Skupina Biologického čištění odpadních vod se zabývá především problematikou městských čistíren odpadních vod nahlíženou z různých pohledů. Věnuje se problematice odstraňování nutrientů, tedy především dusíku a fosforu, a to včetně různých způsobů bioaugmentace. Velmi významnou pracovní náplní skupiny jsou analýzy složení kalu, především s ohledem na separační vlastnosti kalu a na přítomnost specifických metabolických skupin organismů, a to včetně molekulárně-biologických metod jakými jsou například FISH nebo PCR-DGGE. Důležitá je také tvorba matematických modelů čistíren odpadních vod, posuzování čistíren a návrhy optimalizací jejich řízení a provozu. Skupina může poskytovat svá ověření řešení či expertní a konzultační služby např. v těchto oblastech.
Odstraňování sloučenin dusíku a fosforu z odpadních vod
Skupina se dlouhodobě věnuje studiu procesů nitrifikace a denitrifikace odpadních vod. Jsou vypracovány metody měření rychlosti těchto procesů a optimalizace podmínek pro ně. V souvislosti s nitrifikací byly studovány různé formy imobilizace pomalu rostoucích nitrifikantů od použití biofilmů (rotační diskové reaktory, pěnoplasty, apod.) až po jejich enkapsulaci do vhodných nosičů. Na základě studia populační dynamiky byla vypracována patentovaná metoda bioaugmentace nitrifikačních baktérií in situ, která se ukázala jako velmi úspěšné řešení. Byly studovány i vlivy kultivačních podmínek na denitrifikační baktérie a vybrány optimální substráty pro zvýšení účinku denitrifikace. Významného zlepšení ve stabilitě a účinnosti procesů nitrifikace a denitrifikace lze dosáhnout správným měřením a řízením podmínek v aktivačních systémech. K dispozici jsou ověřené a patentované postupy řízení nitrifikace a denitrifikace. V souvislosti s rostoucími požadavky na povolené koncentrace sloučenin fosforu v odtocích z čistíren odpadních vod jsou studovány metody vysoce účinného odstraňování fosforečnanů chemickým srážením v návaznosti na biologické odstraňování se zaměřením na možnost opětovného využívání sloučenin fosforu.
S odstraňováním sloučenin dusíku a fosforu z odpadních vod úzce souvisí i problematiky vnosu těchto prvků do povrchových vod z difúzního znečištění. V tomto směru je skupina již několik let zapojena do projektu na ochranu Vodárenské nádrže Švihov na řece Želivce.
Analýza mikrobiálních společenství
Správné provozování a řízení biologických čistírenských procesů není možné bez potřebných znalostí o složení používaných mikrobiálních společenství (biofilmů, aktivovaného kalu, enkapsulovaných kultur, atd.). Pro tyto účely byly rozpracovány a do každodenní praxe zavedeny metody mikroskopické analýzy v oblasti viditelného světla (přímé osvětlení i fázový kontrast) i v oblasti UV záření. Jako první v ČR zavedla skupina i metody molekulární biologie pro identifikaci organismů aktivovaného kalu. Již dnes je možno analyzovat přítomnost základních vláknitých mikroorganismů i nitrifikačních baktérií prvního i druhého stupně metodou FISH (fluorescenční in situ hybridizace). Metoda FISH je založena na navázání fluorescenčně značených genových sond na nukleové kyseliny v mikrobiální buňce. Díky tomu je možné s vysokou specifičností detekovat přítomné mikroorganismy v poměrně krátkém časovém období přímo v dodaném vzorku biomasy. K běžnému používání se připravuje i metoda PCR (polymerázová řetězová reakce) s následující separací molekul DNA metodou DGGE (elektroforéza v gradientovém denaturačním gelu). Tato metoda slouží k separaci odlišných úseků nukleových kyselin odpovídajících různým mikroorganismům, čímž je možné komplexněji popsat přítomnou biocenózu. Pro zájemce je možno z prováděných analýz pořídit profesionální fotodokumentaci.
Separace aktivovaných kalů
Skupina se již tradičně věnuje problematice řízení sedimentačních vlastností aktivovaných kalů, a to jak s využitím biologických metod založených na principech populační dynamiky aktivovaných kalů a nebo metod využívajících chemických či fyzikálních postupů (oxidace, toxické působení, koagulace, selektivní dezintegrace). S řízením sedimentačních vlastností souvisí i správné navrhování a dimenzování dosazovacích nádrží, kterému se skupina též věnuje. V souvislosti s rozvojem membránových procesů soustředila skupina i dostatek teoretických ale hlavně praktických znalostí a zkušeností se separací aktivovaného kalu membránami. Stěžejní důraz je přitom kladen na dosahování maximální účinnosti odstranění organického a dusíkatého znečištění a prodloužení filtračního cyklu membránových bioreaktorů (MBR). Jako u každé filtrace dochází také u MBR k postupnému zanášení filtračního povrchu. Právě charakterizace principů a mechanismů, které zanášení způsobují, a návrhy jak tuto jedinou nevýhodu MBR minimalizovat jsou další oblastí působnosti skupiny.
Autotermní termofilní aerobní stabilizace biologických materiálů
Organické odpady, ať už se jedná o přebytečné čistírenské kaly nebo odpady z potravinářského průmyslu, představují v současnosti díky zpřísňující se legislativě stále větší problém, a to především z důvodu množství těchto odpadů a jejich biologické aktivity. Zvyšující se požadavky na úroveň stabilizace kalu (odpadu) a jeho hygienického zabezpečení znamenají pro provozovatele čistíren odpadních vod a podnikatele nárůst provozních nákladů spojených s likvidací tohoto materiálu. Autotermní aerobní stabilizace je vhodnou metodou pro dosažení stabilizovaného čistírenského kalu s požadovanou hygienickou kvalitou. Tento proces nachází uplatnění především na čistírnách odpadních vod o menší velikosti, kde není ekonomicky výhodné použití anaerobní stabilizace kalů nebo kde je doprava kalu z čistírny do nejbližší ČOV vybavené anaerobní technologií finančně neúnosná. Ekonomiku celého procesu zajišťuje nově vyvinutá aerační tryska, chráněná průmyslovým vzorem, která umožňuje intenzívní dodávky vzdušného kyslíku bez nadměrného ochlazování kalu dodávaným vzduchem. Tím bylo možné upustit i od provozně a ekonomicky náročné stabilizace s použitím čistého kyslíku.
Opětovné využívání vody
Opětovným využitím vyčištěné odpadní vody se sníží ekonomické nároky na čištění vody a cena procesu jejího čištění se tím výrazně sníží. K takovému přístupu vede především vzrůstající nedostatek zdrojů pitné vody a neustále rostoucí cena pitné vody. Je tedy žádoucí využít i jiné zdroje vody pro účely, kde není třeba kvality pitné vody, nebo v lokalitě není voda dostupná. Z jednotlivých technologických procesů je kvalita vyčištěné vody odlišná a zároveň nároky kladené na produkt jsou pro následné oblasti využití různé. Pro každý způsob opětovného využití vyčištěné odpadní vody je třeba stanovit bezpečnostní kritéria a ukázat možná rizika s tímto procesem spojená. Jako vhodné se ukazují metody terciárního čištění založené na kombinaci chemického srážení s fyzikální separací (tlaková flotace, písková filtrace) doplněná o hygienické zabezpečení. Pro opětovné používání vody se v závislosti na velikosti zdroje může použít hygienické zabezpečení membránovou filtrací nebo UV světlem.
Využití výpočetní techniky při navrhování a optimalizaci technologie na ČOV
Rozvoj vodoprávní legislativy podnítil u mnoha provozovatelů čistíren odpadních vod zájem o nové čistírenské technologie a v mnoha případech je donutil k úvahám o intenzifikaci provozu. Nástrojem, který může pomoci při navrhování nebo ověřování zvolené technologie pro nově budovanou či intenzifikovanou ČOV, je matematické modelování čistírenských procesů, neboť umožňuje, na rozdíl od fyzicky provozovaných modelů, rychle dospět k posouzení aktuálního stavu čistírny a eventuelně předpovědět chování čistírny při změně podmínek. S vývojem počítačové techniky v posledních desetiletích se proto stává i obor matematického modelování aktivačních procesů nedílnou součástí oboru čištění odpadních vod, jehož uplatnění vzrůstá při použití stále složitějších a sofistikovanějších procesů, při jejich návrhu, optimalizaci provozu a studiu dynamických stavů při změnách vstupních podmínek. Skupina je dnes vybavena simulačními programy dovolujícími i řešení složitých otázek z navrhování či provozu aktivačních systémů.