Nowy czujnik siarkowodoru rozwiewa wątpliwości towarzyszące procesowi oczyszczania ścieków
Siarkowodór (H2S), związek o charakterystycznym zapachu zgniłych jaj, powstaje w procesie bakteryjnego rozkładu materii organicznej i gromadzi się w sieciach kanalizacyjnych. Uwalnia się ze ścieków do powietrza w studzienkach, do których przyłączone są rury kanalizacyjne, i tam też wchodzi w reakcję z biofilmem pokrywającym beton, tworząc kwas siarkowy. Proces ten sprzyja szybkiej korozji betonowych rur. Pomiar stężenia H2S jest dość problematyczny, gdyż jest to gaz lotny. Szczególną trudność nastręcza pomiar stężenia tego związku w sieciach kanalizacyjnych ze względu na ich niedostępność, wysoką wilgotność i inne niesprzyjające warunki środowiskowe. Pomimo tych ograniczeń przedsiębiorstwa komunalne rutynowo kontrolują stężenia H2S w powietrzu tuż pod pokrywą studzienek kanalizacyjnych, używając do tego celu urządzeń rejestrujących. Wykrywają one nieprawidłowe stężenia gazu, lecz gdy chodzi o wykrywanie H2S rozpuszczonego w ściekach stają się bezużyteczne. Przedsiębiorstwa komunalne dodają preparaty chemiczne do ścieków w celu zneutralizowania H2S, jednak robią to w zasadzie na oślep, gdyż nigdy do końca nie wiedzą, gdzie dokładnie obecny jest siarkowodór ani w jakich stężeniach. W efekcie do ścieków trafia nadmiar chemikaliów, co niepotrzebnie podraża proces oczyszczania ścieków. Z drugiej strony istnieje ryzyko niewystarczającego oczyszczenia ścieków z siarkowodoru, co generuje problemy z korozją na dalszych etapach procesu.
Nowe rozwiązanie oparte na czujnikach
W ramach finansowanego ze środków UE projektu iMEC opracowano nowy, oczekujący na patent mikroelektrochemiczny czujnik siarkowodoru. Projekt jest kontynuacją innego, również finansowanego ze środków unijnych projektu realizowanego pod tą samą nazwą w ramach fazy I instrumentu przeznaczonego dla MŚP. „Opracowany przez nas »czujnik Sulfilogger« stale mierzy stężenie H2S bezpośrednio w ściekach oraz w powietrzu tuż nad powierzchnią wody”, wyjaśnia koordynator projektu Søren Porsgaard, który przekonuje, że urządzenie jest odporne na długotrwałą ekspozycję na środowisko ścieków i w odróżnieniu od tradycyjnych urządzeń rejestrujących stężenie gazu nie wymaga okresowego pozostawienia go do wyschnięcia. Siarkowodór przenika przez membranę i końcówkę czujnika, a następnie urządzenie utlenia H2S i mierzy przewodnictwo elektryczne wody po utlenieniu. Całkiem nowa konstrukcja czujnika umożliwia prowadzenie pomiarów stężenia H2S w warunkach niskiego stężenia tlenu i wysokiej wilgotności. Co zaś istotniejsze, doskonale sprawdza się jako urządzenie mierzące stężenie H2S w fazie zarówno gazowej jak i płynnej. Ta druga jest szczególnie ważna z uwagi na fakt, że siarkowodór powstaje w cieczy oraz za jej pośrednictwem jest transportowany i tylko pomiary cieczy mogą ujawnić prawdziwą skalę problemu. Czujniki można instalować w całym systemie kanalizacyjnym, a także w oczyszczalniach ścieków. Nowe możliwości monitorowania dostarczają zarządcom oczyszczalni informacji niezbędnych do strategicznego zarządzania problemem H2S zawsze i tam gdzie jest to konieczne. Odbywa się to z użyciem odpowiedniej ilości środków chemicznych, co jest rozwiązaniem lepszym od dotychczas stosowanych metod na chybił trafił generujących wysokie koszty.
Fazy testowania i walidacji
Nowe urządzenie, jako jedyna technologia nadająca się do pomiaru H2S bezpośrednio w ściekach, przyciągnęło uwagę największych europejskich przedsiębiorstw komunalnych. Czujniki zainstalowano w systemach kanalizacyjnych kilku większych miast europejskich w celu ich przetestowania. Zespół wykazał, że automatyczne, kontrolowane czujnikami dozowanie preparatów chemicznych zmniejszyło o 50 % koszty ich zakupu, a także przyczyniło się do poprawy skuteczności procesu oczyszczania ścieków. Tymczasem wybuch pandemii COVID-19 pokrzyżował badaczom plany. „Wiosną 2020 roku Europa zatrzymała się”, mówi Porsgaard. „Na nasze nieszczęście stało się to na chwilę przed planowaną instalacją dużej liczby czujników w ramach międzynarodowej kampanii demonstracyjnej”. Niemniej dzięki elastycznemu podejściu zespół zdołał przygotować wszystkie procesy związane z produkcją i instalacją na potrzeby komercjalizacji. Badacze mają w planach wejść w pierwszej kolejności na rynek europejski i z czasem zacząć wprowadzać swoje rozwiązanie na inne rynki.
Słowa kluczowe
iMEC, H2S, czujnik, monitorowanie, ścieki, siarkowodór, preparaty chemiczne do uzdatniania, sieć kanalizacyjna, korozja, SulfiLogger, pomiary cieczy
