Fosfor on kriitiline ressursivara, mida looduslik varustatus kiiresti väheneb. Sellest tulenevalt kehtestas Saksamaa valitsus dekreediga, et alates 2029. aastast tuleb fosfor suures osas reoveesetetest taaskasutada. Võimsus ultraheli rakendamine avab erinevaid võimalusi fosfori taaskasutamise intensiivistamiseks munitsipaalreovee munitsipaalsetetest.

Reoveesetete puhastusjaamad ja fosfori ringlussevõtt

Fosfor on kriitiline element, mida kasutatakse laialdaselt väetisena ja toorainena peenes keemia- ja farmaatsiatööstuses. Oma kiiresti kahanevate olemasolevate ressursside tõttu on Saksamaa valitsus rakendanud seaduse, millega kõik olmereoveepuhastid peavad kehtestama mõõtmise, et taastada fosfor munitsipaalreoveestetest. Suure jõudlusega ultraheli rakendamine pakub erinevaid ravivõimalusi, mis suurendavad oluliselt fosfori taastamise tõhusust.

Reoveepuhastid kasutavad ultraheli, et parandada muda seedimist ja toitainete, näiteks fosfori taaskasutamist.

Ultraheli reoveesetete lagunemine phorsporuse paremaks taastamiseks

On selgelt näidatud, et reoveesetete kiiritus võimsate ultrahelilainetega parandab biomassi lagunemist reoveesetetes. Arvukad uuringud on näidanud ultrahelijäätmete aktiivmuda töötlemise eeliseid ja Saksamaal töötavad olmereoveepuhastites erinevad tööstuslikud ultrahelisüsteemid.
Reoveesetete substraatide ultraheli eeltöötlusel on anaeroobse seedimise protsesside jaoks mitmeid kasulikke mõjusid. Need eelised hõlmavad osakeste suuruse vähendamist, hüdrolüüsi kiiruse suurendamist ja hüdraulilise säilitusaja lühendamist.
Suure intensiivsusega / madala sagedusega ultrahelilainete tekitatud kavitatsioonilised nihkejõud põhjustavad muda floc morfoloogia lagunemist ja muda mikroobide struktuuri.
Nguyeni uurimisrühm näitas oma uuringutes, et ultraheli kasutamine on väga tõhus biomassi osakeste suuruse vähendamisel, saavutades osakeste keskmise suuruse vähenemise >78,78% proportsionaalselt ultraheli kiirituskiirguse aja ja intensiivsusega. See näitas, et mudaosakesed lagunesid ja mudaosakeste suurus vähenes, tuginedes ultrahelitöötlusaja ja floc-osakeste suuruse pöördsuhtele. Rakendus oli väga tõhus, hoolimata asjaolust, et muda floc vaatlused enne ravi näitasid, et muda flokid olid tihedad ja väga kompaktsed, koosnevad paljudest kompaktsete südamike, rakuklastrite, bakterikolooniate, algloomade ja filamentsete bakterite alamkambritest. Heitvee analüüs näitab, et ultraheli protsess lagunes oluliselt igas suuruses muda flokide struktuurilist terviklikkust. Floci tükid vähendati optimaalsetes ravitingimustes nii vähe kui ≤6,5 μm ja lahustati muda läga pärast 5–10 minutit ultraheliravi madala ultraheli sagedusega 20 kHz." (Nguyen jt, 2015)
Tõhusalt lagunenud reoveesetete, s.t. sonicated muda, näitab oluliselt paranenud eraldamine omadused, mis võimaldab eemaldada fosfori rikas fraktsioonid biomassi ja geelitaoline fraktsioonid samuti vett. Ultraheli kavitatsioon häirib reoveesetete biomassi rakustruktuure ja hõlbustab järgnevat fraktsioneerimist kolmeks fraktsiooniks (i) tselluloosirikastest kiududest, ii) toitainerikkaks geeliks ja iii) kergesti fermenteeritavaks vedelikuks. Neid kolme murdosa mudast saab edasi töödelda, nt fosfori taaskasutamine, raskmetallide eemaldamine jne.

Fosfori ultraheli intensiivistunud märgkemikaali sademed

Ultraheliuur on tuntud tehnika, mida kasutatakse keemias juba pikka aega mineraalide, osakeste ja kristallide siccessful ja tõhusa sademete jaoks. Fosfori taaskasutamiseks reoveesetetest rakendatakse ultrahelitöötlust, et edendada ja kiirendada struviidi sademeid. Struviit (magneesiummomooniumfosfaat) on fosfaatmineraal valemiga NH₄(MgPO)₄· 6H₂ O, mis pakub lihtsat lahendust fosfori eemaldamiseks köidetud kujul jäätmemudast.
Struviidi kristalliseerumise /sademete protsessi ajal ioonide PO₄^3-NH₄⁺ja Mg²⁺ eemaldatakse vedelast faasist struvite sademete tõttu, kuni reaktsioon jõuab tasakaalu.

Sigade heitveest sadestunud struviidi kristallid.
(pilt ja uuring: ©Kim jt 2017)

Kui ultraheliuuringut rakendatakse muda eeltöötlusena enne struvite sademete protsessi, annab ultraheli indutseeritud kavitatsioon molekulaarsel tasandil segamise, pakkudes kristallide kasvuks aktiivset pinda. Rakuväliste ja rakusiseste ainete lahustumiskiiruse suurenemine toob veelgi kasu struvite sademetele, suurendades NH biosaadavust₄⁺ ja PO₄^3- Ioone. Ultrahelitöötlusravi tulemuseks on hõlbustatud massiülekanne läga kaudu, mis on põhjustatud ultraheli kavitatsioonist.
Ultrahelitöötlust saab rakendada ka hüdrotermilise karbonisatsioonilahuse suhtes, kus fosforit taaskasutatakse hüdrotermilise karbonisatsioonilahuse struviidina ultraheli abil ekstraheerimise ja sademete kaudu.
Loe lähemalt suuremahuliste struvite sademete kohta fosfori taaskasutamiseks reoveesetetest!

Sono-Fenton fosfori vabanemiseks reoveesetetest

Gong jt (2015) uuring näitas kombineeritud ultraheli-Fentoni (tuntud ka kui sono-Fenton) reoveesetete lagunemise eeltöötluse tõhusust. Ultraheli-Fentoni ravi rakendamine suurendas oluliselt süsiniku, lämmastiku ja fosfori vabanemist. Sono-Fentoni töötlemine suurendas kogu lämmastikku (N) ja fosforit (P) vastavalt 1,7- ja 2,2 korda võrreldes ainult Fentoni raviga. Pärast sono-Fentoni töötlemist näitas muda oluliselt peenemat osakeste suurust ja lõdvemat mikrostruktuuri, mis põhines skaneerimisel elektronmikroskoopial. Kasutades elektroni spinni resonantsi, suurenes kõrgeim OH• signaali intensiivsus Fentoni ravilt 568,7-lt 1106,3-ni pärast sono-Fentoni ravi. See näitas, et sono-Fentoni töötlemine põhjustab muda lagunemist ja parandab oluliselt orgaanilise süsiniku, lämmastiku ja fosfori vabanemist.

Ultraheli intensiivistunud mikroobsed kütuseelemendid

Reoveesetete ultraheli eeltöötlus soodustab erinevate orgaaniliste ühendite lahustumist mudamaatriksist, mis seejärel kiirendab mikroobset elektrohüdrogeneesi.
Rohkem ja Ghangrekar (2010) aitavad kaasa ultrahelitöötluse eeltöötluse kasulikule mõjule mikroobsetele kütuseelementidele täiustatud ensümaatilisele tegevusele ning rakuväliste valkude, polüsahhariidide ja ensüümide kättesaadavusele, mis vabanevad muda flokite sisemistest kihtidest välimistele kihtidele ultraheli sonoborsatsiooni ja rakkude katkemise tõttu, mille tulemuseks on parem substraadi kasutamise efektiivsus. Mikroobsete kütuseelementide elektrienergia kogumise parandamiseks on vaja parandada bakterite elektronide ülekandevõimet rakuvälisele tahkele ainele. See rakuväline elektronide ülekanne võib toimuda kas otseses kontaktis rakupinna ja tahke pinna vahel või kaudselt nn eksogeensete ja endogeensete vahendajate kaudu. Otsese elektronide ülekandeks bakterite ja elektroodi pinna vahel peaks elektron jõudma raku välismembraani. See nähtus võis tekkida inokulaarile antud ultraheli eeltöötluse tõttu, kui konkreetne tarnitud energia oli piisav; seega, soodustades suuremat coulombide efektiivsust.
Ultraheli intensiivistunud mikroobse elektrolüüsi protsessi saab kombineerida järgnevate käärimisprotsessidega muda töötlemiseks.

Sono-elektrokeemiline reoveesetete töötlemine

Elektrokoagulatsioon on lihtne protsess, mida saab kergesti rakendada reoveele ja võimaldab suurte koguste töötlemist tõhusalt ja kulutõhusalt. Ultraheli aitab ületada elektrokoagulatsiooniprotsesside peamist puudust, takistades elektroodidest passivate kihtide moodustumist. Passiivsed kiled, mis moodustuvad elektroodi pinnal aja jooksul, vähendavad oluliselt elektrokoagulatsioonisüsteemide efektiivsust ja ultraheli on lihtne meetod nende passivateerivate kihtide pidevaks eemaldamiseks töötamise ajal, samal ajal kui ultrahelitöötlus suurendab elektrokoagulatsioonisüsteemide käivet. Ultraheli lained lagundavad elektroodi pinnal moodustunud setteid ja tekitavad suures koguses radikaalseid liike saasteainete eemaldamiseks, luues kavitatsiooni nähtuse ajal lahuse sees kõrgsurvepunkte. Kombineerides elektrokoagulatsiooni ultraheliga, kuna elektroodil on kavitatsiooni või mikro-voogesituse teel uued pinnad, süvendab jaotuskihi paksuse vähenemist massiedastuskiiruste suurenemine. Sonoelektrokoagulatsioon suurendab koagulandi moodustumise kogust võrreldes elektrokoagulatsiooniga ja flokulatsiooni suurendab äärmuslik segamine ja oksüdatsioon vabade radikaalide moodustumisega; seetõttu saavutage soovitud tõhusus on 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, lahuste degaseerimine, Nernsti difusioonikihi katkemine, elektroaktiivsete liikide massitranspordi suurendamine kahekihi kaudu ning elektroodipinna aktiveerimine ja puhastamine. Need elektrokeemia eelised toovad kaasa protsessi tõhususe paranemise (elektroodid ja vooluefektiivsus), suurenenud elektrokeemiliste määrade ja saagikuse, rakupingete ja elektroodide ülepopotentsete ainete vähenemise, täiustatud elektrodepositedeeritud materjalide kõvaduse, kvaliteedi, poorsuse ja paksuse osas ning elektroodide saastumist ja degaseerimise pärssimist elektroodi pinnal. (Foroughi jt, 2021)
Loe lähemalt sonoelektrokeemilistest seadmetest ja selle rakendustest!

Tööstuslikud ultrahelisüsteemid reoveesetete töötlemiseks

Hielscheri ultraheli suure jõudlusega süsteemid on usaldusväärne tööhobune reovee- ja reoveesetete puhastusjaamades. Hielscheri ultraheli süsteemid pakuvad suure võimsusega ultraheli 20kHz 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 homogeniseerumist. Suure intensiivsusega ultrahelitöötlus parandab ravi efektiivsust oksüdatiivsete radikaalide genereerimise ja tuumade suurenemise kaudu, tagades parema hüübimise ja flokulatsiooni. Nende intensiivsete ultraheli kavitatsioonijõudude usaldusväärne ja pidev genereerimine ja selle mõju võimaldavad integreerida meie võimsaid ultraheliprotsessoreid erinevateks rakendusteks, et parandada reoveesetete energia- ja toitainete kogust.

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

Pakkudes ultraheliprotsessoreid erineva suurusega läbivoolu reaktoritega, on Hielscheri ultrahelil teie reoveesetete rajatise jaoks ideaalsed ultrahelijäätmete waster ja mudapuhastussüsteemid.
Modulaarne disain võimaldab paralleelselt mitme ultraheliühiku lihtsat osamakset, mis muudab võimalikuks mis tahes mahu usaldusväärse ja tõhusa ravi.
Hielscheri suure võimsusega / suure läbilaskevõimega ultrahelisüsteemid suurendavad biomassi töötlemise tõhusust ja saagikust reoveesetetes.
Kõigil meie ultraheliatoritel on puhastamine -in-place (CIP).
Sobib nõudlikeks hoolitsusteks: Reoveesteed sisaldavad sageli kõrge tselluloosisisaldusega kiulisi materjale, mida on raske lagundada. Hielscheri ultraheli’ tööstuslikud ultraheliprotsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi. Kuni 200 μm amplituudi saab 24/7 töös kergesti pidevalt käivitada. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Sellised suured amplituudid on tõhus viis teiste materjalide tsellulooside, ligniini ja tugevate rakuseinte rakustruktuuri häirimiseks. Meie vooluraku reaktorite optimeeritud disain tagab ideaalsed voolumustrid ja toidetud muda ühtlase ja tõhusa ultraheliravi.

Teeme koostööd reoveesetete jaamade süsteemiintegraatorite ja inseneridega

Suure jõudlusega ultraheli moodulseadmete tootja ja süsteemiehitajana töötab Hielscheri ultraheli koos süsteemiintegraatoritega. Enamik reovee- ja reoveesetetepuhastite käitajaid töötab süsteemiintegraatoritega, mis on selliste puhastusjaamade projekteerimisel ja automatiseerimisel hästi kogenud. Meie disainiinseneride ja tehniliste inseneride meeskond soovitab optimaalset ultraheli konfiguratsiooni sihitud muda mahu jaoks, pakkuda üksikasjalikku süsteemiteavet, CAD-jooniseid, paigaldusteenust ja operatiivkoolitust. See võimaldab konstruktiivset ja eesmärgipärast rakendamist suure jõudlusega ultraheli integreerimisel reoveepuhastitesse. Palun võtke meiega ühendust, kui olete huvitatud meie ultraheliprotsessorite integreerimisest parema mudaravi jaoks!

Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest:

Võtke meiega ühendust, et saada rohkem teavet Hielscheri ultraheli reoveesetete puhastussüsteemide, paigaldusvõimaluste ja tehnilise teabe kohta!