Verschidde Léisunge fir d’Réckgewënnung vu Phosphor aus kommunalem Klärschlamm

Phosphor ass eng kritesch mineralësch Ressource, där hir natierlech Virkéomme séier ofhuelen. Dofir huet déi däitsch Regierung per Dekreet festgeluecht, datt Phosphor vun 2029 un zu engem groussen Deel aus Klärschlamm muss zeréckgewonne ginn. Den Asaz vu leeschtungsstaarkem Ultraschall bitt verschidde Méiglechkeeten, fir d’Réckgewënnung vu Phosphor aus kommunalem Klärschlamm ze intensivéieren.

Anlage fir d’Behandlung vu Klärschlamm a Phosphorrecycling

Phosphor ass e kritescht Element, dat verbreet als Dünger a Réistoff an der Feinchemie an an der pharmazeutescher Industrie benotzt gëtt. Wéinst de séier ofhuelende verfügbare Ressourcë vu Phosphor huet déi däitsch Regierung e Gesetz agefouert, deem no all kommunal Kläranlage Moossname mussen ergräifen, fir Phosphor aus dem kommunale Klärschlamm zeréckzegewannen. Den Asaz vu leeschtungsstaarkem Ultraschall bitt verschidde Behandlungsméiglechkeeten, déi d’Effizienz vun der Phosphorréckgewënnung däitlech erhéijen.

Kläranlage benotzen Ultraschall fir eng verbessert Schlammfaulung a fir d’Réckgewënnung vun Nährstoffer wéi Phosphor.

Desintegratioun vu Klärschlamm duerch Ultraschall fir eng verbessert Phosphorréckgewënnung

Et gouf kloer nogewisen, datt d’Bestrale vu Klärschlamm mat staarken Ultraschallwellen d’Disintegratioun vun der Biomass am Klärschlamm verbessert. Vill Fuerschungsstudien hunn d’Virdeeler vun der Ultraschallbehandlung vun iwwerschëssegem Belebtschlamm gewisen, a verschidden industriell Ultraschallsystemer sinn a kommunale Kläranlagen an Däitschland am Asaz.
D’Ultraschallvirbehandlung vu Substrater am Klärschlamm huet verschidde positiv Effekter op anaerob Vergärungsprozesser. Dozou gehéieren d’Verklengerung vun der Partikelgréisst, d’Erhéijung vun der Hydrolysevitess an d’Verkierzung vun der hydraulescher Openthaltszäit.
Duerch Kavitatioun entstane Schéierkräften, déi vun Ultraschallwelle mat héijer Intensitéit / niddreger Frequenz generéiert ginn, bewierken d’Zerbrieche vun der Morphologie vun de Schlammflacken an der mikrobieller Struktur vum Schlamm.
D’Fuerschungsekipp vum Nguyen huet an hire Studie gewisen, „datt den Asaz vun Ultraschall ganz effikass ass, fir d’Partikelgréisst vun der Biomass ze reduzéieren, woubäi eng Reduktioun op eng duerchschnëttlech Partikelgréisst vun >78,78% proportional zu der Dauer an der Intensitéit vun der Ultraschallbestralung erreecht gëtt. Dëst huet drop higewisen, datt d’Schlammpartikelen desintegréiert goufen an hir Gréisst ofgeholl huet, op der Basis vun enger ëmgedréinter Bezéiung tëscht der Beschallungszäit an der Partikelgréisst vun de Flacken. D’Applikatioun war héich effikass, obwuel d’Observatioune vun de Schlammflacke virun der Behandlung gewisen hunn, datt dës dicht an héich kompakt waren an ënner anerem aus ville Ënnerberäicher mat kompakte Kären, Zellgruppen, Bakteriekolonien, Protozoen a filamentéise Bakterie bestanen hunn. D’Analys vum Oflaf weist, datt den Ultraschallprozess déi strukturell Integritéit vu Schlammflacke vun alle Gréisste wesentlech zerstéiert huet. Ënner optimale Behandlungsbedéngunge goufen d’Flackestécker op nëmme ≤6,5 μm verklengert a waren no 5–10 min Ultraschallbehandlung mat enger niddreger Ultraschallfrequenz vun 20 kHz an der Schlammsuspensioun opgeléist.“ (Nguyen et al., 2015)
En effikass desintegréierte Klärschlamm, d. h. e beschallte Schlamm, weist wesentlech verbessert Trenneegenschaften, déi et erlaben, phosphorräich Fraktioune vun der Biomass an de gelaartege Fraktiounen souwéi vum Waasser ze trennen. D’Ultraschallkavitatioun brécht d’Zellstrukture vun der Biomass am Klärschlamm op an erliichtert déi uschléissend Fraktionéierung an dräi Fraktiounen: (i) zellulosräich Faseren, (ii) en nährstoffräiche Gel an (iii) eng Flëssegkeet, déi sech liicht vergäre léisst. Dës dräi Schlammfraktioune kënne weider verschafft ginn, z. B. fir d’Réckgewënnung vu Phosphor, d’Ewechhuele vu Schwéiermetaller asw.

Duerch Ultraschall intensivéiert naasscheemesch Ausfällung vu Phosphor

D’Ultraschallbehandlung ass eng bekannt Technik, déi schonn zënter Laangem an der Chimie fir déi erfollegräich an effikass Ausfällung vu Mineralien, Partikelen a Kristalle benotzt gëtt. Fir Phosphor aus Klärschlamm zeréckzegewannen, gëtt d’Beschallung agesat, fir d’Ausfällung vu Struvit ze fërderen an ze beschleunegen. Struvit (Magnesiumammoniumphosphat) ass e Phosphatmineral mat der Formel NH₄MgPO₄·6H₂ O, dat eng einfach Léisung bitt, fir Phosphor a gebonnener Form aus Ofwaasserschlamm ewechzehuelen.
Wärend dem Kristalliséierungs- / Ausfällungsprozess vu Struvit ginn d’Ione PO₄^3-, NH₄⁺ a Mg²⁺ duerch d’Struvitausfällung aus der flësseger Phas ewechgeholl, bis d’Reaktioun d’Gläichgewiicht erreecht.

Struvitkristallen, déi aus Ofwaasser aus der Schwéngshaltung ausgefällt goufen.
(Bild a Studie: ©Kim et al. 2017)

Wann d’Ultraschallbehandlung als Schlammvirbehandlung virum Struvitausfällungsprozess agesat gëtt, suergt d’duerch Ultraschall induzéiert Kavitatioun fir eng grëndlech Vermëschung op molekularem Niveau a stellt eng aktiv Uewerfläch fir de Kristallwuesstem zur Verfügung. Eng Erhéijung vun der Solubiliséierungsvitess vun extrazellulären an intrazelluläre Substanze begënschtegt d’Struvitausfällung zousätzlech duerch eng Erhéijung vun der Bioverfügbarkeet vun NH₄⁺ a PO₄^3- Ionen. D’Ultraschallbehandlung erliichtert de Massentransport duerch d’Schlammsuspensioun, wat duerch d’Ultraschallkavitatioun verursaacht gëtt.
D’Ultraschallbehandlung kann och op d’Prozessflëssegkeet aus der hydrothermaler Karboniséierung applizéiert ginn, woubäi de Phosphor duerch ultraschallënnerstëtzt Extraktioun a Fällung als Struvit aus dëser Prozessflëssegkeet zeréckgewonne gëtt.
Liest méi iwwer d’Struvitfällung a groussem Moossstaf fir d’Zeréckgewënnung vu Phosphor aus Klärschlamm!

Sono-Fenton fir d’Fräisetzung vu Phosphor aus Klärschlamm

D’Etüd vu Gong et al. (2015) huet d’Effizienz vun enger kombinéierter Ultraschall–Fenton-Virbehandlung (och als Sono-Fenton bekannt) fir d’Desintegratioun vu Klärschlamm nogewisen. D’Uwendung vun der Ultraschall–Fenton-Behandlung huet d’Fräisetzung vu Kuelestoff, Stéckstoff a Phosphor däitlech erhéicht. D’Sono-Fenton-Behandlung huet de Gesamtstéckstoff (N) an de Phosphor (P) am Verglach mat der Fenton-Behandlung eleng ëm de Faktor 1,7 respektiv 2,2 erhéicht. No der Sono-Fenton-Behandlung huet de Schlamm bei der Ënnersichung mat Rasterelektronemikroskopie eng däitlech méi kleng Partikelgréisst an eng méi labber Mikrostruktur gewisen. Bei der Miessung mat Elektronespinresonanz ass déi héchst OH•-Signalintensitéit vu 568,7 bei der Fenton-Behandlung op 1106,3 no der Sono-Fenton-Behandlung geklommen. Dëst huet gewisen, datt d’Sono-Fenton-Behandlung d’Desintegratioun vum Schlamm ausléist an d’Fräisetzung vun organeschem Kuelestoff, Stéckstoff a Phosphor däitlech verbessert.

Mat Ultraschall intensivéiert mikrobiell Brennstoffzellen

D’Ultraschallvirbehandlung vu Klärschlamm fërdert d’Solubiliséierung vu verschiddenen organesche Verbindungen aus der Schlammmatrix, wat duerno d’mikrobiell Elektrohydrogenese beschleunegt.
More a Ghangrekar (2010) féieren déi positiv Auswierkunge vun der Ultraschallvirbehandlung op mikrobiell Brennstoffzellen op eng erhéicht enzymatesch Aktivitéit an d’Disponibilitéit vun extrazelluläre Proteinnen, Polysacchariden an Enzymen zeréck, déi duerch ultraschallbedéngt Sonoporatioun an Zellopbroch aus de bannenzege Schichte vun de Schlammflacken an déi baussenzeg Schichte fräigesat ginn, wat zu enger verbesserter Effizienz vun der Substratnotzung féiert. Fir d’Stroumgewënnung aus de mikrobielle Brennstoffzellen ze verbesseren, muss d’Fäegkeet vun de Bakterien, Elektronen un en extrazelluläre feste Stoff ze iwwerdroen, verbessert ginn. Dësen extrazellulären Elektronentransfer kann entweder duerch direkte Kontakt tëscht der Zelluewerfläch an der Uewerfläch vum feste Stoff oder indirekt iwwer déi sougenannt exogen an endogen Mediateure stattfannen. Fir den direkten Elektronentransfer tëscht de Bakterien an der Elektrodenuewerfläch soll den Elektron déi baussenzeg Membran vun der Zell erreechen. Dëst Phenomeen kéint duerch d’Ultraschallvirbehandlung vum Inokulum opgetruede sinn, wann déi spezifesch zougefouert Energie adequat war; doduerch wier eng méi héich coulombesch Effizienz begënschtegt ginn.
E mat Ultraschall intensivéierte mikrobielle Elektrolyseprozess kéint mat uschléissende Fermentatiounsprozesser fir d’Schlammbehandlung kombinéiert ginn.

Sono-elektrochemesch Behandlung vu Klärschlamm

Elektrokoagulatioun ass en einfache Prozess, deen einfach op Ofwaasser ugewannt ka ginn an et erméiglecht, grouss Volummen effizient a käschtegënschteg ze behandelen. D’Ultraschallbehandlung hëlleft, den Haaptnodeel vun Elektrokoagulatiounsprozesser ze iwwerwannen, andeems si d’Bildung vu passivéierende Schichten op den Elektroden verhënnert. Passiv Schichten, déi sech mat der Zäit op der Elektrodenuewerfläch bilden, reduzéieren d’Effizienz vun Elektrokoagulatiounssystemer drastesch, an Ultraschall ass eng einfach Method, fir dës passéierend Schichte kontinuéierlech wärend dem Betrib ze entfernen, wärend d’Ultraschallbehandlung gläichzäiteg den Ëmsaz vun den Elektrokoagulatiounssystemer erhéicht. Ultraschallwelle briechen Oflagerungen op, déi sech op der Elektrodenuewerfläch gebilt hunn, a produzéiere grouss Quantitéite vu radikalesche Spezies, fir Schuedstoffer ze entfernen, andeems si wärend dem Kavitatiounsphenomeen Héichdrockpunkte bannent der Léisung schafen. Bei der Kombinatioun vun Elektrokoagulatioun mat Ultraschall entstinn duerch Kavitatioun oder Mikrostréimungen nei Uewerflächen op der Elektrod; dobäi gëtt d’Ofnam vun der Déckt vun der Verdeelungsschicht duerch méi héich Stofftransportraten nach verstäerkt. Sono-Elektrokoagulatioun erhéicht d’Quantitéit u gebiltem Koagulatiounsmëttel am Verglach mat Elektrokoagulatioun, an d’Flockung gëtt duerch extrem intensiv Mëschung an Oxidatioun duerch d’Bildung vu fräie Radikale verstäerkt; dofir ass et méiglech, déi gewënschten Effizienz an der kierzester Zäit z’erreechen.
(Moradi et al., 2021)

D’Virdeeler vun der Sonoelektrochemie an der Sonoelektrokoagulatioun

„Sonoelektrochemie ass d’Kombinatioun vun Ultraschallenergie an engem elektrochemesche System, déi verschidde Virdeeler bitt, dorënner d’Entfernung vu Gasblosen op der Elektrodenuewerfläch, d’Entgasung vun der Léisung, d’Opléisung vun der Nernst-Diffusiounsschicht, d’Verstäerkung vum Stofftransport vun elektroaktive Spezies duerch d’Duebelschicht an d’Aktivéierung an d’Botze vun der Elektrodenuewerfläch. Dës Virdeeler an der Elektrochemie féieren zu verbesserten Prozesseffizienzen (Elektroden- a Stroumeffizienzen), méi héijen elektrochemesche Reaktiounsraten an Ausbezuelen, méi niddregen Zellespannungen an Elektrodeniwwerpotentialer, verbesserten elektrochemesch ofgesate Materialien a Bezuch op Häert, Qualitéit, Porositéit an Déckt, souwéi zur Ënnerdréckung vun der Verschmotzung vun den Elektroden an der Entgasung op der Elektrodenuewerfläch.“ (Foroughi et al., 2021)
Liest méi iwwer sonoelektrochemesch Ausrüstung an hir Uwendungen!

Industriell Ultraschallsystemer fir d’Behandlung vu Klärschlamm

D’Héichleeschtungssystemer vun Hielscher Ultrasonics si verlässlech Aarbechtspäerd an Anlagen fir d’Behandlung vun Ofwaasser a Klärschlamm. Hielscher Ultraschallsystemer liwweren Ultraschall mat héijer Leeschtung bei 20kHz, deen intensiv akustesch Kavitatioun erzeugt. Zu den Effekter vun eiser Ultraschallbehandlung mat héijer Leeschtung gehéieren Zellopbroch an Desintegratioun, héije Stofftransport, Desinfektioun, Ofbau vu Polymeren, Fräisetzung vun Enzymen an Homogeniséierung vum Schlamm. Eng Ultraschallbehandlung mat héijer Intensitéit verbessert d’Behandlungseffizienz duerch d’Bildung vun oxidéierende Radikalen an d’Erhéijung vun der Zuel vu Keimbildungsplazen, wat eng besser Koagulatioun a Flockung garantéiert. Déi verlässlech a kontinuéierlech Erzeugung vun dësen intensiven Ultraschallkavitatiounskräften an hir Effekter erméiglechen et, eis leeschtungsstaark Ultraschallveraarbechtungsapparater fir verschidden Uwendungen z’integréieren, fir d’Gewënnung vun Energie an Nährstoffer aus Klärschlamm ze verbesseren.

• Desintegratioun vu Klärschlamm mat Ultraschall
• Duerch Ultraschall intensivéiert anaerob Schlammfaulung
• Réckgewënnung vu wäertvollen Nährstoffer (Phosphor, Stéckstoff, Magnesium, Kalzium, Kalium asw.)
• Entfernung vu Veronrengegungen ewéi Schwéiermetaller

Mat Ultraschallveraarbechtungsapparater mat Duerchflossreaktoren a verschiddene Gréisste bitt Hielscher Ultrasonics déi ideal Ultraschallsystemer fir d’Behandlung vun Ofwaasser a Schlamm fir Är Klärschlammanlag.
De modulären Opbau erméiglecht déi einfach Installatioun vu verschiddenen Ultraschallunitéite parallel, wouduerch eng verlässlech an effizient Behandlung vun all Volumme méiglech gëtt.
Hielscher Ultraschallsystemer mat héijer Leeschtung / héijem Duerchsaz erhéijen d’Effizienz an d’Ausbezuelung bei der Behandlung vu Biomass am Klärschlamm.
All eis Ultraschallapparater si mat enger Funktioun fir d’Botzen op der Plaz (CIP) ausgestatt.
Gëeegent fir usprochsvoll Behandlungen: Klärschlamm enthält dacks fasereg Materialie mat engem héijen Zellulosgehalt, déi sech nëmme schwéier desintegréiere loossen. Déi industriell Ultraschallprozessoren vun Hielscher Ultrasonics kënne ganz héich Amplitudë liwweren. Amplitudë vu bis zu 200µm kënne problemlos kontinuéierlech am 24/7-Betrib agesat ginn. Fir nach méi héich Amplitudë si personaliséiert Ultraschallsonotroden disponibel. Esou héich Amplitudë sinn eng wierksam Method, fir déi zellulär Struktur vun Zellulosen, Lignin a robuste Zellwänn vun anere Materialien opzebriechen. Den optiméierten Design vun eisen Duerchflosszellreaktere garantéiert ideal Stréimungsmusteren an eng gläichméisseg, effizient Ultraschallbehandlung vum zougefouerte Schlamm.

Mir schaffe mat Systemintegratoren an Ingenieure vu Klärschlammanlagen zesummen

Als Hiersteller a Systembauer vu modulären Héichleeschtungsultraschalleenheete schafft Hielscher Ultrasonics mat Systemintegratoren zesummen. Déi meescht Bedreiwer vun Ofwaasser- a Klärschlammbehandlungsanlage schaffe mat Systemintegratoren zesummen, déi vill Erfarung am Entworf an an der Automatiséierung vun esou Rengegungsanlagen hunn. Eis Ekipp aus Konstruktiounsingenieuren an techneschen Ingenieure recommandéiert déi optimal Ultraschallkonfiguratioun fir de virgesinne Schlammvolume a liwwert detailléiert Systeminformatiounen, CAD-Zeechnungen souwéi en Installatiounsservice an eng Schoulung fir d’Bedéngung. Dëst erméiglecht eng konstruktiv an zilgeriicht Ëmsetzung vun der Integratioun vun Héichleeschtungsultraschall a Kläranlagen. Kontaktéiert eis wgl., wann Dir un der Integratioun vun eisen Ultraschallprozessoren interesséiert sidd, fir d’Schlammbehandlung ze verbesseren!

Déi folgend Tabell gëtt Iech eng Orientéierung iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Kontaktéiert eis elo, fir méi Detailer iwwer d’Ultraschallsystemer vun Hielscher fir d’Klärschlammbehandlung, Installatiounsméiglechkeeten an technesch Informatiounen ze kréien!