حلول مختلفة لاستعادة الفوسفور من حمأة الصرف الصحي البلدية

الفوسفور هو معدن مورد مهم ، والذي تتضاءل إمداداته الطبيعية بسرعة. وبالتالي ، سنت الحكومة الألمانية بموجب مرسوم ينص على أنه اعتبارا من عام 2029 يجب استرداد الفوسفور إلى حد كبير من حمأة الصرف الصحي. يفتح تنفيذ الموجات فوق الصوتية للطاقة خيارات مختلفة لتكثيف استعادة الفوسفور من حمأة الصرف الصحي البلدية.

محطات معالجة حمأة الصرف الصحي وإعادة تدوير الفوسفور

الفوسفور هو عنصر حاسم ، يستخدم على نطاق واسع كسماد ومواد خام في الصناعة الكيميائية والصيدلانية الدقيقة. نظرا للتقلص السريع للموارد المتاحة ، نفذت الحكومة الألمانية قانونا يجب بموجبه على جميع محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية إجراء قياس لاستعادة الفوسفور من حمأة الصرف الصحي البلدية. يوفر تنفيذ الموجات فوق الصوتية عالية الأداء خيارات علاجية متنوعة ، مما يزيد من كفاءة استعادة الفوسفور بشكل كبير.

تستخدم محطات مياه الصرف الصحي الموجات فوق الصوتية لتحسين هضم الحمأة واستعادة العناصر الغذائية مثل الفوسفور.

تفكك حمأة الصرف الصحي بالموجات فوق الصوتية لتحسين استعادة الفوسفور

لقد ثبت بوضوح أن تشعيع حمأة الصرف الصحي بالموجات فوق الصوتية القوية يحسن تفكك الكتلة الحيوية في حمأة الصرف الصحي. أظهرت العديد من الدراسات البحثية فوائد معالجة الحمأة المنشطة للنفايات بالموجات فوق الصوتية والعديد من أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية التي تعمل في محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية في ألمانيا.
المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية للركائز في حمأة الصرف الصحي لها العديد من الآثار المفيدة لعمليات الهضم اللاهوائي. تشمل هذه الفوائد تقليل حجم الجسيمات ، وزيادة معدل التحلل المائي ، وتقصير وقت الاحتفاظ الهيدروليكي.
تتسبب قوى القص التجويفية الناتجة عن الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة / منخفضة التردد في تفكك مورفولوجيا كتلة الحمأة والبنية الميكروبية للحمأة.
The research team of Nguyen demonstrated in their studies “that the application of ultrasound is very effective in reducing the particle size of biomass, achieving a reduction to an average particle size of >78.78% proportional to the length of time and intensity of ultrasonic irradiation exposure. This indicated that the sludge particles disintegrated and sludge particle size decreased, based on an inverse relationship between the sonication time and floc particle size. The application was highly effective, despite the fact that sludge floc observations before treatment revealed that the sludge flocs were dense and highly compact, composed of many sub-compartments with compact cores, cell clusters, bacterial colonies, protozoa, and filamentous bacteria, among other factors. Analysis of the effluent shows that the ultrasonic process significantly disintegrated the structural integrity of sludge flocs of all sizes. Floc pieces were reduced to as little as ≤6.5 μm under optimal treatment conditions, and were dissolved in the sludge slurry after 5–10 min of ultrasonic treatment with a low ultrasound frequency of 20 kHz.” (Nguyen et al., 2015)
حمأة الصرف الصحي المتفككة بكفاءة ، أي الحمأة الصوتية، يظهر خصائص فصل محسنة بشكل كبير مما يسمح بإزالة الكسور الغنية بالفوسفور من الكتلة الحيوية والكسور الشبيهة بالهلام وكذلك الماء. يعطل التجويف بالموجات فوق الصوتية هياكل الخلايا للكتلة الحيوية في حمأة الصرف الصحي ويسهل التجزئة اللاحقة إلى ثلاثة أجزاء من (i) الألياف الغنية بالسليلوز ، (ii) هلام غني بالمغذيات ، و (iii) سائل يمكن تخميره بسهولة. يمكن معالجة هذه الأجزاء الثلاثة من الحمأة بشكل أكبر ، مثل استعادة الفوسفور وإزالة المعادن الثقيلة وما إلى ذلك.

تكثيف الترسيب الكيميائي الرطب بالموجات فوق الصوتية من الفوسفور

Ultrasonication هي تقنية معروفة تستخدم منذ زمن طويل في الكيمياء من أجل هطول الأمطار siccessful وفعالة من المعادن والجسيمات والبلورات. لاستعادة الفوسفور من حمأة الصرف الصحي ، يتم تطبيق صوتنة من أجل تعزيز وتسريع ترسيب ستروفيت. ستروفيت (فوسفات الأمونيوم المغنيسيوم) هو معدن فوسفات مع الصيغة NH₄مغبو₄·6H₂ O ، الذي يقدم حلا بسيطا لإزالة الفوسفور في شكل مقيد من حمأة النفايات.
أثناء عملية تبلور / ترسيب ستروفيت ، فإن الأيونات PO₄^3-، NH₄⁺، و ملغ²⁺ تتم إزالتها من الطور السائل بسبب ترسيب ستروفيت ، حتى يصل التفاعل إلى التوازن.

بلورات ستروفيت ترسبت من النفايات السائلة الخنازير.
(الصورة والدراسة: ©Kim et al. 2017)

عندما يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية كمعالجة مسبقة للحمأة قبل عملية ترسيب ستروفيت ، يوفر التجويف المستحث بالموجات فوق الصوتية خلطا على المستوى الجزيئي يوفر مساحة سطح نشطة لنمو البلورات. زيادة في معدل ذوبان المواد خارج الخلية وداخل الخلايا ، يفيد بشكل أكبر هطول الأمطار struvite عن طريق زيادة التوافر البيولوجي ل NH₄⁺ و PO₄^3- ايونات. ينتج عن علاج الصوتنة نقل جماعي ميسر من خلال الملاط ، والذي يسببه التجويف بالموجات فوق الصوتية.
يمكن أيضا تطبيق Sonication على سائل الكربنة الحرارية المائية ، حيث يتم إعادة تدوير الفوسفور على شكل ستروفيت من سائل الكربنة الحرارية المائية من خلال الاستخراج والترسيب بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
اقرأ المزيد عن ترسيب ستروفيت على نطاق واسع لاستعادة الفوسفور من حمأة الصرف الصحي!

سونو فنتون لإطلاق الفوسفور من حمأة الصرف الصحي

أظهرت دراسة Gong et al. (2015) كفاءة المعالجة المسبقة للموجات فوق الصوتية - فنتون (المعروف أيضا باسم سونو فينتون) لتفكك حمأة الصرف الصحي. أدى تطبيق علاج الموجات فوق الصوتية - فنتون إلى زيادة كبيرة في إطلاق الكربون والنيتروجين والفوسفور. زادت معالجة سونو فنتون من إجمالي النيتروجين (N) والفوسفور (P) بمقدار 1.7 و 2.2 ضعف ، على التوالي ، مقارنة بمعالجة فنتون وحدها. بعد معالجة سونو فنتون ، أظهرت الحمأة حجم جسيمات أدق بكثير وبنية مجهرية أكثر مرونة تعتمد على المجهر الإلكتروني الماسح. باستخدام رنين دوران الإلكترون ، زادت أعلى كثافة إشارة OH • من 568.7 بواسطة علاج فنتون إلى 1106.3 بعد علاج سونو فنتون. أظهر هذا أن معالجة سونو فنتون تحفز تفكك الحمأة وتحسن إطلاق الكربون العضوي والنيتروجين والفوسفور بشكل كبير.

تكثيف خلايا الوقود الميكروبية بالموجات فوق الصوتية

المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية لحمأة الصرف الصحي تعزز إذابة المركبات العضوية المختلفة من مصفوفة الحمأة ، مما يؤدي لاحقا إلى تسريع توليد الهيدروجين الكهرومغناطيسي الميكروبي.
يساهم More and Ghangrekar (2010) في الآثار المفيدة للمعالجة المسبقة للصوتنة على خلايا الوقود الميكروبية لتعزيز الأنشطة الأنزيمية وتوافر البروتينات خارج الخلية والسكريات والإنزيمات ، والتي يتم إطلاقها من الطبقات الداخلية من كتل الحمأة إلى الطبقات الخارجية عن طريق الموجات فوق الصوتية وتعطيل الخلايا ، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة استخدام الركيزة. لتحسين حصاد الكهرباء من خلايا الوقود الميكروبية ، من الضروري تحسين قدرة نقل الإلكترون للبكتيريا إلى مادة صلبة خارج الخلية. يمكن أن يحدث نقل الإلكترون خارج الخلية إما في اتصال مباشر بين سطح الخلية والسطح الصلب أو بشكل غير مباشر عبر ما يسمى بالوسطاء الخارجيين والداخليين. لنقل الإلكترون المباشر بين البكتيريا وسطح القطب ، يجب أن يصل الإلكترون إلى الغشاء الخارجي للخلية. قد تكون هذه الظاهرة قد حدثت بسبب المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية التي تعطى للقاح عندما كانت الطاقة الموردة المحددة كافية. وبالتالي ، تفضيل كفاءة كولومبي أعلى.
يمكن الجمع بين عملية التحليل الكهربائي الميكروبي المكثفة بالموجات فوق الصوتية مع عمليات التخمير اللاحقة لمعالجة الحمأة.

سونو الكهروكيميائية معالجة حمأة مياه الصرف الصحي

التخثير الكهربائي هو عملية بسيطة ، والتي يمكن تطبيقها بسهولة على مياه الصرف الصحي وتسمح بمعالجة كميات كبيرة بكفاءة وفعالية من حيث التكلفة. يساعد Ultrasonication على التغلب على العيب الرئيسي لعمليات التخثير الكهربائي عن طريق منع تكوين طبقات التخميل من الأقطاب الكهربائية. الأفلام السلبية التي تتشكل على سطح القطب بمرور الوقت ، تقلل بشكل كبير من كفاءة أنظمة التخثير الكهربائي والموجات فوق الصوتية هي طريقة سهلة لإزالة طبقات التخميل هذه بشكل مستمر أثناء التشغيل ، بينما في نفس الوقت تزيد صوتنة من دوران أنظمة التخثير الكهربائي. تعمل الموجات فوق الصوتية على تكسير الرواسب المتكونة على سطح القطب الكهربائي وتولد كميات كبيرة من الأنواع الجذرية لإزالة الملوثات عن طريق إنشاء نقاط ضغط عالية داخل المحلول أثناء ظاهرة التجويف. من خلال الجمع بين التخثير الكهربائي والموجات فوق الصوتية ، بسبب إنشاء أسطح جديدة على القطب عن طريق التجويف أو التدفق الدقيق ، يتفاقم الانخفاض في سمك طبقة التوزيع عن طريق زيادة معدلات نقل الكتلة. يزيد التخثير الكهربائي Sono من كمية تكوين التخثر مقارنة بالتخثير الكهربائي ، ويتم تعزيز التلبد عن طريق الخلط الشديد والأكسدة عن طريق تكوين الجذور الحرة ؛ ول الوصول إلى الكفاءة المطلوبة ممكن في أقصر وقت.
(مرادي وآخرون ، 2021)

مزايا الكيمياء الكهربية الصوتية والتخثير الكهربي سونو

"Sonoelectrochemistry هي مزيج من الطاقة فوق الصوتية في نظام كهروكيميائي يوفر العديد من المزايا ، بما في ذلك إزالة فقاعة الغاز على سطح القطب ، وإزالة المحلول ، وتعطيل طبقة انتشار Nernst ، وتعزيز النقل الجماعي للأنواع النشطة كهربائيا من خلال الطبقة المزدوجة ، وتنشيط وتنظيف سطح القطب. تؤدي هذه الفوائد في الكيمياء الكهربائية إلى تحسين كفاءة العملية (كفاءة القطب والتيار ، وزيادة المعدلات الكهروكيميائية والعوائد ، وانخفاض جهد الخلية والجهد الزائد للأقطاب الكهربائية ، وتحسين المواد المترسبة بالكهرباء من حيث الصلابة والجودة والمسامية والسمك ، وقمع تلوث القطب الكهربائي وإزالة الغازات على سطح القطب ". (فروغي وآخرون ، 2021)
اقرأ المزيد عن معدات سونو الكهروكيميائية وتطبيقاتها!

أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية لمعالجة حمأة الصرف الصحي

Hielscher الفوق صوتيات أنظمة عالية الأداء هي حصان عمل موثوق به في محطات معالجة مياه الصرف الصحي وحمأة الصرف الصحي. أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher تقديم الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في 20kHz، مما يخلق تجويف صوتي مكثف. تشمل تأثيرات علاجنا بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة تعطيل الخلايا وتفككها ، ونقل الكتلة العالية ، والتطهير ، وتحلل البوليمرات ، وإطلاق الإنزيمات ، وتجانس الحمأة. صوتنة عالية الكثافة يحسن كفاءة العلاج من خلال توليد الجذور المؤكسدة وزيادة في مواقع النواة ، وضمان أفضل تجلط الدم والتلبد. يسمح التوليد الموثوق والمستمر لقوى التجويف بالموجات فوق الصوتية المكثفة وتأثيراتها بدمج معالجاتنا بالموجات فوق الصوتية القوية لمختلف التطبيقات من أجل تحسين حصاد الطاقة والمغذيات من حمأة الصرف الصحي.

• تفكك حمأة الصرف الصحي بالموجات فوق الصوتية
• تكثيف الهضم اللاهوائي بالموجات فوق الصوتية
• استعادة العناصر الغذائية القيمة (الفوسفور والنيتروجين والمغنيسيوم والكالسيوم والبوتاسيوم ، إلخ)
• إزالة الملوثات مثل المعادن الثقيلة

تقدم معالجات بالموجات فوق الصوتية مع مفاعلات التدفق بأحجام مختلفة ، Hielscher Ultrasonics لديها أنظمة النفايات ومعالجة الحمأة بالموجات فوق الصوتية المثالية لمرفق حمأة الصرف الصحي الخاص بك.
يسمح التصميم المعياري بالتقسيط البسيط للعديد من وحدات الموجات فوق الصوتية بالتوازي ، مما يجعل المعالجة الموثوقة والفعالة لأي حجم ممكنا.
Hielscher عالية الطاقة / عالية الإنتاجية أنظمة الموجات فوق الصوتية تعزيز الكفاءة والعائد في معالجة الكتلة الحيوية في حمأة الصرف الصحي.
تتميز جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا بالتنظيف المكاني (CIP).
مناسبة للعلاجات الصعبة: غالبا ما تحتوي حمأة الصرف الصحي على مواد ليفية تحتوي على نسبة عالية من السليلوز ، والتي يصعب تفككها. Hielscher الفوق صوتيات’ يمكن للمعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية تقديم سعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. هذه السعات العالية هي طريقة فعالة لتعطيل البنية الخلوية للسليلوز واللجنين وجدران الخلايا القوية للمواد الأخرى. يضمن التصميم الأمثل لمفاعلات خلايا التدفق الخاصة بنا أنماط تدفق مثالية ومعالجة موحدة وفعالة بالموجات فوق الصوتية للحمأة المغذية.

نحن نعمل مع تكامل الأنظمة ومهندسي محطات حمأة الصرف الصحي

كشركة مصنعة ومنشئ نظام وحدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء، Hielscher Ultrasonics يعمل جنبا إلى جنب مع تكامل النظام. يعمل معظم مشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي وحمأة الصرف الصحي مع مكاملي الأنظمة ، الذين يتمتعون بخبرة جيدة في تصميم وأتمتة محطات التنقية هذه. يوصي فريقنا من مهندسي التصميم والمهندسين التقنيين بالتكوين الأمثل بالموجات فوق الصوتية لحجم الحمأة المستهدف ، وتوفير معلومات مفصلة عن النظام ، ورسومات CAD بالإضافة إلى خدمة التثبيت والتدريب التشغيلي. وهذا يتيح التنفيذ البناء والموجه نحو الهدف لدمج الموجات فوق الصوتية عالية الأداء في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. يرجى الاتصال بنا إذا كنت مهتما بدمج معالجاتنا بالموجات فوق الصوتية لتحسين معالجة الحمأة!

يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:

اتصل بنا الآن للحصول على مزيد من التفاصيل حول أنظمة معالجة حمأة الصرف الصحي بالموجات فوق الصوتية Hielscher وخيارات التثبيت والمعلومات التقنية!