Þróar nýja himnutækni til að hreinsa skólp
Fæst leiðum við hugann að því hvað verður um það sem skolast niður í niðurföllum eða er sturtað niður í salernum. Hvort tveggja berst út í fráveitukerfi og þaðan út í sjó, ár eða vötn, ýmist hreinsað eða óhreinsað en Íslendingar eiga enn nokkuð langt í land með að uppfylla evrópskar tilskipanir um hreinsun skólps. Við Háskóla Íslands er unnið að rannsóknum á nýstárlegum aðferðum við slíka hreinsun sem taka mið af aðstæðum hér á landi en samhliða því er rannsakað hvort nýta megi þau næringarefni sem finna má í sumum tegundum skólps, sem áburð í grænmetisræktun.
Kröfur sem snúa að losun skólps í umhverfið verða sífellt strangari á alþjóðavettvangi enda getur óhreinsað skólp haft margs konar skaðleg áhrif á lífríki og jafnvel stuðlað að útbreiðslu sjúkdóma.
„Evróputilskipun um hreinsun skólps gerir ráð fyrir þriggja meginþrepa hreinsun frá sveitarfélögum: Fyrsta stigs forhreinsun (efnisleg), annars stigs hreinsun á líffræðilegum efnum og loks sótthreinsunarstig. Á Íslandi fer mestur hluti skólps frá sveitarfélögum einungis í fyrsta stigs hreinsun og uppfyllir því ekki staðla ESB um losun skólps. Líffræðilegir hreinsiferlar skila auk þess ekki fullnægjandi árangri við íslenskar aðstæður, aðallega vegna kalds loftslags, mikils innrennslis skólps með lágum styrk lífrænna efna og dreifðrar byggðar. Því er brýn þörf á að þróa tæknilega og efnahagslega hagkvæman annars stigs hreinsiferil sem byggist ekki á líffræðilegri hreinsun og hentar vel við íslenskar aðstæður,“ segir Bing Wu, prófessor í umhverfisverkfræði við Háskóla Íslands, sem vinnur að þróun slíks hreinsiferils.
„Rannsóknir mínar beinast að nýstárlegum aðferðum við hreinsun vatns og skólps, endurheimt auðlinda og nýtingu endurnýjanlegrar orku með háþróaðri himnutækni og umhverfislíftækni. Rannsóknirnar fela í sér þróun tæknilega og efnahagslega hagkvæmra og umhverfislega sjálfbærra ferla, tilrauna á rannsóknarstofu- og tilraunastöðvarstigi auk rannsókna á fræðilegum grundvelli, allt í þeim tilgangi að leysa áskoranir sem tengjast samspili vatns, matvæla og orku og efla viðnámsþrótt gagnvart loftslagsbreytingum,“ segir Bing.
Bein himnusíun nýtist til að endurheimta næringarefni úr skólpi
Aðferðin sem Bing styðst við í rannsóknum sínum kallast bein himnusíun (e. Direct membrane filtration – DMF). „Bein himnusíun á skólpi án líffræðilegs hreinsistigs hefur verið talin vænlegur valkostur við annars stigs líffræðilega hreinsun. Í DMF-kerfi virkar hálfgegndræp himna fyrir smásíun eða örsíun (möskvastærð 0,01–0,1 míkrómetrar) sem hindrun fyrir agnir, kvoðuefni og sýkla en hleypir vatni og smærri ögnum í gegn. Kerfið hefur ýmsa kosti í samanburði við hefðbundna líffræðilega hreinsiferla, svo sem einfalda hönnun og viðhald, lágan stofnkostnað, getu til að takast á við breytilegt innrennsli og lágt hitastig vegna árstíðabundinna sveiflna, það skilar vel hreinsuðu skólpi sem er laust við agnir og sýkla og myndar minni seyru sem dregur úr kostnaði við frekari úrvinnslu skólps. DMF-ferlar eru því möguleg hreinsilausn fyrir íslensk sveitarfélög,“ bendir Bing á.
Hún segir enn fremur að bein himnusíun henti líka vel fyrir hreinsun á tilteknu iðnaðarskólpi. „Við vinnum til dæmis að því að endurheimta næringarefni úr skólpi frá ræktun örþörunga með himnusíun. Í því kerfi gætu þau næringarefni sem falla til ásamt vatni, eins og fosfór, ammóníak, nítrat og snefilefni, úr ræktunarlausnum örþörunga farið í gegnum örsíunarhimnu. Þau má síðan auðveldlega nýta sem áveituvatn fyrir ræktunarplöntur,“ segir Bing.
„Niðurstöður þessara rannsókna okkar gætu leitt til sjálfbærari skólphreinsunar, þar sem rekstrarkostnaður er lækkaður með því að draga úr stíflumyndun í himnum og um leið efnanotkun tengdri skólphreinsun. Þetta skiptir miklu máli þar sem skilvirk skólphreinsun tryggir örugga losun á hreinsuðu vatni í ár og sjó“ segir Bing.
Rannsókna- og þróunarstarf Bing og samstarfsfólks fer fram á rannsóknastofum en markmiðið er þó að skala upp lausnirnar í framtíðinni. „Við höfum þróað nokkur DMF-kerfi á rannsóknastofu með mismunandi himnueiningum og -efnum og aðlagað virkni þeirra að hreinsun á íslensku skólpi frá sveitarfélögum og skólpi sem inniheldur örþörunga. Gróðurmyndun á himnum (e. membrane fouling) er helsta áskorunin í DMF-ferlum þar sem tiltekin efni í skólpinu stífla himnumöskvana og setjast á yfirborð himna, sem dregur úr rennsli vatns í gegnum þær. Rannsóknir okkar beinast að þeim ferlum sem valda gróðurmyndun á himnum og að því að finna hentugar aðferðir til að stemma stigu við henni. Þá erum við líka að rýna í fræði sem tengjast hreinsun örmengunarefna og örplasts úr skólpi frá sveitarfélögum og vinna ítarlegar tækni- og fjárhagslegar arðsemisgreiningar og lífsferilsgreiningar á DMF-kerfum, allt í því augnamiði að bæta enn frekar gæði hreinsaðs vatns og tryggja möguleika á skölun búnaðarins til framtíðar,“ útskýrir Bing, en eins og mörgum er kunnugt þá er örplastsmengun vaxandi vandamál í heiminum.
Lægri kostnaður og minni umhverfisáhrif við hreinsun skólps frá sveitarfélögum
Aðspurð um afrakstur rannsóknanna og niðurstöður segir Bing að rannsóknarhópurinn hafi borið saman mismunandi útfærslur á DMF-ferlum á rannsóknarstofukvarða, t.d. muninn á þyngdaraflsdrifnum og þrýstingsdrifnum kerfum og ólífrænum og lífrænum himnum. „Einnig höfum við innleitt nýjar aðferðir til að draga úr gróðurmyndun á himnu í DMF-kerfinu. Niðurstöður tilrauna okkar hafa undirstrikað að DMF-ferlið gæti leitt til lægri kostnaðar og minni umhverfisáhrifa við hreinsun skólps frá sveitarfélögum í samanburði við hefðbundin líffræðileg hreinsiferli. Um leið skilar hreinsunin framúrskarandi gæðum á hreinsuðu vatni í köldu loftslagi eins og hér á landi, þar sem hvorki er að finna svifagnir né örplast,“ segir hún.
Sú útfærsla DMF-kerfisins sem þykir vænlegust og gæti nýst íslenskum veitufyrirtækjum verður sköluð frekar upp. „Það verkefni nýtur stuðnings Marie Curie áætlunar ESB og er eitt af verkefnum sem tengjast netverki doktorsnema í iðnaði og eru unnin í samvinnu við Veitur. Í DMF-tilraunakerfum ætlum við að bæta enn frekar virknina með tilliti til hreinsunar skólps á Íslandi og sinna grunnrannsóknum á samspili himna, gróðurmyndunar og örmengunar,“ segir Bing um framhald rannsóknanna.
Í samstarfi við Algalíf um nýtingu áburðar úr þörungarækt við grænmetisrækt
Bing og rannsóknarhópur hennar eru í samstarfi við fyrirtækið Algalíf um að kanna fýsileika þess að nýta fljótandi áburð úr þörungarækt, þar sem stuðst er við himnutækni, í grænmetisræktun í vatni. Verkefnið er fjármagnað af Tækniþróunarsjóði Rannís, og er unnið í samstarfi við Sigurður Brynjólfsson, prófessor við Háskóla Íslands, og Ragnheiði I. Þórarinsdóttur, rektor Landbúnaðarháskóla Íslands á Hvanneyri.
„Niðurstöður þessara rannsókna okkar gætu leitt til sjálfbærari skólphreinsunar, þar sem rekstrarkostnaður er lækkaður með því að draga úr stíflumyndun í himnum og um leið efnanotkun tengdri skólphreinsun. Þetta skiptir miklu máli þar sem skilvirk skólphreinsun tryggir örugga losun á hreinsuðu vatni í ár og sjó. Það stuðlar að hreinni náttúru og eflir sjálfbært atvinnulíf á Íslandi. Enn fremur myndi endurheimt auðlinda úr skólpi frá atvinnulífi með himnutækni auðvelda íslenskum fyrirtækjum að innleiða hringrásarhagkerfi og auka arðsemi sína,“ segir Bing að endingu um ávinning rannsóknanna.
Auk Bing hefur stór hópur grunn- og framhaldsnema við HÍ komið að rannsóknunum, þar á meðal þau Selina Hube, Sif Guðjónsdóttir, Ihtisham ul haq Shami, Megan Elizabeth Wiegmann, Magnea Freyja Kristjánsdóttir, Yuting Huang og Dagmar Ólafsdóttir. Rannsóknarteymi Bing hefur átt í samstarfi um verkefnið við rannsóknarhóp Tzyy Haur Chong, prófessors við Nanyang Technological University í Singapúr, og Michaels Burkhardt, prófessors við Eastern Switzerland University of Applied Sciences Sviss.
