ფოსფორის მუნიციპალური საკანალიზაციო ლამიდან აღდგენის სხვადასხვა გადაწყვეტა

ფოსფორი კრიტიკულად მნიშვნელოვანი მინერალური რესურსია, რომლის ბუნებრივი მარაგი სწრაფად მცირდება. შესაბამისად, გერმანიის მთავრობამ დადგენილებით განსაზღვრა, რომ 2029 წლიდან ფოსფორის უდიდესი ნაწილი საკანალიზაციო ლამიდან უნდა იქნეს აღდგენილი. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერის დანერგვა მუნიციპალური საკანალიზაციო ლამიდან ფოსფორის აღდგენის ინტენსიფიკაციის სხვადასხვა შესაძლებლობას ქმნის.

საკანალიზაციო ლამის დამუშავების საწარმოები და ფოსფორის რეციკლირება

ფოსფორი კრიტიკულად მნიშვნელოვანი ელემენტია, რომელიც ფართოდ გამოიყენება სასუქად და ნედლეულად ნატიფ ქიმიურ და ფარმაცევტულ მრეწველობაში. მისი ხელმისაწვდომი რესურსების სწრაფი შემცირების გამო, გერმანიის მთავრობამ შემოიღო კანონი, რომლის თანახმადაც ყველა მუნიციპალურმა ჩამდინარე წყლების გამწმენდმა ნაგებობამ უნდა მიიღოს ზომები მუნიციპალური საკანალიზაციო ლამიდან ფოსფორის აღსადგენად. მაღალი წარმადობის ულტრაბგერის დანერგვა დამუშავების სხვადასხვა შესაძლებლობას იძლევა, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის ფოსფორის აღდგენის ეფექტურობას.

ჩამდინარე წყლების გამწმენდი ნაგებობები იყენებენ ულტრაბგერას ლამის მონელების გასაუმჯობესებლად და ისეთი საკვები ელემენტების აღსადგენად, როგორიცაა ფოსფორი.

საკანალიზაციო ლამის ულტრაბგერითი დეზინტეგრაცია ფოსფორის აღდგენის გასაუმჯობესებლად

ნათლად დადასტურდა, რომ საკანალიზაციო ლამის მძლავრი ულტრაბგერითი ტალღებით დასხივება აუმჯობესებს მასში არსებული ბიომასის დეზინტეგრაციას. მრავალმა სამეცნიერო კვლევამ აჩვენა ჭარბი აქტიური ლამის ულტრაბგერითი დამუშავების სარგებელი, ხოლო გერმანიის მუნიციპალურ ჩამდინარე წყლების გამწმენდ ნაგებობებში სხვადასხვა სამრეწველო ულტრაბგერითი სისტემა მუშაობს.
საკანალიზაციო ლამში არსებული სუბსტრატების ულტრაბგერით წინასწარ დამუშავებას რამდენიმე სასარგებლო ეფექტი აქვს ანაერობული მონელების პროცესებისთვის. ეს სარგებელი მოიცავს ნაწილაკების ზომის შემცირებას, ჰიდროლიზის სიჩქარის გაზრდას და ჰიდრავლიკური დაყოვნების დროის შემცირებას.
მაღალი ინტენსივობის / დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი ტალღებით წარმოქმნილი კავიტაციური ძვრის ძალები იწვევს ლამის ფლოკულების მორფოლოგიისა და ლამის მიკრობული სტრუქტურის დაშლას.
ნგუენის სამეცნიერო ჯგუფმა თავის კვლევებში აჩვენა, „რომ ულტრაბგერის გამოყენება ძალიან ეფექტურია ბიომასის ნაწილაკების ზომის შემცირებისთვის, საშუალო ნაწილაკების ზომის >78,78%-მდე შემცირების მიღწევით, რაც პროპორციულია ულტრაბგერითი დასხივების სიხშირისა და ინტენსივობის. ეს მიუთითებდა იმაზე, რომ ნარჩენების ნაწილაკები დაიშალა და ნარჩენების ნაწილაკების ზომა შემცირდა, ულტრაბგერითი დამუშავების დროსა და ფლოკის ნაწილაკების ზომას შორის არსებული უკუპროპორციული დამოკიდებულების საფუძველზე. გამოყენება ძალიან ეფექტური იყო, მიუხედავად იმ ფაქტისა, რომ დამუშავებამდე ნარჩენების ფლოკების დაკვირვებამ აჩვენა, რომ ნარჩენების ფლოკები მკვრივი და ძალიან კომპაქტური იყო, შედგებოდა მრავალი ქვეკომპარტმენტისგან კომპაქტური გულებით, უჯრედული კლასტერებით, ბაქტერიული კოლონიებით, პროტოზოებითა და თხელმავალი ბაქტერიებით, სხვა ფაქტორებთან ერთად. გამონადენის ანალიზი აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითმა პროცესმა მნიშვნელოვნად დაშალა ყველა ზომის ნარჩენების ფლოკების სტრუქტურული მთლიანობა. ოპტიმალური დამუშავების პირობებში ფლოკის ნაწილები შემცირდა ≤6,5 μm-მდე და დაიშალა ნარჩენების სუსპენზიაში 5–10 წუთიანი ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ, 20 kHz დაბალი ულტრაბგერითი სიხშირით.“ (Nguyen et al., 2015)
ეფექტურად დაშლილ საკანალიზაციო ლამს, ანუ ულტრაბგერით დამუშავებულ ლამს, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებული სეპარაციული თვისებები აქვს, რაც ფოსფორით მდიდარი ფრაქციების ბიომასისგან, გელისებრი ფრაქციებისა და წყლისგან გამოყოფის საშუალებას იძლევა. ულტრაბგერითი კავიტაცია არღვევს საკანალიზაციო ლამში არსებული ბიომასის უჯრედულ სტრუქტურებს და აადვილებს მის შემდგომ დაყოფას სამ ფრაქციად: (i) ცელულოზით მდიდარ ბოჭკოებად, (ii) საკვები ელემენტებით მდიდარ გელად და (iii) ადვილად ფერმენტირებად სითხედ. ლამის ეს სამი ფრაქცია შეიძლება შემდგომ დამუშავდეს, მაგალითად, ფოსფორის აღდგენის, მძიმე ლითონების მოცილებისა და სხვა მიზნებისთვის.

ულტრაბგერით ინტენსიფიცირებული ფოსფორის სველქიმიური დალექვა

ულტრაბგერითი დამუშავება კარგად ცნობილი მეთოდია, რომელიც ქიმიაში დიდი ხანია გამოიყენება მინერალების, ნაწილაკებისა და კრისტალების წარმატებული და ეფექტური დალექვისთვის. საკანალიზაციო ლამიდან ფოსფორის აღსადგენად ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება სტრუვიტის დალექვის ხელშეწყობისა და დაჩქარებისთვის. სტრუვიტი (მაგნიუმ-ამონიუმის ფოსფატი) ფოსფატური მინერალია ფორმულით NH₄MgPO₄·6H₂ O, რომელიც ლამის ნარჩენებიდან ფოსფორის შეკავშირებული ფორმით მოცილების მარტივ საშუალებას იძლევა.
სტრუვიტის კრისტალიზაციის / დალექვის პროცესის დროს იონები PO₄^3-, NH₄⁺, და Mg²⁺ თხევადი ფაზიდან გამოიყოფა სტრუვიტის დალექვის შედეგად, სანამ რეაქცია წონასწორობას არ მიაღწევს.

ღორის ფერმის ჩამდინარე წყლებიდან დალექილი სტრუვიტის კრისტალები.
(სურათი და კვლევა: ©Kim et al. 2017)

როდესაც ლამის ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება სტრუვიტის დალექვის პროცესამდე ტარდება, ულტრაბგერით გამოწვეული კავიტაცია უზრუნველყოფს საფუძვლიან შერევას მოლეკულურ დონეზე და ქმნის აქტიურ ზედაპირს კრისტალების ზრდისთვის. უჯრედგარე და უჯრედშიდა ნივთიერებების გახსნის სიჩქარის ზრდა დამატებით ხელს უწყობს სტრუვიტის დალექვას NH₄⁺ და PO₄^3- იონების ბიოხელმისაწვდომობის გაზრდის გზით. ულტრაბგერითი დამუშავების შედეგად ხდება მასის გადატანის გაადვილება სუსპენზიაში, რაც გამოწვეულია ულტრაბგერითი კავიტაციით.
ულტრაბგერითი დამუშავება ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნეს ჰიდროთერმული კარბონიზაციის თხევადი ფაზის დასამუშავებლად, საიდანაც ფოსფორი სტრუვიტის სახით აღდგება ულტრაბგერით ხელშეწყობილი ექსტრაქციისა და დალექვის გზით.
გაიგეთ მეტი საკანალიზაციო ლამიდან ფოსფორის აღსადგენად სტრუვიტის ფართომასშტაბიანი დალექვის შესახებ!

სონო-ფენტონის მეთოდი საკანალიზაციო ლამიდან ფოსფორის გამოყოფისთვის

Gong et al. (2015)-ის კვლევამ აჩვენა კომბინირებული ულტრაბგერა–ფენტონის (ასევე ცნობილი როგორც სონო-ფენტონის) წინასწარი დამუშავების ეფექტურობა საკანალიზაციო ლამის დეზინტეგრაციისთვის. ულტრაბგერა–ფენტონის დამუშავების გამოყენებამ მნიშვნელოვნად გაზარდა ნახშირბადის, აზოტისა და ფოსფორის გამოყოფა. მხოლოდ ფენტონის დამუშავებასთან შედარებით, სონო-ფენტონის დამუშავებამ საერთო აზოტის (N) და ფოსფორის (P) რაოდენობა, შესაბამისად, 1,7- და 2,2-ჯერ გაზარდა. სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპიით დადგინდა, რომ სონო-ფენტონის დამუშავების შემდეგ ლამს მნიშვნელოვნად უფრო წვრილი ნაწილაკები და უფრო ფაშარი მიკროსტრუქტურა ჰქონდა. ელექტრონული სპინური რეზონანსით დადგინდა, რომ OH• სიგნალის მაქსიმალური ინტენსივობა ფენტონის დამუშავებისას მიღებული 568,7-დან სონო-ფენტონის დამუშავების შემდეგ 1106,3-მდე გაიზარდა. ამან აჩვენა, რომ სონო-ფენტონის დამუშავება იწვევს ლამის დეზინტეგრაციას და მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ორგანული ნახშირბადის, აზოტისა და ფოსფორის გამოყოფას.

ულტრაბგერით გაძლიერებული მიკრობული საწვავის ელემენტები

საკანალიზაციო ლამის ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება ხელს უწყობს ლამის მატრიციდან სხვადასხვა ორგანული ნაერთის ხსნად ფორმაში გადასვლას, რაც შემდგომში აჩქარებს მიკრობულ ელექტროჰიდროგენეზს.
More და Ghangrekar (2010) ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავების სასარგებლო ეფექტებს მიკრობულ საწვავის ელემენტებზე მიაწერენ გაზრდილ ფერმენტულ აქტივობასა და უჯრედგარე ცილების, პოლისაქარიდებისა და ფერმენტების ხელმისაწვდომობას. ეს ნივთიერებები ულტრაბგერითი სონოპორაციისა და უჯრედების დაშლის შედეგად ლამის ფლოკულების შიდა ფენებიდან გარე ფენებში გამოიყოფა, რაც სუბსტრატის გამოყენების ეფექტურობას აუმჯობესებს. მიკრობული საწვავის ელემენტებიდან ელექტროენერგიის მოპოვების გასაუმჯობესებლად აუცილებელია ბაქტერიების მიერ უჯრედგარე მყარ ნივთიერებაზე ელექტრონების გადაცემის უნარის გაუმჯობესება. ელექტრონების ეს უჯრედგარე გადაცემა შეიძლება მოხდეს როგორც უჯრედის ზედაპირსა და მყარ ზედაპირს შორის პირდაპირი კონტაქტით, ისე არაპირდაპირ, ეგრეთ წოდებული ეგზოგენური და ენდოგენური მედიატორების საშუალებით. ბაქტერიებსა და ელექტროდის ზედაპირს შორის ელექტრონების პირდაპირი გადაცემისთვის ელექტრონმა უჯრედის გარე მემბრანამდე უნდა მიაღწიოს. ეს მოვლენა შესაძლოა ინოკულუმის ულტრაბგერითმა წინასწარმა დამუშავებამ გამოიწვია, როდესაც მიწოდებული კუთრი ენერგია საკმარისი იყო, რაც უფრო მაღალ კულონურ ეფექტურობას უწყობდა ხელს.
ულტრაბგერით გაძლიერებული მიკრობული ელექტროლიზის პროცესი შეიძლება გაერთიანდეს ლამის დამუშავებისთვის შემდგომ ფერმენტაციის პროცესებთან.

საკანალიზაციო ლამის სონო-ელექტროქიმიური დამუშავება

ელექტროკოაგულაცია არის მარტივი პროცესი, რომელიც მარტივად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჩამდინარე წყლების დასამუშავებლად და საშუალებას იძლევა ეფექტურად და ეკონომიურად დამუშავდეს დიდი მოცულობები. ულტრაბგერითი დამუშავება ხელს უწყობს ელექტროკოაგულაციის პროცესების მთავარი ნაკლის გადალახვას, რადგან ხელს უშლის ელექტროდებზე პასივაციის ფენების წარმოქმნას. დროთა განმავლობაში ელექტროდის ზედაპირზე წარმოქმნილი პასიური ფენები მკვეთრად ამცირებს ელექტროკოაგულაციის სისტემების ეფექტურობას, ხოლო ულტრაბგერა არის მარტივი მეთოდი ამ პასივაციის ფენების უწყვეტად მოსაშორებლად ექსპლუატაციის დროს; ამავდროულად ულტრაბგერითი დამუშავება ზრდის ელექტროკოაგულაციის სისტემების გამტარუნარიანობას. ულტრაბგერითი ტალღები შლიან ელექტროდის ზედაპირზე წარმოქმნილ ნალექებს და ქმნიან რადიკალების დიდ რაოდენობას დამაბინძურებლების მოსაცილებლად, კავიტაციის ფენომენის დროს ხსნარის შიგნით მაღალი წნევის წერტილების შექმნით. ელექტროკოაგულაციის ულტრაბგერასთან კომბინირებით, კავიტაციის ან მიკრონაკადის შედეგად ელექტროდზე ახალი ზედაპირების წარმოქმნის გამო, მასის გადატანის სიჩქარის ზრდით მკვეთრად მცირდება დიფუზიური ფენის სისქე. სონოელექტროკოაგულაცია ზრდის კოაგულანტის წარმოქმნის რაოდენობას ელექტროკოაგულაციასთან შედარებით, ხოლო ფლოკულაცია ძლიერდება ინტენსიური შერევითა და თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნით გამოწვეული დაჟანგვით; შესაბამისად, სასურველი ეფექტურობის მიღწევა შესაძლებელია უმოკლეს დროში.
(Moradi et al., 2021)

სონოელექტროქიმიისა და სონოელექტროკოაგულაციის უპირატესობები

„სონოელექტროქიმია არის ულტრაბგერითი ენერგიის კომბინაცია ელექტროქიმიურ სისტემაში, რომელიც გთავაზობთ რამდენიმე უპირატესობას, მათ შორის, აირის ბუშტების მოცილებას ელექტროდის ზედაპირიდან, ხსნარის დეგაზირებას, ნერნსტის დიფუზიის ფენის დარღვევას, ელექტროაქტიური ნაწილაკების მასის გადატანის გაუმჯობესებას ორმაგი ფენის გავლით, და ელექტროდის ზედაპირის აქტივირებასა და გაწმენდას. ეს უპირატესობები ელექტროქიმიაში იწვევს პროცესის ეფექტურობის გაუმჯობესებას (ელექტროდისა და დენის ეფექტურობა), ელექტროქიმიური სიჩქარეებისა და გამოსავლიანობის ზრდას, უჯრედის ძაბვისა და ელექტროდის ზეძაბვის შემცირებას, ელექტრონადლექსირებული მასალების გაუმჯობესებას სიხისტის, ხარისხის, ფოროვანობისა და სისქის თვალსაზრისით, და ელექტროდის ზედაპირზე დაბინძურებისა და დეგაზირების ჩახშობას.“ (Foroughi et al., 2021)
გაიგეთ მეტი სონოელექტროქიმიური აპარატურისა და მისი გამოყენების შესახებ!

სამრეწველო ულტრაბგერითი სისტემები საკანალიზაციო ლამის დამუშავებისთვის

Hielscher Ultrasonics-ის მაღალეფექტური სისტემები არის საიმედო „მუშა ცხენი“ ჩამდინარე წყლებისა და საკანალიზაციო ლამის დამუშავების სადგურებში. Hielscher-ის ულტრაბგერითი სისტემები აწვდიან მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერას 20kHz სიხშირეზე, რაც ქმნის ინტენსიურ აკუსტიკურ კავიტაციას. ჩვენი მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი დამუშავების ეფექტებს შორისაა უჯრედების დარღვევა და დეზინტეგრაცია, მასის მაღალი გადატანა, დეზინფექცია, პოლიმერების დაშლა, ფერმენტების გამოყოფა და ლამის ჰომოგენიზაცია. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს დამუშავების ეფექტურობას ჟანგვითი რადიკალების გენერაციისა და ნუკლეაციის ცენტრების რაოდენობის ზრდის გზით, რაც უზრუნველყოფს უკეთეს კოაგულაციასა და ფლოკულაციას. ამ ინტენსიური ულტრაბგერითი კავიტაციის ძალებისა და მათი ეფექტების საიმედო და უწყვეტი გენერაცია საშუალებას გვაძლევს, ჩავრთოთ ჩვენი მძლავრი ულტრაბგერითი პროცესორები სხვადასხვა დანიშნულებით, რათა გავაუმჯობესოთ ენერგიისა და ნუტრიენტების მოპოვება საკანალიზაციო ლამიდან.

• საკანალიზაციო ლამის ულტრაბგერითი დეზინტეგრაცია
• ულტრაბგერით გაძლიერებული ანაერობული დუღილი
• საჭირო ნუტრიენტების მოპოვება (ფოსფორი, აზოტი, მაგნიუმი, კალციუმი, კალიუმი და ა.შ.)
• მავნე ნივთიერებების, როგორიცაა მძიმე ლითონები, მოცილება

სხვადასხვა ზომის ნაკადიანი რეაქტორებით აღჭურვილი ულტრაბგერითი პროცესორების შეთავაზებით, Hielscher Ultrasonics-ს აქვს იდეალური ულტრაბგერითი სისტემები ჩამდინარე წყლისა და ლამის დასამუშავებლად თქვენი საკანალიზაციო ლამის დანადგარისთვის.
მოდულური დიზაინი საშუალებას იძლევა, მარტივად დაინსტალირდეს რამდენიმე ულტრაბგერითი აგრეგატი პარალელურად, რაც ნებისმიერი მოცულობის საიმედო და ეფექტურ დამუშავებას უზრუნველყოფს.
Hielscher-ის მაღალი სიმძლავრის / მაღალი გამტარუნარიანობის ულტრაბგერითი სისტემები ზრდის ეფექტურობასა და გამოსავლიანობას საკანალიზაციო ლამში ბიომასის დამუშავებისას.
ჩვენი ყველა ულტრაბგერითი აპარატი აღჭურვილია ადგილზე გაწმენდის (CIP) ფუნქციით.
მორგებულია რთულ დამუშავებებზე: საკანალიზაციო ლამა ხშირად შეიცავს ბოჭკოვან მასალებს ცელულოზის მაღალი შემცველობით, რომლებიც რთულად იშლება. Hielscher Ultrasonics-ის სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს შეუძლიათ ძალიან მაღალი ამპლიტუდების უზრუნველყოფა. 200µm-მდე ამპლიტუდები მარტივად შეიძლება უწყვეტად იყოს გამოყენებული 24/7 რეჟიმში. უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად დამზადებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. ასეთი მაღალი ამპლიტუდები ეფექტური გზაა ცელულოზის, ლიგნინისა და სხვა მასალების მტკიცე უჯრედის კედლების სტრუქტურის დასარღვევად. ჩვენი ნაკადიანი უჯრედის რეაქტორების ოპტიმიზებული დიზაინი უზრუნველყოფს იდეალურ ნაკადის სქემებს და მიწოდებული ლამის თანაბარ, ეფექტურ ულტრაბგერით დამუშავებას.

ჩვენ ვმუშაობთ საკანალიზაციო ლამის დამუშავების ქარხნების სისტემურ ინტეგრატორებთან და ინჟინრებთან

როგორც მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი მოდულური ერთეულების მწარმოებელი და სისტემური შემქმნელი, Hielscher Ultrasonics თანამშრომლობს სისტემურ ინტეგრატორებთან. ჩამდინარე წყლებისა და საკანალიზაციო ლამის დამუშავების ქარხნების უმეტესი ოპერატორი მუშაობს სისტემურ ინტეგრატორებთან, რომლებსაც აქვთ დიდი გამოცდილება ასეთი გასაწმენდი ქარხნების დიზაინსა და ავტომატიზაციაში. ჩვენი დიზაინ-ინჟინრებისა და ტექნიკური ინჟინრების გუნდი გირჩევთ ოპტიმალურ ულტრაბგერით კონფიგურაციას მიზნობრივი ლამის მოცულობისთვის, აწვდის დეტალურ ინფორმაციას სისტემის შესახებ, CAD ნახაზებს, ასევე მონტაჟის სერვისს და ექსპლუატაციის ტრენინგს. ეს უზრუნველყოფს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერის ინტეგრაციის კონსტრუქციულ და მიზანმიმართულ განხორციელებას ლამის დამუშავების ქარხნებში. გთხოვთ, დაგვიკავშირდეთ, თუ დაინტერესებული ხართ ჩვენი ულტრაბგერითი პროცესორების ინტეგრაციით ლამის დამუშავების გასაუმჯობესებლად!

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრეზე:

დაგვიკავშირდით ახლავე, რომ მიიღოთ მეტი დეტალები Hielscher-ის ულტრაბგერითი საკანალიზაციო ლამის დამუშავების სისტემების, მონტაჟის ვარიანტებისა და ტექნიკური ინფორმაციის შესახებ!