Фосфорът е минерал от критичен ресурс, който естественото снабдяване бързо се снишава. Следователно германското правителство приема с постановление, че от 2029 г. фосфорът трябва до голяма степен да бъде възстановен от утайки от канализация. Внедряването на мощност ултразвук отваря различни възможности за активизира възстановяването на фосфора от общински канализационни утайки.

Пречиствателни станции и рециклиране на фосфорни утайки

Фосфорът е критичен елемент, широко използван като тор и суровина в фината химическа и фармацевтична промишленост. Поради бързо свиващите се налични ресурси, германското правителство е приложило закон, чрез който цялата общинска пречиствателна станция за отпадъчни води трябва да установи измерване за възстановяване на фосфора от общинската утайка от канализация. Внедряването на високоефективен ултразвук предлага различни възможности за лечение, които повишават ефективността на възстановяването на фосфора значително.

Инсталациите за отпадъчни води използват ултразвук за подобрено храносмилане на утайките и възстановяване на хранителни вещества като фосфор.

Ултразвукова утайка от канализация разпадане за подобрено възстановяване на фосфора

Облъчващата утайка от канализация с мощни ултразвукови вълни е ясно доказана, за да се подобри разпадането на биомасата в утайките от канализацията. Многобройни изследвания изследвания са показали ползите от ултразвукови отпадъци активирани утайки третиране и различни промишлени ултразвукови системи се изпълняват в общински инсталации за пречистване на отпадъчни води в Германия.
Ултразвуковото предварително третиране на субстрати в утайките от канализацията има няколко полезни ефекти за анаеробни процеси на храносмилане. Тези ползи включват намаляване на размера на частиците, увеличаване на скоростта на хидролиза, и съкращаване на хидравлично време за задържане.
Кавитационните сили на срязване, генерирани от високоинтензивни / нискочестотни ултразвукови вълни, причиняват раздялата на морфологията на утайката floc и микробната структура на утайките.
Изследователският екип на Nguyen демонстрира в проучванията си ", че прилагането на ултразвук е много ефективно за намаляване на размера на частиците на биомасата, постигане на намаляване до среден размер на частиците от >78.78% пропорционално на продължителността на времето и интензивността на ултразвуковото облъчване експозиция. Това посочи, че частиците утайки се разпадат и размерът на частиците от утайките намалява, въз основа на обратна връзка между времето на ултразвук и размера на частиците floc. Заявлението е високо ефективно, въпреки факта, че утайка floc наблюдения преди лечението разкри, че утайки флоци са гъсти и силно компактни, съставени от много под отделения с компактни ядра, клетъчни клъстери, бактериални колонии, протозои, и нишкова бактерии, наред с други фактори. Анализът на оттока показва, че ултразвуковият процес значително е разпаднала структурната цялост на утайки флоци от всички размери. Парчетата Floc бяха намалени до ≤6,5 μm при оптимални условия на третиране, и бяха разтворени в утайката след 5– 10 мин ултразвуково лечение с ниска честота на ултразвук от 20 kHz." (Nguyen et al., 2015)
Ефикасно разпадна утайка от канализация, т.е. ултразвукова утайка, показва значително подобрени свойства за разделяне, позволяващи да се отстранят богатите на фосфор фракции от биомаса и гел-подобни фракции, както и вода. Ултразвуковата кавитация нарушава клетъчните структури на биомасата в утайките от канализация и улеснява последващото фракциониране в три фракции от (i) богати на целулоза влакна, (ii) богат на хранителни вещества гел, и (iii) течност, която е лесно ферментируема. Тези три фракции от утайката могат да бъдат допълнително обработени, например възстановяване на фосфора, отстраняване на тежки метали и др.

Ултразвуково засилени Мокрено-химически валежи на Фосфорен

Ultrasonication е добре позната техника, използвана от дълго време в химията за siccessful и ефикасно утаяване на минерали, частици и кристали. За възстановяването на фосфора от утайки от канализация се прилага ултразвук с цел насърчаване и ускоряване на утаяването на струвит. Струвит (магнезиев амониев фосфат) е фосфатен минерал с формула NH₄На₄· 6H₂ O, който предлага просто решение за отстраняване на фосфора в обвързана форма от отпадъчни утайки.
По време на процеса на струвитна кристализация /утаяване йоните PO₄^3-, NH₄⁺, и Mg^{2 +} се отстраняват от течната фаза поради утаяване на струвит, докато реакцията достигне равновесието.

Струвитни кристали, утаени от оттоци от свине.
(картина и проучване: ©Ким и др. 2017 г.)

Когато ултразвуковата обработка се прилага като утайка предварителна обработка преди процеса на утаяване на струвит, ултразвуково индуцираната кавитация осигурява тоуро смесване на молекулно ниво, осигуряващо активна повърхност за растеж на кристали. Увеличаване на скоростта на разтворимост на извънклетъчни и вътреклетъчни вещества, допълнително е от полза за утаяването на струвит чрез увеличаване на бионаличността на NH₄⁺ и ОП₄^3- Йони. Лечението с ултразвук води до улеснен масов трансфер през течен тор, който е причинен от ултразвукова кавитация.
Sonication може да се прилага и за хидротермална карбонизация ликьор, където фосфорът се рециклира като струвит от хидротермалната карбонизация ликьор чрез ултразвуково подпомагана екстракция и утаяване.
Прочетете повече за мащабни струвитни валежи за възстановяване на фосфора от утайки от канализация!

Соно-Фентън за освобождаване на фосфора от утайки от канализация

Изследването на Gong et al. (2015) демонстрира ефективността на комбиниран ултразвук–Фентън (известен също като соно-Фентън) предварително лечение за разпадане на утайки от канализация. Прилагането на ултразвука–Лечението с Fenton значително увеличи отделянето на въглерод, азот и фосфор. Лечението със соно-Фентон увеличава общия азот (N) и фосфора (P) съответно с 1,7- и 2,2 пъти, в сравнение само с лечението с Fenton. След лечението със соно-Фентон утайките показаха значително по-фин размер на частиците и по-хлабина микроструктура, базирана на сканираща електронна микроскопия. Използвайки резонанс на електронно завъртане, най-високата OH• интензивност на сигнала се увеличава от 568,7 чрез лечението с Fenton до 1106,3 след лечението със соно-Фентън. Това показа, че лечението със соно-Фентон предизвиква разпадане на утайките и подобрява отделянето на органичен въглерод, азот и фосфор значително.

Ултразвуково засилени микробни горивни клетки

Ултразвуковото предварително третиране на утайките от канализацията насърчава разтворимостта на различни органични съединения от матрицата на утайките, което впоследствие ускорява микробната електрохидрогенеза.
More и Ghangrekar (2010) допринасят полезните ефекти на ултразвуковата предварителна обработка върху микробните горивни клетки за засилени ензимни дейности и наличието на извънклетъчни протеини, Полизахариди и ензими, които се освобождават от вътрешните слоеве флоци от утайки до следващите слоеве чрез ултразвукова сонопорация и прекъсване на клетките, което води до подобрена ефективност на използване на субстрата. За подобряване на добива на електроенергия от микробните горивни клетки е необходимо подобрение на способността за пренос на електрони на бактериите към извънклетъчно твърдо вещество. Този извънклетъчен електронен трансфер може да възникне или при пряк контакт между клетъчната повърхност и твърдата повърхност, или косвено чрез така наречените екзогенни и ендогенни медиатори. За директен пренос на електрон между бактериите и електродната повърхност, електронът трябва да достигне външната мембрана на клетката. Това явление може да е настъпило поради ултразвукова предварителна обработка, дадена на инокуланта, когато специфичната доставена енергия е била адекватна; оттук, благоприятствайки по-високата ефективност на Coulombic.
Ултразвуково засилен микробен електролиза процес би могъл да се комбинира с последващи ферментационни процеси за лечение на утайки.

Соно-електрохимична обработка на утайки от канализация

Електрокоагулацията е прост процес, който лесно може да се прилага върху отпадъчните води и позволява третирането на големи обеми ефективно и рентабилно. Ultrasonication помага да се преодолее основният недостатък на електрокоагулационните процеси чрез предотвратяване на образуването на пасивиращи слоеве от електродите. Пасивните филми, образуващи се на електродната повърхност с течение на времето, драстично намаляват ефективността на електрокоагулационните системи и ултразвука е лицев метод за отстраняване на тези пасивиращи слоеве непрекъснато по време на работа, докато в същото време ултразвукът увеличава оборота на електрокоагулационните системи. Ултразвукови вълни разграждащи седименти, образувани на електродната повърхност и генерират високи количества радикални видове за отстраняване на замърсители чрез създаване на точки с високо налягане вътре в разтвора по време на кавитационното явление. Чрез комбиниране на електрокоагулация с ултразвукова, поради създаването на нови повърхности на електрода чрез кавитация или микро стрийминг, намаляването на дебелината на разпределителния слой се изостря чрез увеличаване на процентите на трансфер на маса. Соно-електрокоагулацията увеличава количеството на коагулантното образуване в сравнение с електрокоагулацията, а флокулацията се засилва чрез екстремно смесване и окисляване чрез свободно радикално образуване; следователно достигат желаната ефективност е възможно в най-кратки срокове.
(Моради и др., 2021)

Предимствата на Соноелектрохимията и Соноелектрокоагулацията

"Соноелектрохимията е комбинацията от ултразвукова енергия в електрохимична система, която предлага няколко предимства, Включително отстраняване на газови балони на електродната повърхност, дегазация на разтвора, нарушаване на дифузионния слой Nernst, засилване на масовия транспорт на електроактивни видове през двойния слой, и активиране и почистване на електродната повърхност. Тези ползи в електрохимията водят до подобрена ефективност на процеса (електродна и текуща ефективност), повишени електрохимични темпове и добиви, Намалени клетъчни напрежения и електродни свръхпотенциални средства, подобрени електродепозирани материали по отношение на твърдост, качество, порьозност и дебелина, и потискане на електрод фаулиране и дегазация на електродната повърхност." (Foroughi et al., 2021)
Прочетете повече за соно-електрохимичното оборудване и неговите приложения!

Промишлени ултразвукови системи за третиране на утайки в канализацията

Високопроизводителните системи Hielscher Ultrasonics са надежден работен-кон в пречиствателните станции за отпадъчни води и отпадни утайки. Ултразвуковите системи Hielscher доставят ултразвук с висока мощност при 20kHz, което създава интензивна акустична кавитация. Ефектите от ултразвуковото ни лечение с висока мощност включват разрушаване на клетките и разпадане, трансфер с висока маса, дезинфекция, разлагане на полимери, освобождаване на ензими и хомогенизация на утайката. Ултразвуковата обработка с висока интензивност подобрява ефективността на лечението чрез генерирането на оксидативни радикали и чрез увеличаването на местата на ядрото, като осигурява по-добра коагулация и флокулация. Надеждното и непрекъснато генериране на тези интензивни ултразвукови кавитационно сили и неговите ефекти позволяват да се интегрират нашите мощни ултразвукови процесори за различни приложения, за да се подобри енергията- и хранително-прибиране на реколтата от утайки от канализация.

• Ултразвукова разпадане на утайки от канализация
• Ултразвуково засилено анаеробно храносмилане
• Възстановяване на ценни хранителни вещества (фосфор, азот, магнезий, калций, калий и др.)
• Отстраняване на замърсители като тежки метали

Предлагайки ултразвукови процесори с презлетни реактори с различни размери, Hielscher Ultrasonics има идеалните ултразвукови отпадъчни отпадъци и системи за третиране на утайки за вашето съоръжение за утайки в канализацията.
Модулният дизайн позволява простата инсталация на няколко ултразвукови единици паралелно, което прави надеждно и ефективно третиране на всеки обем възможно.
Hielscher високомощни / високопреходни ултразвукови системи повишават ефективността и добива при лечението на биомаса в утайки от канализация.
Всички наши ултразвукови мотори разполагат с почистване на място (CIP).
Подходящ за взискателни процедури: Утайките от канализацията често съдържат влакнести материали с високо съдържание на целулоза, които трудно се разпадат. Ултразвук на Hielscher’ промишлени ултразвукови процесори могат да доставят много високи амплитуди. Амплитудите до 200μm могат лесно непрекъснато да се изпълняват в 24/7 работа. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотродове. Такива високи амплитуди са ефикасен начин за нарушаване на клетъчната структура на целулозите, лигнин и здрави клетъчни стени на други материали. Оптимизираният дизайн на нашите реактори за потокови клетки гарантира идеални модели на потока и равномерното, ефективно ултразвуково третиране на хранените утайки.

Ние работим със системни интегратори и инженери на канализационни утайки

Като производител и системен строител на високопроизводителни ултразвукови модулни единици, Hielscher Ultrasonics работи заедно със системните интегратори. Повечето оператори на пречиствателни станции за отпадъчни води и отпадни утайки работят със системни интегратори, които са добре опитни в проектирането и автоматизацията на такива пречиствателни предприятия. Нашият екип от проектантски инженери и технически инженери препоръчват оптималната ултразвукова конфигурация за целевия обем утайки, предоставят подробни системни информации, CAD чертежи, както и инсталационно обслужване и оперативно обучение. Това дава възможност за конструктивно и ориентирано към целите прилагане на интегрирането на високопроизводителен ултразвук в пречиствателните станции. Моля, свържете се с нас, ако се интересувате от интегрирането на нашите ултразвукови процесори за подобрено лечение с утайки!

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:

Свържете се с нас сега, за да получите повече подробности за Hielscher ултразвукови канализационни утайки пречиствателни системи, възможности за монтаж и техническа информация!