حلول مختلفة لاستعادة الفوسفور من حمأة مياه الصرف الصحي البلدية

الفوسفور هو معدن الموارد الحرجة، والتي الإمدادات الطبيعية تتضاءل بسرعة. ونتيجة لذلك، سنت الحكومة الألمانية مرسوما يقضي بأنه يجب استعادة الفوسفور إلى حد كبير من حمأة مياه الصرف الصحي اعتبارا من عام 2029. تنفيذ الطاقة بالموجات فوق الصوتية يفتح خيارات مختلفة لتكثيف استعادة الفوسفور من حمأة مياه الصرف الصحي البلدية.

محطات معالجة حمأة الصرف الصحي وإعادة تدوير الفوسفور

الفوسفور عنصر حاسم، يستخدم على نطاق واسع كسماد ومواد خام في الصناعة الكيميائية والصيدلانية الدقيقة. بسبب تقلص الموارد المتاحة بسرعة، نفذت الحكومة الألمانية قانونا بموجبه يجب على جميع محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية إنشاء قياس لاستعادة الفوسفور من حمأة مياه الصرف الصحي البلدية. تنفيذ الموجات فوق الصوتية عالية الأداء يقدم خيارات العلاج المختلفة، والتي تزيد من كفاءة الانتعاش الفوسفور بشكل كبير.

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

الموجات فوق الصوتية الصرف الصحي الحمأة التفكك لتحسين الانتعاش Phorsphorus

وقد ثبت بوضوح أن تشعيع حمأة مياه الصرف الصحي بموجات الموجات فوق الصوتية القوية يحسن تفكك الكتلة الحيوية في حمأة مياه الصرف الصحي. وقد أظهرت العديد من الدراسات البحثية فوائد معالجة الحمأة المنشطة بالموجات فوق الصوتية، وتعمل مختلف أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية في محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية في ألمانيا.
المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية من الركائز في حمأة مياه الصرف الصحي له العديد من الآثار المفيدة لعمليات الهضم اللاهوائية. وتشمل هذه الفوائد تقليل حجم الجسيمات، وزيادة معدل التحلل المائي، وتقصير وقت الاحتفاظ الهيدروليكي.
قوات القص التجويف التي تولدها عالية الكثافة / موجات الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد تسبب تفكك مورفولوجيا فلوك الحمأة والهيكل الميكروبي للذ الحمأة.
أظهر فريق البحث في نغوين في دراساتهم "أن تطبيق الموجات فوق الصوتية فعال للغاية في تقليل حجم الجسيمات من الكتلة الحيوية ، وتحقيق انخفاض إلى متوسط حجم الجسيمات من >78.78٪ يتناسب مع طول الوقت وكثافة التعرض للإشعاع بالموجات فوق الصوتية. وهذا يشير إلى أن جزيئات الحمأة تفككت وانخفض حجم جسيمات الحمأة، استنادا إلى علاقة عكسية بين وقت سونيكيشن وحجم الجسيمات التعويم. كان التطبيق فعالا للغاية ، على الرغم من حقيقة أن ملاحظات تعويم الحمأة قبل العلاج كشفت أن أساطيل الحمأة كانت كثيفة ومدمجة للغاية ، وتتألف من العديد من المقصورات الفرعية ذات النوى المدمجة ، ومجموعات الخلايا ، والمستعمرات البكتيرية ، والبروتوزوا ، والبكتيريا الخيطية ، من بين عوامل أخرى. تحليل النفايات السائلة يظهر أن عملية الموجات فوق الصوتية تفككت بشكل كبير السلامة الهيكلية لل فلوك الحمأة من جميع الأحجام. تم تخفيض قطع Floc إلى أقل من ≤6.5 ميكرومتر في ظل ظروف العلاج المثلى ، وتم حلها في الطين الحمأة بعد 5-10 دقيقة من العلاج بالموجات فوق الصوتية مع تردد منخفض بالموجات فوق الصوتية من 20 كيلوهرتز". (نغوين وآخرون، 2015)
حمأة مياه الصرف الصحي المتفككة بكفاءة، أي. الحمأة sonicated، يظهر خصائص فصل تحسنت بشكل ملحوظ مما يسمح لإزالة الكسور الغنية بالفوسفور من الكتلة الحيوية وكسور هلام مثل وكذلك الماء. التجويف بالموجات فوق الصوتية يعطل هياكل الخلية من الكتلة الحيوية في حمأة مياه الصرف الصحي ويسهل الكسر اللاحق إلى ثلاثة كسور من (1) الألياف الغنية بالسليلوز، (2) هلام الغنية بالمغذيات، و (3) السائل الذي يمكن تخميره بسهولة. ويمكن معالجة هذه الكسور الثلاثة من الحمأة، مثل استعادة الفوسفور، وإزالة المعادن الثقيلة، وما إلى ذلك.

كثافة بالموجات فوق الصوتية الرطب الكيميائي هطول الأمطار من الفوسفور

Ultrasonication هو تقنية معروفة تستخدم منذ فترات طويلة في الكيمياء لهطول الأمطار siccessful وفعالة من المعادن والجسيمات والبلورات. لاسترداد الفوسفور من حمأة مياه الصرف الصحي ، يتم تطبيق sonication من أجل تعزيز وتسريع هطول الأمطار من struvite. ستروفيت (فوسفات الأمونيوم المغنيسيوم) هو معدن فوسفات مع صيغة NH₄MgPO₄•6H₂ O، والذي يقدم حلا بسيطا لإزالة الفوسفور في شكل ملزم من حمأة النفايات.
خلال عملية تبلور struvite / هطول الأمطار ، و PO الأيونات₄^3-, NH₄⁺, و ملغ²⁺ تتم إزالة من مرحلة السائل بسبب هطول الأمطار struvite، حتى رد الفعل يصل إلى التوازن.

بلورات ستروفيت عجلت من النفايات السائلة الخنازير.
(الصورة والدراسة: ©كيم وآخرون 2017)

عندما يتم تطبيق ultrasonication كما الحمأة قبل المعالجة قبل عملية هطول الأمطار struvite، التجويف المستحث بالموجات فوق الصوتية يوفر خلط ثوو على المستوى الجزيئي توفير مساحة سطح نشطة لنمو الكريستال. زيادة في معدل التشحيم من المواد خارج الخلية وداخل الخلايا، وفوائد إضافية هطول الأمطار struvite عن طريق زيادة التوافر البيولوجي للNH₄⁺ و PO₄^3- ايونات. ينتج عن علاج سونيكيشن نقل جماعي سهل من خلال الطين ، والذي يسببه التجويف بالموجات فوق الصوتية.
سونيكيشن يمكن تطبيقها أيضا على الخمور الكربنة الحرارية المائية، حيث يتم إعادة تدوير الفوسفور كما struvite من الخمور الكربنة الحرارية المائية من خلال استخراج بمساعدة بالموجات فوق الصوتية وهطول الأمطار.
اقرأ المزيد عن هطول الأمطار struvite على نطاق واسع لاستعادة الفوسفور من حمأة مياه الصرف الصحي!

سونو فنتون لإطلاق الفوسفور من حمأة مياه الصرف الصحي

أظهرت دراسة Gong et al. (2015) كفاءة المعالجة المسبقة للموجات فوق الصوتية المشتركة -Fenton (المعروفة أيضا باسم sono-Fenton) لتفكك حمأة الصرف الصحي. تطبيق العلاج بالموجات فوق الصوتية فنتون زيادة كبيرة في إطلاق الكربون والنيتروجين والفوسفور. زاد علاج سونو فنتون من إجمالي النيتروجين (N) والفوسفور (P) بمقدار 1.7- و 2.2 مرة على التوالي ، بالمقارنة مع علاج فنتون وحده. بعد علاج سونو فنتون، أظهرت الحمأة حجم جسيمات أدق بكثير وبنية دقيقة أكثر مرونة على أساس المسح المجهري الإلكتروني. باستخدام الرنين الدوراني الإلكتروني، زادت أعلى كثافة إشارة OH• من 568.7 عن طريق علاج فنتون إلى 1106.3 بعد علاج سونو فنتون. وقد أثبت ذلك أن علاج سونو فنتون يؤدي إلى تفكك الحمأة ويحسن إطلاق الكربون العضوي والنيتروجين والفوسفور بشكل كبير.

خلايا الوقود الميكروبية المكثفة بالموجات فوق الصوتية

المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية لحمأة مياه الصرف الصحي يعزز solubilization من مختلف المركبات العضوية من مصفوفة الحمأة، والتي تسرع في وقت لاحق من توليد الكهروهيدروجين الميكروبي.
أكثر وGhangrekar (2010) المساهمة في الآثار المفيدة للتشبع الصوتية قبل العلاج على خلايا الوقود الميكروبية لتعزيز الأنشطة الأنزيمية وتوافر البروتينات خارج الخلية، والسكريات والإنزيمات، والتي يتم تحريرها من الطبقات الداخلية من تعويم الحمأة إلى الطبقات الخارجية عن طريق سونوبوبينيشن ultrasonic وتعطيل الخلية، مما أدى 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 هذا النقل الإلكتروني خارج الخلية إما في اتصال مباشر بين سطح الخلية والسطح الصلب أو بشكل غير مباشر عن طريق ما يسمى الوسطاء الخارجيين والخارجيين. لنقل الإلكترون المباشر بين البكتيريا وسطح القطب الكهربائي ، يجب أن يصل الإلكترون إلى الغشاء الخارجي للخلية. قد تكون هذه الظاهرة قد حدثت بسبب ultrasonication قبل العلاج نظرا ل inoculum عندما كانت الطاقة الموردة محددة كافية. وبالتالي ، لصالح كفاءة كولومبية أعلى.
يمكن الجمع بين عملية التحليل الكهربائي الميكروبية المكثفة بالموجات فوق الصوتية وعمليات التخمير اللاحقة لعلاج الحمأة.

سونو الكهروكيميائية معالجة حمأة مياه الصرف الصحي

التخثر الكهربائي هو عملية بسيطة ، والتي يمكن تطبيقها بسهولة على مياه الصرف الصحي ويسمح بمعالجة كميات كبيرة بكفاءة وفعالية من حيث التكلفة. Ultrasonication يساعد على التغلب على العيب الرئيسي لعمليات التخثر الكهربائي عن طريق منع تشكيل طبقات تخميل من الأقطاب الكهربائية. الأفلام السلبية تشكيل على سطح القطب مع مرور الوقت، والحد بشكل كبير من كفاءة أنظمة التخثر الكهربائي والموجات فوق الصوتية هو وسيلة سهلة لإزالة هذه الطبقات تخميل باستمرار أثناء التشغيل، في حين أن سونيكيشن في الوقت نفسه يزيد من دوران أنظمة التخثر الكهربائي. الموجات فوق الصوتية تحطيم الرواسب التي تشكلت على سطح القطب وتوليد كميات عالية من الأنواع الجذرية لإزالة الملوثات عن طريق خلق نقاط الضغط العالي داخل الحل خلال ظاهرة التجويف. من خلال الجمع بين التخثر الكهربائي مع الموجات فوق الصوتية ، بسبب إنشاء أسطح جديدة على القطب الكهربائي عن طريق التجويف أو التدفق الدقيق ، يتفاقم الانخفاض في سمك طبقة التوزيع من خلال زيادة معدلات النقل الجماعي. سونو-التخثر الكهربائي يزيد من كمية تشكيل coagulant مقارنة مع التخثر الكهربائي، ويتم تعزيز التخبط عن طريق الاختلاط المدقع والأكسدة عن طريق تشكيل الجذور الحرة. ولذلك الوصول إلى الكفاءة المطلوبة ممكن في أقصر وقت.
(مرادي وآخرون، 2021)

مزايا الكيمياء الكهروضوئية وتخثر سونوليكتروكوجين

"الكيمياء الكهرومغناطيزية سونويليك هو مزيج من الطاقة بالموجات فوق الصوتية في نظام الكهروكيميائية التي توفر العديد من المزايا، بما في ذلك إزالة فقاعة الغاز على سطح القطب الكهربائي، وإزالة الغاز حل، وتعطيل طبقة نشر نيرنست، وتعزيز النقل الجماعي للأنواع الكهربائية من خلال طبقة مزدوجة، وتنشيط وتنظيف سطح القطب الكهربائي. هذه الفوائد في الكيمياء الكهربائية تؤدي إلى تحسين كفاءة العملية (الأقطاب الكهربائية والكفاءة الحالية)، وزيادة معدلات الكهروكيميائية والغلة، وانخفاض الفولتية الخلية والأقطاب الكهربائية overpotentials، وتحسين المواد electrodeposited من حيث صلابة، والجودة، والمسامية وسمك، وقمع قاذورات القطب الكهربائي وإزالة الغاز على سطح القطب الكهربائي. (فوروي وآخرون، 2021)
اقرأ المزيد عن المعدات الكهروكيميائية سونو وتطبيقاتها!

أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية لمعالجة حمأة الصرف الصحي

Hielscher الفوق صوتيات عالية الأداء النظم هي موثوق بها العمل الحصان في مياه الصرف الصحي ومحطات معالجة حمأة مياه الصرف الصحي. Hielscher أنظمة الموجات فوق الصوتية تقديم الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في 20kHz، مما يخلق التجويف الصوتية مكثفة. وتشمل آثار العلاج بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة لدينا تعطيل الخلايا وتفككها، ونقل الكتلة العالية، والتطهير، وتحلل البوليمرات، وإطلاق الإنزيمات وتجانس الحمأة. سونيكيشن عالية الكثافة يحسن كفاءة العلاج من خلال توليد الجذور التأكسدية وزيادة في مواقع النوى، وضمان تخثر أفضل والتخبط. الجيل موثوقة ومستمرة من هذه القوى التجويف بالموجات فوق الصوتية مكثفة وآثاره تسمح لدمج المعالجات بالموجات فوق الصوتية لدينا قوية لمختلف التطبيقات من أجل تحسين الطاقة والمغذيات الحصاد من حمأة مياه الصرف الصحي.

• التفكك بالموجات فوق الصوتية من حمأة مياه الصرف الصحي
• هضم اللاهوائي المكثف بالموجات فوق الصوتية
• استعادة العناصر الغذائية القيمة (الفوسفور والنيتروجين والمغنيسيوم والكالسيوم والبوتاسيوم، وما إلى ذلك)
• إزالة الملوثات مثل المعادن الثقيلة

تقدم المعالجات بالموجات فوق الصوتية مع تدفق من خلال المفاعلات في مختلف الأحجام، Hielscher الفوق صوتيات لديه النفايات بالموجات فوق الصوتية مثالية وأنظمة معالجة الحمأة لمرفق حمأة الصرف الصحي الخاص بك.
تصميم وحدات يسمح للدفعة بسيطة من عدة وحدات بالموجات فوق الصوتية في موازاة ذلك، مما يجعل علاج موثوق بها وفعالة من أي حجم ممكن.
Hielscher عالية الطاقة / عالية الإنتاجية أنظمة الموجات فوق الصوتية تعزيز الكفاءة والغلة في معالجة الكتلة الحيوية في حمأة مياه الصرف الصحي.
تتميز جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا بالتنظيف في المكان (CIP).
مناسبة للعلاجات الصعبة: حمأة مياه الصرف الصحي غالبا ما تحتوي على مواد ليفية ذات محتويات السليلوز العالية ، والتي يصعب تفككها. Hielscher الفوق صوتيات’ يمكن معالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية تقديم السعة عالية جدا. يمكن تشغيل السعة التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. لسعات أعلى من ذلك، sonotrodes الموجات فوق الصوتية مخصصة متوفرة. هذه السعة العالية هي وسيلة فعالة لتعطيل الهيكل الخلوي للسليلوز واللجنين وجدران الخلايا القوية من المواد الأخرى. يضمن التصميم الأمثل لمفاعلات خلايا التدفق لدينا أنماط تدفق مثالية وعلاجا موحدا وفعالا بالموجات فوق الصوتية للذأة التي تغذيها.

نحن نعمل مع تكامل النظام ومهندسي محطات حمأة الصرف الصحي

كما الصانع وبناء النظام من وحدات وحدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء، Hielscher الفوق صوتيات يعمل جنبا إلى جنب مع تكامل النظام. ويعمل معظم مشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي ومخلفات مياه الصرف الصحي مع شركات تكامل الأنظمة، التي لديها خبرة جيدة في تصميم وأتمتة محطات التنقية هذه. فريقنا من مهندسي التصميم والمهندسين التقنيين يوصي التكوين الأمثل بالموجات فوق الصوتية لحجم الحمأة المستهدفة، وتوفير معلومات مفصلة عن النظام، رسومات CAD وكذلك خدمة التثبيت والتدريب التشغيلي. وهذا يمكن من تنفيذ بناءة والأهداف المنحى لدمج الموجات فوق الصوتية عالية الأداء في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. يرجى الاتصال بنا إذا كنت ترغب في دمج المعالجات بالموجات فوق الصوتية لدينا لتحسين علاج الحمأة!

الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:

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