Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 3. szám
50 Hidrológiai Közlöny 2021. 101. évf. 3. szám Biodízel előállítás A fosszilis üzemanyag-tartalékok fokozódó szűkössége, valamint a biodízel környezeti előnyei (például az SOx és a CO2 kibocsátás csökkenése) miatt növekedik az érdeklődés a bioüzemanyag iránt (Tyagi és társai 2013). A biodízel előállításához általában növényi olajokat használnak, ám az alapanyagaként szolgáló növényeknek a kizárólag biodízel gyártás miatti termesztése kedvezőtlenül befolyásolta az élelmiszeripari termelést (Olkiewicz és társai 2016), továbbá a biodízel előállításának költsége nagy a nyersanyagok költsége miatt, ami nem teszi versenyképessé a kőolajból nyert dízellel szemben. A nagy szervesanyag tartalmú szennyvíziszap, amely ipari hulladéknak, illetve egyre inkább már mellékterméknek tekinthető, fokozódó figyelmet kap, mivel a nagy lipidtartalma, miatt ideális alapanyag erre a célra. Ezt a bioüzemanyagot finomított trigliceridek és metanol (MeOH) átészterezésével állítják elő. Ez a reakció általában savas vagy bázikus homogén katalizátor (pl. H2SO4, KOH vagy NaOH) jelenlétében történik. A savas katalizátorok általában előnyösek ezekben az esetekben. Néhány tanulmány a biodízel nem katalitikus úton történő szintézisére összpontosít, a kutatók túlnyomó többsége azonban új katalizátorok keresésére törekszik, amelyek lehetővé tehetik a biodízel rövid időn belüli előállítását (Zhang és társai 2020). Hidrogén- és szintézisgáz termelés A biohidrogén a biogázzal együtt a szennyvízből kinyerhető bioüzemanyagok egyike, mely jó alternatíva a hagyományos üzemanyagokkal szemben, mivel energiatartalma 2,75-szer nagyobb, mint a szénhidrogén alapú üzemanyagoké (Tyagi és társai 2013). A hidrogént az égése okán lehet a leginkább környezetbarát üzemanyagnak tekinteni, tekintettel arra, hogy végtermékként vizet generál. Bár a hidrogén a természetben a legelterjedtebb elem, molekulárisán nem található meg H2 formában a magas reakcióképessége miatt, ezért azt ipari körülmények között lehet előállítani. Jelenleg különféle technikák léteznek a szintetikus gázok előállítására, ezek között a pirolízis a legszélesebb körben használt (Chen és társai 2017). A szennyvíziszap esetében a magas víztartalom miatt az iszap szárítás előtti kezelésre van szükség, ami miatt jelentősen megnő az előállítás költsége. A szennyvízből történő H2 előállítására további eljárások is felhasználhatók, bár nem annyira elterjedtek. Ilyen például az elektrohidrolízis (Yarimtepe és társai 2019) és egyéb biológiai kezelések, mint például mikrobiális fermentáció {Usman és társai 2019). Mikrobiális üzemanyagcella A bioüzemanyagok és a biogáz előállítása mellett lehetőség van a szennyvíz energia visszanyerésére is a szerves anyagokból közvetlenül az ún. bioelektrokémiai rendszerek révén (Gude 2016, Tang és társai 2019). Ezek a víz- és szennyvíziszapon egyaránt közvetlenül alkalmazható folyamatok nemcsak villamosenergia-termelést eredményeznek, hanem egyes szennyezőanyagok eltávolítására is sor kerül a folyamat során. Az elektródákat tartalmazó üzemanyag cellák (MFC-k) egy anaerob (anód) és egy aerob kamrából (katód) állnak, melyeket kationcserélő membrán választ el. A membrán feladata, hogy szabályozza a protonok átjutását az egyik kamrából a másikba. A szerves komponensekben gazdag szubsztrátumot az anódba vezetjük, ahol oxidáció révén elektronok és protonok keletkeznek. A keletkező elektronok az anódhoz kerülnek, és ezt követően egy külső áramkörön keresztül haladnak a katódhoz. Ezt a folyamatot nevezzük bioelektromosságnak. Eközben a protonok egyidejűleg az egyik kamrából a másikba a polimer membránon keresztül haladnak. Végül az elektronok és a protonok összekapcsolódnak a kationos oxigénnel és vízmolekulát állítanak elő {Kumar és társai 2019). Az MFC-ben keletkező feszültség nagysága néhány száz millivoltra tehető. Amikor az elektron töltés azon része, amely hozzájárul az áramtermeléshez 40% közeli, a hidraulikus tartózkodási idő pedig 20 óra, az energiapotenciál nagysága, elérheti a 0,65 kWh/m3- t az MFC-ben. Hőszivattyúk: hőenergia-visszanyerés Kézenfekvőnek látszik, hogy a szennyvíz hőenergiavisszanyerését is megvalósítsuk. A háztartásban használt ivóvíz körülbelül 54% -át felmelegítik és 27 °C-os átlagos hőmérsékleten hagyják el a házat: a fürdés és a zuhanyozás vize kb. 38-40 °C, a csapvíz 10 °C-os hőmérsékleten távozik a házból, míg 55 °C-os a mosogatógépből és mosógépből származó víz hőmérséklete kb. 40 °C ( Van der Hoek és társai 2016). A modern holland házak összes energiaveszteségének 40% -át a házból kilépő meleg szennyvíz jelenti. Eves szinten ez 8 GJ / ház veszteséget jelent. A szennyvízből származó hőenergiavisszanyerésnek azonban számos hátránya van (Elías- Maxil és társai 2014). A legjelentősebb probléma ebben a hőkinyerési technológiában a felületek eltömődése és a hőátadás mértékének csökkenése. Ezért a tisztított szennyvízben történő hőszivattyúzás a leginkább javasolható megoldás az energia visszanyerésére, mivel az kevesebb szennyezőanyagot tartalmaz. Ennek ellenére a szennyezőanyagok továbbra is jelentős problémákat okoznak, ezért a fejlesztések olyan csőanyagok és technológiai konfigurációk fejlesztésére összpontosít, amelyek késleltetik a hőcserélők szennyeződését {Shen és társai 2019). A vízenergia hasznosítása A szennyvízben lévő hidraulikus (kinetikus és helyzeti) energia szintén visszanyerhető a szennyvíztisztító telepeken. Ez lényegében kisebb vízerőművek rendszerbe építésének eredményeként lehetséges, mini- és a mikro-vízerőművek alkalmazásával {Sári és társai 2018). A hidraulikus energia hasznosítása környezetbarát megoldás, mivel megújuló energiaforrásnak tekinthető, üvegházhatást okozó kibocsátás nélkül. Ezenkívül, szemben más megújuló energiákkal, mint pl. a Nap-, vagy szélenergiával, a környezeti tényezőktől függetlenül egész évben lehetséges az energia kinyerése az időjárási viszonyoktól függetlenül. Fontos tényező az is, hogy a hidraulikus energia előállítása a szennyvíztisztító telep igény görbéjéhez igazodik, azaz a fogyasztás csúcsai és a legnagyobb energiaigény időszaka egybeesik (Bousquet és társai 2017).
