ულტრაბგერითი დამუშავება ნარჩენი აქტიური ლამის აერობული მონელებისთვის
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი დამუშავება შლის ჭარბ აქტიურ ლამს (WAS) აერობული დაშლის წინ ან მის დროს. აკუსტიკური კავიტაცია შლის ლამის ფლოკებს, არღვევს უჯრედგარე პოლიმერულ ნივთიერებებს და არღვევს მიკრობული უჯრედების მთლიანობას. შედეგად, მანამდე დაცული ორგანული ნივთიერება უფრო ხელმისაწვდომი ხდება აერობული დაშლის რეაქტორში.
აერობული პროცესის მიზანი ბიოგაზის წარმოების გაზრდა არ არის. მეთანის გამომუშავების ზრდა ანაერობულ დაშლას უკავშირდება. აერობული დაშლის რეაქტორში ეფექტურობის შესაბამისი მაჩვენებლებია აქროლადი მყარი ნივთიერებების დაშლა, ჟანგბადის მოხმარება, დაშლის დრო, ნარჩენი მშრალი მყარი ნივთიერებები, გაუწყლოების უნარი და სრული საექსპლუატაციო ხარჯი.
Hielscher-ის სამრეწველო სონიკატორები ინტეგრირდება WAS-ის სატუმბ ხაზში ან დაშლის რეაქტორის რეცირკულაციის კონტურში. ულტრაბგერითი გამდინარე კამერის რეაქტორები დამუშავებას ლამის განსაზღვრულ ნაკადზე აკონცენტრირებს და პროცესის მონიტორინგის საშუალებას იძლევა სიმძლავრის, ნაკადის, მყარი ნივთიერებების კონცენტრაციის, წნევისა და ტემპერატურის მიხედვით. შედეგია კომპაქტური მოდერნიზაციის გადაწყვეტა, რომელიც შესაძლებელს ხდის ლამის ულტრაბგერითი დეზინტეგრაციის დამატებას არსებული აერობული დაშლის რეაქტორის შეცვლის გარეშე.
Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერითი ინლაინ ნაკადის სკიდი გასქელებული WAS-ის დამუშავებისთვის
რატომ არის ჭარბი აქტიური ლამის დაშლა რთული
ჭარბი აქტიური ლამი არის ჭარბი ბიოლოგიური მყარი მასა, რომელიც აქტიური ლამით ჩამდინარე წყლების გაწმენდის პროცესიდან გამოიყოფა. ის შეიცავს მიკროორგანიზმებს, უჯრედგარე პოლიმერულ ნივთიერებებს (EPS), შეკავებულ ორგანულ მასალასა და ინერტულ მყარ ნივთიერებებს.
მეორეულ სალექარში დალექილი აქტიური ლამი ორ ნაკადად იყოფა:
- დასაბრუნებელი აქტიური ლამი (RAS) ბრუნდება აერაციის აუზში საჭირო ბიომასის კონცენტრაციის შესანარჩუნებლად.
- ჭარბი აქტიური ლამი (WAS) გამოიყოფა სითხის დამუშავების პროცესიდან და იგზავნება შესქელებაზე, სტაბილიზაციაზე, დაშლაზე ან გაუწყლოებაზე.
WAS შეიცავს მიკრობული უჯრედული მასალის დიდ წილს. მისი ბიოდეგრადირებადი ორგანული შემცველობის დიდი ნაწილი უჯრედის კედლებითაა შემოსაზღვრული ან შეკავშირებულია ლამის მკვრივი ფლოკების შიგნით. ეს ფიზიკური დაცვა ანელებს უჯრედების ბუნებრივ ლიზისსა და ჰიდროლიზს.
აერობული დაშლის დროს ჟანგბადი მიეწოდება, ხოლო ახალი საკვები მცირე რაოდენობითაა ხელმისაწვდომი. მიკროორგანიზმები გადადიან ენდოგენურ სუნთქვაზე და მოიხმარენ დაგროვილ მასალას, მკვდარ უჯრედებსა და ლამის სხვა ბიოდეგრადირებად კომპონენტებს. მიზანია ლამის სტაბილიზაცია, სუნის წარმოქმნის პოტენციალის შემცირება და იმ აქროლადი მყარი ნივთიერებების რაოდენობის შემცირება, რომლებიც გაუწყლოებასა და განთავსებას საჭიროებს.
დაშლის სიჩქარე ხშირად სუბსტრატის ხელმისაწვდომობითაა შეზღუდული. დაშლის რეაქტორში შეიძლება იყოს აქტიური მიკროორგანიზმები და დაყოვნების საკმარისი დრო, მაგრამ დაუზიანებელ უჯრედებსა და მკვრივ ფლოკებში არსებული ორგანული ნივთიერება ძნელად ხელმისაწვდომი რჩება.
დაუმუშავებელი ფლოკების შედარება ულტრაბგერით დამუშავებულ ლამთან: ულტრაბგერითი დამუშავება მნიშვნელოვნად ამცირებს ფლოკების ზომას.
კვლევა და სურათები: ©Chu et al. 2001
როგორ ხდის ულტრაბგერითი კავიტაცია WAS-ს ხელმისაწვდომს აერობული დაშლისთვის
Hielscher-ის სამრეწველო სონიკატორები მუშაობენ 20kHz-ზე და ქმნიან ინტენსიურ აკუსტიკურ კავიტაციას სითხისა და სუსპენზიის ნაკადებში. კავიტაციის ბუშტები წარმოიქმნება, იზრდება და კოლაფსირდება ლამში. მათი კოლაფსი ქმნის ძლიერ ადგილობრივ ძვრის ძალებს, რომლებიც პირდაპირ მოქმედებს ფლოკებზე, EPS-სა და მიკრობულ უჯრედებზე.
ულტრაბგერითი დამუშავება იწვევს სამ მნიშვნელოვან ცვლილებას WAS-ში:
ფლოკის დისინტეგრაცია
კავიტაცია შლის ლამის აგრეგატებს და აშიშვლებს ზედაპირებს, რომლებიც მანამდე უჯრედგარე პოლიმერული ნივთიერებებით (EPS) იყო დაფარული. დამუშავებული ლამი შეიცავს უფრო მცირე ნაწილაკებს და აქვს ხელმისაწვდომი ზედაპირის უფრო დიდი ფართობი.
EPS-ისა და უჯრედების სტრუქტურის რღვევა
ულტრაბგერითი დამუშავებით ხელშეწყობილი დეზინტეგრაცია ზრდის მუნიციპალური ჭარბი აქტიური ლამის აერობულ ბიოდეგრადირებადობას ლამის მტკიცე ფლოკების დაშლითა და მათში შეკავებული ორგანული ნივთიერებების გამოთავისუფლებით. ულტრაბგერითი კავიტაცია არღვევს უჯრედის მემბრანებსა და უჯრედის კედლებს. ცილები და ნახშირწყლები, ისევე როგორც სხვა უჯრედშიდა ნაერთები, გადადის თხევად ფაზაში.
გაზრდილი ბიოხელმისაწვდომობა
აერობული მიკროორგანიზმები უფრო ადვილად მოიხმარენ ხსნად და წვრილად დაქუცმაცებულ ორგანულ მასალას, ვიდრე დაუზიანებელ მიკრობულ უჯრედებსა და ნალექის კომპაქტურ ფლოკებს. შესაბამისად, ულტრაბგერითი დამუშავება მექანიკურად ასრულებს ლიზისისა და ჰიდროლიზის სამუშაოს ნაწილს ბიოლოგიური ჟანგვის ეტაპამდე.
ულტრაბგერითი დამუშავება მიმართულია საკანალიზაციო ნალექის სქელ დამცავ მატრიცაზე, რათა მიკრობული დაშლა ბევრად უფრო სწრაფი და ეფექტური გახდეს. ეს ჩვეულებრივ გამოიხატება ხსნადი ფრაქციის ჟანგბადის ქიმიური მოთხოვნილების (SCOD) ზრდით.
სამრეწველო ულტრაბგერითი ნაკადის რეაქტორი WAS-ის დამუშავების გასაუმჯობესებლად
ულტრაბგერითი დამუშავების სარგებელი აერობული დამუშავების სადგურებში
შედეგი დამოკიდებულია ნალექსა და ულტრაბგერითი დამუშავების დოზაზე. როდესაც ულტრაბგერითი დამუშავება ზრდის აერობულ ბიოდეგრადირებადობას, ჩამდინარე წყლების გამწმენდმა სადგურმა შეიძლება მიიღოს:
- მეტი აქროლადი მყარი ნივთიერებების დაშლა არსებულ დამუშავების დროში
- ნალექის სტაბილიზაციის შედარებადი ხარისხი დაყოვნების უფრო მოკლე დროში
- ნაკლები დარჩენილი მშრალი მყარი ნივთიერებების წარმოქმნა
- არსებული აერობული დაშლის რეაქტორის დამატებითი ეფექტური წარმადობა
- ბიონალექის გადაზიდვისა და განთავსების შემცირება
- პროცესის სტაბილურობის გაუმჯობესება მაღალი მყარი ნივთიერებების დატვირთვის პერიოდებში
- ფილამენტური ორგანიზმების უკეთესი კონტროლი ფლოკებისა და უჯრედების დამსხვრევის გზით
ინლაინ Hielscher სონიკატორები მარტივი რეტროფიტისთვის
სრულმასშტაბიანი მუშაობისას, ზოგადად, უფრო ეფექტურია კონცენტრირებული ნალექის ნაკადის ულტრაბგერითი დამუშავება, ვიდრე აერობული დაშლის რეაქტორის მთელი მოცულობისა. Hielscher-ის ულტრაბგერითი გამდინარე კამერის რეაქტორები ორი პრაქტიკული კონფიგურაციის გამოყენების საშუალებას იძლევა.
WAS-ის წინასწარი დამუშავება მიწოდების ხაზში
ულტრაბგერითი სისტემა მონტაჟდება WAS-ის შესქელების შემდეგ და აერობული დაშლის რეაქტორის წინ:
გასქელებული WAS -> საკვები ტუმბო -> Hielscher ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედი -> აერობული დამუშავებელი
ეს განლაგება ამუშავებს მშრალი მყარი ნივთიერებების განსაზღვრულ მასურ ნაკადს და უზრუნველყოფს მიწოდებული კუთრი ულტრაბგერითი ენერგიის კონტროლის მკაფიო საფუძველს.
ნაკადის სქემა: გასქელებული WAS -> საკვები ტუმბო -> Hielscher სამრეწველო ინლაინ სონიკატორი UIP6000hdT -> აერობული დამუშავებელი
დაშლის რეაქტორის რეცირკულაცია ან გვერდითი ნაკადის დამუშავება
ნალექის კონტროლირებადი ნაწილი ტუმბოთი მიეწოდება დაშლის რეაქტორიდან ან ნალექის ხაზიდან სონიკატორის გავლით და უბრუნდება პროცესს. ეს კონფიგურაცია სასარგებლოა, როდესაც არსებული მიწოდების ხაზის შეცვლა რთულია ან როდესაც ნალექის მხოლოდ შერჩეული ნაწილი უნდა დამუშავდეს.
ორივე განლაგება შეიძლება დამონტაჟდეს კომპაქტური ჩარჩოზე აწყობილი მოდულის სახით, ტუმბოთი, ულტრაბგერითი გამდინარე კამერით, ჩამკეტი სარქველებით, ტექნიკური მომსახურების შემოვლითი ხაზით, წნევისა და ტემპერატურის საზომი მოწყობილობებით, ნიმუშების აღების წერტილებითა და პროცესის მართვის საშუალებებით. არსებული დაშლის რეაქტორის ავზი უცვლელი რჩება.
ეს ულტრაბგერით დამუშავებას განსაკუთრებით შესაფერისს ხდის არსებული საკანალიზაციო გასუფთავების სადგურების რეტროფიტისთვის. ულტრაბგერითი სკიდი შეიძლება მონტაჟდებოდეს ტუმბოვან ხაზში, ფუნქციონირებდეს დამოუკიდებლად და ბაიპასდებოდეს ინსპექციის ან მომსახურების დროს.
გააუმჯობესეთ აერობული ნალექის დეზინტეგრაცია მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით!
Hielscher-ის სამრეწველო სონიკატორები უზრუნველყოფენ კომპაქტურ და მასშტაბირებად მეთოდს მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერის ინტეგრირებისთვის WAS-ის დამუშავების არსებულ ხაზში. გამდინარე კამერაში ინლაინ დამუშავება ულტრაბგერით ენერგიას ნალექის ნაკადზე აკონცენტრირებს, უზრუნველყოფს დოზის განმეორებად კონტროლს და შეიძლება დაპროექტდეს საიმედო 24/7 მუშაობისთვის მძიმე საექსპლუატაციო რეჟიმში.
დაპროექტება, წარმოება და კონსულტირება – გერმანიაში შექმნილი ხარისხი
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ცნობილია უმაღლესი ხარისხისა და კონსტრუქციის სტანდარტებით. გამძლეობა და ექსპლუატაციის სიმარტივე უზრუნველყოფს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების შეუფერხებელ ინტეგრაციას სამრეწველო ობიექტებში. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ადვილად უმკლავდება მძიმე პირობებსა და რთულ სამუშაო გარემოს.
Hielscher Ultrasonics არის ISO-ს მიხედვით სერტიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებულ ყურადღებას უთმობს მაღალეფექტიან ულტრაბგერით აპარატებს, რომლებიც გამოირჩევა უახლესი ტექნოლოგიითა და გამოყენების სიმარტივით. რა თქმა უნდა, Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები შეესაბამება CE-ის მოთხოვნებს და აკმაყოფილებს UL-ის, CSA-სა და RoHs-ის მოთხოვნებს.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალეფექტიან ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის, დისპერსიის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ხშირად დასმული კითხვები
წარმოქმნის თუ არა ულტრაბგერითი დამუშავება მეტ ბიოგაზს აერობული დაშლის რეაქტორში?
არა. მეთანის ან ბიოგაზის გამოსავლიანობის ზრდა ანაერობული დაშლის უპირატესობაა. აერობული დაშლის შემთხვევაში ულტრაბგერითი დამუშავება უნდა შეფასდეს VS-ის დაშლის, ჟანგბადის მოხმარების, დაშლის დროის, ნარჩენი მშრალი მყარი ნივთიერებების, გაუწყლოების უნარისა და ჯამური ხარჯის მიხედვით.
სად მონტაჟდება ულტრაბგერითი სისტემა?
სისტემა, როგორც წესი, მონტაჟდება WAS-ის გასქელების შემდეგ და აერობული დამუშავებლის წინ. ის ასევე შეიძლება მუშაობდეს კონტროლირებად გვერდით ხაზზე ან დამუშავებლის რეცირკულაციის მარყუჟში. სერვისული ბაიპასი საშუალებას აძლევს ლამის გადატანა გაგრძელდეს მომსახურების დროს.
რატომ უნდა გამოვიყენოთ 20kHz-ის ინდუსტრიული სონიკატორი?
დაბალი სიხშირის, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა ქმნის ინტენსიურ კავიტაციასა და მექანიკურ ძვრას. ეს ეფექტურია ლამის ფლოკების დასაშლელად, EPS-ის დასარღვევად და მიკრობული უჯრედების გასახსნელად სითხე-მყარი ნაკადებში.
შეუძლია თუ არა Hielscher-ის სონიკატორს უწყვეტი მუშაობა?
დიახ. Hielscher-ის ინდუსტრიული hdT სონიკატორების ხაზი შექმნილია უწყვეტი მძიმე რეჟიმის მუშაობისთვის და ცნობილია თავისი გამძლეობით. ნაკადის უჯრედული რეაქტორები უზრუნველყოფენ კონტროლირებად ინლაინ ან რეცირკულაციურ დამუშავებას, ხოლო ავტომატური მონაცემთა ჩაწერა ხელს უწყობს პროცესის მონიტორინგსა და გამეორებადობას.
რა მონაცემებია საჭირო ულტრაბგერითი ლამის სისტემის დასაპროექტებლად?
მთავარი შესავალი მონაცემებია WAS-ის ნაკადი, TS-ისა და VS-ის კონცენტრაცია, ლამის სიბლანტე, სასურველი კუთრი ენერგია, საჭირო დამუშავების ეფექტი, მუშაობის საათები და ხელმისაწვდომი წნევა. სრულმასშტაბიანი დაპროექტების წინ სასარგებლო დოზის დასადგენად რეკომენდებულია საცდელი ტესტირება.
აუმჯობესებს თუ არა ულტრაბგერითი დამუშავება ლამის წყალგამოშლას?
შედეგი დამოკიდებულია ლამის მახასიათებლებსა და დოზაზე. ზომიერი დამუშავება შეიძლება გააუმჯობესოს მყარი ნივთიერებების პროცესი, ხოლო ზედმეტი დაშლა შეიძლება წარმოქმნას მცირე ნაწილაკები და ხსნადი პოლიმერები, რომლებიც აფერხებენ დაკავებას ან ნალექის მყარი ნივთიერებების შემცველობას. ამიტომ, წყალგამოშლის ცდები პროცესის ოპტიმიზაციის აუცილებელი ნაწილია.
რა ამბობენ სამეცნიერო კვლევები ულტრაბგერითი WAS-ის დამუშავების შესახებ?
ლაბორატორიული კვლევები ამყარებენ ულტრაბგერის გამოყენებას WAS-ის ხელმისაწვდომობისა და აერობული ბიოდეგრადირებადობის გაზრდისთვის.
აერობული დამუშავების წინ ალკალური და ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავების კომბინირებული კვლევისას, ორგანული ნივთიერებების დაშლა იმავე დამუშავების დროზე დაფიქსირდა 38,0% არადამუშავებული ლამისთვის და 42,5% ულტრაბგერითად წინასწარ დამუშავებული ლამისთვის. ალკალური და ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავების კომბინაციამ დაშლა გაზარდა 50,7%-მდე. შედეგი აჩვენებს, რომ მხოლოდ ულტრაბგერა შეიძლება გააუმჯობესოს აერობული დაშლა, თუმცა ასევე აჩვენებს, რომ მიღწევადი გაუმჯობესება დამოკიდებულია წინასწარი დამუშავების სტრატეგიასა და ლამის მახასიათებლებზე. (cf. Jin et al., 2009)
მუნიციპალური WAS-ის სხვა კვლევამ დააფიქსირა ლამის სოლუბილიზაციისა და აერობული ბიოდეგრადირებადობის ზრდა ულტრაბგერითი დახმარებით ბაქტერიული დაშლის შემდეგ. წინასწარ დამუშავებულმა ლამმა აჩვენა უფრო მაღალი ბიოდეგრადირების ან დაშლის სიჩქარე, ვიდრე არადამუშავებულმა კონტროლმა. (cf. Kavitha et al. 2016)
აუმჯობესებს თუ არა ულტრაბგერითი დამუშავება ლამის სხვა პროცესებს?
დიახ. ულტრაბგერითი დამუშავება ხელს უწყობს ლამის დამუშავების რამდენიმე პროცესს ფლოკების, EPS-ისა და მიკრობული უჯრედების დაშლით:
ანაერობული დამუშავება/ბიოგაზის წარმოება: აჩქარებს ჰიდროლიზს, ზრდის ხსნად COD-ს და შეიძლება გააუმჯობესოს VS-ის დაშლა და მეტანის წარმოება.
ფოსფორის აღდგენა: თავისუფლებს უჯრედთან დაკავშირებულ და ორგანულ ფოსფორს სითხის ფაზაში, რაც აუმჯობესებს ხელმისაწვდომობას შემდგომი სტრუვიტის ან ვივიანიტის ნალექწარმოქმნისთვის; ულტრაბგერა ასევე შეიძლება გააძლიეროს ფოსფორის გამოტუტვა ლამის ფერფლიდან.
ლიტერატურა / რეფერატები
- 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 აწარმოებს მაღალი ეფექტურობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბ მდე ინდუსტრიული ზომის.