Fosfor adalah mineral sumber daya kritis, yang pasokan alami berkurang dengan cepat. Akibatnya, pemerintah Jerman memberlakukan dengan dekrit bahwa mulai 2029 fosfor sebagian besar harus pulih dari lumpur limbah. Penerapan ultrasound daya membuka berbagai pilihan untuk mengintensifkan pemulihan fosfor dari lumpur limbah kota.

Pabrik Pengolahan Lumpur Limbah dan Daur Ulang Fosfor

Fosfor adalah elemen penting, banyak digunakan sebagai pupuk dan bahan baku dalam industri kimia dan farmasi halus. Karena sumber daya yang tersedia dengan cepat menyusut, pemerintah Jerman telah menerapkan undang-undang di mana semua pabrik pengolahan air limbah kota harus menetapkan pengukuran untuk memulihkan fosfor dari lumpur limbah kota. Implementasi ultrasound berkinerja tinggi menawarkan berbagai pilihan pengobatan, yang meningkatkan efisiensi pemulihan fosfor secara signifikan.

Tanaman air limbah menggunakan ultrasound untuk meningkatkan pencernaan lumpur dan pemulihan nutrisi seperti fosfor.

Ultrasonic Sewage Sludge Disintegrasi untuk Meningkatkan Pemulihan Phorsphorus

Irradiating limbah lumpur dengan gelombang ultrasound yang kuat telah jelas terbukti untuk meningkatkan disintegrasi biomassa dalam lumpur limbah. Sejumlah penelitian telah menunjukkan manfaat limbah ultrasonik yang diaktifkan pengolahan lumpur dan berbagai sistem ultrasound industri berjalan di pabrik pengolahan air limbah kota di Jerman.
Pretreatment ultrasonik substrat dalam lumpur limbah memiliki beberapa efek menguntungkan untuk proses pencernaan anaerobik. Manfaat ini termasuk mengurangi ukuran partikel, meningkatkan laju hidrolisis, dan mempersingkat waktu retensi hidrolik.
Gaya geser kavitasi yang dihasilkan oleh gelombang ultrasound intensitas tinggi / frekuensi rendah menyebabkan pecahnya morfologi flok lumpur dan struktur mikroba lumpur.
Tim peneliti Nguyen menunjukkan dalam penelitian mereka "bahwa penerapan ultrasound sangat efektif dalam mengurangi ukuran partikel biomassa, mencapai pengurangan ukuran partikel rata-rata > 78,78% sebanding dengan lamanya waktu dan intensitas paparan iradiasi ultrasonik. Ini menunjukkan bahwa partikel lumpur hancur dan ukuran partikel lumpur menurun, berdasarkan hubungan terbalik antara waktu sonikasi dan ukuran partikel floc. Aplikasi ini sangat efektif, terlepas dari kenyataan bahwa pengamatan flok lumpur sebelum pengobatan mengungkapkan bahwa flok lumpur padat dan sangat kompak, terdiri dari banyak sub-kompartemen dengan inti kompak, kelompok sel, koloni bakteri, protozoa, dan bakteri filamen, di antara faktor-faktor lainnya. Analisis limbah menunjukkan bahwa proses ultrasonik secara signifikan menghancurkan integritas struktural flok lumpur dari semua ukuran. Potongan floc dikurangi menjadi sesedikit ≤ 6,5 μm dalam kondisi perawatan yang optimal, dan dilarutkan dalam bubur lumpur setelah 5-10 menit perawatan ultrasonik dengan frekuensi ultrasound rendah 20 kHz. (Nguyen et al., 2015)
Lumpur limbah yang disintegrasi secara efisien, yaitu Lumpur sonikasi, menunjukkan sifat pemisahan yang meningkat secara signifikan yang memungkinkan untuk menghilangkan fraksi kaya fosfor dari biomassa dan fraksi seperti gel serta air. Kavitasi ultrasonik mengganggu struktur sel biomassa dalam lumpur limbah dan memfasilitasi fraksinasi berikutnya menjadi tiga fraksi (i) serat kaya selulosa, (ii) gel kaya nutrisi, dan (iii) cairan yang mudah difermentasi. Ketiga fraksi lumpur ini dapat diproses lebih lanjut, misalnya pemulihan fosfor, penghapusan logam berat, dll.

Ultrasonically IntensifKan Hujan Basah-Kimia Fosforn

Ultrasonication adalah teknik terkenal yang digunakan sejak lama dalam kimia untuk curah hujan siccessful dan berkhasiat mineral, partikel dan kristal. Untuk pemulihan fosforis dari lumpur limbah, sonikasi diterapkan untuk mempromosikan dan mempercepat curah hujan struvite. Struvite (magnesium amonium fosfat) adalah mineral fosfat dengan rumus NH₄MgPO₄· 6H₂ O, yang menawarkan solusi sederhana untuk menghilangkan fosfor dalam bentuk terikat dari lumpur limbah.
Selama proses kristalisasi / presipitasi struvite, ion PO₄^3-NH₄⁺, dan Mg^{2 +} dikeluarkan dari fase cair karena curah hujan struvite, sampai reaksi mencapai kesetimbangan.

Kristal struvite diendapkan dari limbah babi.
(gambar dan studi: ©Kim et al. 2017)

Ketika ultrasonikasi diterapkan sebagai lumpur pra-pengobatan sebelum proses presipitasi struvite, kavitasi ultrasonik diinduksi memberikan pencampuran thourough pada tingkat molekuler menyediakan luas permukaan aktif untuk pertumbuhan kristal. Peningkatan tingkat solubilisasi zat ekstraseluler dan intraseluler, selanjutnya menguntungkan curah hujan struvite dengan meningkatkan bioavailabilitas NH.₄⁺ dan PO₄^3- Ion. Perawatan sonikasi menghasilkan transfer massa yang difasilitasi melalui bubur, yang disebabkan oleh kavitasi ultrasonik.
Sonikasi juga dapat diterapkan pada minuman keras karbonisasi hidrotermal, di mana fosfor didaur ulang sebagai struvite dari minuman keras karbonisasi hidrotermal melalui ekstraksi dan curah hujan yang dibantu secara ultrasonik.
Baca lebih lanjut tentang curah hujan struvite skala besar untuk pemulihan fosfor dari lumpur limbah!

Sono-Fenton untuk Pelepasan Fosfor dari Lumpur Limbah

Studi Gong et al. (2015) menunjukkan efisiensi gabungan ultrasound-Fenton (juga dikenal sebagai sono-Fenton) pra-perawatan untuk disintegrasi lumpur limbah. Menerapkan pengobatan ultrasound-Fenton secara signifikan meningkatkan pelepasan karbon, nitrogen dan fosfor. Pengobatan sono-Fenton meningkatkan total nitrogen (N) dan fosfor (P) masing-masing sebesar 1,7 dan 2,2 kali lipat, jika dibandingkan dengan pengobatan Fenton saja. Setelah perawatan sono-Fenton, lumpur menunjukkan ukuran partikel yang jauh lebih halus dan struktur mikro yang lebih longgar berdasarkan pemindaian mikroskop elektron. Dengan menggunakan resonansi spin elektron, intensitas sinyal OH • tertinggi meningkat dari 568,7 oleh pengobatan Fenton menjadi 1106,3 setelah perawatan sono-Fenton. Hal ini menunjukkan bahwa pengobatan sono-Fenton menginduksi disintegrasi lumpur dan meningkatkan pelepasan karbon organik, nitrogen dan fosfor secara signifikan.

Sel Bahan Bakar Mikroba Yang Diintensifkan Secara Ultrasonik

Pretreatment ultrasonik lumpur limbah mempromosikan solubilisasi berbagai senyawa organik dari matriks lumpur, yang kemudian mempercepat elektrohidrogenesis mikroba.
More and Ghangrekar (2010) memberikan kontribusi efek menguntungkan dari sonikasi pra-pengobatan pada sel bahan bakar mikroba untuk meningkatkan aktivitas enzimatik dan ketersediaan protein ekstraseluler, polisakarida dan enzim, yang dilepaskan dari lapisan dalam flocs lumpur ke lapisan luar oleh sonoporasi ultrasonik dan gangguan sel, sehingga peningkatan efisiensi pemanfaatan substrat. Untuk meningkatkan pemanenan listrik dari sel bahan bakar mikroba, peningkatan kemampuan transfer elektron bakteri ke zat padat ekstraseluler diperlukan. Transfer elektron ekstraseluler ini dapat terjadi baik dalam kontak langsung antara permukaan sel dan permukaan padat atau secara tidak langsung melalui apa yang disebut mediator eksogen dan endogen. Untuk transfer elektron langsung antara bakteri dan permukaan elektroda, elektron harus mencapai membran luar sel. Fenomena ini mungkin terjadi karena pra-perawatan ultrasonikasi yang diberikan kepada inokum ketika energi tertentu yang dipasok memadai; oleh karena itu, mendukung efisiensi Coulombic yang lebih tinggi.
Proses elektrolisis mikroba yang diintensifkan secara ultrasonik dapat dikombinasikan dengan proses fermentasi berikutnya untuk pengobatan lumpur.

Pengolahan Lumpur Limbah Sono-Elektrokimia

Elektrokoagulasi adalah proses sederhana, yang dapat dengan mudah diterapkan pada air limbah dan memungkinkan pengolahan volume besar secara efisien dan hemat biaya. Ultrasonication membantu mengatasi kelemahan utama dari proses elektrokoagulasi dengan mencegah pembentukan lapisan passivating dari elektroda. Film pasif terbentuk pada permukaan elektroda dari waktu ke waktu, secara drastis mengurangi efisiensi sistem elektrokoagulasi dan ultrasound adalah metode facile untuk menghilangkan lapisan passivating ini terus menerus selama operasi, sementara pada saat yang sama sonikasi meningkatkan perputaran sistem elektrokoagulasi. Gelombang ultrasonik memecah sedimen yang terbentuk di permukaan elektroda dan menghasilkan sejumlah besar spesies radikal untuk menghilangkan polutan dengan menciptakan titik-titik tekanan tinggi di dalam larutan selama fenomena kavitasi. Dengan menggabungkan elektrokoagulasi dengan ultrasonik, karena penciptaan permukaan baru pada elektroda dengan kavitasi atau mikro-streaming, penurunan ketebalan lapisan distribusi diperburuk oleh peningkatan laju transfer massa. Sono-elektrokoagulasi meningkatkan jumlah pembentukan koagulan dibandingkan dengan elektrokoagulasi, dan flokulasi ditingkatkan dengan pencampuran ekstrim dan oksidasi dengan pembentukan radikal bebas; Oleh karena itu mencapai efisiensi yang diinginkan adalah mungkin dalam waktu singkat.
(Moradi et al., 2021)

Keuntungan Sonoelectrochemical dan Sonoelectrocoagulation

Sonoelectrochemical adalah kombinasi energi ultrasonik dalam sistem elektrokimia yang menawarkan beberapa keuntungan, termasuk penghapusan gelembung gas di permukaan elektroda, degassing solusi, gangguan lapisan difusi Nernst, peningkatan transportasi massa spesies elektroaktif melalui lapisan ganda, dan aktivasi dan pembersihan permukaan elektroda. Manfaat dalam elektrokimia ini menyebabkan peningkatan efisiensi proses (elektroda dan efisiensi saat ini), peningkatan tingkat elektrokimia dan hasil, penurunan tegangan sel dan elektroda overpotentials, peningkatan bahan elektrodaposit dalam hal kekerasan, kualitas, porositas dan ketebalan, dan penekanan elektroda fouling dan degassing di permukaan elektroda. (Foroughi et al., 2021)
Baca lebih lanjut tentang peralatan sono-elektrokimia dan aplikasinya!

Sistem Ultrasonik Industri untuk Pengolahan Lumpur Limbah

Hielscher Ultrasonics sistem kinerja tinggi adalah kuda kerja yang andal di air limbah dan pabrik pengolahan lumpur limbah. Sistem ultrasonik Hielscher memberikan ultrasound berdaya tinggi pada 20kHz, yang menciptakan kavitasi akustik yang intens. Efek dari pengobatan ultrasonik berdaya tinggi kami termasuk gangguan sel dan disintegrasi, transfer massa tinggi, desinfeksi, dekomposisi polimer, pelepasan enzim dan homogenisasi lumpur. Sonikasi intensitas tinggi meningkatkan efisiensi pengobatan melalui generasi radikal oksidatif dan dengan peningkatan lokasi nukleasi, memastikan koagulasi dan flokulasi yang lebih baik. Generasi yang andal dan berkelanjutan dari gaya kavitasi ultrasonik yang intens ini dan efeknya memungkinkan untuk mengintegrasikan prosesor ultrasonik kami yang kuat untuk berbagai aplikasi untuk meningkatkan energi dan nutrisi-panen dari lumpur limbah.

• Disintegrasi ultrasonik lumpur limbah
• Pencernaan anaerobik yang diintensifkan secara ultrasonik
• Pemulihan nutrisi berharga (fosfor, nitrogen, magnesium, kalsium, kalium, dll.)
• Penghapusan kontaminan seperti logam berat

Menawarkan prosesor ultrasonik dengan reaktor flow-through pada berbagai ukuran, Hielscher Ultrasonics memiliki pemboang limbah ultrasonik yang ideal dan sistem pengolahan lumpur lumpur untuk fasilitas lumpur limbah Anda.
Desain modular memungkinkan untuk angsuran sederhana dari beberapa unit ultrasonik secara paralel, yang membuat perlakuan yang andal dan efisien dari setiap volume yang mungkin.
Hielscher daya tinggi / high-throughput sistem ultrasonik meningkatkan efisiensi dan hasil dalam pengobatan biomassa dalam lumpur limbah.
Semua ultrasonicator kami memiliki pembersihan di tempat (CIP).
Cocok untuk perawatan yang menuntut: Lumpur limbah sering mengandung bahan berserat dengan isi selulosa tinggi, yang sulit disintegrasi. Hielscher Ultrasonik’ Prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah terus berjalan dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Amplitudo tinggi seperti itu adalah cara yang berkhasiat untuk mengganggu struktur seluler selulosa, lignin dan dinding sel yang kuat dari bahan lainnya. Desain yang dioptimalkan dari reaktor sel aliran kami memastikan pola aliran yang ideal dan perlakuan ultrasonik yang seragam dan efisien dari lumpur yang diberi makan.

Kami Bekerja dengan Integrator Sistem dan Insinyur Pabrik Lumpur Limbah

Sebagai produsen dan pembangun sistem unit modular ultrasonik berkinerja tinggi, Hielscher Ultrasonics bekerja sama dengan integrator sistem. Sebagian besar operator air limbah dan pabrik pengolahan lumpur limbah bekerja dengan integrator sistem, yang berpengalaman dalam desain dan otomatisasi pabrik pemurnian tersebut. Tim insinyur desain dan insinyur teknis kami merekomendasikan konfigurasi ultrasonik yang optimal untuk volume lumpur yang ditargetkan, memberikan informasi sistem terperinci, gambar CAD serta layanan instalasi dan pelatihan operasional. Hal ini memungkinkan implementasi yang konstruktif dan berorientasi pada tujuan dari integrasi ultrasound berkinerja tinggi di pabrik pengolahan limbah. Silakan hubungi kami jika Anda tertarik untuk mengintegrasikan prosesor ultrasonik kami untuk perawatan lumpur yang lebih baik!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Hubungi kami sekarang untuk mendapatkan rincian lebih lanjut tentang sistem pengolahan lumpur limbah ultrasonik Hielscher, opsi instalasi dan informasi teknis!