Bələdiyyə kanalizasiya lilindən fosforun bərpası üçün müxtəlif həllər

Fosfor təbii ehtiyatları sürətlə azalan kritik mineral resursdur. Buna görə Almaniya hökuməti fərmanla 2029-cu ildən etibarən fosforun böyük hissəsinin kanalizasiya lilindən bərpa edilməsini tələb etmişdir. Güclü ultrasəsin tətbiqi bələdiyyə kanalizasiya lilindən fosforun bərpasını intensivləşdirmək üçün müxtəlif imkanlar açır.

Kanalizasiya lilinin emalı qurğuları və fosforun təkrar istifadəyə qaytarılması

Fosfor gübrə kimi, həmçinin incə kimyəvi maddələr və əczaçılıq sənayesində xammal kimi geniş istifadə olunan kritik elementdir. Onun mövcud ehtiyatlarının sürətlə azalması səbəbindən Almaniya hökuməti bütün bələdiyyə tullantı su təmizləmə qurğularının bələdiyyə kanalizasiya lilindən fosforun bərpası üçün tədbirlər görməsini tələb edən qanun qəbul etmişdir. Yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəsin tətbiqi fosforun bərpasının səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artıran müxtəlif emal variantları təqdim edir.

Tullantı su təmizləmə qurğuları lilin anaerob çürüdülməsini və fosfor kimi qida maddələrinin bərpasını yaxşılaşdırmaq üçün ultrasəsdən istifadə edir.

Fosforun bərpasını yaxşılaşdırmaq üçün kanalizasiya lilinin ultrasəslə parçalanması

Kanalizasiya lilinin güclü ultrasəs dalğaları ilə şüalandırılmasının lildəki biokütlənin parçalanmasını yaxşılaşdırdığı aydın şəkildə nümayiş etdirilmişdir. Çoxsaylı tədqiqatlar artıq aktiv lilin ultrasəslə emalının faydalarını göstərmişdir və Almaniyadakı bələdiyyə tullantı su təmizləmə qurğularında müxtəlif sənaye ultrasəs sistemləri işləyir.
Kanalizasiya lilindəki substratların ultrasəslə ilkin emalı anaerob çürüdülmə proseslərinə bir sıra faydalı təsirlər göstərir. Bu faydalara hissəcik ölçüsünün azaldılması, hidroliz sürətinin artırılması və hidravlik saxlanma müddətinin qısaldılması daxildir.
Yüksək intensivlikli / aşağı tezlikli ultrasəs dalğalarının yaratdığı kavitasiya mənşəli kəsilmə qüvvələri lil floklarının morfologiyasının və lilin mikrob strukturunun dağılmasına səbəb olur.
Nguyenin tədqiqat qrupu araşdırmalarında göstərmişdir ki, “ultrasəsin tətbiqi biokütlənin hissəcik ölçüsünün azaldılmasında çox səmərəlidir və ultrasəs şüalanmasına məruzqalma müddətinə və intensivliyinə mütənasib olaraq orta hissəcik ölçüsünün >78,78%-ə qədər azalmasına nail olunur. Bu, ultrasəslə işləmə müddəti ilə flok hissəciklərinin ölçüsü arasındakı tərs asılılığa əsasən, lil hissəciklərinin parçalandığını və lilin hissəcik ölçüsünün azaldığını göstərirdi. Emaldan əvvəl lil floklarının müşahidəsi onların sıx və çox kompakt olduğunu, digər tərkib hissələri ilə yanaşı, kompakt nüvələri olan çoxsaylı alt bölmələrdən, hüceyrə yığınlarından, bakteriya koloniyalarından, ibtidailərdən və sapşəkilli bakteriyalardan ibarət olduğunu göstərsə də, tətbiq olduqca səmərəli idi. Çıxış suyunun təhlili ultrasəs prosesinin bütün ölçülərdəki lil floklarının struktur bütövlüyünü əhəmiyyətli dərəcədə pozduğunu göstərir. Optimal emal şəraitində flok parçalarının ölçüsü ≤6,5 μm qədər kiçildilmiş və onlar 20 kHz aşağı ultrasəs tezliyi ilə 5–10 min ultrasəslə emaldan sonra lil suspenziyasında həll olmuşdur.” (Nguyen et al., 2015)
Səmərəli şəkildə parçalanmış kanalizasiya lili, yəni ultrasəslə işlənmiş lil, fosforla zəngin fraksiyaları biokütlədən və geləbənzər fraksiyalardan, eləcə də sudan ayırmağa imkan verən əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmış ayrılma xüsusiyyətləri göstərir. Ultrasəs kavitasiyası kanalizasiya lilindəki biokütlənin hüceyrə strukturlarını dağıdır və sonradan onun üç fraksiyaya ayrılmasını asanlaşdırır: (i) sellüloza ilə zəngin liflər, (ii) qida maddələri ilə zəngin gel və (iii) asanlıqla fermentasiya olunan maye. Lilin bu üç fraksiyası əlavə emala, məsələn, fosforun bərpasına, ağır metalların çıxarılmasına və s. məruz qala bilər.

Fosforun yaş kimyəvi üsulla çökdürülməsinin ultrasəslə intensivləşdirilməsi

Ultrasəslə işləmə mineralların, hissəciklərin və kristalların uğurlu və səmərəli çökdürülməsi üçün kimyada uzun müddətdir istifadə olunan, yaxşı tanınan üsuldur. Kanalizasiya lilindən fosforun bərpası üçün struvitin çökdürülməsini təşviq etmək və sürətləndirmək məqsədilə ultrasəslə işləmə tətbiq olunur. Struvit (maqnezium ammonium fosfat) kimyəvi formulu NH₄MgPO₄·6H₂ O olan fosfat mineralıdır və tullantı lildən fosforu bağlı formada çıxarmaq üçün sadə həll təqdim edir.
Struvitin kristallaşması / çökdürülməsi prosesində PO₄^3-, NH₄⁺ və Mg²⁺ ionları reaksiya tarazlığa çatana qədər struvitin çökməsi nəticəsində maye fazadan çıxarılır.

Donuzçuluq təsərrüfatlarının tullantı sularından çökdürülmüş struvit kristalları.
(şəkil və tədqiqat: ©Kim et al. 2017)

Struvitin çökdürülməsi prosesindən əvvəl lilin ilkin emalı kimi ultrasəslə işləmə tətbiq olunduqda, ultrasəsin yaratdığı kavitasiya molekulyar səviyyədə hərtərəfli qarışdırma təmin edir və kristal böyüməsi üçün aktiv səth sahəsi yaradır. Hüceyrəxarici və hüceyrədaxili maddələrin həllolma sürətinin artması da struvitin çökdürülməsinə fayda verir, çünki NH₄⁺ və PO₄^3- ionlarının bioloji əlçatanlığını artırır. Ultrasəslə emal ultrasəs kavitasiyasının təsiri ilə suspenziyada kütlə ötürülməsinin asanlaşmasına səbəb olur.
Ultrasəslə işləmə hidrotermal karbonlaşdırma mayesinə də tətbiq oluna bilər; burada ultrasəsin köməyi ilə ekstraksiya və çökdürülmə yolu ilə hidrotermal karbonlaşdırma mayesindən fosfor struvit şəklində bərpa edilərək təkrar istifadəyə qaytarılır.
Kanalizasiya lilindən fosforun bərpası üçün irimiqyaslı struvit çökdürülməsi haqqında daha çox oxuyun!

Kanalizasiya lilindən fosforun ayrılması üçün Sono-Fenton

Gong et al. (2015) tədqiqatı kanalizasiya lilinin parçalanması üçün birləşdirilmiş ultrasəs–Fenton (sono-Fenton kimi də tanınır) ilkin emalının səmərəliliyini nümayiş etdirmişdir. Ultrasəs–Fenton emalının tətbiqi karbonun, azotun və fosforun ayrılmasını əhəmiyyətli dərəcədə artırmışdır. Sono-Fenton emalı yalnız Fenton emalı ilə müqayisədə ümumi azotu (N) və fosforu (P) müvafiq olaraq 1,7 və 2,2 dəfə artırmışdır. Skanedici elektron mikroskopiya nəticələrinə əsasən, sono-Fenton emalından sonra lilin hissəcik ölçüsü xeyli kiçik, mikrostrukturu isə daha boş olmuşdur. Elektron spin rezonansından istifadə etməklə müəyyən edilmişdir ki, ən yüksək OH• siqnal intensivliyi Fenton emalı zamanı 568,7-dən sono-Fenton emalından sonra 1106,3-ə yüksəlmişdir. Bu, sono-Fenton emalının lilin parçalanmasına səbəb olduğunu və üzvi karbonun, azotun və fosforun ayrılmasını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırdığını nümayiş etdirmişdir.

Ultrasəslə intensivləşdirilmiş mikrob yanacaq elementləri

Kanalizasiya lilinin ultrasəslə ilkin emalı lil matrisindən müxtəlif üzvi birləşmələrin həll olmasını təşviq edir və bu da sonradan mikrob elektrohidrogenezini sürətləndirir.
More və Ghangrekar (2010) ultrasəslə ilkin emalın mikrob yanacaq elementlərinə faydalı təsirlərini fermentativ fəallığın artması və hüceyrəxarici zülalların, polisaxaridlərin və fermentlərin əlçatanlığı ilə əlaqələndirirlər. Bu maddələr ultrasəs sonoporasiyası və hüceyrələrin dağıdılması nəticəsində lil floklarının daxili təbəqələrindən xarici təbəqələrinə buraxılır və substratdan istifadə səmərəliliyini artırır. Mikrob yanacaq elementlərindən elektrik enerjisinin əldə edilməsini yaxşılaşdırmaq üçün bakteriyaların elektronları hüceyrəxarici bərk maddəyə ötürmə qabiliyyətini artırmaq lazımdır. Bu hüceyrəxarici elektron ötürülməsi ya hüceyrə səthi ilə bərk səth arasında birbaşa təmasda, ya da ekzogen və endogen mediatorlar adlanan vasitəçilər vasitəsilə dolayı yolla baş verə bilər. Bakteriyalarla elektrod səthi arasında birbaşa elektron ötürülməsi üçün elektron hüceyrənin xarici membranına çatmalıdır. Bu hadisə inokuluma tətbiq olunan ultrasəslə ilkin emal nəticəsində, verilən xüsusi enerji kifayət qədər olduqda baş vermiş ola bilər; beləliklə, daha yüksək Kulon səmərəliliyinə şərait yaratmış ola bilər.
Ultrasəslə intensivləşdirilmiş mikrob elektrolizi prosesi lilin emalı üçün sonrakı fermentasiya prosesləri ilə birləşdirilə bilər.

Kanalizasiya lilinin sono-elektrokimyəvi emalı

Elektrokoaqulyasiya tullantı suya asanlıqla tətbiq oluna bilən və böyük həcmlərin səmərəli, iqtisadi cəhətdən sərfəli emalına imkan verən sadə prosesdir. Ultrasəslə işləmə elektrodlarda passivləşdirici təbəqələrin əmələ gəlməsinin qarşısını almaqla elektrokoaqulyasiya proseslərinin əsas çatışmazlığını aradan qaldırmağa kömək edir. Zamanla elektrod səthində əmələ gələn passiv təbəqələr elektrokoaqulyasiya sistemlərinin səmərəliliyini kəskin şəkildə azaldır və ultrasəs bu passivləşdirici təbəqələri istismar zamanı davamlı olaraq çıxarmaq üçün sadə üsuldur; eyni zamanda ultrasəslə işləmə elektrokoaqulyasiya sistemlərinin emal məhsuldarlığını artırır. Ultrasəs dalğaları elektrod səthində əmələ gələn çöküntüləri parçalayır və kavitasiya hadisəsi zamanı məhlul daxilində yüksək təzyiqli nöqtələr yaradaraq çirkləndiriciləri çıxarmaq üçün böyük miqdarda radikal növləri əmələ gətirir. Elektrokoaqulyasiya ultrasəslə birləşdirildikdə, kavitasiya və ya mikroaxınlar nəticəsində elektrodda yeni səthlər yarandığı üçün kütlə ötürülməsi sürətlərinin artması paylanma təbəqəsinin qalınlığının azalmasını daha da gücləndirir. Sono-elektrokoaqulyasiya elektrokoaqulyasiya ilə müqayisədə əmələ gələn koaqulyantın miqdarını artırır, intensiv qarışdırma və sərbəst radikalların əmələ gəlməsi nəticəsində oksidləşmə isə flokulyasiyanı gücləndirir; buna görə arzu olunan səmərəliliyə ən qısa müddətdə çatmaq mümkündür.
(Moradi et al., 2021)

Sonoelektrokimyanın və sonoelektrokoaqulyasiyanın üstünlükləri

“Sonoelektrokimya ultrasəs enerjisinin elektrokimyəvi sistemlə birləşdirilməsidir və bir sıra üstünlüklər təqdim edir. Bunlara elektrod səthindən qaz qabarcıqlarının çıxarılması, məhlulun qazsızlaşdırılması, Nernst diffuziya təbəqəsinin pozulması, elektroaktiv növlərin ikiqat təbəqədən kütlə daşınmasının gücləndirilməsi, həmçinin elektrod səthinin aktivləşdirilməsi və təmizlənməsi daxildir. Elektrokimyada bu faydalar proses səmərəliliklərinin (elektrod və cərəyan səmərəliliklərinin) yaxşılaşmasına, elektrokimyəvi sürətlərin və çıxımların artmasına, element gərginliklərinin və elektrod ifrat potensiallarının azalmasına, elektroçökdürülmüş materialların sərtlik, keyfiyyət, məsaməlilik və qalınlıq baxımından yaxşılaşmasına, həmçinin elektrodun çirklənməsinin və elektrod səthində qaz ayrılmasının qarşısının alınmasına gətirib çıxarır.” (Foroughi et al., 2021)
Sono-elektrokimyəvi avadanlıq və onun tətbiqləri haqqında daha çox oxuyun!

Kanalizasiya lilinin emalı üçün sənaye ultrasəs sistemləri

Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı sistemləri tullantı su və kanalizasiya lilinin emalı qurğularında etibarlı iş vasitəsidir. Hielscher ultrasəs sistemləri 20kHz tezlikdə yüksək güclü ultrasəs verir və bu, intensiv akustik kavitasiya yaradır. Yüksək güclü ultrasəslə emalımızın təsirlərinə hüceyrələrin dağıdılması və parçalanması, yüksək kütlə ötürülməsi, dezinfeksiya, polimerlərin parçalanması, fermentlərin ayrılması və lilin homogenləşdirilməsi daxildir. Yüksək intensivlikli ultrasəslə işləmə oksidləşdirici radikalların yaranması və nüvələşmə mərkəzlərinin sayının artması hesabına emalın səmərəliliyini yüksəldir və daha yaxşı koaqulyasiya və flokulyasiya təmin edir. Bu intensiv ultrasəs kavitasiya qüvvələrinin və onların təsirlərinin etibarlı və fasiləsiz yaradılması kanalizasiya lilindən enerji və qida maddələrinin əldə edilməsini yaxşılaşdırmaq məqsədilə güclü ultrasəs prosessorlarımızı müxtəlif tətbiqlərə inteqrasiya etməyə imkan verir.

• Kanalizasiya lilinin ultrasəslə parçalanması
• Ultrasəslə intensivləşdirilmiş anaerob çürüdülmə
• Qiymətli qida maddələrinin (fosfor, azot, maqnezium, kalsium, kalium və s.) bərpası
• Ağır metallar kimi çirkləndiricilərin çıxarılması

Müxtəlif ölçülü axınlı reaktorlarla təchiz edilmiş ultrasəs prosessorları təqdim edən Hielscher Ultrasonics kanalizasiya lilinin emalı müəssisəniz üçün ideal ultrasəs tullantı su və lil emalı sistemlərinə malikdir.
Modul konstruksiya bir neçə ultrasəs qurğusunun paralel şəkildə asan quraşdırılmasına imkan verir və bununla istənilən həcmin etibarlı və səmərəli emalını mümkün edir.
Hielscher yüksək güclü / yüksək emal məhsuldarlıqlı ultrasəs sistemləri kanalizasiya lilindəki biokütlənin emalının səmərəliliyini və çıxımını artırır.
Bütün ultrasəs cihazlarımız yerində təmizləmə (CIP) funksiyasına malikdir.
Çətin emal tapşırıqları üçün uyğundur: Kanalizasiya lilində çox vaxt sellüloza tərkibi yüksək olan və çətin parçalanan lifli materiallar olur. Hielscher Ultrasonics sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar təmin edə bilər. 200µm-ə qədər amplitudalarda 24/7 rejimində asanlıqla fasiləsiz işləmək mümkündür. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Belə yüksək amplitudalar sellülozaların, liqninin hüceyrə strukturunu və digər materialların möhkəm hüceyrə divarlarını dağıtmaq üçün səmərəli üsuldur. Axın hüceyrəsi reaktorlarımızın optimallaşdırılmış konstruksiyası ideal axın formalarını və verilən lilin ultrasəslə bərabər, səmərəli emalını təmin edir.

Biz kanalizasiya lilinin emalı qurğularının sistem inteqratorları və mühəndisləri ilə işləyirik

Yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs modul qurğularının istehsalçısı və sistem qurucusu kimi Hielscher Ultrasonics sistem inteqratorları ilə əməkdaşlıq edir. Tullantı su və kanalizasiya lilinin emalı qurğularının operatorlarının əksəriyyəti bu cür təmizləmə qurğularının layihələndirilməsi və avtomatlaşdırılmasında böyük təcrübəsi olan sistem inteqratorları ilə işləyir. Layihə mühəndislərindən və texniki mühəndislərdən ibarət komandamız nəzərdə tutulan lil həcmi üçün optimal ultrasəs konfiqurasiyasını tövsiyə edir, sistem haqqında ətraflı məlumat, CAD çertyojları, həmçinin quraşdırma xidməti və istismar təlimi təqdim edir. Bu, yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəsin kanalizasiya təmizləmə qurğularına inteqrasiyasının konstruktiv və məqsədyönlü həyata keçirilməsinə imkan verir. Lilin emalını yaxşılaşdırmaq üçün ultrasəs prosessorlarımızın inteqrasiyası ilə maraqlanırsınızsa, bizimlə əlaqə saxlayın!

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında məlumat verir:

Hielscher ultrasəs kanalizasiya lilinin emalı sistemləri, quraşdırma variantları və texniki məlumatlar haqqında daha ətraflı məlumat almaq üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın!