Věda a výzkum

Věda a výzkum ve službách našich zákazníků

Společnost Suez Environnement klade mimořádný důraz na aplikovaný výzkum a rozvoj moderních technologií. Roční rozpočet, který společnost věnuje na tuto oblast, je svým objemem největším soukromým rozpočtem na světě v oblasti vodohospodářství a představuje více než 1 % ročního obratu vodárenské divize skupiny.

Výzkumný program zahrnuje projekty týkající se celého cyklu vody: ochrany zdrojů vody, výroby a distribuce pitné vody, sběru a čištění odpadních vod, technologií úpravy vody a znovupoužití odpadních vod. Ve vědeckých centrech po celém světě, v čele s pařížským střediskem CIRSEE, pracuje více než 730 vědců.

Společnosti s účastí Ondeo mají okamžitý přístup k výsledkům celosvětového aplikovaného výzkumu. Na tomto principu je přirozeně založena i naše spolupráce v České republice.

K nejvýznamnějším výsledkům výzkumu v posledních letech patří například:

• ultrafiltrační membrány - umožňující eliminaci virů a nebezpečných látek při úpravě pitné vody
• DNA čip - nová metoda pro rychlejší, levnější a přesnější analýzu vzorků vody a detekci mikroorganismů
• virtuální vodárna - nejnovější projekt společnosti Ondeo, který umožňuje provádět simulaci komplexních technologických procesů v úpravně vody a následnou optimalizaci jejího chodu

Informace o konkrétních výsledcích našeho výzkumu

Nové technologie:

• 1. Cristal ®
• 2. Biolysis
• 3. DNA-čip
• 4. Virtuální vodárna
• 5. Odsolování

Zastupitelé města Angers si pro svou vodárnu vybrali ultrafiltrační proces CRISTAL®, vyvinutý společností Ondeo Degrémont.

Magistrát města Angers pověřil společnost Ondeo Degrémont (SUEZ) modernizací své vodárny Ile au Bourg. Smlouva v hodnotě 38 mil. eur požaduje instalaci ultrafiltračního procesu CRISTAL®, vyvinutého firmou Ondeo Degrémont, a výrobu 120 000 m3 pitné vody denně – což znamená nejvyšší kapacitu této technologie na světě.

Svým rozhodnutím použít ultrafiltrační proces CRISTAL® se úřady města Angers vyslovily pro vysoce účinnou technologii, která vyhovuje jejich specifickým požadavkům na úpravu vody. Neupravená voda pro město a jeho předměstí pochází z řeky Loiry a z podzemních zdrojů a obsahuje částice (suspenze a koloidní roztoky, vodní řasy apod.) a organické, bakteriální a manganové nečistoty.

Tyto nečistoty budou odstraňovány pomocí membránových ultrafiltračních jednotek, vyrobených firmou Aquasource, doplněných procesem CRISTAL®, jenž obsahuje práškové aktivní uhlí odlučující veškeré bakterie a viry. Další výhodou membránové ultrafiltrace jsou významné energetické úspory, protože není nutná remineralizace.

Vodárna Ile au Bourg, největší zařízení s procesem CRISTAL®, které společnost Ondeo kdy projektovala a stavěla, bude mít celkem 45 000 m² filtrační plochy v 15 bateriích po čtyřiadvaceti modulech. Stálost dodávek bude zajišťována třemi zásobníky upravené vody s užitečným objemem 20 000 m³.

Architektura vodárny je lineární a dokonale zapadá do okolní krajiny. Jen velín bude vyčnívat, aby byl zajištěn dokonalý přehled nad provozem.

Evropská premiéra: Ondeo představuje BIOLYSIS jako řešení 30 až 80% snížení objemu kalů produkovaných čistírnami odpadních vod

Ondeo Degrémont (SUEZ) vyvinula postup, který umožňuje 30 až 80 % snížení produkce kalů v čistírnách odpadních vod přímo u zdroje, nazvaný BIOLYSIS. Jedná se o evropskou premiéru, o skutečný technologický zlom, jehož cílem je vyhnout se produkci kalů namísto hledání způsobů jejich eliminace na výstupu. BIOLYSIS je postup "a la carte", který si průmysloví i komunální zákazníci budou moci upravit dle vlastní potřeby.

Díky novým poznatkům v oblasti oxidace a biologie se společnosti Ondeo Degrémont podařilo vyvinout tento postup, který je integrován do jádra úpravy vody a představuje technologicky i ekonomicky slibnou alternativu.

Tento nenáročný postup se zavádí na úrovni biologického vyhnívání, kde působí na kaly. Podle použité varianty produktu vyvíjí BIOLYSIS buď chemický nebo enzymatický "tlak". Oba typy působení vedou k biodegradaci kalů a omezování tvorby dalších.

• BIOLYSIS O: technologie, na jejímž vývoji společnost Ondeo Degrémont pracovala 5 let, ničí bakterie působením chemické ozónové oxidace.
• BIOLYSIS E: je výsledkem průmyslové spolupráce s japonským koncernem Shinko Pantec; využívá bakterie, které se nacházejí v přírodním prostředí. Ty se aktivují v tepelném reaktoru a uvolňují enzymy, díky nimž dochází k degradaci kalů.

BIOLYSIS O a BIOLYSIS E jsou určeny pro nová, stávající i momentálně problémová zařízení. Jejich průměrné náklady (investiční a provozní) jsou obdobné jako u klasických systémů zpracování a eliminace kalů ne-li dokonce nižší. Doplňují tak rozsáhlou škálu možností zpracování kalů na vstupu, jež nabízí společnost Ondeo Degrémont.

V rámci dnešních velmi přísných předpisů přináší BIOLYSIS, který výrazně omezuje problémy kalového hospodářství, orgánům místní samosprávy moderní řešení, které lze uzpůsobit všem druhům čistíren.

Francouzská společnost Lyonnaise des Eaux připravuje aplikaci revoluční technologie pro zabezpečení hygienické nezávadnosti pitné vody. Kvalitu vody bude monitorovat tzv. DNA-čip technologie. Díky ní lze přesně a rychle zjistit přítomnost všech patogenních mikroorganismů ve vodě.

DNA-čip technologie je založena na sledování a porovnávání 400 000 genetických kódů mikroorganismů. Její aplikací lze zjistit a identifikovat přítomnost mikroorganismů žijících ve vodě, a to při nižších koncentracích než dosavadní známé technologie. Zároveň zkrátí dobu nutnou pro identifikaci a upřesňující měření ze čtyř dní na čtyři hodiny.

Náklady na test budou přitom až desetkrát nižší než dnes, kdy se musí pro analýzu jednoho vzorku vody udělat mnoho specifických testů. Tedy pro každý druh mikroorganismu jedno šetření. Naproti tomu DNA-čip sleduje přítomnost všech mikroorganismů v jednom vzorku vody najednou.

DNA čip je miniaturní nosič velikosti asi 1 cm², na němž jsou imobilizovány tisíce molekulárních sond. Pokud se ve vzorku vody nacházejí vlákna DNA hledaných mikroorganismů, váží se na komplementární vlákna DNA na čipu. V této chvíli dochází k aktivaci fluoreskujících značek, které začínají zářit při osvětlení laserovým paprskem. Pomocí tohoto signálu se identifikuje sonda, na které došlo k vazbě. Na základě toho lze určit přítomnost a druh hledaných mikroorganismů ve vzorku.

Zkušební uplatnění nové technologie se nyní připravuje ve výzkumném centru společnosti Lyonnaise v Paříži. "DNA-čip technologie je výsledkem nejnovějších poznatků vědy, které umožní významnou měrou změnit kontrolu hygienického zabezpečení pitné vody," říká Patrick Cairo, ředitel technologické sekce společnosti Lyonnaise Des Eaux. "Pro běžné odběratele pitné vody toto zdokonalení znamená nejen větší jistotu čistoty pitné vody, ale i rychlejší obnovování dodávek v případě havárií a poruch ve vodovodním systému."

Roční objem investic do oblasti vodárenství se jen pro Evropu odhaduje na 7 miliard Euro. Objem prostředků na jejich provoz pak na 18 miliard Euro.
Spojené státy budou muset v následujících 20 letech investovat do modernizace úpraven vody přibližně 33 miliard Euro.

Společnost SUEZ Lyonnaise des Eaux ve spolupráci s renomovanými francouzskými a americkými univerzitami vyvinula po osmiletém výzkumu počítačovou aplikaci Virtuální vodárny, využitelnou pro trojrozměrné modelování a simulaci celého cyklu vody v úpravně vody.

Počítačový program Virtuální vodárny umožní zoptimalizovat provoz úpravny. Jeho pomocí se dosáhne až 40 % úspor výdajů na projektovou činnost a provoz vodárny, zvýší kvalitu i chuťové vlastnosti vody a zaručí větší spolehlivost celého procesu úpravy vody. V případě rekonstrukce a modernizace existující vodárny mohou úspory dosáhnout až 50 % oproti užití klasických konstrukčních projektů.

Podle Dona Corrella, předsedy a výkonného ředitelespolečnosti United Water tato unikátní technologie pomáhá úsporným a rychlým způsobem splňovat nové standardy týkající se pitné vody.

Patric Cairo, ředitel Výzkumu a vývoje vodárenské divize SUEZ Lyonnaise des Eaux, k tomu řekl: "Virtuální vodárna představuje novátorskou aplikaci počítačových modelových nástrojů. V průběhu posledních osmi let Centrum mezinárodního výzkumu a vývoje zdokonalovalo komponenty modelu ve více než 30 vodárenských zařízeních po celém světě. Výsledná technologie je dnes první na světě, která poskytuje optimální projekční řešení pro celý cyklus zpracování vody".

První velký projekt s aplikací Virtuální vodárny bude realizovat dceřiná společnost SUEZ Lyonnaise des Eaux, United Water, ve své úpravně pitné vody ve městě Haworth ve státě New Jersey v USA.

Virtuální vodárna je počítačový modelový program, který vytváří trojrozměrná zobrazení všech interakcí probíhajících v úpravně vody.

Virtuální vodárna kombinuje matematické modely a poznatky z chemie, biologie, fyziky a mechaniky kapalin. Novátorská technologie Virtuální vodárny umožňuje reprodukci provozu vodárny v plném měřítku na počítači, takže projektanti závodu mohou vidět, jak změny v toku vody nebo kvalita vody ovlivní celý proces zpracování vody.

Zatímco konstrukční projekty obvykle vyžadují tři až šest měsíců trvající a velmi nákladnou studii, vyhodnocení pomocím Virtuální vodárny může být uskutečněno během několika dnů za zlomek nákladů.

Virtuální vodárna

• Nahrazuje dlouhé a nákladné projekty.
• Poskytuje rychlejší a přesnější výsledky ve srovnání s klasickými metodami.
• Zaručuje maximální účinnost aplikovaného procesu úpravy.
• Umožňuje více inovační a přizpůsobivější projekty.
• Zrychluje rozhodovací procesy a přijetí vhodných řešení v případě kritických situací, povodní, atp.

Vývoj kompletního modelu virtuální vodárny trval celkem 8 let a náklady na jeho realizaci dosáhly cca 2 miliony Euro.

SUEZ Lyonnaise des Eaux v současné době zahájila práci na vývoji analogickém modelu pro zpracování odpadních vod. Dnes tedy již disponuje celou řadou nástrojů pro modelizaci cyklu vody, zejména co se týče hospodaření se zdroji vody a monitoringu kvality vody na síti.

1,4 miliardy obyvatel naší planety nemá přístup k čisté vodě. Dle poslední zprávy Spojených národů by se toto číslo mělo v roce 2025 vyhoupnout na 2,3 miliardy. Oceány přitom tvoří nevyčerpatelnou zásobu pitné vody. Náklady na její získání, které bývaly velmi vysoké, se postupně snižují. Už ve třetím století před naším letopočtem poznamenal Aristoteles: "Když se mořská voda vypaří, stane se sladkou a chuť takto kondenzované vody není slaná." Nejběžnějším a nejstarším prostředkem jak učinit z mořské vody vodu pitnou je destilace.

Tímto základním postupem, který byl industrializován počátkem 20. století, je v současnosti vybaveno 70 % továren zabývajících se odsolováním mořské vody ve světě. Stále větší význam však získává technologie reverzní osmózy.
Techniky odsolování mořské vody se pod tlakem nedostatku pitné vody rychle zdokonalují.

Díky pokroku v koncepci polopropustných membrán a díky snížení energetické náročnosti destilace, začíná být pitná voda, získávaná z oceánů, ekonomicky dostupná a poptávka po ní roste.

Destilace

Destilace je velmi náročná na energii: na odpaření jednoho kilogramu vody je potřeba 540 kilokalorií. Během posledních let technická zdokonalení umožnila snížit spotřebu energie, a tím i cenu za kubický metr vody zbavené soli. Bylo vyvinuto několik verzí, z nichž se v současnosti nejvíce prosazují dvě.

První z nich, systém "multi-flash", je používán ve velkých továrnách, které jsou často sdružené pod jednou tepelnou elektrárnou. Druhá technologie, destilace s mnohonásobnými účinky, spočívá v instalaci několika sériových odpařováků-kondenzátorů, což umožňuje vícekrát využít teplo z kondenzace. Tato technologie je ekonomičtější co se energie týče a až o 20 % lacinější než první.

Dalším zdokonalením uvedené destilační technologie je "odpařovák-kondenzátor s deskami", který vyvinuli francouzští vědci. Na základě velmi jednoduché koncepce má podobu dvou kovových desek, které jsou 2 metry vysoké a 1 metr široké. Oddělené jsou dvoucentimetrovým polypropylenovým rámem. "Teplá kapalina obíhá po vnějších plochách desek a slaná voda po vnitřních, obě dvě díky zemské přitažlivosti. To umožňuje odstranit potrubí a tím i tepelné ztráty na vnějších potrubích", vysvětluje Viviane Renaudin z Vědecké laboratoře chemického inženýrství (LSGC) ze Státního ústředí vědeckého výzkumu v Nancy.

Tento plochý odpařovák-kondenzátor vytváří základní modul, který může být jednoduše paralelně spojován. Dle výpočtů tří vynálezců sdružení 7 000 těchto modulů by mohlo dodávat 4 500 metrů kubických sladké vody denně. Prozatím je vynález, který byl patentován, ve stadiu prototypu. Získal podporu Anvaru a Mezinárodního centra pro vodu v Nancy, společnosti jejímž cílem je podporovat a zviditelňovat nové technologie, které se týkají vody a životního prostředí ve světě.

Reverzní osmóza

Ačkoli destilační techniky prošly obrovským zlepšením za posledních deset let, "nejmarkantnější technický rozvoj zaznamenal druhý zásadní postup na odsolování mořské vody, reverzní osmóza", domnívá se Patricia Renaud, ředitelka Mezinárodního centra výzkumu vody a životního prostředí společnosti Lyonnaise des Eaux. "Veliké úspěchy, kterých bylo dosaženo v koncepci membrán, učinily z tohoto způsobu odsolování postup, který stále významněji konkuruje destilaci."

Tato technika spočívá v umístění slané a sladké vody do společné nádoby, přičemž jsou vody od sebe oddělené polopropustnou membránou. Normálně v tomto případě čistá voda putuje směrem k solance. Ovšem pokud uplatníme tlak na slanou vodu, proces se obrátí a membrána zastavuje sůl. Tento postup, na energii málo náročný, využívají především továrny na zpracování poloslaných vod, vod méně slaných než jsou mořské. Ale je nezbytné provést důkladnou a nákladnou úpravu před započetím procesu, aby byly z vody vyloučeny písek a koloidy, které by mohly zanést membránu.

V současné době vede Lyonnaise des Eaux – ve spolupráci s izraelskými a španělskými společnostmi a v rámci evropského programu Joule – výzkumy za účelem nahrazení této nákladné úpravy ultrafiltrační membránou, která by byla umístěna proti toku. "Provozní cena by se tak mohla snížit o třetinu", odhaduje Patricia Renaud. Podle ní by se další technologické pokroky měly v roce 2015 z 50 % týkat reverzní osmózy.

Trh s odsolenou mořskou vodou

Ve světě funguje 12 500 továren na odsolování mořské vody. Denně produkují 20 milionů metrů kubických, což je 1 % světové produkce pitné vody: 14 milionů pochází z mořských vod, 6 milionů z vod poloslaných. Náklady na odsolování se pohybují mezi 3 až 12 franky za metr kubický. Odsolování se stává přístupnější pro rozvojové země, zatím nicméně zůstávají dominantními producenty vyspělé země."

Trh by se měl ode dneška do roku 2020 zdvojnásobit.