English version
Přestože čističek odpadních vod v Česku postupně přibývá, kvalita vody v řekách se v mnoha ohledech nelepší. Často právě naopak. Technologie tradičních čističek si totiž neumí poradit s novými, vysoce nebezpečnými zdroji znečištění, jako jsou zbytky chemikálií, léků nebo hormonů z antikoncepce. Právě tyto látky přitom vytváří z vody nebezpečný koktejl, před jehož dlouhodobými účinky na lidské zdraví stále častěji varují vědci.
Novou technologií pro dočišťování vody pomocí nízkoteplotního plazmatu vyvinuli vědci z brněnského Vysokého učení technického ve spolupráci s kolegy z Masarykovy univerzity. Jejich zařízení umí z vody odstranit nejen zbytky chemikálií nebo estrogeny z antikoncepce, ale hubí také patogenní mikroorganismy, jako jsou sinice a bakterie. Podobná zařízení dosud existovala pouze v laboratorním měřítku, nový vynález má naopak potenciál zvládnout velké objemy vody a tedy i najít využití v praxi.
„V současné době je kontaminace vod velký problém, ať už mluvíme o vodě odpadní, užitkové nebo pitné. Vody mohou obsahovat například patogenní mikroorganismy, typicky sinice u povrchových vod, splašková voda zase může být kontaminována zbytky léčiv nebo estrogeny z antikoncepce. Čistírny odpadních vod využívají biologický proces čištění a ten ne všechno zvládne odbourat,“ nastínil problém Pavel Rudolf z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně.
Ocenění z veletrhu
Za svoje zařízení vědci získali medaili na podzimním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně a nyní hledají investora pro komerční využití technologie.
I když v laboratorních podmínkách se takzvaná hydrodynamická kavitace testuje již řadu let, týmu brněnských vědců se podařil odstranit její největší nedostatek. Až dosud fungovala jen v malých objemech mililitrů nebo jednotek litrů. „Po otestování kavitační plazmové trysky v průtocích kolem tisíce litrů za hodinu včetně efektivity úpravy následovaly testy pro desetkrát větší průtoky kapalin a zařízení fungovalo stále dobře,“ doplnil Pavel Sťahel z Masarykovy univerzity. Hydrodynamická kavitace díky snížení tlaku vytváří ve vodě bublinky páry podobně jako při varu. Navíc vzniká peroxid vodíku, který funguje jako dezinfekce. K likvidaci nebezpečných organizmů vede i tlaková vlna vznikající při opětovné přeměně bublinek páry zpět na kapalinu.
Právě doplnění tohoto fyzikálního jevu o výboje nízkoteplotního plazmatu umožnilo vznik technologie pro velké objemy vody. „Díky tomuto procesu vznikají oxidy a oxidačním procesem dojde k mineralizaci buněčných stěn a rozpadu zbytků léčiv,“ popsala Marcela Pírková z Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana na Fakultě strojního inženýrství VUT.
Zařízení tak může z vody odstraňovat například zbytky psychofarmak, pesticidů, ale i bakterií, plísní, řas nebo virů. Jeho využitelnost zahrnuje nejen komunální čističky odpadních vod, ale také čistírny fungující v rizikových zařízeních, jako jsou nemocnice, průmyslové podniky vyrábějící léky nebo chemické postřiky pro zemědělství.
Šetrná dezinfekce povrchů
Využití plazmy přitom patří k velmi perspektivním technologiím. A nejen při úpravě vody. Vědci z Fakulty chemicko-inženýrské VŠCHT Praha například v roce 2020 vyvinuli přístroj pro opakovanou dezinfekci objektů kontaminovaných koronavirem, ale i dalšími typy virů. Otestovali je například pro dezinfekci respirátorů, které tak bylo možné používat opakovaně. „Účinnost filtru se sníží jen nepatrně a pořád vysoce převyšuje požadavky dané normou,“ vysvětlil dopad plazmové dezinfekce respirátoru Vladimír Scholtz z Laboratoře nízkoteplotního plazmatu na Ústavu fyziky a měřicí techniky Vysoké školy chemicko-technologické v Praze. Plazmová dezinfekce byla testována nejen proti koronaviru covid-19, ale i proti virům běžné chřipky. Její výhodou je, že nepotřebuje tradiční dezinfekční chemii.
Další oblastí, kde mohou hrát plazmové technologie důležitou roli, je likvidace odpadů. Zařízení pojmenované Golem, což je pokusný plazmochemický reaktor, testují v laboratořích Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd České republiky. „Naložíme do něj pevný nebo kapalný materiál a pomocí plazmatického hořáku ho zahřejeme natolik, že se rozloží na jednotlivé atomy,“ vysvětluje Michal Jeremiáš, vedoucí oddělení plazmochemických technologií Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. Poté, co se v další části zařízení atomy ochladí, sloučí se v plyn obsahující hlavně vodík a oxid uhelnatý. Z jednoho velkoobjemového kontejneru komunálního odpadu tato metou umožňuje získat až sto třicet kilo vodíku.
Malé zařízení pro celou obec
Teplota uvnitř reaktoru dosahuje průměru kolem 1200 stupňů Celsia, ale plazmatický hořák může vytvořit i teplotu převyšující 5000 °C. Podobné teploty panují například na povrchu Slunce. Tyto extrémně vysoké teploty bezpečně likvidují například toxické odpady z nemocnic, protože je rozloží na prvotní molekuly. Podobně by mohly bezpečně likvidovat odpadní látky z chemických závodů nebo na desetinu snížit objem odpadu z jaderných elektráren.
Technologie vyvinutá českými vědci by také mohla řešit problémy s komunálním odpadem. Například pokusný plazmový reaktor českých akademiků, který vypadá jen jako o něco větší termoska, by mohl stačit pro zpracování odpadu v menší obci. Plazmové reaktory by tak mohly ukončit éru mamutích zařízení na skládkování či zpracování odpadů sloužících pro celé kraje, které vyžadují přepravu odpadů na velké vzdálenosti. Zároveň by plazmové technologie mohly do budoucna sloužit na zpracování starých skládek odpadů, alespoň v místech, kde výrazně narušují krajinný ráz celého okolí.
Dalibor Dostál
