Ultrazvučna obrada za aerobnu digestiju aktivnog mulja
Ultrazvuk visoke snage razgrađuje otpadni aktivni mulj (WAS) prije ili tijekom aerobne digestije. Akustična kavacija razbija flokove mulja, narušava ekstracelularne polimerne tvari i otvara mikrobiološke stanice. To čini prethodno zaštićenu organsku tvar dostupnijom aerobnom digestoru.
Za aerobni proces cilj nije povećanje proizvodnje bioplina. Povećanje metana je relevantno za anaerobnu digestiju. U aerobnom digestoru, relevantni pokazatelji učinka su destrukcija hlapljivih krutina, potrošnja kisika, vrijeme digestije, zaostala suha krutina, mogućnost isušivanja vode i ukupni operativni troškovi.
Industrijski sonikatori Hielscher integriraju se u pumpnu WAS liniju ili recirkulacijsku petlju digestora. Ultrazvučni reaktori s protočnim ćelijama koncentriraju obradu na definirani protok mulja i omogućuju praćenje procesa pomoću snage, protoka, koncentracije krutih tvari, tlaka i temperature. Rezultat je kompaktna naknadna oprema koja može dodati ultrazvučnu dezintegraciju mulja bez zamjene postojećeg aerobnog digestora.
Hielscher industrijski ultrazvučni inline flow-skid za obradu zgusnutog WAS-a
Zašto je teško probaviti otpadni aktivirani mulj
Otpadni aktivirani mulj je višak bioloških krutina uklonjenih iz procesa pročišćavanja otpadnih voda aktiviranim muljem. Sadrži mikroorganizme, ekstracelularne polimerne tvari (EPS), uhvaćeni organski materijal i inertne krutine.
U sekundarnom taložniku, taloženi aktivirani mulj dijeli se u dva toka:
- Povratni aktivni mulj (RAS) vraća se u bazen za aeraciju kako bi se održala potrebna koncentracija biomase.
- Otpadni aktivni mulj (WAS) uklanja se iz procesa pročišćavanja tekućine i šalje na zgušnjavanje, stabilizaciju, digestiju ili odvodnjavanje.
WAS sadrži visok udio mikrobnog staničnog materijala. Veliki dio njegovog biorazgradivog organskog sadržaja zatvoren je staničnim zidovima ili vezan unutar kompaktnog muljnog floka. Ova fizička zaštita usporava prirodnu lizu stanica i hidrolizu.
Tijekom aerobne probave osigurava se kisik dok je dostupno malo nove hrane. Mikroorganizmi ulaze u endogeno disanje i troše pohranjeni materijal, mrtve stanice i druge biorazgradive komponente mulja. Svrha je stabilizirati mulj, smanjiti potencijal za miris i smanjiti količinu hlapivih tvari koje treba isprati i zbrinuti.
Brzina probave često je ograničena pristupom supstratu. Digestor može imati aktivne mikroorganizme i dovoljno vremena zadržavanja, ali organska tvar unutar netaknutih stanica i gustih flokova ostaje teško dostupna.
Usporedba neobrađenih flocova sa sonikiranim muljem: Sonikacija značajno smanjuje floc.
Studija i slike: ©Chu i sur. 2001
Kako se ultrazvučna kavitacija otvara za aerobnu probavu
Hielscher industrijski sonikatori rade na 20kHz i generiraju intenzivnu akustičnu kavitaciju u tekućim i suspenzijskim tokovima. Kavitacijski mjehurići formiraju se, rastu i kolabiraju unutar mulja. Njihov kolaps stvara snažne lokalne smične sile koje izravno djeluju na flocs, EPS i mikrobne stanice.
Ultrazvučni tretman proizvodi tri važne promjene u WAS-u:
Floc dezintegracija
Kavitacija razbija agregate mulja i izlaže površine koje su prethodno bile okružene ekstracelularnim polimernim tvarima (EPS). Tretirani mulj sadrži manje čestice i veću dostupnu površinu.
EPS i poremećaj stanica
Ultrazvučno potpomognuto razdvajanje povećava aerobnu biorazgradivost aktivnog mulja iz komunalnog otpada razbijanjem čvrstih muljnih flokula i oslobađanjem zarobljene organske tvari. Ultrazvučna kavitacija narušava membrane stanica i stanične zidove. Proteini i ugljikohidrati, kao i drugi unutarstanični spojevi, prelaze u tekuću fazu.
Povećana bioraspoloživost
Aerobni mikroorganizmi mogu lakše koristiti otopljenu i sitno podijeljenu organsku tvar nego netaknute mikrobiološke stanice i kompaktne flokule. Stoga ultrazvuk mehanički obavlja dio lize i hidrolize prije faze biološke oksidacije.
Sonikacija cilja na gustu zaštitnu matricu kanalizacijskog mulja kako bi mikrobska probava bila znatno brža i učinkovitija. To se obično opaža kao povećanje topljivog kemijskog zahtjeva za kisikom (SCOD).
Industrijski ultrazvučni protok reaktor za poboljšanu probavu WAS-a
Prednosti sonikacije u postrojenjima za aerobnu probavu
Odgovor ovisi o mulju i ultrazvučnoj dozi. Kada sonikacija povećava aerobnu biorazgradivost, postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda može postići:
- Više uništavanje hlapivih tvari pri postojećem vremenu probave
- Usporedivu stabilizaciju mulja pri kraćem vremenu zadržavanja
- Nižu proizvodnju preostalih suhih tvari
- Dodatni učinkoviti kapacitet iz postojećeg aerobnog digestora
- Smanjen prijevoz i odlaganje biosolidova
- Poboljšana stabilnost procesa tijekom razdoblja visokog opterećenja krutim tvarima
- Bolja kontrola filamentoznih organizama kroz disruptivne procese flokula i stanica
Inline Hielscher sonicator za jednostavnu nadogradnju
U punoj skali, općenito je učinkovitije sonificirati koncentrirani protok mulja nego cijeli volumen aerobnog digestora. Hielscher ultrazvučni reaktori s protokom podržavaju dvije praktične konfiguracije.
Pretretman napajanja WAS-a
Ultrazvučni sustav se instalira nakon zgušnjavanja WAS-a i prije aerobnog digestora:
Zgušnjeni WAS -> hranilica -> Hielscher ultrazvučni protok ćelije -> aerobni digestor
Ovaj raspored tretira definirani maseni protok suhih čvrstih tvari i pruža jasnu osnovu za kontrolu specifičnog unosa ultrazvučne energije.
Dijagram toka: Zadebljani WAS -> pumpa za dovod -> Hielscher industrijski inline sonikator UIP6000hdT -> aerobni digestor
Digestor Recirculation or Sidestream Treatment
Kontrolirana frakcija mulja pumpa se iz digestora ili linije mulja kroz sonikator i vraća u proces. Ova konfiguracija je korisna kada je postojeća dovodna linija teško modifikativna ili kada treba obraditi samo odabrani dio mulja.
Oba rješenja mogu se instalirati kao kompaktne platforme s pumpom, ultrazvučnom protočnom ćelijom, izolacijskim ventilima, servisnim zaobilaznim putem, mjerenjem tlaka i temperature, uzorcima i procesnom kontrolom. Postojeća komora za digestor ostaje nepromijenjena.
Ovo čini ultrazvučno tretiranje posebno pogodnim za naknadnu ugradnju u postojeće pročistače otpadnih voda. Ultrazvučni sklop može se instalirati u pumpanoj liniji, raditi neovisno i biti zaobilazan tijekom pregleda ili održavanja.
Poboljšajte disgregaciju aerobnog mulja pomoću snage ultrazvuka!
Hielscher industrijski sonikatori pružaju kompaktnu i skalabilnu metodu za integraciju visokosnažnog ultrazvuka u postojeću WAS liniju tretmana. Inline obrada ćelija protoka koncentrira ultrazvučnu energiju na tok mulja, podržava ponovljivu kontrolu doze i može se projektirati za pouzdan rad 24/7 u teškim uvjetima.
Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj
Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja lako se nose s Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Često postavljana pitanja
Proizvodi li ultrazvučna obrada više bioplina u aerobnom digestoru?
Ne. Povećani prinos metana ili bioplina je prednost anaerobne digestije. Za aerobnu digestiju, ultrazvučno tretiranje treba ocijeniti prema uništenju VS, potrošnji kisika, vremenu digestije, preostalim suhim krutim tvarima, odvodljivosti i ukupnim troškovima.
Gdje je instaliran ultrazvučni sustav?
Sustav je obično instaliran u liniji nakon zgušnjavanja WAS-a i prije aerobnog digestora. Može također raditi u kontroliranom bočnom toku ili petlji recirkulacije digestora. Servisni zaobilazni tok omogućuje nastavak prijenosa mulja tijekom održavanja.
Zašto koristiti industrijski sonikator od 20 kHz?
Niskofrekventni, visokosnažni ultrazvuk generira intenzivnu kavitaciju i mehaničko smicanje. To je učinkovito za razbijanje pahuljica mulja, ometanje EPS-a i otvaranje mikrobioloških stanica u tekuće-krutim tokovima.
Može li Hielscher sonikator raditi kontinuirano?
Da. Industrijska HDT linija Hielscher sonikatora je dizajnirana za kontinuirani rad teške primjene i poznata je po svojoj trajnosti. Reaktori s protočnom komorom omogućuju kontroliranu obradu u liniji ili recirkulaciju, dok automatsko bilježenje podataka podržava praćenje procesa i ponovljivost.
Koji su podaci potrebni za dimenzioniranje ultrazvučnog sustava za mulj?
Glavni ulazni podaci su protok WAS-a, koncentracija TS-a i VS-a, viskoznost mulja, ciljana specifična energija, zahtjevani efekt obrade, radni sati i dostupni tlak. Preporučuje se pilot testiranje kako bi se odredila korisna doza prije dimenzioniranja u punom opsegu.
Poboljšava li sonikacija odvodnjavanje mulja?
Rezultat ovisi o karakteristikama mulja i dozi. Umjereno tretiranje može poboljšati proces čvrstih tvari, dok pretjerana disgregacija može stvoriti fine čestice i topljive polimere koji ometaju hvatanje ili čvrstoću kolača. Probni postupci odvodnje stoga su ključni dio optimizacije procesa.
Što kažu znanstvene studije o ultrazvučnoj digestiji WAS-a?
Laboratorijske studije podržavaju uporabu ultrazvuka za povećanje pristupačnosti i aerobne biorazgradivosti WAS-a.
U studiji kombinirane alkalne i ultrazvučne prethodne obrade prije aerobne digestije, razgradnja organske tvari u istom vremenu digestije je prijavljena kao 38,0% za neobrađeni mulj i 42,5% za ultrazvučno prethodno tretirani mulj. Kombinirana alkalna i ultrazvučna prethodna obrada povećala je razgradnju na 50,7%. Rezultat pokazuje da sam ultrazvuk može poboljšati aerobnu razgradnju, dok također pokazuje da dostižno poboljšanje ovisi o strategiji predtretmana i karakteristikama mulja. (usp. Jin i sur., 2009.)
Drugo istraživanje komunalnog WAS-a pokazalo je povećanu solubilizaciju mulja i aerobnu biorazgradljivost nakon razgradnje bakterija uz pomoć ultrazvuka. Prethodno tretirani mulj pokazao je veću biorazgradnju ili stopu raspadanja od neobrađene kontrole. (usp. Kavitha et al. 2016.)
Podržava li sonikacija druge procese mulja?
Da. Sonikacija podržava nekoliko procesa obrade mulja razbijajući flokule, EPS i mikrobiološke stanice:
Anaerobna digestija/Proizvodnja bioplina: ubrzava hidrolizu, povećava topljivi kemijski kisik i može poboljšati razgradnju suhe tvari i prinos metana.
Oporavak fosfora: oslobađa fosfor vezan za stanice i organski fosfor u tekuću fazu, poboljšavajući dostupnost za naknadno taloženje struvita ili vivianita; ultrazvuk također može intenzivirati ispiranje fosfora iz pepela mulja.
Literatura / Reference
- 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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.