uvažuje ztráty vody z nádrže na úrovni výparu z hladiny. Protože výroba elektrické energie na vodárenské nádrži je jen doplňkovým užitkem, který poskytuje vodní nádrž, bylo třeba rozdělit ztráty vody z nádrže mezi jednotlivé užitky poskytované vodní nádrží. Pro alokaci ztrát výparem mezi jednotlivé užitky byla použita alokace na základě ekonomické hodnoty jednotlivých užitků. Ztráty vody alokované na výrobu elektrické energie představují méně než 1 % celkových ztrát. Studie ukázala, že vodní stopa elektrické energie vyráběné ve vodní elektrárně Přísečnice je cca dvakrát větší než vodní stopa elektrické energie vyráběné ve vodní elektrárně Fláje, zejména z důvodu rozdílné morfologie obou nádrží. Hodnota vodní stopy elektrické energie vyrobené v obou posuzovaných elektrárnách je srovnatelná s literárními údaji o vodní stopě vodních elektráren z ČR i světa. EN: The submitted article describes a comparative study of the water footprint of electricity produced in two hydroelectric plants operated by Povodí Ohře, a state enterprise, on the water reservoirs of Přísečnice and Fláje in the Ore Mountains. A gross consumption method was used to calculate the water footprint, which considers water losses from the reservoir at the level of the evaporation from the water surface. Since electricity generation on the water tank is only an additional purpose provided by the water tank, it was necessary to divide the water losses from the reservoir among the various purposes provided by the reservoir. Allocation based on the economic value of the individual purpose was used to allocate losses by evaporation to individual purposes. Water losses allocated to power generation account for less than 1% of total losses. The study showed that the water footprint of the electricity produced in the Přísečnice hydropower station is about 2 times larger than the water footprint produced in the Fláje hydropower station, mainly due to the different morphology of the two reservoirs. The water footprint value of the electricity produced in two hydropower stations assessed is comparable to literary data on the water footprint of hydroelectric power plants from the Czech Republic and the world.

Porovnání environmentálních dopadů různých typů jogurtových kelímků

Cílem práce bylo posoudit environmentální dopady různých typů zvolených jogurtových kelímků vyrobených z různých materiálů: z plastu, papíru, skla či z kompozitního materiálu. Environmentální dopady byly vyhodnoceny metodou posuzování životního cyklu (z angl. life cycle assessment, LCA). Výsledky práce ukazují, že skleněné a kompozitní obaly jsou horší než obaly plastové, s výjimkou kategorie dopadu Spotřeba fosilních surovin a humánní toxicita. Jako nejlepší vychází plastový obal s K3 dekorací (papír), který ve všech hodnocených kategoriích dopadu vykazuje nejlepší výsledky. V kategorii dopadu Klimatické změny se nejhůř umístil kompozitní obal a obal skleněný. Nejvíce ovlivněnou kategorií je Sladkovodní ekotoxicita, nejvyšší dopady v rámci této kategorie vykazuje obal skleněný a následně kompozitní. V rámci kategorie dopadu Ionizující záření má největší dopad skleněný obal následovaný obalem kompozitním. Na základě výsledků výzkumu bylo zjištěno, že hlavní příčinou dopadů plastových kelímků na životní prostředí je výroba PP granulátu, u skleněných obalů je to výroba samotného skla a v případě kompozitních obalů výroba kompozitního obalu. Abstract (en) The aim of the work was to assess the environmental impacts of different types of selected yoghurt cups made of different materials: plastic, paper, glass or composite material. Environmental impacts were assessed using the life cycle assessment (LCA) method. The results of the work show that glass and composite packaging is worse than plastic packaging except for the impact category Resource use (mineral and metals) and Human toxicity. The best packaging appears to be plastic packaging with K3 decoration (paper), which has the smallest impacts in all evaluated impact categories. In the impact category Climate change, composite packaging and glass packaging have the greatest impact. The most affected category is Freshwater ecotoxicity. The highest impacts within this category are shown by glass packaging and subsequently composite packaging. In the impact category Ionizing radiation, the greatest impact has a glass packaging, then a composite packaging. Based on the results, it was determined that the main cause of the impacts of plastic cups is the production of PP granulate. In the case of glass packaging, it is the production of the glass itself, and in the case of composite packaging, the production of the composite packaging.

Předčištění odpadních vod z produkce vína

Práce se zabývá porovnáním procesů předčištění odpadních vod z výroby vína za laboratorních podmínek. Tyto vody jsou charakteristické nízkým pH a vysokým obsahem organických a nerozpuštěných látek. Nadlimitní hodnoty parametrů CHSKCr a BSK5 jsou často v rozporu s příslušným kanalizačním řádem, což komplikuje jejich odvádění a čištění na biologických čistírnách odpadních vod. Z fyzikálně chemických metod předčištění byla testována koagulace v kombinaci s flokulací. Zároveň byly provozovány dva vsádkové reaktory za rozdílných provozních podmínek. Cílem práce bylo nalezení efektivního a ekonomicky únosného postupu pro snížení hodnot CHSKCr a BSK5 za účelem přiblížení se limitům daných kanalizačním řádem. Abstract (en) COD removal from winery wastewater by physicochemical and biological treatment at lab scale was studied. Both experiments were performed with sludge from clarification under laboratory conditions. The aim of those experiments was to meet regulations. Coagulation under different pH was studied. By combination of coagulant Yesfloc (c) SG and flocculant Yesfloc® COE65 or flocculant Yesfloc® COEX88 28 % of COD was removed by pH = 6 and 27 % of COD was removed by pH = 8. Two SBR reactors under different conditions were studied. Average of COD removal with both SBR was 77 %, which met regulations. There was no significant lack of nutrients, which could occur in a long-term operation. The pH adjustment for SBR was not necessary. The composition and season dependency could be a problem for biological treatment, but the sludge adaptation was really quick.

Výskyt pesticídnych látok vo vodnom prostredí a ich odstraňovanie z pitných vôd pomocou pokročilých oxidačných procesov

Intenzívne používanie pesticídnych látok spôsobilo na mnohých miestach vážne problémy v ekosystéme, najmä čo sa týka vodných zdrojov, kam sa tieto látky dostávajú. Keďže klasickou vodárenskou technológiou nie je možné pesticídy z vody odstraňovať, nachádzajú sa tak tieto látky v nadlimitných koncentráciách v pitných vodách. Preto je nutné navrhnúť technológiu, ktorá bude v ich odstraňovaní účinná. Ako vhodné sa ukazujú pokročilé oxidačné procesy (AOPs) v kombinácii s granulovaným aktívnym uhlím (GAU). Cieľom tohto experimentu bolo porovnať účinok ozonizácie a pokročilých oxidačných procesov, z ktorých sa overovala kombinácia ozónu s UV žiarením (O3 + UV) a ozónu s peroxidom vodíka (O3 + H2O2) s následnou sorpciou na GAU. Abstract (en) Intensive use of pesticides has caused serious problems in the ecosystem in many places, especially in terms of the water resources to which pesticides enter. It is not possible to remove pesticides from water using conventional water supply technology, so these substances are found in above-limit concentrations in drinking water. Therefore, it is necessary to design a technology that will be effective in removing them. Advanced oxidation processes (AOPs) in combination with granular activated carbon (GAU) prove to be suitable. The aim of this experiment was to compare the effect of ozonation and advanced oxidation processes, which verified the combination of ozone with UV radiation (O3 + UV) and ozone with hydrogen peroxide (O3 + H2O2) followed by sorption on GAU.

Zavádění analytické metody pro kvalitativní stanovení mikroplastů ve vodách

CZ: Přítomnost reziduí plastů v životním prostředí je v poslední době diskutována napříč společností kvůli zamořování oceánů a nedostatečné recyklaci plastových výrobků. Okem nepostřehnutelné mikroplasty, které se do vody dostávají užíváním produktů osobní péče a rozkladem syntetických polymerů nejsou v současnosti dostatečně odstraňovány při úpravě vody a mohou se dostávat do trávicího traktu konzumentů. Zdravotní rizika pro člověka nejsou doposud známá, přesto lze předpokládat, že bude výskyt mikroplastů ve vodách monitorován. Naším cílem bylo vypracování finančně dostupné a dostatečně přesné metody pro následnou analýzu mikroplastů ve vodách, jež by mohla být rutinně prováděna v kontrolních laboratořích. Vzorky vláken byly podrobeny předúpravě sloužící k izolaci syntetických mikrovláken od ostatních materiálů, které mohou způsobit zkreslení kvantitativní analýzy mikroplastů. Byla sledována reakce dvou testovaných materiálů na jejich expozici různým teplotním a oxidačním podmínkám s využitím peroxidu vodíku jako oxidačního činidla a změna barvy vláken. Jako optimální se jeví osmihodinová expozice vzorku v 30% roztoku peroxidu vodíku při teplotě 60 °C s následnou analýzou mikroplastů infračervenou spektroskopií (ATR-IR). Naše výsledky by mohly být využity při vytváření komplexní metodiky kvalitativního a kvantitativního hodnocení mikroplastů. EN: Occurrence of plastics in the natural environment is one of the hot topics in the area of environmental studies due to the ocean contamination and insufficient amount of plastics' recycling. Microplastics which cannot be seen by the naked eye are not effectively removed from the water during drinking water treatment and afterwards they enter the human body through the digestive tract. Even though there is no evidence of harmful effects on health, it is assumed that the presence of microplastics in water will be monitored. Our work was aimed on the development of a methodology for the pretreatment of synthetic microfibers based microplastics followed by their subsequent infrared analysis, which can be routine performed in laboratories. Microfibers were subjected to various thermal and oxidative conditions, where hydrogen peroxide was used as an oxidizing agent. Effects of the exposure on changes in chemical structure and colour of fibres were analysed. Optimal exposure conditions for plastic microfibers' pretreatment concerns the exposure in 30% solution of hydrogen peroxide at 60 °C for 8 hours followed by infrared spectroscopy (ATR-IR). We believe that our results can be utilized for the creating complex methodology of qualitative and quantitative microplastics' evaluation.

Úsporné odstraňování dusíku procesem anammox z kalových a splaškových odpadních vod

Proces částečná nitritace-anammox odstraňuje amoniakální dusík z odpadních vod s polovičními náklady na aeraci, až o 80 % nižší produkcí přebytečného kalu a bez spotřeby organického substrátu. Jde o zavedený proces pro odstraňování dusíku z kalových vod z anaerobní fermentace, a podobně koncentrovaných a teplých odpadních vod. Na tyto vody se částečná nitritace-anammox aplikuje již déle než deset let, a to např. pod názvy ANAMMOX®, ANITA™ Mox, DEMON®, nebo TERRAMOX®. Optimalizované provozy těchto technologií dusík běžně odstraňují při zatížení 0,5–2,3 kg∙m–3∙d–1 (30–35 °C). Současnou výzvou pro výzkum je implementace částečné nitritace-anammox do hlavního proudu studené splaškové odpadní vody, přičemž konkrétními problémy jsou (i) potlačení nežádoucích nitratačních mikroorganismů (NOB) a (ii) adaptace mikroorganismů anammox na nízké teploty. Náš výzkum jsme začali s jednostupňovým procesem, a poté nitritaci a anammox rozdělili do dvou reaktorů. Prezentujeme strategii, která v laboratorním měřítku NOB účinně potlačila i při 12 °C a dále i v pilotním měřítku při 13–30 °C. Dále ukazujeme, že anammox je možné na nízké teploty adaptovat studenými šoky. Tyto výsledky umožní rozšířit úsporné odstraňování dusíku i do hlavního proudu splaškové odpadní vody na ČOV. English: Partial nitritation-anammox (PN/A) process removes nitrogen from wastewater with 50% reduction of aeration costs, 80% less excess sludge and no consumption of organic carbon. PN/A is an established process for the removal of nitrogen from reject water from anaerobic digestion and other similarly warm and concentrated streams. On such wastewater, PN/A has been applied in full scale for over 10 years under names such as ANAMMOX®, ANITA™ Mox, DEMON® or TERRAMOX®, whose optimized installations consistently achieve nitrogen removal loading rates of 0,5–2,3 kg∙m–3∙d–1. The current challenge for research is to implement PN/A into the main stream of cold municipal wastewater, the specific challenges being (i) suppression of undesirable nitrite oxidizing bacteria (NOB) and (ii) adaptation of anammox microorganisms to low temperatures. Our initial experiences with one-stage PN/A in the main stream led us to the separation of PN/A in two subsequent reactors. Subsequently, we developed a strategy for NOB suppression in partial nitritation even under 12 °C, which we then successfully tested in the pilot scale. Furthermore, we found that anammox can be adapted to low temperatures using cold shocks. In sum, these results will enable extending the savings for nitrogen removal into the main stream of wastewater at WWTP.

Vliv adaptace aktivovaného kalu na biodegradaci antibiotik a akumulaci genů resistence

Aktivovaný kal na čistírnách odpadních vod je neustále vystavován nízkým koncentracím antimikrobiálních látek a dalších léčiv. To vyvolává otázku, jak mikroorganismy k těmto látkám na čistírně odpadních vod přistupují. Zda jsou schopny se v tomto prostředí na tyto látky adaptovat, degradovat je, případně je využít jako substrát. Nebo jestli jsou tyto látky aktivovaným kalem opomíjeny. Pro posouzení adaptace aktivovaného kalu byla využita metoda PCR pro sledování genů resistence a testy biologické rozložitelnosti. Pro testy byl využit aktivovaný kal z ČOV a kal adaptovaný v laboratorních SBR modelech při koncentracích antibiotik 500 ng∙l−1 a 500 μg∙l−1. Biologická rozložitelnost byla posuzována dle normy ČSN ISO 14593. Testované látky byly sledovány pomocí skupinového stanovení celkového anorganického uhlíku. Jako testované látky byly vybrány: benzylpenicilin, ampicilin, streptomycin, erythromycin, chloramfenikol, sulfamethoxazol a trimetoprim. Aktivovaný kal z čistírny odpadních vod neměl vyvinutou aktivitu k biodegradaci testovaných antibiotik. Je pravděpodobné, že vysoké zatížení snadno biologicky rozložitelným substrátem a krátké zdržení odpadní vody na ČOV, vede k tomu, že mikroorganismy aktivovaného kalu nejsou nuceny tyto látky aktivně utilizovat a brání se jim pouze tvorbou obranných mechanismů pomocí genů antibiotické resistence. Nízké koncentrace antibiotik v SBR modelech vytvářely selekční tlak na mikroorganismy a podněcovaly šíření genů antibiotické resistence. English Activated sludge in wastewater treatment plants is constantly exposed to low concentrations of antimicrobials and other drugs. This raises the question of how microorganisms approach to these substances in the sewage treatment plant. Whether they can adapt, degrade, or use antibiotics as a substrate in this environment or the activated sludge neglects these substances. To assess the adaptation of activated sludge, the PCR method for monitoring antibiotic resistance genes and biodegradability tests were used. These tests were carried out with activated sludge from WWTP and sludge adapted in laboratory SBR models at 500 ng∙l−1 and 500 μg∙l−1 of chosen antibiotics. Their biodegradability was assessed according to ČSN ISO 14593. The tested substances were monitored by group determination of total inorganic carbon. The chosen substances were: benzylpenicillin, ampicillin, streptomycin, erythromycin, chloramphenicol, sulfamethoxazole and trimethoprim. Activated sludge had no developed activity for biodegradation of tested antibiotics. It is likely that the high load of readily biodegradable substrate and the short retention of the wastewater at the WWTP lead to the activated sludge not being forced to actively utilize these substances and will only prevent from them by forming defence mechanisms using antibiotic resistance genes. Low concentrations of antibiotics in SBR models produced selective pressure on microorganisms and stimulated the spread of antibiotic resistance genes.