Program „Studenckie koła naukowe tworzą innowacje” został ogłoszony przez ministerstwo jesienią ubiegłego roku jako wsparcie dla działających w uczelniach studenckich kół naukowych. Do udziału w nim uprawnione były polskie uczelnie wyższe. Mogły one zgłaszać wnioski, których czas realizacji nie przekracza 12 miesięcy. Projekty oceniane były m.in. pod kątem przewidywanych rezultatów, użyteczności, znaczenia dla rozwoju społecznego kraju lub regionu i zasięgu oddziaływania.

Wśród wybranych projektów znalazł się m.in. projekt Studenckiego Koła Naukowego GeneInUse Politechniki Częstochowskiej Wydziału Infrastruktury i Środowiska pn. „Odpady to też zasoby – Zielony ład."

Co oznacza Europejski Zielony Ład?

Europejski Zielony Ład zawiera plan działań umożliwiających bardziej efektywne wykorzystanie zasobów dzięki przejściu na czystą gospodarkę o obiegu zamkniętym, czy zmniejszenie poziomu zanieczyszczeń. Osiągnięcie celu neutralności klimatycznej będzie wymagało działań we wszystkich sektorach naszej gospodarki, takich jak: inwestycje w technologie przyjazne dla środowiska, obniżenie emisyjności przemysłu czy zrównoważona gospodarka obiegu zamkniętego. Działania takie wymagają jednak wprowadzenia szeregu innowacyjnych rozwiązań. Kluczowe dla spełnienia tych celów są zasoby, głównie te odzyskane, energia pochodzenia biologicznego, wytwarzanie odpadów czy nawet nasze codzienne wybory konsumenckie [ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal]. Dziś zrównoważony rozwój to nie tylko piękne hasło, ale to już nasz obowiązek.

Jak postępować z odpadami?

Dążenie do realizacji zasad Zielonego Ładu (green deal) obejmuje także odpowiedzialne postępowanie z odpadami, które mogą stanowić nowe zasoby. W projekcie studenci poszukują w swych pracach badawczych rozwiązań, które są odpowiedzią na realne potrzeby gospodarki obiegu zamkniętego (GOZu) w sferze gospodarowania zasobami środowiska, w tym szczególnie odpadami. Badania mają na celu modernizację obecnych i stworzenie nowych rozwiązań technicznych w gospodarce odpadami. Studenci zdobywają także umiejętności niezbędne do pracy w zespole badawczym, mają możliwość współpracy z przemysłem, rozwijania swojej kariery zawodowej, promocji swoich pomysłów i rozwiązań a także możliwość ich wdrożenia do sfery gospodarczej. W ramach prac studenci Wydziału Infrastruktury i Środowiska realizują poniżej opisane zadania badawcze.

Bioługowanie – odzysk koagulantu i biomasy z osadów z procesu uzdatniania wody

W procesie uzdatniania wód podziemnych powstaje znacząca ilość popłuczyn i osadów. Wymagania ochrony środowiska i gospodarki odpadami wymuszają poddanie ich procesom odzysku lub unieszkodliwiania. Jedną z możliwości odzysku osadów jest przetwarzanie w kierunku uzyskania koagulantu. Dotychczas stosowana była często regeneracja chemiczna, natomiast metoda biologiczna nie jest powszechna, w tym bazująca na wykorzystaniu bakterii bioługujących. Badania dotyczyły opracowania podstaw nowej technologii odzysku koagulantu żelazowego, ale i wytworzonej biomasy. Kluczowym celem było określenie efektywności działania zregenerowanego koagulantu i jego przydatności w technologii ścieków i osadów ściekowych oraz określenie kierunku zagospodarowania powstałej biomasy.

Modyfikacja systemu SBR (sekwencyjnych reaktorów porcjowanych) w oczyszczaniu ścieków

Proces biologicznego oczyszczania ścieków z wykorzystaniem tlenu jest bardzo energochłonnym i energia natleniania pochodzi w wielu przepadkach ze źródeł nieodnawialnych. Objętość ścieków co roku zwiększa się, więc potrzebne są nowe rozwiązania dla oczyszczania ścieków. Wadą najczęściej stosowanej na oczyszczalniach metody osadu czynnego w systemie SBR są wysokie koszty działania oczyszczalni związanych z napowietrzaniem ścieków podczas biologicznego oczyszczani. Fotogranule tlenowe są skupiskami sinic i glonów, który kształtują się pod wpływem naświetlania ze ścieków biologicznego oczyszczania (Fot 1.). Nie potrzebują dla wzrostu tlenu, lecz odwrotnie, produkują tlen w trakcie rozwoju. Istnieje więc potencjalna możliwość zastosowania fotogranul tlenowych w reaktorze SBR dla oczyszczania ścieków, co może z kolei przyczynić się do zwiększonej wydajności procesu oczyszczania oraz zmniejszenia kosztów tego procesu.

FOT. 1 Fotogranule trenowe (autor German Smetana)

Szybka detekcja mikroplastiku w wodach, ściekach i osadach

Problem detekcji mikroplastiku w wodach, ściekach i osadach ściekowych jest problemem aktualnym. Obecność mikroplastiku w wodach oraz osadach ściekowych stanowi realne zagrożenie dla równowagi biologicznej wielu ekosystemów. Różnorodność drobin tworzyw oraz brak szybkich i skutecznych metod ich wykrywania skłaniają do poszukiwania nowych rozwiązań, mających na celu lepsze zobrazowanie rzeczywistej skali problemu. Należy poszukać szybkich i łatwych testów diagnostycznych, które pozwolą na identyfikację tego współczesnego zagrożenia. Takie rozwiązanie umożliwi odpowiednie i szybkie reagowanie na to nowe zagrożenie w systemach oczyszczania ścieków.

Najtańszą metodą okazje się wybarwianie za pomocą czerwieni nilu i różu bengalskiego oraz analiza absorbancji w określonym zakresie długości fali spektrofotometru. Ograniczeniem jest dostęp do mikroskopu, wirówki i spektrofotometru do wstępnej diagnostyki. Obecne technologie wykorzystują zaawansowaną aparaturę, dostępną w nielicznych jednostkach badawczych, dlatego jednym z rozwiązań może okazać się wykorzystanie organizmów żywych jako wskaźnika zanieczyszczenia danego środowiska (Fot. 2). Z pomocą przychodzą dżdżownice, akumulujące mikroplastik w swoich tkankach, przez co istnieje szansa korelacji mikroplastiku obecnego w osadach z jego ilością w organizmach wybranych skąposzczetów (Fot. 3).

FOT. 2 Gatunki dżdżownic (autor Marek Klimasz)

FOT. 3 Mikroplastik w tkance dżdżownicy (autor Marek Klimasz)

Mikrobioreaktor do usuwania odpadów trudnych i zmieszanych przy zastosowaniu owadów

W ramach badań studenci pracują nad opracowaniem systemu utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych, w tym głównie zmieszanych, zabrudzonych styropianowych, przez owady (Fot. 4). Badanie wymagało doboru warunków procesu, tak, aby uzyskać technologie bezodpadową. Badano również akumulację mikroplastiku przez owady. Jest to również bardzo istotne, ponieważ po określonym czasie biodegradacji owady mogłyby służyć do produkcji nawozów, a także jako pokarm dla zwierząt hodowanych lub jako materiał wysokoenergetyczny, który może być wykorzystywany w procesie kofermentacji osadów ściekowych na oczyszczalniach w celu zwiększenia produkcji biogazu.

FOT. 4 Larwy drewnojada karmione styropianem (autor Radosław Pluta)

Projekt odpowiada idei badań ekoinnowacyjnych, chroniących środowisko i jest ukierunkowany na wykorzystanie bioprocesów w odzysku surowców z odpadów, podniesienia efektywności recyklingu organicznego, co jest zgodne z założeniami strategii Zielonego Ładu. Obecnie kurczące się zasoby i postępowanie zgodnie z zasadami GOZu wymuszają nowe rozwiązania w gospodarce wodno-ściekowej i odpadowej, a także wymagają innego spojrzenia na odpady, już jako zasoby.

Studenckie Koło Naukowe GeneInUse

Wydział Infrastruktury i Środowiska

Politechnika Częstochowska

Opiekunowie zadań: Łukasz Witek, German Smetana, Marek Klimasz, Radosław Pluta

Realizacja zadań: Studentki i studenci kierunku Biotechnologia Politechniki Częstochowskiej

Opiekun Studenckiego Koła Naukowego GeneInUse

dr hab. Anna Grobelak prof. PCz; anna.grobelak@pcz.pl

Finansowanie: Projekt „Odpady to też zasoby – Zielony Ład” realizowany w ramach programu „Studenckie koła naukowe tworzą innowacje” ze środków Ministra Edukacji i Nauki na podstawie umowy nr SKN/SP/496788/2021.

Literatura

https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_pl