راه حل های مختلف برای بازیافت فسفر از لجن فاضلاب شهری

فسفر یک ماده معدنی حیاتی است که عرضه طبیعی آن به سرعت در حال کاهش است. در نتیجه، دولت آلمان با فرمانی تصویب کرد که از سال 2029 فسفر باید تا حد زیادی از لجن فاضلاب بازیابی شود. اجرای سونوگرافی قدرت گزینه های مختلفی را برای تشدید بازیابی فسفر از لجن فاضلاب شهری باز می کند.

تصفیه خانه های لجن فاضلاب و بازیافت فسفر

فسفر یک عنصر حیاتی است که به طور گسترده ای به عنوان کود و ماده اولیه در صنایع شیمیایی و دارویی خوب استفاده می شود. دولت آلمان با توجه به کاهش سریع منابع موجود، قانونی را اجرا کرده است که به موجب آن تمام تصفیه خانه های فاضلاب شهری باید اندازه گیری را برای بازیابی فسفر از لجن فاضلاب شهری انجام دهند. اجرای سونوگرافی با کارایی بالا گزینه های درمانی مختلفی را ارائه می دهد که کارایی بازیابی فسفر را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

کارخانه های فاضلاب از سونوگرافی برای بهبود هضم لجن و بازیابی مواد مغذی مانند فسفر استفاده می کنند.

متلاشی شدن لجن فاضلاب اولتراسونیک برای بهبود بازیابی Phorsphorus

تابش لجن فاضلاب با امواج اولتراسوند قدرتمند به وضوح نشان داده شده است که باعث بهبود تجزیه زیست توده در لجن فاضلاب می شود. مطالعات تحقیقاتی متعدد نشان داده اند مزایای تصفیه لجن فعال زباله های اولتراسونیک و سیستم های مختلف سونوگرافی صنعتی در حال اجرا در تصفیه خانه های فاضلاب شهری در آلمان.
پیش تصفیه اولتراسونیک بسترهای موجود در لجن فاضلاب دارای چندین اثر مفید برای فرآیندهای هضم بی هوازی است. از این مزایا می توان به کاهش اندازه ذرات، افزایش سرعت هیدرولیز و کوتاه شدن زمان ماند هیدرولیک اشاره کرد.
نیروهای برشی حفره ای تولید شده توسط امواج فراصوت با شدت بالا / فرکانس پایین باعث از هم پاشیدگی مورفولوژی لجن و ساختار میکروبی لجن می شود.
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)
یک لجن فاضلاب متلاشی شده به طور موثر، یعنی لجن فراصوت، خواص جداسازی قابل توجهی بهبود یافته را نشان می دهد که اجازه می دهد برای حذف بخش های غنی از فسفر از زیست توده و کسری ژل مانند و همچنین آب. حفره مافوق صوت مختل ساختار سلولی زیست توده در لجن فاضلاب و تسهیل تقسیم پس از آن به سه بخش از (من) الیاف غنی از سلولز, (دوم) ژل غنی از مواد مغذی, و (سوم) مایع است که به راحتی قابل تخمیر. این سه بخش از لجن را می توان بیشتر پردازش کرد، به عنوان مثال بازیابی فسفر، حذف فلزات سنگین و غیره.

التراسونیک تشدید مرطوب شیمیایی رسوب فسفر

امواج فراصوت یک تکنیک شناخته شده است که از زمان های طولانی در شیمی برای رسوب siccessful و موثر مواد معدنی، ذرات و کریستال ها استفاده می شود. برای بازیابی فسفر از لجن فاضلاب ، فراصوت به منظور ترویج و سرعت بخشیدن به بارش استرویت اعمال می شود. استروویت (منیزیم آمونیوم فسفات) یک ماده معدنی فسفات با فرمول NH است₄منیزپو₄·6 ساعت_H2S O ، که یک راه حل ساده برای حذف فسفر به شکل محدود از لجن زباله ارائه می دهد.
در طی فرآیند تبلور / بارش استروویت، یون های PO₄^3-Nh₄⁺و منیزیم²⁺ به دلیل بارش استروویت از فاز مایع حذف می شوند ، تا زمانی که واکنش به تعادل برسد.

بلورهای استروویت از پساب خوکی رسوب می کنند.
(تصویر و مطالعه: ©کیم و همکاران 2017)

هنگامی که امواج فراصوت به عنوان پیش تصفیه لجن قبل از فرآیند بارش استرویت اعمال می شود، حفره ناشی از التراسونیک فراهم می کند مخلوط کردن thourough در سطح مولکولی فراهم می کند سطح فعال برای رشد کریستال. افزایش میزان انحلال مواد خارج سلولی و داخل سلولی، با افزایش فراهمی زیستی NH به رسوب استروویت سود بیشتری می رساند₄⁺ و PO₄^3- یون. نتایج درمان فراصوت در انتقال جرم تسهیل شده از طریق دوغاب، است که توسط حفره اولتراسونیک ایجاد می شود.
فراصوت را می توان همچنین به مشروب کربنیزاسیون هیدروترمال اعمال می شود، جایی که فسفر به عنوان struvite از مشروب کربنیزاسیون هیدروترمال از طریق استخراج و بارش به کمک اولتراسونیک بازیافت می شود.
درباره بارش استروویت در مقیاس بزرگ برای بازیابی فسفر از لجن فاضلاب بیشتر بخوانید!

Sono-Fenton برای انتشار فسفر از لجن فاضلاب

مطالعه گونگ و همکاران (2015) کارایی پیش تصفیه ترکیبی سونوگرافی-فنتون (همچنین به عنوان سونو-فنتون شناخته می شود) را برای تجزیه لجن فاضلاب نشان داد. استفاده از تیمار اولتراسوند-فنتون به طور معنی داری باعث افزایش رهایش کربن، نیتروژن و فسفر شد. تیمار سونو فنتون در مقایسه با تیمار فنتون به تنهایی، نیتروژن کل (N) و فسفر (P) را به ترتیب 7/1 و 2/2 برابر افزایش داد. پس از تیمار سونوفنتون، لجن بر اساس میکروسکوپ الکترونی روبشی، اندازه ذرات بسیار ریزتر و ریزساختار شل تری از خود نشان داد. با استفاده از تشدید اسپین الکترونی، بیشترین شدت سیگنال OH• از 7/568 در تیمار فنتون به 3/1106 پس از تیمار سونوفنتون افزایش یافت. این نشان داد که تیمار سونو-فنتون باعث تجزیه لجن می شود و آزادسازی کربن آلی، نیتروژن و فسفر را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد.

التراسونیک تشدید سلول های سوختی میکروبی

پیش تصفیه اولتراسونیک لجن فاضلاب باعث حل شدن ترکیبات آلی مختلف از ماتریس لجن می شود که متعاقبا الکتروهیدروژنز میکروبی را تسریع می کند.
بیشتر و Ghangrekar (2010) کمک به اثرات مفید فراصوت پیش درمان در سلول های سوختی میکروبی به افزایش فعالیت های آنزیمی و در دسترس بودن پروتئین های خارج سلولی, پلی ساکاریدها و آنزیم, که از لایه های داخلی لخته لجن به لایه های بیرونی توسط sonoporation مافوق صوت و اختلال سلول, و در نتیجه بهبود بهره وری استفاده از بستر. برای بهبود برداشت الکتریسیته از پیل های سوختی میکروبی، بهبود قابلیت انتقال الکترون باکتری ها به یک ماده جامد خارج سلولی ضروری است. این انتقال الکترون خارج سلولی می تواند در تماس مستقیم بین سطح سلول و سطح جامد یا به طور غیرمستقیم از طریق واسطه های به اصطلاح برون زا و درون زا رخ دهد. برای انتقال مستقیم الکترون بین باکتری ها و سطح الکترود، الکترون باید به غشای خارجی سلول برسد. این پدیده ممکن است با توجه به سونوگرافی پیش درمان داده شده به تلقیح زمانی که انرژی خاص عرضه کافی بود رخ داده است. از این رو، به نفع راندمان کولن بالاتر.
یک فرایند الکترولیز میکروبی تشدید شده با التراسونیک می تواند با فرآیندهای تخمیر پس از آن برای درمان لجن ترکیب.

تصفیه لجن فاضلاب Sono-Electrochemical

انعقاد الکتریکی یک فرآیند ساده است که می تواند به راحتی در فاضلاب اعمال شود و امکان تصفیه حجم زیاد را به طور کارآمد و مقرون به صرفه فراهم می کند. امواج فراصوت کمک می کند تا برای غلبه بر اشکال اصلی فرآیندهای انعقاد الکتریکی با جلوگیری از تشکیل لایه های غیرفعال از الکترودها. فیلم های غیرفعال تشکیل شده بر روی سطح الکترود در طول زمان, به شدت کاهش بهره وری از سیستم های انعقاد الکتریکی و سونوگرافی یک روش آسان برای حذف این لایه های غیر فعال به طور مداوم در طول عمل است, در حالی که در همان زمان فراصوت را افزایش می دهد گردش مالی از سیستم های انعقاد الکتریکی. امواج اولتراسونیک رسوبات تشکیل شده در سطح الکترود را تجزیه می کنند و مقادیر زیادی از گونه های رادیکال را برای حذف آلاینده ها با ایجاد نقاط فشار بالا در داخل محلول در طول پدیده کاویتاسیون تولید می کنند. با ترکیب انعقاد الکتریکی با اولتراسونیک، به دلیل ایجاد سطوح جدید بر روی الکترود توسط کاویتاسیون یا میکرو استریمینگ، کاهش ضخامت لایه توزیع با افزایش نرخ انتقال جرم تشدید می شود. سونو-الکتروکوآگولاسیون میزان تشکیل منعقد کننده را در مقایسه با انعقاد الکتریکی افزایش می دهد و لخته سازی با اختلاط و اکسیداسیون شدید با تشکیل رادیکال های آزاد افزایش می یابد. بنابراین رسیدن به راندمان مطلوب در کوتاه ترین زمان امکان پذیر است.
(مرادی و همکاران، 1400)

مزایای سونوالکتروشیمی و سونوالکتروکوآگولاسیون

"سونوالکتروشیمی ترکیبی از انرژی اولتراسونیک در یک سیستم الکتروشیمیایی است که مزایای متعددی از جمله حذف حباب گاز در سطح الکترود، گاز زدایی محلول، اختلال در لایه انتشار نرنست، افزایش انتقال جرم گونه های الکترواکتیو از طریق لایه دوتایی و فعال سازی و تمیز کردن سطح الکترود را ارائه می دهد. این مزایا در الکتروشیمی منجر به بهبود راندمان فرآیند (راندمان الکترود و جریان)، افزایش نرخ و بازده الکتروشیمیایی، کاهش ولتاژ سلولی و پتانسیل بیش از حد الکترود، بهبود مواد رسوب شده الکترود از نظر سختی، کیفیت، تخلخل و ضخامت و سرکوب رسوب الکترود و گاز زدایی در سطح الکترود می شود. (فروغی و همکاران، 2021)
درباره تجهیزات سونوالکتروشیمیایی و کاربردهای آن بیشتر بخوانید!

سیستم های اولتراسونیک صنعتی برای تصفیه لجن فاضلاب

Hielscher مافوق صوت سیستم های با کارایی بالا کار اسب قابل اعتماد در فاضلاب و فاضلاب لجن تصفیه خانه ها. سیستم های مافوق صوت Hielscher ارائه سونوگرافی با قدرت بالا در 20kHz، که ایجاد حفره صوتی شدید. اثرات درمان اولتراسونیک با قدرت بالا ما شامل اختلال و تجزیه سلول، انتقال جرم بالا، ضد عفونی، تجزیه پلیمرها، انتشار آنزیم ها و همگن سازی لجن است. فراصوت با شدت بالا بهبود می بخشد بهره وری درمان از طریق تولید رادیکال های اکسیداتیو و با افزایش در سایت های هسته ای, اطمینان از انعقاد و لخته سازی بهتر. تولید قابل اعتماد و مداوم از این نیروهای حفره اولتراسونیک شدید و اثرات آن اجازه می دهد تا پردازنده های مافوق صوت قدرتمند ما را برای کاربردهای مختلف به منظور بهبود انرژی- و مواد مغذی برداشت از لجن فاضلاب.

• تجزیه اولتراسونیک لجن فاضلاب
• التراسونیک تشدید هضم بی هوازی
• بازیابی مواد مغذی ارزشمند (فسفر، نیتروژن، منیزیم، کلسیم، پتاسیم و ...)
• حذف آلاینده هایی مانند فلزات سنگین

ارائه پردازنده های اولتراسونیک با راکتورهای جریان در اندازه های مختلف، Hielscher مافوق صوت دارای زباله های زائد اولتراسونیک ایده آل و سیستم های تصفیه لجن برای تسهیلات لجن فاضلاب خود را.
طراحی مدولار اجازه می دهد تا برای اقساط ساده از چند واحد اولتراسونیک به صورت موازی ، که باعث می شود یک درمان قابل اعتماد و کارآمد از هر حجم ممکن است.
Hielscher با قدرت بالا / سیستم های مافوق صوت با توان بالا افزایش بهره وری و عملکرد در درمان زیست توده در لجن فاضلاب.
همه مافوق صوت های ما از ویژگی های تمیز کردن در محل (CIP).
مناسب برای درمان های سخت: لجن فاضلاب اغلب حاوی مواد فیبری با محتوای سلولز بالا است که به سختی تجزیه می شوند. Hielscher اولتراسونیک’ پردازنده های اولتراسونیک صنعتی می توانند دامنه های بسیار بالایی را ارائه دهند. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. چنین دامنه های بالایی راهی موثر برای مختل کردن ساختار سلولی سلولزها، لیگنین و دیواره های سلولی مقاوم سایر مواد است. طراحی بهینه راکتورهای سلول جریان ما الگوهای جریان ایده آل و درمان اولتراسونیک یکنواخت و کارآمد لجن تغذیه شده را تضمین می کند.

ما با یکپارچه سازان سیستم و مهندسان کارخانه های لجن فاضلاب کار می کنیم

به عنوان تولید کننده و سازنده سیستم از واحدهای ماژولار اولتراسونیک با کارایی بالا، Hielscher مافوق صوت کار می کند با هم با یکپارچه سازان سیستم. اکثر اپراتورهای تصفیه خانه های فاضلاب و لجن فاضلاب با یکپارچه سازهای سیستم کار می کنند که در طراحی و اتوماسیون چنین کارخانه های تصفیه تجربه خوبی دارند. تیم مهندسان طراحی و مهندسان فنی ما پیکربندی اولتراسونیک بهینه را برای حجم لجن هدف توصیه می کنند، اطلاعات دقیق سیستم، نقشه های CAD و همچنین خدمات نصب و آموزش عملیاتی را ارائه می دهند. این امکان اجرای سازنده و هدفمند ادغام سونوگرافی با کارایی بالا در تصفیه خانه های فاضلاب را فراهم می کند. لطفا اگر علاقه مند به ادغام پردازنده های اولتراسونیک ما برای بهبود درمان لجن هستید، با ما تماس بگیرید!

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:

تماس با ما در حال حاضر برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد Hielscher اولتراسونیک سیستم های تصفیه لجن فاضلاب, گزینه های نصب و اطلاعات فنی!