Z vinice zpět do přírody bez znečištění. HUTIRA inovuje zpracování odpadních vod

Ve vinařstvích zabírají moc místa a jsou neefektivní. Konvenční technologie využívané k nakládání s odpadními vodami z výroby vína přestávají stačit současným rostoucím požadavkům a stává se z toho mimořádně velké téma nejen v Česku, ale i v celé Evropě. To je důvod, proč se přední česká společnost HUTIRA s.r.o. spojila s Ústavem procesního inženýrství Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně a pustili se do vývoje inovativní technologie, která například dokáže zajistit, že se velká část vyčištěné vody z vinařského provozu bude moct opětovně využít, neublíží půdě a také vykryje náročné špičky během vinobraní.

„Impulsem pro spolupráci byla poptávka provozovatelů vinařských provozů po technicky efektivní a cenově dostupné technologií, která by umožnila reflektovat rostoucí legislativní a environmentální nároky na nakládání s odpadními vodami. Cílem současné spolupráce je vývoj kompaktní recyklační jednotky,“ objasňuje Petr Hajný, obchodní ředitel HUTIRA s.r.o.

V podstatě veškerá voda vstupující do procesu výroby vína je ve větší či menší míře kontaminována znečišťujícími látkami. Odhaduje se proto, že na každý litr vyprodukovaného vína připadá 1–4 l vzniklé odpadní vody. Celosvětově tak vinařství vyprodukují až miliardu hektolitrů odpadních vod ročně. V příštích letech má navíc růst podíl vín s chráněným označením původu, chráněným zeměpisným označením a organických vín. Protože se tento segment často pojí s menšími či středními vinařstvími, je důležité očekávaný vývoj akcentovat také ve směřování technologií pro zpracování odpadních vod z vinařství nezávisle na jejich velikosti. Takové technologie by měly vykazovat vysokou škálovatelnost a účinnost, malou zastavěnou plochu, produkty o přidané hodnotě a příznivé náklady na pořízení i provoz.

Vedle změn na trhu roste rovněž tlak v oblasti ochrany životního prostředí, udržitelnosti a s tím související legislativy. Zatímco historicky byly odpadní vody z vinařství vypouštěny na zemědělskou půdu [5], novější poznatky ukazují negativní vliv na půdní hmotu a pěstované plodiny [6]. Specificky v Evropě tento přístup není oficiálně praktikovatelný již od dob Směrnice rady č. 91/271/EHS [7] a jejích pozdějších dodatků. Důvod je zřejmý: odpadní voda z vinařství je kyselá, fytotoxická, vykazující vysokou spotřebu kyslíku a obsahující baktericidní fenoly [1].  Obzvláště problematické je období vinobraní, které je zodpovědné za většinu produkce odpadních vod z vinařství [8] a současně ovlivňuje složení, s vyšším podílem cukrů na úkor obvykle dominujícího ethanolu a obecně vyšším organickým zatížením [9]. Kromě vinobraní k celkové produkci OVZV z pohledu objemu nejvíce přispívají výplachy zbytků z potrubí (přibližně čtvrtina), oplachy nádrží (přibližně 14 %) a lahvování (přibližně 8 %) [8]. Odpadní vody z vinařství jsou charakteristické svým nestálým a rozmanitým složením. Během vinobraní dosahuje organické zatížení vody, vyjádřené ukazatelem CHSK, běžně hodnoty přes 50 g/l, výjimečně až 200 g/l [3]. Právě výrazná variabilita parametrů odpadních vod z vinařství vyvíjí tlak na inovativní zpracovatelskou technologii, která bude robustní pro zvládání vysokého organického zatížení, ale zároveň schopná flexibilně zpracovat vodu jak v obvyklém provozu, tak při výskytu špičkových hodnot.

V současnosti jsou OVZV nejčastěji zpracovávány na biologických čistírnách odpadních vod, a to buď přímo v podniku, nebo na konci kanalizační sítě. Byť aktuální data specificky pro Českou republiku nejsou k dispozici, studie provedená v Itálii v roce 2004 [10] ukazuje, že většina OVZV byla vypouštěna do kanalizace, přibližně čtvrtina byla převážena do zpracovatelských zařízení v cisternách, alarmujících 10 % bylo vypouštěno na půdu a pouze 5 % bylo zpracováno přímo ve vinařství.

Společným jmenovatelem konvenčních technologií je, že jsou prostorově a investičně náročné, mají problém s vykrýváním špiček během vinobraní a neumožňují opětovné využití vyčištěné vody. Vývoj v oblasti redukce objemu odpadních vod z vinařství a znovuvyužití vody byl doposud jen velmi sporadický. Téma znovuvyužití vody je přitom mimořádně palčivé. Odhaduje se, že v rámci EU lze zvýšit účinnost nakládání s  vodou o 40 % prostřednictvím technologických zlepšení [11]. Tato problematika byla již reflektována v tzv. Circular economy action plan, který se zaměřuje mj. na efektivní nakládání s vodou a její znovuvyužití v zemědělství a průmyslu[12]. Inovativní recyklační technologie vyvíjená spol. HUTIRA je s těmito trendy plně v souladu. Recyklační technologie produkuje tři výstupní proudy: 1) recyklovanou vodu pro technologické účely, která bude tvořit min. 90 % původního objemu OV; 2) ethanolovou vodu (vodný roztok s koncentrací 40 % obj. ethanolu) s potenciálem pro další obchodní využití např. pro čisticí přípravky; a 3) koncentrovaný kal (max. 10 % původního objemu OV), který bude vyvážen k energetickému využití do bioplynové stanice.

Podstatou recyklační technologie jsou ověřené separační principy – vakuové odpařování a fyzikální sorpce. Základ tvoří unikátní vícestupňová vakuová odparka, která vyniká jednoduchou geometrií, robustností a vysokou energetickou efektivitou. V porovnání s jinými typy odparek nevyžaduje zdroj tepelné energie a má nízké provozní náklady. Pro separaci čisté (recyklované) vody a ethanolové vody z destilátu bude využita sorpční kolona s rektifikací, která umožňuje účinnou separaci ethanolu i při několikanásobném zvýšení jeho koncentrace v OV, respektive zajišťuje dostatečnou kvalitu recyklované vody i při špičkovém zatížení. Integrovaný energetický systém umožní rekuperaci tepla napříč technologií, čímž bude zajištěna mimořádná energetická účinnost na úrovni 40 kWh na m³ OV. To vše při mimořádné prostorové kompaktnosti, která umožňuje umístění technologie do kontejneru.

Obr.1: Základní uspořádání zamýšlené recyklační technologie

Představený recyklační proces jako alternativa ke konvenčním procesům představuje řadu výhod:

1. Cílí na odstraňování těkavého ethanolu, který je hlavním přispěvatelem k celkové hodnotě CHSK odpadních vod z vinařství.
2. V kombinaci s dočištěním destilované vody prostřednictvím sorpční kolony umožňuje znovu využít vodu ve vinařství za současné produkce etanolové vody generující dodatečné výnosy
3. Kompaktní a nákladově efektivní zařízení s menší mírou citlivosti měrných nákladů na velikost jednotky, značně výhodnou pro střední vinařství
4. Modulární kontejnerové řešení umožňuje rychlou a levnou stavbu jednotky s minimálním zásahem do běžného chodu vinařství.
5. Reflektuje moderní přístup k odpadním vodám Zero Liquid Discharge (‚ZLD‘), tedy koncept eliminace vypouštění odpadních vod za současné maximalizace materiálové účinnosti (voda, druhotné suroviny).

Recyklační jednotka vyvinutá společnými silami průmyslu a akademické sféry představuje konkrétní cestu, jak proměnit ekologickou zátěž z vinařství ve stabilní zdroj vody a energie. V době, kdy se odpovědné hospodaření s vodou stává integrální součástí moderních vinařských provozů, poskytuje vinařům technologické řešení, které respektuje přírodu i ekonomické reálie trhu.

Společnost HUTIRA s.r.o. je už více než 35 let symbolem spolehlivosti a inovace v oblasti technologických řešení pro plynárenství. Díky dynamickému rozvoji dnes patří mezi lídry i v dalších strategických oblastech – vodárenství, biometanu a energetice. Z původně malé rodinné firmy vyrostla silná skupina společností, která působí nejen na českém trhu, ale i v zahraničí. V oblasti hospodaření s vodou nabízí HUTIRA moderní kontejnerové úpravny vody, které kombinují nízkou energetickou náročnost, rychlou instalaci a inteligentní, plně automatizovaný provoz – ideální řešení pro současné i budoucí výzvy v oblasti úpravy vody.

Text: redakce
Foto: HUTIRA

POUŽITÁ LITERATURA:

[1]              ZACHAROF, M.-P. Grape Winery Waste as Feedstock for Bioconversions: Applying the Biorefinery Concept. Waste and Biomass Valorization. 2017, 8(4), 1011–1025.

[2]              INTERNATIONAL ORGANISATION OF VINE AND WINE. World Wine Production Outlook: OIV First Estimates [online]. 2021 [cit. 2023-04-11]. Dostupné z: https://www.oiv.int/public/medias/8726/en-oiv-2021-world-wine-production-first-estimates.pdf

[3]              EUROPEAN COMISSION. Previsions for EU wine production 2021/22 [online]. 2021 [cit. 2023-04-11]. Dostupné z: https://ec.europa.eu/info/news/commission-publishes-previsions-eu-wine-production-2021-22-2021-oct-12_en

[4]              EUROPEAN COMISSION. EU agricultural outlook for markets, income and environment, 2021-2031. 2021.

[5]              BOLZONELLA, D., M. PAPA, C. DA ROS, Lokeshwer ANGA MUTHUKUMAR and Diego ROSSO. Winery wastewater treatment: a critical overview of advanced biological processes. Critical Reviews in Biotechnology. 2019, 39(4), 489–507. ISSN 15497801.

[6]              LAURENSON, S., N.S. BOLAN, E. SMITH and M. MCCARTHY. Review: Use of recycled wastewater for irrigating grapevines. Australian Journal of Grape and Wine Research. 2012, 18(1), 1–10.

[7]              EUROPEAN COUNCIL. Council Directive 91/271/EEC of 21 May 1991 concerning urban waste-water treatment . Official Journal of the European Communities. 1991, 34, 40–52. ISSN 0378-6978.

[8]              LOFRANO, G. and S. MERIC. A comprehensive approach to winery wastewater treatment: a review of the state-of the-art. Desalination and Water Treatment. 2016, 57(7), 3011–3028.

[9]              MADER, A.E., G.A. HOLTMAN and P.J. WELZ. Treatment wetlands and phyto-technologies for remediation of winery effluent: Challenges and opportunities. Science of the Total Environment. 2022, 807.

[10]            AIROLDI, Gianfranco, Paolo BALSARI and Fabrizio Stefano GIOELLI. Results of a survey carried out in piemonte region winery on slurry characteristics and disposal methods. In: III internacional specialized conference on sustainable viticulture and winery waste management. 2004, p. 335–338.

[11]            EUROPEAN COMMISSION. Roadmap to a Resource Efficient Europe. 2011.

[12]            EUROPEAN COMMISSION. Circular economy action plan: for a cleaner and more competitive Europe. 2020.