Pastaraisiais metais Lietuvoje, kaip ir daugelyje kitų pasaulio šalių, viena didžiausių aplinkosaugos problemų yra gyvenamosios ir darbo aplinkos tarša. Viena iš pagrindinių klimato kaitos priežasčių yra oro tarša lakiaisiais organiniais junginiais. Į aplinkos orą išmesti teršalai daro neigiamą įtaką joje vykstantiems procesams. Vieni iš labiausiai aplinkai kenkiančių teršalų yra lakieji organiniai junginiai (LOJ). Jie neigiamai veikia ne tik žmogaus gyvenimo kokybę, bet ir biologinę įvairovę. LOJ tiesiogiai veikia klimato kaitą, ozono kiekio ore mažėjimą, šiltnamio efekto susidarymą. 1997 m. Japonijoje, Kiote, vykusioje Tarptautinės klimato kaitos konferencijoje buvo pasirašytas Protokolas, kuriuo susitarta į atmosferą išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį pasauliniu mastu sumažinti 5 %. Lakių organinių junginių ir kitų dujinių emisijų mažinimui vis plačiau pradedama taikyti oro valymo biotechnologijas. Oro valymo biofiltrai, skirti valyti orą nuo dujinių teršalų, išsiskiria aukštu oro valymo efektyvumu, į aplinką neišskiria kenksmingų produktų, yra pigūs, paprasta eksploatacija. Tačiau dabar pagrindiniai naudojamų biofiltrų trūkumai yra didelis įkrovos aerodinaminis pasipriešinimas, sudėtingas drėgmės ir darbinės temperatūros palaikymas įkrovoje, galimas bioįkrovos užsikimšimas mikroorganizmų biomase arba biomasės išplovimas iš įkrovos, biofiltrai užima daug vietos, įkrovos drėkinimui sunaudoja daug elektros energijos. Be to, vis dar trūksta kompleksinių žinių apie oro valymo biotechnologijas.
Dažniausiai biologiškai iš oro valyti organinius ir neorganinius cheminius teršalus naudojamos durpės, dirvožemis, kompostas ar jų mišiniai. Pvz., durpes naudojant iš oro valyti sieros vandenilį, pasiektas 97–99 % biofiltro valymo efektyvumas. Orui valyti gali būti naudojamos ir tokios įkrovos, kaip celiuliozės granulės ar kokoso drožlės. Taip pat plačiai naudojamos medienos pjuvenos, žievės, įvairios smulkintos atliekos, džiovintas nuotekų dumblas. Tačiau šios įkrovos naudojamos neilgai ir turi būti keičiamos jau po kelerių metų. Dauguma bioįkrovų naudojamos 3–5 metus. Pastarąjį dešimtmetį aktyviai ieškoma būdų, naudojant neorganinės kilmės įkrovas, ilginti biofiltro įkrovos naudojimo laiką.
Nuo 2013 m. sausio mėnesio Vilniaus Gedimino technikos universiteto Aplinkos apsaugos institutas kartu su projekto partneriu – Gamtos tyrimų centro Biodestruktorių tyrimo laboratorija vykdo aukšto tarptautinio lygio mokslinių tyrimų projektą.
Eksperimentiniai tyrimai atliekami pagal 2007–2013 m. Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos 3 prioriteto „Tyrėjų gebėjimų stiprinimas“ VP1-3.1-ŠMM-10-V priemonės „Aukšto tarptautinio lygio mokslinių tyrimų skatinimas“ projektą „Plokštelinės konstrukcijos oro valymo biofiltro su kapiliarine įkrovos drėkinimo sistema taikomieji tyrimai ir technologinė plėtra „BIOFILTER““ (Projekto Nr.: VP1-3.1-ŠMM-10-V-02-015). Projektą finansuoja ir remia Europos Sąjunga ir Lietuvos Respublika, iš Europos socialinio fondo lėšų, projekto trukmė – 24 mėnesiai.
Vykdomo projekto tikslas – aukšto tarptautinio lygio moksliniai tyrimai, siekiant sukurti efektyvesnį plokštelinės konstrukcijos oro valymo biofiltro su kapiliarine įkrovos drėkinimo sistema maketą. Tikslui pasiekti iškeltas uždavinys – atlikus mokslinius tyrimus sukurti naujos kartos biofiltro maketą.
Kuo ypatingas kuriamas biofiltras, jo konstrukcija?
Naujos kartos plokštelinės konstrukcijos biofiltro su kapiliarine įkrovos drėkinimo sistema veikimo principas pagrįstas dujinių teršalų skaidymu, naudojant tam tikras mikroorganizmų kultūras, todėl moksliniai tyrimai ir rezultatai orientuoti į biotechnologijų sektoriaus mokslinius tyrimus ir eksperimentinę plėtrą.
Konstrukcija ypatinga tuo, kad įkrovą sudaro vertikaliai greta išdėstytos polimerinės plokštelės, sudarančios kapiliarinį drėkinimo efektą. Viena šalia kitos išdėstytos plokštelės turi tarpus nuo 2 iki 5,0 mm, todėl, naudojant plokštelinę įkrovos konstrukciją sumažėja įrenginio aerodinaminis pasipriešinimas. Iš abiejų plokštelių pusių pritvirtintos silpnai presuotos plokštės sudarytos iš termiškai apdoroto medienos plaušo, kamšytinės neaustinės medžiagos, aktyvuotos anglies. Medienos plaušo ilgaamžiškumas pasiekiamas, medienos atliekas termiškai apdorojant garo sprogimo (steam explosion) reaktoriuje (esant 32 barų slėgiui, temperatūrai – 235°C). Taip, pakeičiant medienos molekulinę struktūrą, bus sustabdytas medienos plaušo puvimas drėgnoje aplinkoje, todėl padidės biofiltro įkrovos ilgaamžiškumas.
Biofiltre naudojami mikroorganizmai geba absorbuoti ir suskaidyti dujinius teršalus, pasižymi tam tikru fermentiniu aktyvumu, skaidant tam tikros rūšies teršalus. Jie priklauso nuo pagrindinio biofiltro įkrovos aerodinaminių, sorbcinių, fizinių savybių, todėl būtina gauti naujų žinių apie bioįkrovą ir aplinkos veiksnių įtaką bioįkrovoje esantiems mikroorganizmams. Todėl tyrimai orientuoti į biofiltre vykstančių biokatalizinių procesų ir produktų mokslinius tyrimus ir eksperimentinę plėtrą. Tyrimų metu bus optimizuota temperatūra ir kiti aktyviai mikroorganizmų veiklai būtini rodikliai. Naujasis įrenginys skirtas iš oro valyti lakiuosius organinės kilmės junginius, tokius kaip acetonas, ksilenas, toluenas, butanolis, stirenas, butilacetatas ir kt. Tuo tikslu biofiltras galės būti naudojamas chemijos, maisto, baldų gamybos, nuotekų valymo, atliekų tvarkymo, medžio ir naftos apdirbimo įmonėse, spaustuvėse ir kitose pramonės šakose, kur išsiskiria lakiųjų organinės kilmės tirpiklių. Naujos kartos biofiltras galės būti įrengiamas tose įmonėse, kur detalėms ar įrengimams valyti naudojami įvairūs skiedikliai ir tirpikliai.
Kiekvienam numatytam moksliniam tyrimui atlikti buvo sukurtos ir parengtos atskiros metodikos, kuriomis ir remtasi. Parengtos 8 tyrimų metodikos oro valymo biofiltrų konstrukcijų ir juose taikomų įkrovų tyrimams. Atliekami projekte numatyti biofiltrų įkrovos fizinių, aerodinaminių savybių, valymo efektyvumo ir mikrobiologiniai tyrimai su introdukuotais mkroorganizmais. Kolegos iš Biodestruktorių tyrimo laboratorijos atlieka mikroorganizmų atrankos ir savybių, celiliazinio ir ksilanazinio aktyvumo, fizikocheminių parametrų tyrimus.
Parengta ir rengiama mokslinių straipsnių susijusių su įkrovų fizinėmis, aerodinaminėmis savybėmis ir jų įtakos oro valymo efektyvumui tyrimais, kvapų nustatymu ir apie mikrobiologinių tyrimų rezultatus. Jie bus publikuojami tarptautinėse duomenų bazėse referuojamuose mokslo žurnaluose.
Tyrimų metu bus nustatytas optimalus teršalų filtracijos laikas. Didelę įtaką biofiltro efektyvumui turi pagrindinio jo elemento – įkrovos – aerodinaminės bei fizinės savybės. Todėl tyrimų metu nustatomos įkrovos aerodinaminio pasipriešinimo priklausomybės nuo plokštelių paviršiaus formos, per biofiltrą leidžiamo oro srauto greičio. Planuojama, jog naujos kartos plokštelinio biofiltro maketo aerodinaminis pasipriešinimas bus 2 kartus mažesnis už dabar taikomų biofiltrų aerodinaminį pasipriešinimą.
Projekto mokslinio tyrimo darbo rezultatai pristatyti Austrijoje, Prancūzijoje, Italijoje vykusiose tarptautinėse konferencijose. Konferencijų metu užmegztas tarptautinis bendradarbiavimas, pademonstruoti ir pristatyti projekto rezultatai oro valymo biotechnologijų srityje.
Pasak Vilniaus Gedimino technikos universiteto Aplinkos apsaugos instituto direktoriaus ir projekto vadovo profesoriaus Prano Baltrėno eksperimentinių tyrimų dėka sukurtas naujos kartos biofiltro maketas galės būti pritaikytas tolimesnių technologinės plėtros etapų vykdymui, žemės ūkyje, nuotekų dumblo apdorojimo įrenginiuose, pramonės įmonėse susidarančių dujinių teršalų emisijų į aplinkos orą mažinimui ir kitose srityse. Jis pasitarnaus mokslo ir verslo įmonių technologinei plėtrai. Didins mokslininkų ir kitų tyrėjų mobilumą bei gebėjimus. Sukurtas plokštelinės konstrukcijos biofiltras bus inovatyvus, kadangi išsiskirs visiškai nauja konstrukcija bei įkrovos drėkinimo sistema, pagrįsta kapiliariniu efektu. Dėl to sumažės įrenginio eksploatacinės sąnaudos, nes nereikės įkrovos drėkinti ją apipurškiant. Įrenginiai taps mobilesni.
Dr. Eglė Marčiulaitienė
