Ultraheliravi aeroobse reovee aktiivsete setete lagundamiseks
Suure võimsusega ultraheli lagundab jäätmeaktiivset muda (WAS) enne aeroobset lagundamist või selle käigus. Akustiline kavitatsioon purustab mudaflokid, lõhub rakuvälised polümeersed ained ja avab mikroobirakud. See muudab varem kaitstud orgaanilise aine aeroobsele lagundajale kättesaadavamaks.
Aeroobse protsessi puhul ei ole eesmärgiks biogaasi tootmise suurendamine. Metaani tootmise suurendamine on oluline anaeroobse lagundamise puhul. Aeroobses lagundamisreaktoris on olulised tulemusnäitajad lenduvate kuivainete lagundamine, hapnikutarbimine, lagundamisaeg, jääkkuivainete sisaldus, veetustatavus ja kogukäitamiskulud.
Hielscheri tööstuslikud ultrahelikatseadmed integreeritakse pumbaga varustatud WAS-liini või lagundusreaktori ringlusringi. Ultrahelilised voolukambriga reaktorid suunavad töötlemise kindlale muda voolule ja võimaldavad protsessi jälgida võimsuse, voolu, tahkete ainete kontsentratsiooni, rõhu ja temperatuuri alusel. Tulemuseks on kompaktne moderniseerimislahendus, mis võimaldab lisada muda ultrahelilist lagundamist ilma olemasolevat aeroobset kääritit asendamata.
Hielscheri tööstuslik ultraheli-inline-voo-skid paksendatud WAS-i töötlemiseks
Miks on reaktiivset muda raske lagundada?
Aktiivmuda jäägid on aktiivmuda reoveepuhastusprotsessist eemaldatud ülemäärased bioloogilised tahked osakesed. Need sisaldavad mikroorganisme, rakuväliseid polümeerseid aineid (EPS), sidunud orgaanilist ainet ja inerteid tahkeid osakesi.
Teises settesettijas jaguneb settunud aktiivsete muda kahte voolu:
- Aktiivmuda (RAS) suunatakse tagasi õhutamisbasseini, et säilitada vajalik biomassikontsentratsioon.
- Jäätmetest saadud aktiivmuda (WAS) eemaldatakse vedelate jäätmete puhastamisprotsessist ja suunatakse paksendamisele, stabiliseerimisele, kääritamisele või veetustamisele.
WAS sisaldab suures osas mikroobide rakumaterjali. Suur osa selle biolagunevast orgaanilisest sisust on ümbritsetud rakuseintega või seotud tihedate mudahelveste sisse. See füüsiline kaitse aeglustab rakkude loomulikku lagunemist ja hüdrolüüsi.
Aeroobse lagundamise käigus lisatakse hapnikku, samas kui uut toitu on vähe. Mikroorganismid hakkavad endogeenselt hingama ning tarbivad varutud aineid, surnud rakke ja muid biolagunevaid muda komponente. Selle eesmärk on muda stabiliseerimine, lõhna tekkimise võimaluse vähendamine ning veetustatavate ja kõrvaldatavate lenduvate tahkete ainete koguse vähendamine.
Lagunemiskiirust piirab sageli juurdepääs substraadile. Lagunduskambris võivad küll olla aktiivsed mikroorganismid ja piisav viibeaeg, kuid tervete rakkude ja tihedate flokkide sees olev orgaaniline aine jääb siiski raskesti kättesaadavaks.
Töötlemata flokkide võrdlus ultraheliga töödeldud reoveesettiga: ultraheli mõjul vähenevad flokid märkimisväärselt.
Uuring ja pildid: ©Chu jt. 2001
Kuidas ultrahelikavitatsoon avab WAS-i aeroobseks lagundamiseks
Hielscheri tööstuslikud ultrahelikiirgurid töötavad sagedusel 20 kHz ja tekitavad vedelikes ja suspensioonides intensiivset akustilist kavitatsiooni. Kavitatsioonimullid tekivad, kasvavad ja lagunevad muda sees. Nende lagunemine tekitab tugevaid kohalikke nihkejõude, mis mõjutavad otseselt flokke, EPS-i ja mikroobirakke.
Ultraheliravi põhjustab WAS-is kolm olulist muutust:
Floki lagunemine
Kavitatsioon lagundab mudaagregateid ja paljastab pinnad, mis olid varem rakuväliste polümeersete ainete (EPS) poolt ümbritsetud. Töödeldud muda sisaldab väiksemaid osakesi ja selle kättesaadav pindala on suurem.
EPS ja rakkude purustamine
Ultraheli abil toimuv lagunemine suurendab olmejäätmete aktiivsete muda aeroobset biolagunevust, lagundades tugevaid mudaflokke ja vabastades nendes kinnijäänud orgaanilist ainet. Ultraheli kavitatsioon purustab rakumembraane ja rakuseinu. Valgud ja süsivesikud ning muud rakusiseseid ühendid liiguvad vedelasse faasi.
Suurenenud biosaadavus
Aeroobsed mikroorganismid suudavad lahustuvat ja peeneks jaotunud orgaanilist ainet kergemini lagundada kui terved mikroobirakud ja tihedad flokid. Seetõttu teostab ultraheli osa lüüsi- ja hüdrolüüsiprotsessist mehaaniliselt enne bioloogilist oksüdatsioonietappi.
Ultrahelitöötlemine on suunatud reoveesetete paksule kaitsvale maatriksile, et muuta mikroobne lagundamine palju kiiremaks ja tõhusamaks. Seda väljendub tavaliselt lahustuva keemilise hapnikutarbimise (SCOD) suurenemisena.
Tööstuslik ultrahelivoolureaktor WAS-i lagundamise tõhustamiseks
Ultrahelitöötluse eelised aeroobsetes lagundusjaamades
Reaktsioon sõltub muda koostisest ja ultraheli doosist. Kui ultraheli kasutamine suurendab aeroobset biolagunevust, võib reoveepuhastusjaam saavutada järgmist:
- Suurem lenduvate ainete hävimine praeguse lagundamisaja jooksul
- Võrreldav muda stabiliseerimine lühema viibeaegaga
- Väiksem kuivainete jääktoodang
- Olemasolevast aeroobsest biogaasireaktorist saadav täiendav tootmisvõimsus
- Biolagunevate jäätmete veose ja kõrvaldamise mahu vähenemine
- Protsessi stabiilsuse paranemine suure tahkete ainete sisalduse perioodidel
- Niitjate organismide parem kontroll flokide ja rakkude purustamise kaudu
Hielscheri sisseehitatud ultrahelikatseadmed lihtsaks järelpaigaldamiseks
Täismahus on kontsentreeritud muda voolu ultraheliga töötlemine üldjuhul tõhusam kui kogu aeroobse kääritusreaktori mahu töötlemine. Hielscheri ultraheli voolukambriga reaktorid toetavad kahte praktilist konfiguratsiooni.
WAS-toitekaabli eeltöötlus
Ultraheli süsteem paigaldatakse pärast WAS-i paksendamist ja enne aeroobset kääritit:
Paksendatud WAS → toitepump → Hielscheri ultraheli voolukamber → aeroobne kääritusreaktor
See seadistus võtab arvesse kindlaksmääratud kuivainete massivoolu ja pakub selget alust konkreetse ultrahelienergia sisendi reguleerimiseks.
Vooluskeem: paksendatud WAS → toitepump → Hielscheri tööstuslik inline-ultrahelikompressor UIP6000hdT → aeroobne kääritusreaktor
Biogaasireaktori ringlus või kõrvalvoolu töötlemine
Kontrollitud kogus muda pumbatakse kääritusmahutist või muda torust läbi ultraheliseadme ja suunatakse tagasi protsessi. Selline konfiguratsioon on kasulik juhul, kui olemasolevat toitetoru on raske ümber ehitada või kui tuleb töödelda vaid valitud osa mudast.
Mõlemat süsteemi on võimalik paigaldada kompaktse moodulina, mis sisaldab pumpa, ultraheli-voolumõõturit, sulgventiile, hooldusümbersuunda, rõhu- ja temperatuuriandureid, proovivõtupunkte ning protsessijuhtimissüsteeme. Olemasolev kääritamisnõu jääb muutmata.
Seetõttu sobib ultraheliravi eriti hästi olemasolevate reoveepuhastite moderniseerimiseks. Ultraheliseadme saab paigaldada pumbajaotusse, seda saab kasutada iseseisvalt ning kontrollimise või hoolduse ajal saab selle voolust kõrvale suunata.
Parandage aeroobse muda lagunemist võimsate ultrahelide abil!
Hielscheri tööstuslikud ultrahelikatseadmed pakuvad kompaktse ja skaleeritava lahenduse suure võimsusega ultraheli integreerimiseks olemasolevasse WAS-puhastusliini. Inline-voolukambri töötlemine suunab ultrahelienergia otse muda voolule, võimaldab doosi korratavat reguleerimist ning on konstrueeritud töötama usaldusväärselt ööpäevaringselt rasketes töötingimustes.
Disain, tootmine ja nõustamine – Kvaliteet Valmistatud Saksamaal
Hielscheri ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeimate kvaliteedi- ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrasonikaatorid saavad kergesti käsitseda karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad.
Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, millel on tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkus. Loomulikult on Hielscheri ultrasonikaatorid CE-nõuetele vastavad ja vastavad UL, CSA ja RoHs nõuetele.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.
Korduma kippuvad küsimused
Kas ultraheliravi suurendab biogaasi tootmist aeroobses biogaasireaktoris?
Ei. Metaani või biogaasi saagise suurenemine on anaeroobse lagundamise eelis. Aeroobse lagundamise puhul tuleks ultraheliravi mõju hinnata lähtuvalt orgaanilise aine (VS) lagunemisest, hapnikutarbimisest, lagundamisaegast, jääkkuivainest, veetustamise võimalusest ja kogukuludest.
Kuhu on ultraheli süsteem paigaldatud?
Süsteem paigaldatakse tavaliselt voolu sisse pärast WAS-tihendamist ja enne aeroobset lagundajat. See võib töötada ka kontrollitud kõrvalvoolus või lagundaja ringlusringis. Hooldusümbersõit võimaldab muda edasitoimetamist jätkata hooldustööde ajal.
Miks kasutada 20 kHz tööstuslikku ultraheli seadet?
Madalsageduslik ja suure võimsusega ultraheli tekitab tugevat kavitatsiooni ja mehaanilist lõikumist. See on tõhus meetod mudaflokkide lagundamiseks, EPS-i struktuuri lõhkumiseks ja mikroobirakkude avamiseks vedel-tahke aine voogudes.
Kas Hielscheri ultraheliseadet saab kasutada pidevalt?
Jah. Hielscheri tööstuslikud hdT-ultraheliseadmed on mõeldud pidevaks ja intensiivseks tööks ning tuntud oma vastupidavuse poolest. Voolukambriga reaktorid võimaldavad kontrollitud inline- või ringlusprotsessi, samas kui automaatne andmete salvestamine toetab protsessi jälgimist ja korratavust.
Milliseid andmeid on vaja ultrahelil põhineva mudaeemaldussüsteemi mõõtmete määramiseks?
Peamised sisendparameetrid on WAS-voog, TS- ja VS-kontsentratsioon, muda viskoossus, sihtväärtusena seatud erienergia, nõutav puhastustulemus, töötundide arv ja kättesaadav rõhk. Enne täismõõtmelise süsteemi projekteerimist on soovitatav läbi viia katseprojekt, et määrata kindlaks sobiv annus.
Kas ultraheli kasutamine parandab muda veetustamist?
Tulemus sõltub muda omadustest ja annusest. Mõõdukas töötlemine võib parandada tahkete ainete töötlemist, samas kui liigne lagundamine võib tekitada peeneid osakesi ja lahustuvaid polümeere, mis halvendavad tahkete ainete kogumist või koogistumist. Seetõttu on veetustamise katsed protsessi optimeerimise oluline osa.
Mida ütlevad teaduslikud uuringud ultraheli-WAS-digestiooni kohta?
Laboratoorsed uuringud toetavad ultraheli kasutamist WAS-i kättesaadavuse ja aeroobse biolagunevuse parandamiseks.
Uuringus, milles uuriti aeroobse lagundamise eelset kombineeritud leelise- ja ultraheliefetöötlust, oli orgaanilise aine lagunemine sama lagundamisaja jooksul töötlemata muda puhul 38,0% ja ultraheliefetöödeldud muda puhul 42,5%. Kombineeritud leelise- ja ultraheliefetöötlus suurendas lagunemist 50,7%ni. Tulemus näitab, et ultraheli üksi võib parandada aeroobset lagunemist, kuid samas näitab see ka, et saavutatav paranemine sõltub eeltöötlusstrateegiast ja muda omadustest. (vt Jin jt, 2009)
Teises uuringus, mis käsitles omavalitsuste reoveepuhastusjaamu, täheldati pärast ultraheliga toetatud bakteriaalset lagundamist muda lahustuvuse ja aeroobse biolagunevuse suurenemist. Eeltöödeldud muda biolagunemis- või lagunemiskiirus oli suurem kui töötlemata kontrollproovi puhul. (vt Kavitha jt 2016)
Kas ultrahelitöötlus toetab muid muda töötlemisprotsesse?
Jah. Ultrahelitöötlus toetab mitmeid muda töötlemise protsesse, lagundades flokke, EPS-i ja mikroobirakke:
Anaeroobne lagundamine / biogaasi tootmine: kiirendab hüdrolüüsi, suurendab lahustuvat keemilist hapnikutarbimist (COD) ning võib parandada orgaanilise aine lagunemist ja metaani saagist.
Fosfori taaskasutamine: vabastab rakkudega seotud ja orgaanilise fosfori vedelasse faasi, parandades selle kättesaadavust edasiseks struviidi või vivianiidi sadestumiseks; ultraheli võib samuti tõhustada fosfori leostumist reoveesetest.
Kirjandus / Viited
- Jin Y., Li H., Mahar R.B., Wang Z., Nie Y. (2009): Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion. Journal of Environmental Science 2009;21(3):279-284.
- Kavitha S., Jessin Brindha G.M., Sally Gloriana A., Rajashankar K., Yeom I.T., Rajesh Banu J. (2016): Enhancement of aerobic biodegradability potential of municipal waste activated sludge by ultrasonic aided bacterial disintegration. Bioresource Technology 2016 Jan;200:161-169.
- C. M. Braguglia, G. Mininni, A. Gianico (2008): Is sonication effective to improve biogas production and solids reduction in excess sludge digestion? Water Science Technology 1 March 2008; 57 (4): 479–483.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.