Erinevad lahendused fosfori taaskasutamiseks olmereoveesetetest

Fosfor on kriitilise tähtsusega maavara, mille looduslik varustatus väheneb kiiresti. Sellest tulenevalt kehtestas Saksamaa valitsus dekreediga, et alates 2029. aastast tuleb fosfor suures osas reoveesetetest taaskasutada. Võimsuse ultraheli rakendamine avab erinevaid võimalusi, et intensiivistada fosfori taastumist munitsipaalreoveesetetest.

Reoveesetete puhastid ja fosfori ringlussevõtt

Fosfor on kriitiline element, mida kasutatakse laialdaselt väetisena ja toorainena peenes keemia- ja farmaatsiatööstuses. Olemasolevate ressursside kiire vähenemise tõttu on Saksamaa valitsus rakendanud seaduse, mille kohaselt peavad kõik asulareoveepuhastid kehtestama mõõtmised fosfori taaskasutamiseks munitsipaalreoveesetetest. Suure jõudlusega ultraheli rakendamine pakub erinevaid ravivõimalusi, mis suurendavad oluliselt fosfori taaskasutamise efektiivsust.

Reoveejaamad kasutavad ultraheli, et parandada muda lagundamist ja toitainete, näiteks fosfori taaskasutamist.

Ultraheli reoveesetete lagunemine Phorsporuse taastumise parandamiseks

On selgelt näidatud, et reoveesetete kiiritamine võimsate ultrahelilainetega parandab biomassi lagunemist reoveesetetes. Paljud uuringud on näidanud ultrahelijäätmete aktiivmuda töötlemise eeliseid ja mitmesuguseid tööstuslikke ultrahelisüsteeme, mis töötavad Saksamaa asulareoveepuhastites.
Substraatide ultraheli eeltöötlusel reoveesetetes on mitmeid kasulikke mõjusid anaeroobsetele kääritamisprotsessidele. Need eelised hõlmavad osakeste suuruse vähendamist, hüdrolüüsi kiiruse suurendamist ja hüdraulilise retentsiooniaja lühendamist.
Suure intensiivsusega / madala sagedusega ultraheli lainete tekitatud kavitatsioonilised nihkejõud põhjustavad muda floki morfoloogia ja muda mikroobse struktuuri lagunemist.
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)
Tõhusalt lagunenud reoveesete, st ultraheliga töödeldud muda, näitab oluliselt paremaid eraldusomadusi, mis võimaldavad eemaldada fosforirikkaid fraktsioone biomassist ja geelitaolistest fraktsioonidest ning veest. Ultraheli kavitatsioon häirib reoveesetete biomassi rakustruktuure ja hõlbustab järgnevat fraktsioneerimist kolmeks fraktsiooniks (i) tselluloosirikkad kiud, (ii) toitainerikas geel ja (iii) vedelik, mis on kergesti fermenteeritav. Neid kolme mudafraktsiooni saab edasi töödelda, nt fosfori taaskasutamine, raskmetallide eemaldamine jne.

Fosfori ultraheli intensiivne märg-keemiline sadestumine

Ultraheli on tuntud tehnika, mida keemias kasutatakse pikka aega mineraalide, osakeste ja kristallide sakiliseks ja tõhusaks sadestamiseks. Fosforisette taaskasutamiseks reoveesetetest rakendatakse ultrahelitöötlust, et edendada ja kiirendada struviidi sadestumist. Struviit (magneesiumammooniumfosfaat) on fosfaatmineraal valemiga NH₄MgPO₄·6H₂ O, mis pakub lihtsat lahendust seotud fosfori eemaldamiseks jäätmesetetest.
Struviidi kristalliseerumise / sadestumise protsessi käigus ioonid PO₄^3-NH₄⁺ja Mg²⁺ eemaldatakse vedelast faasist struviidi sadestumise tõttu, kuni reaktsioon saavutab tasakaalu.

Struviidi kristallid, mis on sadestunud sigade väljaheidetest.
(pilt ja uuring: ©Kim et al. 2017)

Kui ultraheliuuringut rakendatakse muda eeltöötlusena enne struviitide sadestamise protsessi, annab ultraheli indutseeritud kavitatsioon molekulaarsel tasandil segamise, pakkudes aktiivset pinda kristallide kasvuks. Ekstratsellulaarsete ja rakusiseste ainete lahustumiskiiruse suurenemine soodustab veelgi struviidi sadestumist, suurendades NH biosaadavust₄⁺ ja PO₄^3- Ioone. Ultrahelitöötluse tulemuseks on hõlbustatud massiülekanne läbi läga, mis on põhjustatud ultraheli kavitatsioonist.
Sonikatsiooni võib rakendada ka hüdrotermilise karboniseerimise vedelikule, kus fosforit taaskasutatakse hüdrotermilise karboniseerimise vedeliku struviidina ultraheli abil ekstraheerimise ja sadestamise teel.
Loe lähemalt suuremahuliste struviitide sademete kohta reoveesetetest fosfori taaskasutamiseks!

Sono-Fenton fosfori eraldumiseks reoveesetetest

Gongi jt (2015) uuring näitas reoveesette lagunemise kombineeritud ultraheli-Fentoni (tuntud ka kui sono-Fenton) eeltöötluse efektiivsust. Ultraheli-Fenton-ravi rakendamine suurendas oluliselt süsiniku, lämmastiku ja fosfori vabanemist. Sono-Fenton'i töötlemine suurendas üldlämmastikku (N) ja fosforit (P) vastavalt 1,7- ja 2,2-kordselt, võrreldes ainult Fenton-raviga. Pärast sono-Fentoni töötlust näitas muda skaneeriva elektronmikroskoopia põhjal oluliselt peenemat osakeste suurust ja lõdvemat mikrostruktuuri. Kasutades elektronide spin-resonantsi, suurenes kõrgeim OH• signaali intensiivsus 568,7-lt Fenton-ravi abil 1106,3-ni pärast sono-Fenton-ravi. See näitas, et sono-Fentoni töötlemine põhjustab muda lagunemist ja parandab oluliselt orgaanilise süsiniku, lämmastiku ja fosfori vabanemist.

Ultraheli intensiivistunud mikroobsed kütuseelemendid

Reoveesette ultraheli eeltöötlus soodustab erinevate orgaaniliste ühendite lahustumist muda maatriksist, mis seejärel kiirendab mikroobide elektrohüdrogeneesi.
More ja Ghangrekar (2010) aitavad kaasa ultrahelitöötluse eeltöötluse kasulikule mõjule mikroobsetele kütuseelementidele, et suurendada ensümaatilist aktiivsust ja rakuväliste valkude, polüsahhariidide ja ensüümide kättesaadavust, mis vabanevad muda sisemistest kihtidest välimistesse kihtidesse ultraheli sonoporatsiooni ja rakkude katkemise teel, mille tulemuseks on parem substraadi kasutamise efektiivsus. Mikroobsetest kütuseelementidest saadava elektri kogumise parandamiseks on vaja parandada bakterite elektronide ülekandevõimet rakuvälisele tahkele ainele. See rakuväline elektronide ülekanne võib toimuda kas otseses kokkupuutes rakupinna ja tahke pinna vahel või kaudselt nn eksogeensete ja endogeensete vahendajate kaudu. Elektronide otseseks ülekandmiseks bakterite ja elektroodipinna vahel peaks elektron jõudma raku välismembraani. See nähtus võis tekkida inokulaadile antud ultraheli eeltöötluse tõttu, kui spetsiifiline tarnitud energia oli piisav; seega, eelistades kõrgemat Coulombici efektiivsust.
Ultraheli intensiivistunud mikroobse elektrolüüsi protsessi võib kombineerida järgnevate fermentatsiooniprotsessidega muda töötlemiseks.

Sono-elektrokeemiline reoveesetete töötlemine

Elektrokoagulatsioon on lihtne protsess, mida saab reoveele hõlpsasti rakendada ja mis võimaldab suurte koguste tõhusat ja kulutõhusat töötlemist. Ultraheli aitab ületada elektrokoagulatsiooniprotsesside peamist puudust, takistades elektroodidest passiivsete kihtide moodustumist. Aja jooksul elektroodipinnale moodustuvad passiivsed kiled vähendavad drastiliselt elektrokoagulatsioonisüsteemide efektiivsust ja ultraheli on facile meetod nende passiivsete kihtide pidevaks eemaldamiseks töötamise ajal, samal ajal kui ultrahelitöötlus suurendab elektrokoagulatsioonisüsteemide käivet. Ultraheli lained, mis lagundavad elektroodipinnal moodustunud setteid ja tekitavad saasteainete eemaldamiseks suures koguses radikaalseid liike, luues kavitatsiooninähtuse ajal lahuse sees kõrgsurvepunkte. Kombineerides elektrokoagulatsiooni ultraheliga, mis on tingitud uute pindade loomisest elektroodile kavitatsiooni või mikrovoogesituse teel, süvendab jaotuskihi paksuse vähenemist massiülekandekiiruste suurenemine. Sono-elektrokoagulatsioon suurendab koagulandi moodustumise hulka võrreldes elektrokoagulatsiooniga ja flokulatsiooni suurendab äärmuslik segamine ja oksüdatsioon vabade radikaalide moodustumise teel; Seetõttu on soovitud efektiivsuse saavutamine võimalik võimalikult lühikese aja jooksul.
(Moradi jt, 2021)

Sonoelektrokeemia ja sonoelektrokoagulatsiooni eelised

"Sonoelektrokeemia on ultraheli energia kombinatsioon elektrokeemilises süsteemis, mis pakub mitmeid eeliseid, sealhulgas gaasimullide eemaldamine elektroodi pinnal, lahuse degaseerimine, Nernsti difusioonikihi häirimine, elektroaktiivsete liikide massitranspordi suurendamine läbi kahekihilise ning elektroodipinna aktiveerimine ja puhastamine. Need elektrokeemia eelised toovad kaasa parema protsessi tõhususe (elektroodide ja voolutugevuste), suurenenud elektrokeemilised kiirused ja saagised, vähenenud rakupinged ja elektroodide ülepotentsiaalid, paremad elektrodeponeeritud materjalid kõvaduse, kvaliteedi, poorsuse ja paksuse osas ning elektroodide saastumise ja degaseerimise pärssimise elektroodi pinnal. (Foroughi et al., 2021)
Loe lähemalt sono-elektrokeemiliste seadmete ja nende rakenduste kohta!

Tööstuslikud ultraheli süsteemid reoveesetete töötlemiseks

Hielscher Ultrasonics suure jõudlusega süsteemid on usaldusväärne tööhobune reovee- ja reoveesetete puhastusjaamades. Hielscheri ultraheli süsteemid pakuvad suure võimsusega ultraheli 20 kHz juures, mis loob intensiivse akustilise kavitatsiooni. Meie suure võimsusega ultraheliravi mõju hõlmab rakkude katkemist ja lagunemist, suurt massiülekannet, desinfitseerimist, polümeeride lagunemist, ensüümide vabanemist ja muda homogeniseerimist. Kõrge intensiivsusega ultrahelitöötlus parandab ravi efektiivsust oksüdatiivsete radikaalide genereerimise ja nukleatsioonikohtade suurenemise kaudu, tagades parema koagulatsiooni ja flokulatsiooni. Nende intensiivsete ultraheli kavitatsioonijõudude usaldusväärne ja pidev genereerimine ja selle mõju võimaldavad integreerida meie võimsaid ultraheli protsessoreid erinevate rakenduste jaoks, et parandada reoveesetete energia- ja toitainete saaki.

• Reoveesetete ultraheli lagunemine
• Ultraheli intensiivistunud anaeroobne seedimine
• Väärtuslike toitainete (fosfor, lämmastik, magneesium, kaltsium, kaalium jne) taaskasutamine
• Saasteainete, näiteks raskmetallide eemaldamine

Pakkudes ultraheli protsessoreid läbivoolureaktoritega erineva suurusega, on Hielscher Ultrasonicsil ideaalne ultraheli jäätmete raiskaja ja muda töötlemise süsteemid teie reoveesetete rajatise jaoks.
Modulaarne konstruktsioon võimaldab mitme ultraheli ühiku lihtsat paigaldamist paralleelselt, mis võimaldab mis tahes mahu usaldusväärset ja tõhusat töötlemist.
Hielscheri suure võimsusega / suure läbilaskevõimega ultraheli süsteemid suurendavad reoveesetete biomassi töötlemise tõhusust ja saagikust.
Kõik meie ultrasonikaatorid on kohapeal puhastamine (CIP).
Sobib nõudlikuks töötlemiseks: Reoveesetted sisaldavad sageli suure tselluloosisisaldusega kiudmaterjale, mida on raske lagundada. Hielscheri ultraheli’ Tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Sellised suured amplituudid on tõhus viis tsellulooside, ligniini ja teiste materjalide tugevate rakuseinte rakustruktuuri häirimiseks. Meie voolurakureaktorite optimeeritud disain tagab ideaalsed voolumustrid ja etteantud muda ühtlase ja tõhusa ultrahelitöötluse.

Teeme koostööd süsteemiintegraatorite ja reoveesetete tehaste inseneridega

Suure jõudlusega ultraheli modulaarsete üksuste tootja ja süsteemiehitajana töötab Hielscher Ultrasonics koos süsteemi integraatoritega. Enamik reovee- ja reoveesettepuhastite käitajaid töötab süsteemiintegraatoritega, kellel on selliste puhastusjaamade projekteerimisel ja automatiseerimisel head kogemused. Meie projekteerimisinseneride ja tehniliste inseneride meeskond soovitab optimaalset ultraheli konfiguratsiooni sihitud muda mahu jaoks, pakub üksikasjalikku süsteemiteavet, CAD-jooniseid, samuti paigaldusteenust ja operatiivkoolitust. See võimaldab konstruktiivset ja eesmärgipärast rakendamist suure jõudlusega ultraheli integreerimisel reoveepuhastitesse. Palun võtke meiega ühendust, kui olete huvitatud meie ultraheli protsessorite integreerimisest muda paremaks töötlemiseks!

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Võtke meiega nüüd ühendust, et saada lisateavet Hielscheri ultraheli reoveesetete töötlemise süsteemide, paigaldusvõimaluste ja tehnilise teabe kohta!