Fosfors ir kritisks resursu minerāls, kura dabiskā piegāde strauji samazinās. Līdz ar to Vācijas valdība ar dekrētu pieņēma, ka no 2029. gada fosfors lielā mērā ir jāatgūst no notekūdeņu dūņām. Jaudas ultraskaņas ieviešana paver dažādas iespējas, lai pastiprinātu fosfora atjaunošanos no sadzīves notekūdeņu dūņām.

Notekūdeņu dūņu attīrīšanas iekārtas un fosfora pārstrāde

Fosfors ir kritisks elements, ko plaši izmanto kā mēslojumu un izejvielu smalkajā ķīmijas un farmācijas rūpniecībā. Tā kā vācijas valdība strauji samazina pieejamo resursu apjomu, tā ir īstenojusi likumu, ar kuru visām sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtām ir jānosaka mērījumi fosfora atgūšanai no sadzīves notekūdeņu dūņām. Augstas veiktspējas ultraskaņas ieviešana piedāvā dažādas ārstēšanas iespējas, kas ievērojami palielina fosfora atgūšanas efektivitāti.

Notekūdeņu iekārtas izmanto ultraskaņu, lai uzlabotu dūņu gremošanu un barības vielu, piemēram, fosfora, reģenerāciju.

Ultraskaņas notekūdeņu dūņu sairšana uzlabotai Phorsphorus reģenerācijai

Ir skaidri pierādīts, ka notekūdeņu dūņu apstarošana ar spēcīgiem ultraskaņas viļņiem uzlabo biomasas sairšanu notekūdeņu dūņās. Daudzi pētījumi ir parādījuši priekšrocības ultraskaņas atkritumu aktīvo dūņu attīrīšana un dažādas rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas darbojas sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtās Vācijā.
Notekūdeņu dūņu substrātu ultraskaņas pirmapstrādei ir vairākas labvēlīgas sekas anaerobos gremošanas procesos. Šīs priekšrocības ietver daļiņu izmēra samazināšanu, hidrolīzes ātruma palielināšanu un hidrauliskās aiztures laika saīsināšanu.
KAVITĀCIJAS bīdes spēki, ko rada augstas intensitātes / zemas frekvences ultraskaņas viļņi, izraisa dūņu floc morfoloģijas un dūņu mikrobu struktūras sabrukumu.
Nguyen pētnieku grupa savos pētījumos pierādīja, "ka ultraskaņas piemērošana ir ļoti efektīva biomasas daļiņu lieluma samazināšanā, panākot samazinājumu līdz vidējam daļiņu izmēram >78,78% proporcionāli ultraskaņas apstarošanas iedarbības ilgumam un intensitātei. Tas liecināja, ka dūņu daļiņas sadalījās un dūņu daļiņu izmērs samazinājās, pamatojoties uz apgrieztu attiecību starp ultraskaņas apstrādes laiku un lokskaidu izmēru. Pieteikums bija ļoti efektīvs, neskatoties uz to, ka dūņu flloc novērojumi pirms apstrādes atklāja, ka dūņu loki bija blīvi un ļoti kompakti, kas cita starpā sastāv no daudziem apakšnodalījumiem ar kompaktiem serdeņiem, šūnu kopām, baktēriju kolonijām, vienšūņiem un pavedienu baktērijām. Notekūdeņu analīze liecina, ka ultraskaņas process ievērojami sadalījās visu izmēru dūņu fllocu strukturālo integritāti. Floc gabali tika samazināti līdz ≤ 6,5 μm optimālos apstrādes apstākļos, un tika izšķīdināti dūņu vircā pēc 5–10 min ultraskaņas apstrādes ar zemu ultraskaņas frekvenci 20 kHz." (Nguyen et al., 2015)
Efektīvi sadalītas notekūdeņu dūņas, t. i., skaņas dūņas, uzrāda ievērojami uzlabotas atdalīšanas īpašības, kas ļauj atdalīt fosforu bagātās frakcijas no biomasas un gelveida frakcijām, kā arī ūdens. Ultraskaņas kavitācija traucē biomasas šūnu struktūras notekūdeņu dūņās un atvieglo turpmāko frakcionēšanu trīs daļās no i) ar celulozi bagātām šķiedrām, ii) barības vielām bagāta gela un iii) šķidruma, kas ir viegli fermentējams. Šīs trīs dūņu frakcijas var tālāk apstrādāt, piemēram, fosfora reģenerāciju, smago metālu atdalīšanu utt.

Ultrasoniski pastiprināti mitri ķīmiski fosforizētās vielas nokrišņi

Ultrasonication ir labi pazīstama metode, ko jau ilgu laiku izmanto ķīmijā, lai iegūtu seksīgus un efektīvus minerālu, daļiņu un kristālu nokrišņus. Fosfora reģenerācijai no notekūdeņu dūņām tiek izmantota ultraskaņas apstrāde, lai veicinātu un paātrinātu struvīta nogulsnēšanos. Struvīts (magnija amonija fosfāts) ir fosfāta minerāls ar formulu NH₄MgPO₄· 6H₂ O, kas piedāvā vienkāršu risinājumu fosfora attīrīšanai saistītā veidā no dūņu atkritumiem.
Struvīta kristalizācijas /nokrišņu procesā joni PO₄^3-NH₄⁺un Mg^{no 2 līdz} tiek izvadīti no šķidrās fāzes struvīta nokrišņu dēļ, līdz reakcija sasniedz līdzsvaru.

Struvīta kristāli, kas nogulsnējas no cūku notekūdeņiem.
(attēls un pētījums: ©Kim et al. 2017)

Ja ultrasonication tiek piemērota kā dūņu pirmapstrāde pirms struvīta nokrišņu procesa, ultrasoniski izraisīta kavitācija nodrošina thourough sajaukšanos molekulārā līmenī, nodrošinot aktīvu virsmas laukumu kristāla augšanai. Ekstracelulāru un intracelulāro vielu šķīdības ātruma palielināšanās vēl vairāk veicina struvīta nokrišņu daudzumu, palielinot NH biopieejamību₄⁺ un PO₄^3- Jonu. Ultraskaņas apstrāde izraisa atvieglotu masas pārnesi caur vircu, ko izraisa ultraskaņas kavitācija.
Ultraskaņas apstrāde var tikt piemērota arī hidrotermālās karbonizācijas šķīdumam, kur fosfors tiek pārstrādāts kā struvīts no hidrotermālās karbonizācijas šķīduma, izmantojot ultrasoniski atbalstītu ekstrakciju un nokrišņus.
Lasiet vairāk par liela mēroga struvītu nokrišņiem fosfora reģenerācijai no notekūdeņu dūņām!

Sono-Fenton fosfora izdalīšanās no notekūdeņu dūņām

Gong et al. pētījums (2015) parādīja notekūdeņu dūņu sadalīšanās kombinētās ultraskaņas –Fentona (pazīstams arī kā sono-Fenton) pirmapstrādes efektivitāti. Piemērojot ultraskaņas-Fenton ārstēšana ievērojami palielināja oglekļa, slāpekļa un fosfora atbrīvošanu. Sono-Fenton terapija palielināja kopējo slāpekli (N) un fosforu (P) attiecīgi par 1,7 un 2,2 reizēm, salīdzinot ar fenton terapiju vien. Pēc sono-Fenton apstrādes dūņas uzrādīja ievērojami smalkku daļiņu izmēru un brīvāku mikrostruktūru, pamatojoties uz skenēšanas elektronu mikroskopiju. Izmantojot elektronu griešanās rezonansi, augstākā OH• signāla intensitāte palielinājās no 568,7 fenton terapijas laikā līdz 1106,3 pēc sono-Fenton terapijas. Tas pierādīja, ka sono-Fenton apstrāde izraisa dūņu sairšanu un ievērojami uzlabo organiskā oglekļa, slāpekļa un fosfora izdalīšanos.

Ultrasoniski intensificētas mikrobu kurināmā šūnas

Notekūdeņu dūņu ultraskaņas pirmatēriņa veicina dažādu organisko savienojumu šķīdināšanu no dūņu matricas, kas pēc tam paātrina mikrobu elektrohidroģenēzi.
Vairāk un Ghangrekar (2010) veicina ultraskaņas apstrādes labvēlīgo ietekmi uz mikrobu kurināmā šūnām, lai uzlabotu fermentatīvās aktivitātes un ārpusšūnu proteīnu, polisaharīdu un fermentu pieejamību, kas tiek atbrīvoti no dūņu flocs iekšējiem slāņiem uz ārējiem slāņiem ar ultraskaņas sonoporāciju un šūnu traucējumiem, kā rezultātā uzlabojas substrāta izmantošanas efektivitāte. Lai uzlabotu elektroenerģijas ieguvi no mikrobu kurināmā elementiem, ir jāuzlabo baktēriju elektronu pārneses spēja uz ārpusšūnu cieto vielu. Šī ārpusšūnu elektronu pārnese var notikt vai nu tiešā saskarē starp šūnas virsmu un mākslīgo akmeni, vai netieši, izmantojot tā sauktos eksogēnos un endogēnos mediatorus. Tiešai elektronu pārnesei starp baktērijām un elektroda virsmu elektronam jāsasniedz šūnas ārējā membrāna. Šī parādība varēja rasties ultraskaņas pirmapstrādes dēļ, kas dota sējmateriālam, kad konkrētā piegādātā enerģija bija adekvāta; tādējādi veicinot augstāku Coulombic efektivitāti.
Ultrasoniski pastiprinātu mikrobu elektrolīzes procesu varētu apvienot ar turpmākiem fermentācijas procesiem dūņu apstrādei.

Sonoelektroķīmisko notekūdeņu dūņu attīrīšana

Elektrokoagulācija ir vienkāršs process, ko var viegli piemērot notekūderdiem un kas ļauj efektīvi un rentabli attīrīties lielus apjomus. Ultrasonication palīdz pārvarēt galveno elektrokoagulācijas procesu trūkumu, novēršot pasivējošu slāņu veidošanos no elektrodiem. Pasīvās plēves, kas laika gaitā veidojas uz elektroda virsmas, krasi samazina elektrokoagulācijas sistēmu efektivitāti, un ultraskaņa ir facile metode, lai nepārtraukti noņemtu šos pasivācijas slāņus darbības laikā, vienlaikus ultraskaņas apstrāde palielina elektrokoagulācijas sistēmu apgrozījumu. Ultraskaņas viļņi, kas nojauc nogulsnes, kas veidojas pie elektroda virsmas, un rada lielu daudzumu radikālu sugu, lai noņemtu piesārņotājus, izveidojot augstspiediena punktus šķīduma iekšpusē KAVITĀCIJAS parādības laikā. Apvienojot elektrokoagulāciju ar ultrasonikāciju, sakarā ar jaunu virsmu izveidi uz elektroda ar kavitāciju vai mikro straumēšanu, sadales slāņa biezuma samazināšanos saasina, palielinot masas pārneses ātrumu. Sonoelektrokoagulācija palielina koagulantu veidošanās daudzumu, salīdzinot ar elektrokoagulāciju, un flokulāciju pastiprina galēja sajaukšana un oksidēšanās ar brīvo radikāļu veidošanos; tāpēc sasniegt vēlamo efektivitāti ir iespējams visīsākajā laikā.
(Moradi et al., 2021)

Sonoelektroķīmijas un sonoelektrokoagulācijas priekšrocības

"Sonoelectrochemistry ir ultraskaņas enerģijas kombinācija elektroķīmiskā sistēmā, kas piedāvā vairākas priekšrocības, tostarp gāzes burbuļu noņemšanu pie elektroda virsmas, šķīduma degazēšanu, Nernst difūzijas slāņa traucējumus, elektroaktīvo sugu masveida transportēšanas uzlabošanu caur dubultslāni un elektroda virsmas aktivāciju un tīrīšanu. Šie ieguvumi elektroķīmijā uzlabo procesa efektivitāti (elektrodu un strāvas efektivitāti), palielina elektroķīmiskos ātrumus un ražu, samazina šūnu spriegumu un elektrodu pārpotenci, uzlabo elektrokokostu materiālus cietības, kvalitātes, porainības un biezuma ziņā, kā arī elektrodu piesārņošanas un degazēšanas nomākšanu pie elektroda virsmas." (Foroughi et al., 2021)
Lasiet vairāk par sonoelektroķīmiskajām iekārtām un to pielietojumiem!

Rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas notekūdeņu dūņu attīrīšanai

Hielscher Ultrasonics augstas veiktspējas sistēmas ir uzticams darba zirgs notekūdeņu un notekūdeņu dūņu attīrīšanas iekārtās. Hielscher ultraskaņas sistēmas nodrošina lieljaudas ultraskaņu 20kHz, kas rada intensīvu akustisko kavitāciju. Mūsu lieljaudas ultraskaņas apstrādes ietekme ietver šūnu traucējumus un sairšanu, augstas masas pārnesi, dezinfekciju, polimēru sadalīšanos, fermentu izdalīšanos un dūņu homogenizāciju. Augstas intensitātes ultraskaņas apstrāde uzlabo ārstēšanas efektivitāti, veidojot oksidatīvos radikāļus un palielinot nukleācijas vietas, nodrošinot labāku koagulāciju un flokulāciju. Šo intensīvo ultraskaņas KAVITĀCIJAS spēku uzticama un nepārtraukta ģenerēšana un tās ietekme ļauj integrēt mūsu spēcīgos ultraskaņas procesorus dažādiem lietojumiem, lai uzlabotu enerģijas un barības vielu ražu no notekūdeņu dūņām.

• Notekūdeņu dūņu ultraskaņas sairšana
• Ultrasoniski pastiprināta anaerobā gremošana
• Vērtīgu uzturvielu (fosfora, slāpekļa, magnija, kalcija, kālija u.c.) atgūšana
• Piesārņotāju, piemēram, smago metālu, atdalīšana

Piedāvājot ultraskaņas procesorus ar caurplūdes reaktoriem dažādos izmēros, Hielscher Ultrasonics ir ideālas ultraskaņas atkritumu izšķērdētāja un dūņu attīrīšanas sistēmas jūsu notekūdeņu dūņu iekārtai.
Modulārā konstrukcija ļauj paralēli vienkārši veikt vairākas ultraskaņas vienības, kas padara uzticamu un efektīvu jebkura tilpuma apstrādi.
Hielscher lieljaudas / augstas caurlaidspējas ultraskaņas sistēmas palielina efektivitāti un ražu biomasas apstrādē notekūdeņu dūņās.
Visiem mūsu ultraskaņas aparātiem ir tīrīšana vietā (CIP).
Piemērots prasīgai apstrādei: Notekūdeņu dūņas bieži satur šķiedrainas izejvielas ar augstu celulozes saturu, kurus ir grūti sadalīt. Hielscher Ultrasonics’ rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti palaist 24/7 darbības laikā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes. Šādas augstas amplitūdas ir efektīvs veids, kā izjaukt celulozes, lignīna un citu materiālu izturīgo šūnu sienu šūnu struktūru. Mūsu plūsmas šūnu reaktoru optimizētais dizains nodrošina ideālus plūsmas modeļus un vienotu, efektīvu baroto dūņu ultraskaņas apstrādi.

Mēs strādājam ar notekūdeņu dūņu iekārtu sistēmu integratoriem un inženieriem

Kā augstas veiktspējas ultraskaņas moduļu vienību ražotājs un sistēmas veidotājs Hielscher Ultrasonics darbojas kopā ar sistēmas integratoriem. Lielākā daļa notekūdeņu un notekūdeņu dūņu attīrīšanas iekārtu operatoru strādā ar sistēmu integratoriem, kuriem ir laba pieredze šādu attīrīšanas iekārtu projektēšanā un automatizācijā. Mūsu projektēšanas inženieru un tehnisko inženieru komanda iesaka optimālo ultraskaņas konfigurāciju mērķtiecīgajam dūņu tilpumam, sniedz detalizētu sistēmas informāciju, CAD rasējumus, kā arī uzstādīšanas pakalpojumu un ekspluatācijas apmācību. Tas ļauj konstruktīvi un uz mērķi orientēti īstenot augstas veiktspējas ultraskaņas integrāciju notekūdeņu attīrīšanas iekārtās. Lūdzu, sazinieties ar mums, ja esat ieinteresēts integrēt mūsu ultraskaņas procesorus uzlabotai dūņu apstrādei!

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:

Sazinieties ar mums tagad, lai iegūtu sīkāku informāciju par Hielscher ultraskaņas notekūdeņu dūņu attīrīšanas sistēmām, uzstādīšanas iespējām un tehnisko informāciju!