인은 천연 공급이 급격히 감소하고 있는 중요한 자원 광물입니다. 따라서 독일 정부는 2029년부터 하수 슬러지에서 주로 인을 회수해야 한다는 법령에 의해 제정되었다. 전력 초음파의 구현은 시 하수 슬러지에서 인의 회복을 강화하기 위해 다양한 옵션을 엽니 다.

하수 슬러지 처리장 및 인 재활용

인은 화학 및 제약 산업에서 비료 및 원료로 널리 사용되는 중요한 원소입니다. 독일 정부는 사용 가능한 자원이 급격히 줄어들고 있기 때문에 모든 시정 폐수 처리 장이 시 하수 슬러지에서 인을 회수하기 위한 측정을 수립하는 법을 시행했습니다. 고성능 초음파의 구현은 인 회복의 효율성을 크게 높이는 다양한 치료 옵션을 제공합니다.

폐수 플랜트는 인과 같은 영양소의 개선된 슬러지 소화 및 회복을 위해 초음파를 사용합니다.

퍼지포러스 회수 개선을 위한 초음파 하수 슬러지 붕괴

강력한 초음파 파로 하수 슬러지를 조사하는 것은 하수 슬러지에서 바이오 매스의 붕괴를 개선하기 위해 명확하게 입증되었습니다. 수많은 연구 결과에 따르면 독일의 시립 폐수 처리 공장에서 초음파 폐기물 활성 슬러지 처리 및 다양한 산업 초음파 시스템이 실행되고 있습니다.
하수 슬러지에서 기판의 초음파 전처리는 혐기성 소화 공정에 대한 몇 가지 유익한 효과가 있습니다. 이러한 이점에는 입자 크기 감소, 가수 분해 속도 증가, 유압 보존 시간 단축 등이 있습니다.
고강도/저주파 초음파파에 의해 생성된 캐비테이션 전단력은 슬러지 플로크 형태와 슬러지의 미생물 구조의 이별을 일으킨다.
응우옌 연구팀은 연구에서 "초음파 적용이 바이오매스의 입자 크기를 줄이는 데 매우 효과적이며, 초음파 조사 노출의 길이와 강도에 비례하여 평균 입자 크기>78.78%로 감소하는 데 매우 효과적이라는 것을 입증했습니다. 이것은 음속처리 시간과 floc 입자 크기 사이의 역 관계에 따라 슬러지 입자가 분해되고 슬러지 입자 크기가 감소함을 나타냈다. 응용 프로그램은 매우 효과적이었다, 치료 전에 슬러지 floc 관측은 슬러지 flocs가 조밀하고 매우 컴팩트한 것으로 나타났다, 컴팩트 코어와 많은 하위 구획으로 구성, 세포 클러스터, 세균 성 식민지, 원생 동물, 필라멘트 박테리아, 다른 요인 중. 유출물의 분석은 초음파 공정이 모든 크기의 슬러지 플로크스의 구조적 무결성을 크게 분해한다는 것을 보여줍니다. Floc 조각은 최적의 치료 조건하에서 ≤6.5 μm만큼 적게 감소했으며, 20kHz의 낮은 초음파 주파수로 5-10 분 초음파 처리 후 슬러지 슬러리에 용해되었습니다." (응우옌 외, 2015)
효율적으로 분해된 하수 슬러지( 예: 초음파 처리 된 슬러지, 바이오 매스와 젤 과 같은 분수뿐만 아니라 물에서 인이 풍부한 분획을 제거 할 수 있도록 크게 개선 된 분리 특성을 보여줍니다. 초음파 캐비테이션은 하수 슬러지에서 바이오매스의 세포 구조를 방해하고 (i) 셀룰로오스가 풍부한 섬유의 세 분획으로 후속 분획을 용이하게하고, (ii) 영양이 풍부한 젤, (iii) 쉽게 발효되는 액체. 이러한 슬러지의 3분극은 인 회수, 중금속 제거 등과 같은 추가 처리될 수 있다.

인의 초음파 강화 습식 화학 적강수량

초음파는 미네랄, 입자 및 결정의 정교하고 효과적인 침전을 위해 화학분야에서 오랜 시간 동안 사용되는 잘 알려진 기술입니다. 하수 슬러지에서 인산화 를 회수하기 위해, 소닉은 스트루비트의 강수량을 촉진하고 가속화하기 위해 적용됩니다. 스트루비테(마그네슘 암모늄 인산염)는 포뮬러 NH를 함유한 인산염 미네랄입니다.₄MgPO₄· 6H₂ O는 폐기물 슬러지에서 결합 된 형태로 인을 제거하는 간단한 솔루션을 제공합니다.
스트루비테 결정화/강수공정 동안, 이온 PO₄^3-, NH₄⁺, 및 Mg²⁺ 반응이 평형에 도달할 때까지 스트루비트 강수량으로 인해 액체 상에서 제거됩니다.

돼지 유출물로 침전된 스트루비테 크리스탈.
(사진 및 연구: ©Kim 외 2017)

초음파가 스트루비트 강수공정 전에 슬러지 전처리로 적용될 때, 초음파 유발 캐비테이션은 결정 성장을 위한 활성 표면적을 제공하는 분자 수준에서 투우혼합을 제공한다. 세포외 및 세포내 물질의 용해율의 증가는 NH의 생체 이용률을 증가시킴으로써 스트루비테 강수량에 더 유익합니다.₄⁺ 및 PO₄^3- 이온. 초음파 처리는 초음파 기병으로 인한 슬러리를 통해 촉진 된 질량 전달을 초래합니다.
초음파 처리는 또한 수열 탄화 주류에 적용될 수 있으며, 인은 초음파 보조 추출 및 강수량을 통해 수열 탄화 주류에서 struvite로 재활용됩니다.
하수 슬러지에서 인 회수를위한 대규모 struvite 강수량에 대해 자세히 읽어보십시오!

하수 슬러지에서 인 방출을위한 소노 펜톤

공 외 (2015)의 연구는 결합 된 초음파 - 펜톤 (소노 펜톤이라고도 함) 하수 슬러지 붕괴에 대한 사전 처리의 효율성을 입증했다. 초음파 - 펜톤 치료를 적용하면 탄소, 질소 및 인 방출이 크게 증가했습니다. 소노 펜톤 치료는 펜톤 치료만과 비교했을 때 총 질소(N)와 인(P)을 각각 1.7배 및 2.2배 증가시켰습니다. 소노 펜톤 처리 후 슬러지는 상당히 미세한 입자 크기와 스캐닝 전자 현미경 검사법을 기반으로 느슨한 미세 구조를 보였다. 전자 스핀 공명을 사용하여, 가장 높은 OH• 신호 강도는 소노 펜톤 처리 후에 1106.3로 펜톤 처리에 의해 568.7에서 증가했습니다. 이것은 소노 펜톤 처리가 슬러지의 붕괴를 유도하고 유기 탄소, 질소 및 인의 방출을 현저하게 향상시킨다는 것을 보여주었습니다.

초음파 강화 미생물 연료 전지

하수 슬러지의 초음파 전처리는 슬러지 매트릭스에서 다양한 유기 화합물의 용해화를 촉진하여 미생물 전기 수소를 가속화합니다.
점점 더 많은 Ghangrekar (2010)는 미생물 연료 전지에 초음파 처리의 유익한 효과를 기여하여 효소 활동과 세포 외 단백질, 다당류 및 효소의 가용성을 향상시키고, 슬러지 플록스의 내부 층에서 초음파 초음파 포기 및 세포 중단에 의해 외부 층으로 방출되어 기판 효율을 향상시합니다. 미생물 연료 전지에서 전기 수확을 개선하기 위해서는 박테리아의 전자 전달 능력의 개선이 세포외 고체 물질로 개선될 필요가 있다. 이러한 세포 외 전자 전달은 세포 표면과 고체 표면 사이의 직접적인 접촉또는 소위 외인성 및 내인성 중재자를 통해 간접적으로 발생할 수 있습니다. 박테리아와 전극 표면 사이의 직접 전자 전달의 경우 전자는 세포의 외부 막에 도달해야합니다. 이러한 현상은 특정 공급 에너지가 적절했을 때 접종에 주어진 초음파 전처리로 인해 발생했을 수 있습니다. 따라서, 더 높은 쿨로빅 효율성을 선호.
초음파 강화 된 미생물 전해 과정은 슬러지 처리를위한 후속 발효 과정과 결합 될 수있다.

소노-전기화학하수 슬러지 처리

전기 응고는 폐수에 쉽게 적용 할 수 있으며 대량의 효율적이고 비용 효율적인 처리를 가능하게하는 간단한 과정입니다. 초음파는 전극에서 패시베이션 층의 형성을 방지하여 전동 공정의 주요 단점을 극복하는 데 도움이됩니다. 시간이 지남에 따라 전극 표면에 형성되는 수동 필름은 전극 시스템의 효율을 크게 감소시키고 초음파는 작동 중에 이러한 통과 층을 지속적으로 제거하는 동시에 초음파 처리로 전기 응고 시스템의 회전율을 증가시킵니다. 극전파는 전극 표면에 형성된 퇴적물을 분해하고 캐비테이션 현상 동안 용액 내부에 고압 점을 생성하여 오염 물질을 제거하기 위해 고량의 급진적 종을 생성한다. 초음파와 전극을 결합함으로써, 캐비테이션 또는 마이크로 스트리밍에 의한 전극에 새로운 표면이 생성되어 질량 전달 속도를 증가시킴으로써 분포 층의 두께가 감소합니다. 소노-전기응고는 전기응고에 비해 응고제 형성의 양을 증가시키고, 자유 라디칼 형성에 의한 극한의 혼합 및 산화에 의해 강화된다; 따라서 단기간에 원하는 효율에 도달할 수 있다.
(모라디 외, 2021)

소노전기화학과 소노전화학의 장점

"소노전화학은 전극 표면의 가스 버블 제거, 용액 탈가스, Nernst 확산 층의 붕괴, 이중 층을 통한 전기 활성 종의 질량 수송 강화, 전극 표면의 활성화 및 세척 등 몇 가지 장점을 제공하는 전기 화학 시스템에서 초음파 에너지의 조합입니다. 전기화학의 이러한 이점은 공정 효율성 향상(전극 및 전류 효율성), 전기화학적 속도 및 수율 증가, 세포 전압 및 전극 과전성 감소, 경도, 품질, 다공성 및 두께, 전극 표면의 전극 오염 및 탈가스 억제 등의 측면에서 전기 침전재료개선으로 이어집니다." (Foroughi 외, 2021)
소노 전기 화학 장비 및 응용 프로그램에 대한 자세한 내용은!

하수 슬러지 처리를 위한 산업용 초음파 시스템

Hielscher 초음파 고성능 시스템은 폐수 및 하수 슬러지 처리 공장에서 신뢰할 수있는 작업 말입니다. Hielscher 초음파 시스템은 20kHz에서 고출력 초음파를 전달하여 강렬한 음향 캐비테이션을 생성합니다. 우리의 고전력 초음파 처리의 효력은 세포 중단 및 붕괴, 높은 질량 전달, 소독, 폴리머의 분해, 효소의 방출 및 슬러지의 균질화를 포함합니다. 고강도 초음파 처리는 산화 래디칼의 생성을 통해 그리고 핵 형성 부위의 증가에 의해 처리 효율성을 향상시켜 더 나은 응고및 응고를 보장합니다. 이러한 강렬한 초음파 캐비테이션 력과 그 효과의 안정적이고 지속적인 생성은 하수 슬러지에서 에너지 와 영양 수확을 개선하기 위해 다양한 응용 프로그램에 대한 우리의 강력한 초음파 프로세서를 통합 할 수 있습니다.

• 하수 슬러지의 초음파 붕괴
• 초음파 강화 혐기성 소화
• 귀중한 영양소의 회복 (인, 질소, 마그네슘, 칼슘, 칼륨 등)
• 중금속과 같은 오염 물질의 제거

다양한 크기의 유동 원자로가 있는 초음파 프로세서를 제공하는 Hielscher 초음파는 하수 슬러지 시설에 이상적인 초음파 폐기물 낭비 및 슬러지 처리 시스템을 갖추고 있습니다.
모듈식 설계를 통해 여러 초음파 유닛을 병렬로 단순하게 할수 있어 모든 부피를 안정적이고 효율적으로 처리할 수 있습니다.
Hielscher 고출력/고처리량 초음파 시스템은 하수 슬러지에서 바이오매스 의 처리에 효율성과 수율을 향상시킵니다.
우리의 모든 초음파 는 청소 장소 (CIP)를 갖추고 있습니다.
까다로운 치료에 적합: 하수 슬러지는 종종 분해하기 어려운 높은 셀룰로오스 함량이있는 섬유질 재료를 함유하고 있습니다. 힐셔 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭은 24/7 작동에서 쉽게 연속하게 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 사용자 정의 초음파 sonotrodes를 사용할 수 있습니다. 이러한 높은 진폭은 셀룰로스, 리그닌 및 다른 물질의 견고한 세포벽의 세포 구조를 방해하는 효과적인 방법입니다. 유동 전지 반응기의 최적화된 설계는 이상적인 흐름 패턴과 공급된 슬러지의 균일하고 효율적인 초음파 처리를 보장합니다.

하수 슬러지 플랜트의 시스템 통합업체 및 엔지니어와 협력

고성능 초음파 모듈형 장치의 제조업체 및 시스템 빌더로서 Hielscher 초음파는 시스템 통합기와 함께 작동합니다. 폐수 및 하수 슬러지 처리 장의 대부분의 운영자는 이러한 정화 공장의 설계 및 자동화에 경험이 풍부한 시스템 통합업체와 함께 작동합니다. 설계 엔지니어와 기술 엔지니어 팀은 대상 슬러지 볼륨에 대한 최적의 초음파 구성을 권장하고, 상세한 시스템 정보, CAD 도면뿐만 아니라 설치 서비스 및 운영 교육을 제공합니다. 이를 통해 하수 처리장의 고성능 초음파 통합을 건설적이고 목표 지향적으로 구현할 수 있습니다. 당신이 개선 된 슬러지 치료를 위해 우리의 초음파 프로세서를 통합에 관심이 있다면 저희에게 연락주시기 바랍니다!

아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.

Hielscher 초음파 하수 슬러지 처리 시스템, 설치 옵션 및 기술 정보에 대한 자세한 내용을 얻으려면 지금 저희에게 연락하십시오!