Különböző megoldások a foszfor visszanyerésére a kommunális szennyvíziszapból

A foszfor kritikus erőforrás-ásványi anyag, amelynek természetes kínálata gyorsan csökken. Következésképpen a német kormány rendelettel törvénybe iktatta, hogy 2029-től a foszfort nagyrészt vissza kell nyerni a szennyvíziszapból. A teljesítmény ultrahang megvalósítása különböző lehetőségeket nyit meg a foszfor visszanyerésének fokozására a települési szennyvíziszapból.

Szennyvíziszap-tisztító telepek és foszfor-újrahasznosítás

A foszfor kritikus elem, amelyet széles körben használnak műtrágyaként és nyersanyagként a finom vegyiparban és a gyógyszeriparban. A rendelkezésre álló erőforrások gyors csökkenése miatt a német kormány olyan törvényt vezetett be, amely szerint minden települési szennyvíztisztító telepnek mérést kell végeznie a foszfor visszanyerésére a települési szennyvíziszapból. A nagy teljesítményű ultrahang megvalósítása különböző kezelési lehetőségeket kínál, amelyek jelentősen növelik a foszfor visszanyerésének hatékonyságát.

A szennyvíztelepek ultrahangot használnak az iszap jobb emésztésére és a tápanyagok, például a foszfor visszanyerésére.

Ultrahangos szennyvíziszap-szétesés a jobb phorsphorsphorus helyreállítás érdekében

A szennyvíziszap erős ultrahanghullámokkal történő besugárzása egyértelműen bizonyítottan javítja a biomassza szétesését a szennyvíziszapban. Számos kutatási tanulmány kimutatta az ultrahangos hulladék aktív iszapkezelés előnyeit, és különböző ipari ultrahang rendszerek működnek a németországi települési szennyvíztisztító telepeken.
A szubsztrátok ultrahangos előkezelése a szennyvíziszapban számos jótékony hatással van az anaerob emésztési folyamatokra. Ezek az előnyök magukban foglalják a részecskeméret csökkentését, a hidrolízis sebességének növelését és a hidraulikus retenciós idő lerövidítését.
A nagy intenzitású / alacsony frekvenciájú ultrahanghullámok által generált kavitációs nyíróerők az iszappelyhek morfológiájának és az iszap mikrobiális szerkezetének felbomlását okozzák.
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)
Hatékonyan szétesett szennyvíziszap, azaz szonikált iszap, jelentősen jobb elválasztási tulajdonságokat mutat, amelyek lehetővé teszik a foszforban gazdag frakciók eltávolítását a biomasszából és a gélszerű frakciókból, valamint a vízből. Az ultrahangos kavitáció megzavarja a biomassza sejtszerkezetét a szennyvíziszapban, és megkönnyíti a későbbi frakcionálást (i) cellulózban gazdag szálak, (ii) tápanyagban gazdag gél és (iii) könnyen fermentálható folyadék. Az iszapnak ez a három frakciója tovább feldolgozható, pl. foszforvisszanyerés, nehézfémek eltávolítása stb.

Ultrahanggal fokozott nedves-kémiai foszfor kicsapódása

Az ultrahangos kezelés egy jól ismert technika, amelyet hosszú idők óta használnak a kémia az ásványi anyagok, részecskék és kristályok siccessful és hatékony kicsapódására. A szennyvíziszapból származó foszforis visszanyeréséhez szonikációt alkalmaznak a struvit kicsapódásának elősegítése és felgyorsítása érdekében. A struvit (magnézium-ammónium-foszfát) egy foszfát ásványi anyag, képlete NH₄MgPO₄·6 óra₂ O, amely egyszerű megoldást kínál a foszfor kötött formában történő eltávolítására a hulladékiszapból.
A struvit kristályosodási/kicsapódási folyamat során a PO ionok₄^3-NH₄⁺és Mg²⁺ a struvit kicsapódása miatt eltávolítják a folyékony fázisból, amíg a reakció el nem éri az egyensúlyt.

A sertésekből kicsapódott struvitkristályok.
(kép és tanulmány: ©Kim et al. 2017)

Amikor az ultrahangos kezelést iszap előkezelésként alkalmazzák a struvit kicsapódási folyamat előtt, az ultrahanggal indukált kavitáció molekuláris szinten alapos keverést biztosít, amely aktív felületet biztosít a kristálynövekedéshez. Az extracelluláris és intracelluláris anyagok oldódási sebességének növekedése további előnyökkel jár a struvit kicsapódás számára az NH biológiai hozzáférhetőségének növelésével₄⁺ és PO₄^3- Ionok. Az ultrahangos kezelés megkönnyíti a szuszpenzión keresztüli tömeges átadást, amelyet ultrahangos kavitáció okoz.
A szonikálás hidrotermikus karbonizációs folyadékra is alkalmazható, ahol a foszfort struvitként újrahasznosítják a hidrotermikus karbonizációs folyadékból ultrahanggal segített extrakcióval és kicsapással.
Tudjon meg többet a szennyvíziszapból származó foszfor visszanyerésére szolgáló nagy léptékű struvit kicsapódásról!

Sono-Fenton a szennyvíziszapból történő foszforkibocsátáshoz

Gong et al. (2015) tanulmánya kimutatta a kombinált ultrahang-Fenton (más néven sono-Fenton) előkezelés hatékonyságát a szennyvíziszap szétesésére. Az ultrahang-Fenton kezelés alkalmazása jelentősen növelte a szén-, nitrogén- és foszforkibocsátást. A sono-Fenton kezelés 1,7-szeresére és 2,2-szeresére növelte az összes nitrogént (N) és foszfort (P), összehasonlítva a Fenton kezeléssel. A sono-Fenton kezelés után az iszap lényegesen finomabb részecskeméretet és lazább mikrostruktúrát mutatott a pásztázó elektronmikroszkópia alapján. Az elektronspin rezonancia alkalmazásával a legmagasabb OH• jelintenzitás a Fenton-kezelés 568,7-ről 1106,3-ra nőtt a sono-Fenton kezelés után. Ez kimutatta, hogy a sono-Fenton kezelés az iszap szétesését indukálja, és jelentősen javítja a szerves szén, nitrogén és foszfor felszabadulását.

Ultrahanggal intenzívebb mikrobiális üzemanyagcellák

A szennyvíziszap ultrahangos előkezelése elősegíti a különböző szerves vegyületek oldódását az iszapmátrixból, ami ezt követően felgyorsítja a mikrobiális elektrohidrogenezist.
Több és Ghangrekar (2010) hozzájárul a mikrobiális üzemanyagcellák ultrahangos előkezelésének kedvező hatásaihoz a fokozott enzimatikus aktivitáshoz és az extracelluláris fehérjék, poliszacharidok és enzimek elérhetőségéhez, amelyek az iszappelyhek belső rétegeiből a külső rétegekbe szabadulnak fel ultrahangos szonoporáció és sejtbontás révén, ami javítja a szubsztrát felhasználási hatékonyságát. A mikrobiális üzemanyagcellákból történő villamosenergia-gyűjtés javításához javítani kell a baktériumok extracelluláris szilárd anyaggá történő elektronátadási képességét. Ez az extracelluláris elektrontranszfer történhet a sejtfelszín és a szilárd felület közötti közvetlen érintkezésben, vagy közvetetten, az úgynevezett exogén és endogén mediátorokon keresztül. A baktériumok és az elektróda felülete közötti közvetlen elektronátvitelhez az elektronnak el kell érnie a sejt külső membránját. Ez a jelenség az inokulumnak adott ultrahangos előkezelés miatt fordulhatott elő, amikor a fajlagos szolgáltatott energia megfelelő volt; ezért előnyben részesíti a magasabb Coulombic hatékonyságot.
Az ultrahanggal fokozott mikrobiális elektrolízis folyamat kombinálható az iszapkezelés későbbi fermentációs folyamataival.

Sono-elektrokémiai szennyvíziszap-kezelés

Az elektrokoaguláció egyszerű folyamat, amely könnyen alkalmazható szennyvízre, és lehetővé teszi nagy mennyiségek hatékony és költséghatékony kezelését. Az ultrahangos kezelés segít leküzdeni az elektrokoagulációs folyamatok fő hátrányát azáltal, hogy megakadályozza a passziváló rétegek kialakulását az elektródákból. Az elektróda felületén idővel kialakuló passzív filmek drasztikusan csökkentik az elektrokoagulációs rendszerek hatékonyságát, és az ultrahang egy könnyű módszer ezeknek a passziválási rétegeknek a folyamatos eltávolítására működés közben, ugyanakkor az ultrahangos kezelés növeli az elektrokoagulációs rendszerek forgalmát. Az ultrahangos hullámok lebontják az elektróda felületén képződött üledékeket, és nagy mennyiségű radikális fajt hoznak létre a szennyező anyagok eltávolítására azáltal, hogy a kavitációs jelenség során nagynyomású pontokat hoznak létre az oldatban. Az elektrokoaguláció és az ultrahang kombinálásával, mivel az elektródán új felületek jönnek létre kavitációval vagy mikro-streaminggel, az elosztóréteg vastagságának csökkenését súlyosbítja a tömegátadási sebesség növekedése. A szono-elektrokoaguláció növeli a koagulánsok képződését az elektrokoagulációhoz képest, és a flokkulációt fokozza a szabad gyökök képződésével történő szélsőséges keverés és oxidáció; Ezért a kívánt hatékonyság elérése a legrövidebb idő alatt lehetséges.
(Moradi és mtsai., 2021)

A sonoelektrokémia és a sonoelectrocoaguláció előnyei

"A sonoelektrokémia az ultrahangos energia kombinációja egy elektrokémiai rendszerben, amely számos előnnyel jár, beleértve a gázbuborék eltávolítását az elektróda felületén, az oldat gáztalanítását, a Nernst-diffúziós réteg megzavarását, az elektroaktív fajok tömegszállításának fokozását a kettős rétegen keresztül, valamint az elektróda felületének aktiválását és tisztítását. Ezek az előnyök az elektrokémiában jobb folyamathatékonysághoz vezetnek (elektróda és áram hatékonyság), megnövekedett elektrokémiai sebességekhez és hozamokhoz, csökkent cellafeszültségekhez és elektróda túlpotenciálokhoz, jobb elektrodeponált anyagokhoz keménység, minőség, porozitás és vastagság tekintetében, valamint az elektróda felületén az elektróda elszennyeződésének és gáztalanításának elnyomásához. (Foroughi et al., 2021)
További információ a sono-elektrokémiai berendezésekről és alkalmazásairól!

Ipari ultrahangos rendszerek szennyvíziszap kezelésére

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű rendszerek megbízható munka-ló a szennyvíz- és szennyvíziszap-tisztító telepeken. A Hielscher ultrahangos rendszerek nagy teljesítményű ultrahangot biztosítanak 20kHz-en, ami intenzív akusztikus kavitációt hoz létre. Nagy teljesítményű ultrahangos kezelésünk hatásai közé tartozik a sejtek megszakadása és szétesése, nagy tömegátadás, fertőtlenítés, polimerek bomlása, enzimek felszabadulása és az iszap homogenizálása. A nagy intenzitású szonikálás javítja a kezelés hatékonyságát oxidatív gyökök generálásával és a nukleációs helyek növekedésével, biztosítva a jobb koagulációt és flokkulációt. Ezeknek az intenzív ultrahangos kavitációs erőknek és hatásainak megbízható és folyamatos generálása lehetővé teszi nagy teljesítményű ultrahangos processzoraink integrálását különböző alkalmazásokhoz annak érdekében, hogy javítsák a szennyvíziszapból származó energia- és tápanyag-betakarítást.

• A szennyvíziszap ultrahangos szétesése
• Ultrahanggal fokozott anaerob emésztés
• Értékes tápanyagok visszanyerése (foszfor, nitrogén, magnézium, kalcium, kálium stb.)
• Szennyező anyagok, például nehézfémek eltávolítása

Kínál ultrahangos processzorok átfolyó reaktorok különböző méretekben, Hielscher Ultrasonics az ideális ultrahangos hulladékkezelő és iszapkezelő rendszerek a szennyvíziszap-létesítmény.
A moduláris kialakítás lehetővé teszi több ultrahangos egység egyszerű telepítését párhuzamosan, ami lehetővé teszi bármilyen térfogat megbízható és hatékony kezelését.
A Hielscher nagy teljesítményű / nagy áteresztőképességű ultrahangos rendszerek növelik a hatékonyságot és a hozamot a szennyvíziszapban lévő biomassza kezelésében.
Minden ultrahangos készülékünk helyszíni tisztítással (CIP) rendelkezik.
Igényes kezelésekhez alkalmas: A szennyvíziszap gyakran tartalmaz magas cellulóztartalmú rostos anyagokat, amelyek nehezen szétesnek. Hielscher Ultrasonics’ Az ipari ultrahangos processzorok nagyon nagy amplitúdókat tudnak biztosítani. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. Az ilyen nagy amplitúdók hatékony módja annak, hogy megzavarják a cellulóz, lignin és más anyagok robusztus sejtfalainak sejtszerkezetét. Áramlási cellás reaktoraink optimalizált kialakítása biztosítja az ideális áramlási mintákat és a betáplált iszap egyenletes, hatékony ultrahangos kezelését.

Rendszerintegrátorokkal és szennyvíziszap-telepek mérnökeivel dolgozunk együtt

A nagy teljesítményű ultrahangos moduláris egységek gyártójaként és rendszerépítőjeként a Hielscher Ultrasonics együttműködik a rendszerintegrátorokkal. A szennyvíz- és szennyvíziszap-tisztító telepek üzemeltetőinek többsége rendszerintegrátorokkal dolgozik, akik nagy tapasztalattal rendelkeznek az ilyen tisztítótelepek tervezésében és automatizálásában. Tervezőmérnökökből és műszaki mérnökökből álló csapatunk javasolja az optimális ultrahangos konfigurációt a megcélzott iszapmennyiséghez, részletes rendszerinformációkat, CAD rajzokat, valamint telepítési szolgáltatásokat és üzemeltetési képzést nyújt. Ez lehetővé teszi a nagy teljesítményű ultrahang integrálásának konstruktív és célorientált megvalósítását a szennyvíztisztító telepeken. Kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot, ha érdekli ultrahangos processzoraink integrálása a jobb iszapkezelés érdekében!

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:

Lépjen kapcsolatba velünk most, hogy további részleteket kapjon a Hielscher ultrahangos szennyvíziszap-kezelő rendszerekről, telepítési lehetőségekről és műszaki információkról!