To, że problem jest poważny, widać gołym okiem. Czasem, niestety, czuć także gołym nosem. Jak podaje Główny Urząd Statystyczny, pod koniec 2013 r. ścieki wytwarzane przez 30 proc. z nas nie były oczyszczane i w takiej postaci trafiały do gleby, wód gruntowych i powierzchniowych. Choć robimy wiele, by tę sytuację zmienić (w co wpisuje się np. otwarcie wielkiej oczyszczalni ścieków Czajka w Warszawie), a stan naszych wód przez ostatnie ćwierć wieku znacznie się poprawił, to wciąż daleko nam do ideału. Szczególnie na obszarach wiejskich, gdzie zabudowa jest mniej zwarta, a sieć kanalizacyjna znacznie gorzej rozwinięta niż w miastach. Ścieki, które wytwarzają gospodarstwa domowe, a także małe zakłady przetwórstwa spożywczego, głównie z powodu używania wszelkiej maści dodatków, detergentów – mydeł, proszków do prania itd. – prowadzą do zmiany składu chemicznego środowiska i w związku z tym eutrofizacji jezior i rzek. Akweny, które jeszcze kilka – kilkanaście lat temu miały bardzo przejrzystą wodę, zarastają w szybkim tempie – często pojawiają się tzw. zakwity (to nagły rozwój fitoplanktonu, m.in. sinic) powodujące, że jest mniej przejrzysta. U osób o wrażliwej skórze ta zielona maź może powodować różnego rodzaju wysypki itp. Głównym winowajcą takiego stanu rzeczy są związki biogenne, szczególnie fosforany, czyli pochodne kwasu fosforowego znajdujące się w środkach czyszczących, które wraz z całą masą innych substancji organicznych wnoszone są do wód ze ściekami.

Właśnie z myślą o utylizacji tych związków na Uniwersytecie Warmińsko-Mazurskim powstało nowatorskie urządzenie do oczyszczania ścieków, które może doskonale spełniać rolę „przydomowej oczyszczalni ścieków” w gospodarstwach niepodłączonych do sieci kanalizacyjnej. Ma ono postać kolumny – pionowej rury, do której od dołu wtłaczane są ścieki. Do zewnętrznej strony przyczepione są tzw. kołnierze, po których mogą one spływać i w procesie recyrkulacji znów są wtłaczane do wnętrza. Liczbę cykli recyrkulacji można dostosować w zależności od „jakości” ścieków. W środku jest tzw. złoże fluidalne, czyli pływające kształtki, które obrastają błoną biologiczną. Ścieki stanowią pożywkę dla mikroorganizmów, a jednocześnie pełnią funkcję elektrolitu, czyli roztworu o właściwościach przewodnika prądu elektrycznego.

Wewnętrzna ściana kolumny urządzenia jest pokryta metalem (pełni funkcję katody), a ukryty we fluidzie jest rdzeń (spełnia rolę anody). – To działa tak jak ogniwo galwaniczne. Dwie elektrody są zanurzone w elektrolicie (ścieki), a w olbrzymim uproszczeniu można powiedzieć, że w wyniku reakcji chemicznej „pozbywamy się” niekorzystnych związków, w tym fosforanów. Wykorzystywane jest tu zjawisko elektrochemicznego roztwarzania metali bez użycia zewnętrznego źródła prądu – wyjaśnia dr inż. Bartosz Libecki, konstruktor urządzenia. W efekcie dochodzi do wytrącania się cząsteczek wodorotlenków, co pozwala na wiązanie i usuwanie fosforu nieorganicznego (fosforanów) oraz organicznego wchodzącego w skład substancji organicznych obecnych w ściekach. Czyli substancje szkodliwe, np. fosforany, w ściekach są w rozpuszczonej formie, a po przejściu przez urządzenie są związane przez cząstki metali i odpływają w formie nierozpuszczalnej, która już nie stanowi zagrożenia dla odbiorcy.

Oprócz tego, że oczyszczalnia wykorzystuje działanie prądu generowanego w wyniku pracy ogniwa elektrochemicznego, drugą metodą na polepszenie jakości wody jest utlenianie biochemiczne. Dzięki temu, że do kolumny zamontowane są wspomniane kołnierze przypominające nieco półki czy kaskady w elektrowniach wodnych, większa powierzchnia cieczy jest wystawiona na działanie powietrza, więc następuje proces natleniania ścieków. Mikroorganizmy mające dostęp do tlenu mogą skuteczniej „przerabiać” nieczystości – w większości biologicznych oczyszczalni ścieków chodzi o to, by w jak najmniejszej objętości zgromadzić jak największą liczbę mikrobów. A te do funkcjonowania wymagają tlenu. Często natlenianie w tego typu urządzeniach przebiega przy pomocy udoskonaleń mechanicznych, jak aeratory czy strumienice, co oczywiście powoduje dodatkowe koszty związane z zużyciem energii i – jak każde urządzenie – zwiększa potencjalną awaryjność. W tym wypadku proces ten zachodzi samoczynnie.

Co istotne, obecnie powszechną praktyką jest „oczyszczanie” na zasadzie beztlenowej – po prostu w zamkniętym, nienatlenianym zbiorniku-szambie, którego zawartość i tak trzeba okresowo wywozić. Duża część przydomowych oczyszczalni ścieków działa „tlenowo” po zaszczepieniu bakteriami oczyszczającymi ścieki. Problem w tym, że po pewnym czasie szczepy mikroorganizmów w naszym urządzeniu mogą np. wymrzeć, nieświadomy niczego użytkownik oczyszczalni dalej z niej korzysta, a nieoczyszczone ścieki trafiają do środowiska. Ogólnie rzecz ujmując, dostępne na rynku biologiczne oczyszczalnie to skomplikowane urządzenia wymagające konserwacji i stałego monitorowania.

Technologia wymyślona w Olsztynie omija tę trudność – po uruchomieniu jest praktycznie bezobsługowa – użytkownik generalnie nie musi ingerować w jej działanie. Gwarantują to samorzutnie przebiegające procesy autooczyszczania. Jedyny koszt energetyczny ponoszony jest na zasilanie pompy do ścieków. Badania laboratoryjne wykazały wysoką wydajność urządzenia. Choć ze ścieków nie otrzymujemy wody zdatnej do spożycia, to jednak są one na tyle oczyszczone, że można je bezpiecznie wpuszczać do ziemi.

Te cechy sprawiają, że nowa technologia na bazie rozwiązania z Olsztyna powinna być tańsza niż tradycyjna przydomowa oczyszczalnia. – Ten wynalazek stanowi połączenie metod oczyszczania biologicznego i fizykochemicznego. Zaletą jest modułowa budowa – wielkość urządzenia może być dostosowana do konkretnych potrzeb danego odbiorcy – wyjaśnia dr Libecki. – Dlatego może to się doskonale sprawdzać w gospodarstwach, które są daleko od sieci kanalizacyjnych, a także w małych zakładach przemysłowych, które mają problemy z dotrzymaniem ustalonej jakości ścieków. Koszt tego typu urządzenia z odpowiednią armaturą może być o połowę mniejszy niż koszt produktów obecnie dostępnych na rynku (w najbardziej podstawowej formie kosztują one od 2 tys. zł – red.) – dodaje naukowiec.

Szanse na to, że urządzenie rodem z Olszyna zostanie wdrożone do produkcji i stawi czoła obecnym na rynku rozwiązaniom ze Skandynawii, Francji czy Niemiec, są całkiem duże. Jego twórca już rozmawia z przedsiębiorstwem, które jest zainteresowane tego typu produkcją – właśnie trwa budowa pełnoskalowego prototypu. – Później nasza oczyszczalnia musi przejść proces certyfikacji, co może zająć nawet rok, a koszt wynosi 100–150 tys. zł. Ale po uzyskaniu tego dokumentu sprzedawanie naszego rozwiązania wydaje się jak najbardziej realne – stwierdza Bartosz Libecki. Warto za olsztynianina trzymać kciuki. Bo o ile neutralizacja ścieków ze spływów obszarowych, czyli po prostu nawożonych pól, wydaje się nierealna z powodów technicznych, o tyle zadbanie o to, by wszystkie gospodarstwa domowe w Polsce oczyszczały swoje ścieki, jest jak najbardziej realne.