Nápady a objevy

25. ledna 2024

S recyklací odpadních vod z vinařství pomůže odparka

Zleva: Marek Vondra, David Horňák, Václav Miklas a Michal Touš | Autor: Václav Koníček

Cukry, kyselina octová, etanol. Tyto a další látky byste našli v odpadních vodách, které vznikají ve vinařstvích při zpracování hroznů a výrobě oblíbeného nápoje. Poradit si s takto znečištěnou vodou je pro běžné čistírny odpadních vod problém. Vinaři proto musí složitě a draze hledat jiný způsob likvidace. Pomoci by jim mohla nová technologie, kterou vyvíjí odborníci z Ústavu procesního inženýrství VUT.

V Laboratoři energeticky náročných procesů na Fakultě strojního inženýrství byste malé zařízení hledali těžko. Místnost je plná velkých přístrojů, které mají výzkum co nejvíc přiblížit průmyslovému použití. Část vybavení laboratoře slouží k vývoji nové technologie, která by mohla být pomocníkem nejen jihomoravských vinařů.

„Vinařství aktuálně nemají žádný vhodný způsob, jak nakládat se svými odpadními vodami. Ty zejména v čase vinobraní dosahují extrémních úrovní organického znečištění,“ říká výzkumník Václav Miklas. Zatímco běžná úroveň chemické spotřeby kyslíku, což je ukazatel organického znečištění, se u komunálních odpadních vod pohybuje kolem 500 miligramů na litr, u odpadních vod z vinařství nejsou výjimkou hodnoty v řádech desetitisíců miligramů.

„Běžná čistírna odpadních vod si s takto znečištěnou vodou často neumí poradit. Dokonce ji tato voda může poškodit, protože mikroorganismy v čistírnách příliš „nekamarádí” s nízkými pH a vysokými koncentracemi etanolu. Obě další řešení – tedy vyvézt vodu k likvidaci do specializované firmy nebo vybudovat vlastní zařízení – jsou extrémně nákladná,“ dodává Miklas. I proto se čas od času stane, že Česká inspekce životního prostředí „nachytá“ a pokutuje nějakého vinaře, který se odpadní vody zbavil, jak neměl.

Laboratoř energeticky náročných procesů na FSI | Autor: Václav Koníček

Odpadní vody přitom při výrobě vína nevzniká právě málo. „Odhaduje se, že na litr vína vzniknou jeden až čtyři litry odpadní vody,“ upřesňuje Miklas. Jen pro představu: průměrná produkce vína v Česku se pohybuje okolo 550 tisíc hektolitrů za rok.

S myšlenkou, jak tento problém vinařům pomoci vyřešit, přišla tuzemská firma Hutira a k vývoji přizvala právě procesní inženýry z VUT. „Podstatné je, že nám nejde pouze o vyčištění vody, kterou by pak šlo laicky řečeno „vypustit do kanálu“. Od začátku jsme chtěli vodu recyklovat, tedy zpracovat ji tak, aby mohla být dále využita. A ideálně z ní získat i cenné látky, v tomto případě etanol,“ vysvětluje výzkumník Michal Touš.

Odpadní voda z vinařství vzniká typicky při oplachování tanků, potrubí a dalších zařízení pro výrobu vína. Znečištěná je jak cukry, které jsou přirozenou součástí vinných hroznů, tak i etanolem, tedy zbytkovým alkoholem. Díky přítomnosti cukru může odpadní voda přirozeně dál kvasit, čímž později vzniká i kyselina octová. A přidat se mohou i látky a chemikálie opláchnuté ze zmíněných zařízení. Velkou část tohoto „koktejlu“ lze ovšem znovu využít.

„Našim cílem je integrovat dva procesy, a to odpařování a takzvané stripování. Při odpařování přechází voda a etanol do plynné fáze, čímž je oddělíme od zbytku roztoku, a zůstává nám zhruba desetina původního množství, která je ovšem silně znečištěná. U tohoto zbytku vidíme možnost využití například v bioplynových stanicích, protože cukry, které zbylý koncentrát obsahuje, v sobě skrývají hodně energie,“ vysvětluje další člen výzkumného týmu Marek Vondra s tím, že i otázce využití zbytkového roztoku se plánují s kolegy ve výzkumu dále věnovat.

Voda od etanolu je oddělena procesem stripování | Autor: Václav Koníček

„Po odpaření tedy máme devadesát procent původního objemu, který tvoří směs vody s etanolem. Ty pak od sebe oddělíme takzvaným stripováním. Díky tomu získáme čistou vodu, kterou lze použít pro technologické účely, a koncentrovaný etanol, který lze dále využít nebo prodat,“ dodává Vondra.

Výzkumníci navíc pracují na tom, aby byl energeticky náročný proces co nejefektivnější. Už teď je ale jasné, že by se technologie vinařům vyplatila jak co do investice, tak i v nákladech na provoz. „Plánujeme celý proces ještě dále zefektivnit. A další velká výhoda je, že naše technologie je poměrně kompaktní a v provozu vinařství zabere zlomek místa, které by potřebovala například biologická čistírna,“ říká Vondra. Sečteno, podtrženo: technologie by měla být konkurenceschopná. A trh by pro ni byl, jen na jižní Moravě je 17 tisíc hektarů vinic, které obhospodařuje celkem 16 tisíc pěstitelů.

Celým výzkumem se jako červená nit vine myšlenka oběhového vodního hospodářství. Cirkularitě fandí jak firma Hutira, tak i procesní inženýři z VUT. „V naší laboratoři se hodně věnujeme průmyslovým odpadním vodám obecně. Snažíme se aplikovat princip anglicky zvaný minimum liquid discharge, kdy průmyslové provozy v maximální míře recyklují vodu a dále využívají cenné látky obsažené v odpadních vodách. Bohužel zákony zatím nejsou na recyklaci vody připravené. Například námi vyčištěnou vodu z vinařství nelze znovu použít k oplachu nádob při výrobě vína, na to je ze zákona potřeba voda pitná. Věříme ale, že i legislativa bude k využívání recyklované vody směřovat a pro účely, kde to bude dávat smysl, dostane její použití brzy zelenou,“ uzavírá Touš.

Článek vyšel v časopise Události na VUT 2 | 2023/2024

 

Zleva: Marek Vondra, David Horňák, Václav Miklas a Michal Touš | Autor: Václav Koníček
Vstoupit do fotogalerie

Témata

Související články:
Změny v odpadovém hospodářství nám mohou koupit čas na řešení klimatické krize, píší vědci v Science
Odpadky jsou věda. Díky odborníkům z VUT má Česko prognózu jejich produkce
Filip vyvíjí algoritmy pro analýzu stromů v lese
Od ropných rafinérií k charitě. Absolvent FSI našel životní poslání v pomoci druhým
Za vodu ještě kvalitnější. Technologie kavitace a nízkoteplotního plazmatu dočistí vodu od pesticidů i hormonů