Το πρόγραμμα FORWARD-WATER αποτελείται από ένα σύστημα φυσικής ώσμωσης, έναν αντιδραστήρα UASB και μια μονάδα σχηματισμού στρουβίτη. Η φυσική ώσμωση είναι μια διεργασία βασισμένη στη λειτουργία μεμβρανών και η πραγματοποίησή της απαιτεί δύο διαλύματα διαφορετικής ωσμωτικής πίεσης διαχωρισμένα με μια ημιπερατή μεμβράνη. Κινητήρια δύναμη της διεργασίας αποτελεί το υπερτονικό διάλυμα, το οποίο προκαλεί την κίνηση των μορίων του νερού του διαλύματος χαμηλής ωσμωτική πίεση (δηλ. τα λύματα) προς το διάλυμα υψηλής ωσμωτικής πίεσης (δηλ. το υπερτονικό). Η διεργασία αυτή λαμβάνει χώρα αυθόρμητα χωρίς να απαιτείται η εφαρμογή εξωτερικής πίεσης, λόγω της τάσης των ρευστών για εξισορρόπηση. Η συμπύκνωση των αστικών λυμάτων που επιτυγχάνεται μέσω της διεργασίας αυτής ενισχύει την αναερόβια επεξεργασία στον αντιδραστήρα UASB και τη χημική κατακρήμνιση που λαμβάνει χώρα στη μονάδα σχηματισμού στρουβίτη για την ανάκτηση ενέργειας και θρεπτικών, αντίστοιχα, μεγιστοποιώντας την απόδοση του συστήματος. Στη συνέχεια, τα λύματα υπόκεινται σε αναερόβια επεξεργασία στον αντιδραστήρα UASΒ, όπου οι οργανικές ενώσεις των λυμάτων μετατρέπονται σε βιοαέριο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή ενέργειας. Τέλος, στη μονάδα σχηματισμού στρουβίτη τα θρεπτικά ανακτώνται μέσω χημικής κατακρήμνισης.
Σύστημα Φυσικής Όσμωσης
Στο πλαίσιο του προγράμματος FORWARD-WATER θα χρησιμοποιηθεί μια πειραματική διάταξη φυσικής ώσμωσης εργαστηριακής κλίμακας στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ, ώστε να συμπυκνωθούν τα ανεπεξέργαστα αστικά λύματα με στόχο την περαιτέρω αξιοποίηση της περιεχόμενης ενέργειας και των περιεχόμενων υλικών. Τα ανεπεξέργαστα λύματα που θα χρησιμοποιηθούν ως τροφοδοσία προέρχονται από την Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων της Ψυττάλειας (Αττική, Ελλάδα). Η μονάδα φυσικής ώσμωσης διαθέτει επαρκή ενεργή επιφάνεια (περίπου 42 cm2) και δυο κανάλια ροής. Τόσο το υπερτονικό διάλυμα, όσο και το υποτονικό διάλυμα θα ανακυκλοφορούνται συνεχώς με τη χρήση δυο περισταλτικών αντλιών. Η αγωγιμότητα των δυο διαλυμάτων θα παρακολουθείται διαρκώς, ώστε η κινητήρια δύναμη της διεργασίας -η ωσμωτική πίεση- να παραμένει σταθερή. Συγχρόνως, θα καταγράφεται συνεχώς η μείωση του βάρους του υποτονικού διαλύματος, δηλαδή των αστικών λυμάτων. Η διεργασία της φυσικής ώσμωσης θα βελτιστοποιηθεί ως προς την εφαρμογή του κατάλληλου υπερτονικού διαλύματος και του υλικού της μεμβράνης.
UASB
Στα πλαίσια του προγράμματος θα χρησιμοποιηθεί ένας αντιδραστήρας UASB ωφέλιμου όγκου 16 L, το 40% του οποίου θα πληρωθεί με καλλιέργεια αναερόβιας ιλύος (από μια μονάδα αναερόβιας χώνευσης). Ο αντιδραστήρας θα λειτουργεί υπό συνθήκες συνεχούς λειτουργίας σε θερμοκρασία περίπου ίση με 20°C, ενώ θα επεξεργάζεται αναερόβια τα συμπυκνωμένα αστικά λύματα που θα προέρχονται από την εκροή της μονάδας φυσικής ώσμωσης.
Μονάδα σχηματισμού στρουβίτη
Κατάντη της αναερόβιας επεξεργασίας θα εφαρμοστεί χημική κατακρήμνιση για την ανάκτηση θρεπτικών. Συγκεκριμένα, η εκροή του αναερόβιου αντιδραστήρα UASB, η οποία περιέχει υψηλές συγκεντρώσεις θρεπτικών, οδηγείται σε μια μονάδα σχηματισμού στρουβίτη, όπου με την προσθήκη μαγνησίου σε κατάλληλες συγκεντρώσεις τα θρεπτικά συστατικά θα κατακρημνίζονται με τη μορφή στρουβίτη.
Στο πλαίσιο του προγράμματος η προαναφερθείσα διεργασία θα πραγματοποιείται σε ένα κυλινδρικό αντιδραστήρα εξοπλισμένο με σύστημα μηχανικής ανάδευσης στο εσωτερικό.