Dažādi risinājumi fosfora atgūšanai no sadzīves notekūdeņu dūņām

Fosfors ir kritiski svarīgs resursu minerāls, kura dabiskais piedāvājums 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 reģenerāciju no sadzīves notekūdeņu dūņām.

Notekūdeņu dūņu attīrīšanas iekārtas un fosfora pārstrāde

Fosfors ir kritisks elements, ko plaši izmanto kā mēslojumu un izejvielu smalkā ķīmijas un farmācijas rūpniecībā. Tā kā pieejamie resursi strauji sarūk, Vācijas valdība ir ieviesusi likumu, saskaņā ar kuru visām sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtām ir jāveic mērījumi, lai atgūtu fosforu no sadzīves notekūdeņu dūņām. Augstas veiktspējas ultraskaņas ieviešana piedāvā dažādas ārstēšanas iespējas, kas ievērojami palielina fosfora reģenerācijas efektivitāti.

Notekūdeņu rūpnīcas izmanto ultraskaņu, lai uzlabotu dūņu sagremošanu un barības vielu, piemēram, fosfora, atgūšanu.

Ultraskaņas notekūdeņu dūņu sadalīšanās uzlabotai Phorsphorus reģenerācijai

Ir skaidri pierādīts, ka notekūdeņu dūņu apstarošana ar spēcīgiem ultraskaņas viļņiem uzlabo biomasas sadalīšanos notekūdeņu dūņās. Daudzi pētījumi ir parādījuši ultraskaņas atkritumu aktīvo dūņu apstrādes priekšrocības, un dažādas rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas darbojas sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtās Vācijā.
Substrātu ultraskaņas pirmapstrādei notekūdeņu dūņās ir vairākas labvēlīgas sekas anaerobās pārstrādes procesiem. 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 sadalīšanos.
The research team of Nguyen demonstrated in their studies “that the application of ultrasound is very effective in reducing the particle size of biomass, achieving a reduction to an average particle size of >78.78% proportional to the length of time and intensity of ultrasonic irradiation exposure. This indicated that the sludge particles disintegrated and sludge particle size decreased, based on an inverse relationship between the sonication time and floc particle size. The application was highly effective, despite the fact that sludge floc observations before treatment revealed that the sludge flocs were dense and highly compact, composed of many sub-compartments with compact cores, cell clusters, bacterial colonies, protozoa, and filamentous bacteria, among other factors. Analysis of the effluent shows that the ultrasonic process significantly disintegrated the structural integrity of sludge flocs of all sizes. Floc pieces were reduced to as little as ≤6.5 μm under optimal treatment conditions, and were dissolved in the sludge slurry after 5–10 min of ultrasonic treatment with a low ultrasound frequency of 20 kHz.” (Nguyen et al., 2015)
Efektīvi sadalītas notekūdeņu dūņas, t.i. ultraskaņas dūņas, uzrāda ievērojami uzlabotas atdalīšanas īpašības, kas ļauj noņemt ar fosforu bagātas frakcijas no biomasas un želejveida frakcijām, kā arī ūdens. Ultraskaņas kavitācija traucē biomasas šūnu struktūras notekūdeņu dūņās un atvieglo turpmāko frakcionēšanu trīs frakcijās (i) ar celulozi bagātās šķiedrās, (ii) barības vielām bagātā gēlā un (iii) šķidrumā, kas ir viegli fermentējams. Šīs trīs dūņu frakcijas var tālāk apstrādāt, piemēram, fosfora reģenerācija, smago metālu atdalīšana utt.

Ultrasoniski pastiprināta fosfora mitrā ķīmiskā nogulsnēšana

Ultrasonication ir labi pazīstama metode, ko kopš ilga laika ķīmijā izmanto, lai iegūtu minerālu, daļiņu un kristālu siccessful un efektīvu nokrišņu. Fosfora atgūšanai no notekūdeņu dūņām tiek izmantota ultraskaņas apstrāde, lai veicinātu un paātrinātu struvīta nokrišņus. Struvīts (magnija amonija fosfāts) ir fosfāta minerāls ar formulu NH₄MgPO₄·6H₂ O, kas piedāvā vienkāršu risinājumu fosfora atdalīšanai saistītā veidā no atkritumu dūņām.
Strubīta kristalizācijas?izgulsnēšanas procesā joni PO₄^3-NH₄⁺un Mg²⁺ tiek atdalīti no šķidrās fāzes struvīta nokrišņu dēļ, līdz reakcija sasniedz līdzsvaru.

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

Kad ultrasonication tiek pielietots kā dūņu pirmapstrāde pirms struvīta nokrišņu nokrišņu procesa, ultrasoniski inducētā kavitācija nodrošina thourough sajaukšanu molekulārā līmenī, nodrošinot aktīvo virsmas laukumu kristāla augšanai. Ekstracelulāro un intracelulāro vielu šķīdības ātruma palielināšanās vēl vairāk dod labumu struvīta nokrišņiem, palielinot NH biopieejamību₄⁺ un PO₄^3- Jonu. Ultraskaņas apstrāde rada atvieglotu masas pārnesi caur vircu, ko izraisa ultraskaņas kavitācija.
Ultraskaņas apstrādi var pielietot arī hidrotermiskās karbonizācijas šķidrumam, kur fosfors tiek pārstrādāts kā struvīts no hidrotermiskās karbonizācijas šķidruma, izmantojot ultrasoniski atbalstītu ekstrakciju un nokrišņus.
Lasiet vairāk par liela mēroga struvīta nokrišņiem fosfora atgūšanai no notekūdeņu dūņām!

Sono-Fenton fosfora izdalīšanai no notekūdeņu dūņām

(2015) pētījums parādīja kombinētās ultraskaņas–Fentona (pazīstams arī kā sono-Fenton) priekšapstrādes efektivitāti notekūdeņu dūņu sadalīšanai. Piemērojot ultraskaņas–Fenton apstrādi, ievērojami palielinājās oglekļa, slāpekļa un fosfora izdalīšanās. Sono-Fenton apstrāde palielināja kopējo slāpekli (N) un fosforu (P) attiecīgi par 1,7 un 2,2 reizēm, salīdzinot ar Fenton terapiju atsevišķi. Pēc sono-Fenton apstrādes dūņas uzrādīja ievērojami smalkāku daļiņu izmēru un brīvāku mikrostruktūru, pamatojoties uz skenēšanas elektronu mikroskopiju. Izmantojot elektronu spina rezonansi, augstākā OH• signāla intensitāte palielinājās no 568,7 fentona terapijas laikā līdz 1106,3 pēc sono-Fenton terapijas. Tas parādīja, ka sono-Fenton apstrāde izraisa dūņu sadalīšanos un ievērojami uzlabo organiskā oglekļa, slāpekļa un fosfora izdalīšanos.

Ultrasoniski intensificēti mikrobu kurināmā elementi

Notekūdeņu dūņu ultraskaņas pirmapstrāde veicina dažādu organisko savienojumu šķīdību no dūņu matricas, kas pēc tam paātrina mikrobu elektrohidroģenēzi.
More un Ghangrekar (2010) veicina ultraskaņas pirmapstrādes labvēlīgo ietekmi uz mikrobu degvielas elementiem, lai uzlabotu fermentatīvo aktivitāti un ekstracelulāro proteīnu, polisaharīdu un fermentu pieejamību, kas tiek atbrīvoti no dūņu floku 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 nepieciešams uzlabot baktēriju elektronu pārneses spēju uz ekstracelulāro cieto vielu. Šī ekstracelulārā elektronu pārnešana var notikt vai nu tiešā saskarē starp šūnas virsmu un cieto virsmu, vai netieši, izmantojot tā sauktos eksogēnos un endogēnos mediatorus. Tiešai elektronu pārnešanai starp baktērijām un elektrodu virsmu elektronam jāsasniedz šūnas ārējā membrāna. Šī parādība varētu būt radusies sakarā ar ultrasonication pirmapstrādi, kas veikta sējmateriālam, kad īpatnējā piegādātā enerģija bija pietiekama; tādējādi veicinot augstāku Coulombic efektivitāti.
Ultrasoniski pastiprinātu mikrobu elektrolīzes procesu var apvienot ar turpmākiem fermentācijas procesiem dūņu apstrādei.

Sono-elektroķīmiskā notekūdeņu dūņu apstrāde

Elektrokagulācija ir vienkāršs process, ko var viegli uzklāt uz notekūdeņiem un kas ļauj efektīvi un rentabli attīrīt lielus apjomus. Ultrasonication palīdz pārvarēt elektrokagulācijas procesu galveno trūkumu, novēršot pasivējošu slāņu veidošanos no elektrodiem. Pasīvās plēves, kas laika gaitā veidojas uz elektrodu virsmas, krasi samazina elektrokagulācijas sistēmu efektivitāti un ultraskaņu, ir facile metode, lai darbības laikā nepārtraukti noņemtu šos pasivējošos slāņus, vienlaikus apstrādājot ultraskaņu, palielina elektrokagulācijas sistēmu apgrozījumu. Ultraskaņas viļņi, kas noārda nogulsnes, kas veidojas pie elektroda virsmas, un rada lielu daudzumu radikālu sugu, lai noņemtu piesārņotājus, radot augstspiediena punktus šķīduma iekšpusē kavitācijas parādības laikā. Apvienojot elektrokagulāciju ar ultraskaņu, sakarā ar jaunu virsmu izveidi uz elektroda ar kavitāciju vai mikrostraumēšanu, izplatīšanas slāņa biezuma samazināšanos saasina, palielinot masas pārneses ātrumu. Sono-elektrokagulācija palielina koagulantu veidošanās daudzumu, salīdzinot ar elektrokagulāciju, un flokulāciju pastiprina ārkārtēja sajaukšana un oksidācija ar brīvo radikāļu veidošanos; Tāpēc sasniegt vēlamo efektivitāti ir iespējams īsākā laikā.
(Moradi et al., 2021)

Sonoelectrochemistry un Sonoelectrocoagulation priekšrocības

“Sonoelectrochemistry is the combination of ultrasonic energy in an electrochemical system that offers several advantages, including gas bubble removal at the electrode surface, solution degassing, disruption of the Nernst diffusion layer, enhancement of the mass transport of electroactive species through the double layer, and the activation and cleaning of the electrode surface. These benefits in electrochemistry lead to improved process efficiencies (electrode and current efficiencies), increased electrochemical rates and yields, decreased cell voltages and electrode overpotentials, improved electrodeposited materials in terms of hardness, quality, porosity and thickness, and the suppression of electrode fouling and degassing at the electrode surface.” (Foroughi et al., 2021)
Lasiet vairāk par sono-elektroķīmiskajām iekārtām un to pielietojumiem!

Rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas notekūdeņu dūņu apstrādei

Hielscher Ultrasonics augstas veiktspējas sistēmas ir uzticams darba zirgs notekūdeņu un notekūdeņu dūņu attīrīšanas iekārtās. Hielscher ultraskaņas sistēmas nodrošina lieljaudas ultraskaņu 20kHz frekvencē, kas rada intensīvu akustisko kavitāciju. Mūsu lieljaudas ultraskaņas apstrādes ietekme ietver šūnu darbības traucējumus un sadalīšanos, lielu masas pārnesi, dezinfekciju, polimēru sadalīšanos, fermentu izdalīšanos un dūņu homogenizāciju. Augstas intensitātes ultraskaņas apstrāde uzlabo ārstēšanas efektivitāti, radot 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 dezintegrācija
• Ultrasoniski pastiprināta anaerobā gremošana
• Vērtīgo 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 un dūņu apstrādes sistēmas jūsu notekūdeņu dūņu iekārtai.
Modulārais dizains ļauj vienkārši uzstādīt vairākas ultraskaņas vienības paralēli, kas padara iespējamu uzticamu un efektīvu jebkura tilpuma apstrādi.
Hielscher lieljaudas? augstas caurlaidspējas ultraskaņas sistēmas palielina biomasas apstrādes efektivitāti un ražu notekūdeņu dūņās.
Visiem mūsu ultrasonikatoriem ir tīrīšana vietā (CIP).
Piemērots prasīgai apstrādei: Notekūdeņu dūņas bieži satur šķiedru materiālus 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 darbināt 24/7 darbībā. 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 vienmērīgu, efektīvu padeves dūņu ultraskaņas apstrādi.

Mēs strādājam ar sistēmu integratoriem un notekūdeņu dūņu iekārtu inženieriem

Kā augstas veiktspējas ultraskaņas moduļu vienību ražotājs un sistēmas veidotājs, Hielscher Ultrasonics strādā kopā ar sistēmu integratoriem. Lielākā daļa notekūdeņu un notekūdeņu dūņu attīrīšanas iekārtu operatoru strādā ar sistēmu integratoriem, kuriem ir liela pieredze šādu attīrīšanas iekārtu projektēšanā un automatizācijā. Mūsu projektēšanas inženieru un tehnisko inženieru komanda iesaka optimālu ultraskaņas konfigurāciju mērķa dūņu tilpumam, sniedz detalizētu sistēmas informāciju, CAD rasējumus, kā arī uzstādīšanas pakalpojumus un ekspluatācijas apmācību. Tas ļauj konstruktīvi un mērķtiecīgi īstenot augstas veiktspējas ultraskaņas integrāciju notekūdeņu attīrīšanas iekārtās. Lūdzu, sazinieties ar mums, ja jūs interesē integrēt mūsu ultraskaņas procesorus, lai uzlabotu dūņu apstrādi!

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:

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