Różne rozwiązania dla odzysku fosforu z komunalnych osadów ściekowych

Fosfor jest minerałem o krytycznym znaczeniu, którego naturalne zasoby szybko się zmniejszają. W związku z tym, rząd niemiecki uchwalił dekret, że od 2029 roku fosfor musi być w znacznym stopniu odzyskiwany z osadów ściekowych. Wprowadzenie ultradźwięków otwiera różne możliwości intensyfikacji odzysku fosforu z komunalnych osadów ściekowych.

Zakłady utylizacji osadów ściekowych i recykling fosforu

Osady ściekowe są bogate w fosfor. Różne metody obróbki ultradźwiękowej są dostępne w celu intensyfikacji odzysku fosforu z osadów ściekowych.Fosfor jest pierwiastkiem krytycznym, szeroko stosowanym jako nawóz i surowiec w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym. Ze względu na szybko kurczące się dostępne zasoby, rząd niemiecki wprowadził prawo, na mocy którego wszystkie komunalne oczyszczalnie ścieków muszą wprowadzić pomiary pozwalające na odzysk fosforu z komunalnych osadów ściekowych. Zastosowanie wysokowydajnych ultradźwięków oferuje różne opcje oczyszczania, które znacznie zwiększają efektywność odzyskiwania fosforu.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


System ultradźwiękowy o dużej mocy do oczyszczania ścieków i osadów ściekowych w trybie inline. Sonikacja wspomaga dezintegrację biomasy w celu lepszej fermentacji beztlenowej osadu i odzyskiwania składników odżywczych (np. fosforu, azotu, magnezu, potasu, wapnia itp.).

Oczyszczanie osadów ściekowych przynosi duże korzyści z zastosowania ultradźwięków: Sonikacja poprawia dezintegrację i odzyskiwanie składników odżywczych (np. fosforu).

Oczyszczalnie ścieków i osadów ściekowych wykorzystują ultradźwięki do lepszego trawienia osadów i odzyskiwania składników odżywczych (np. fosforu).

Oczyszczalnie ścieków wykorzystują ultradźwięki do lepszego trawienia osadów i odzyskiwania składników odżywczych, takich jak fosfor.

Ultradźwiękowa dezintegracja osadów ściekowych w celu poprawy odzysku fosforu

Udowodniono, że naświetlanie osadów ściekowych silnymi falami ultradźwiękowymi wyraźnie poprawia rozkład biomasy w osadach ściekowych. Liczne badania wykazały korzyści płynące z ultradźwiękowego oczyszczania osadu czynnego, a różne przemysłowe systemy ultradźwiękowe pracują w komunalnych oczyszczalniach ścieków w Niemczech.
Ultradźwiękowa obróbka wstępna substratów w osadach ściekowych ma szereg korzystnych efektów dla procesów fermentacji beztlenowej. Korzyści te obejmują zmniejszenie wielkości cząstek, zwiększenie szybkości hydrolizy i skrócenie hydraulicznego czasu retencji.
Kawitacyjne siły ścinające generowane przez fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości powodują rozpad morfologii kłaczków osadu oraz struktury mikrobiologicznej osadu.
Zespół badawczy Nguyena wykazał w swoich badaniach, "że zastosowanie ultradźwięków jest bardzo skuteczne w redukcji wielkości cząstek biomasy, osiągając redukcję do średniej wielkości cząstek >78,78% proporcjonalnie do długości czasu i intensywności ekspozycji na promieniowanie ultradźwiękowe. Wskazywało to na dezintegrację cząstek osadu i zmniejszenie wielkości cząstek osadu, w oparciu o odwrotną zależność pomiędzy czasem sonikacji a wielkością cząstek kłaczków. Aplikacja była wysoce skuteczna, pomimo faktu, że obserwacje kłaczków osadu przed obróbką wykazały, że kłaczki osadu były gęste i bardzo zwarte, składające się z wielu podkompartmentów o zwartych rdzeniach, skupisk komórek, kolonii bakterii, pierwotniaków i bakterii nitkowatych, między innymi. Analiza ścieków wykazała, że proces ultradźwiękowy znacząco zdezintegrował strukturalną integralność kłaczków osadu o wszystkich rozmiarach. Kawałki kłaczków zostały zredukowane do zaledwie ≤6,5 μm w optymalnych warunkach obróbki i zostały rozpuszczone w zawiesinie osadu po 5-10 min obróbki ultradźwiękowej przy niskiej częstotliwości ultradźwięków 20 kHz." (Nguyen et al., 2015)
Skutecznie zdezintegrowany osad ściekowy, tj. osad sonikowany, wykazuje znacznie lepsze właściwości separacyjne pozwalające na usunięcie frakcji bogatych w fosfor z biomasy oraz frakcji żelopodobnych, a także wody. Kawitacja ultradźwiękowa zakłóca struktury komórkowe biomasy w osadach ściekowych i ułatwia późniejsze frakcjonowanie na trzy frakcje (i) włókna bogate w celulozę, (ii) żel bogaty w składniki odżywcze oraz (iii) ciecz, która jest łatwo fermentowalna. Te trzy frakcje osadu mogą być dalej przetwarzane, np. odzyskiwanie fosforu, usuwanie metali ciężkich itp.

Zalety ultradźwiękowego oczyszczania osadów ściekowych

  • Ulepszona fermentacja beztlenowa
  • Mniejsza wielkość cząstek kłaczków
  • Lepszy odzysk fosforu, minerałów i metali (ciężkich)
  • Bezchemiczna alternatywa dla konwencjonalnej adsorpcji

Ultradźwiękowo zintensyfikowane mokro-chemiczne strącanie fosforun

Ultradźwięki są dobrze znaną techniką stosowaną od dawna w chemii do skutecznego i bezpiecznego wytrącania minerałów, cząsteczek i kryształów. W celu odzyskania fosforu z osadów ściekowych, sonikacja jest stosowana w celu wspierania i przyspieszania wytrącania struwitu. Struwit (fosforan magnezowo-amonowy) jest minerałem fosforanowym o wzorze NH4MgPO4· 6H2 O, który oferuje proste rozwiązanie do usuwania fosforu w postaci związanej z osadów ściekowych.
Podczas procesu krystalizacji/strącania struwitu, jony PO43-, NH4+oraz Mg2+ są usuwane z fazy ciekłej w wyniku wytrącania się struwitu, aż reakcja osiągnie stan równowagi.

Kryształy struwitu mogą być wytrącane z osadów ściekowych. Sonikacja poprawia proces odzysku. Sonikacja wspomaga proces wytrącania i sprawia, że odzyskiwanie fosforu związanego w struwicie jest znacznie bardziej efektywne.

Kryształy struwitu wytrącone z odchodów świńskich.
(zdjęcie i opracowanie: ©Kim et al. 2017)

Kiedy ultradźwięki są stosowane jako obróbka wstępna osadu przed procesem strącania struwitu, kawitacja wywołana ultradźwiękami zapewnia dokładne mieszanie na poziomie molekularnym, dostarczając aktywnej powierzchni dla wzrostu kryształów. Wzrost szybkości rozpuszczania substancji pozakomórkowych i wewnątrzkomórkowych dodatkowo korzystnie wpływa na wytrącanie struwitu poprzez zwiększenie biodostępności NH4+ i PO43- jony. W wyniku sonikacji następuje ułatwiony transfer masy przez zawiesinę, który jest spowodowany kawitacją ultradźwiękową.
Sonikacja może być również stosowana do hydrotermalnego płynu karbonizacyjnego, gdzie fosfor jest odzyskiwany w postaci struwitu z hydrotermalnego płynu karbonizacyjnego poprzez wspomaganą ultradźwiękami ekstrakcję i wytrącanie.
Read more about Wytrącanie struwitu na dużą skalę dla odzysku fosforu z osadów ściekowych!

Ultradźwiękowa cela przepływowa z 4x 4kW mocy-ultradźwięki do obróbki osadów ściekowych, takich jak ulepszona dezintegracja i odzysk fosforu.

Przemysłowy system ultradźwiękowy do oczyszczania osadów ściekowych na dużą skalę w trybie przepływu ciągłego.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Sono-Fenton do uwalniania fosforu z osadów ściekowych

W pracy Gong i wsp. (2015) wykazano skuteczność połączonej obróbki wstępnej ultradźwiękowo-fentonowej (zwanej również sono-Fentonową) do dezintegracji osadów ściekowych. Zastosowanie obróbki ultradźwiękowo-fentonowej znacząco zwiększyło uwalnianie węgla, azotu i fosforu. Obróbka sono-Fenton zwiększyła całkowitą zawartość azotu (N) i fosforu (P) odpowiednio o 1,7- i 2,2-krotnie w porównaniu z samą obróbką Fentona. Po obróbce sono-Fentonem, osad wykazywał znacznie mniejszy rozmiar cząstek i luźniejszą mikrostrukturę na podstawie skaningowej mikroskopii elektronowej. Przy użyciu elektronowego rezonansu spinowego, najwyższa intensywność sygnału OH- wzrosła z 568,7 przy obróbce Fentonem do 1106,3 po obróbce sono-Fentonem. Wykazało to, że obróbka sono-Fenton indukuje dezintegrację osadów i poprawia uwalnianie węgla organicznego, azotu i fosforu znacząco.

Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe wzmacniane ultradźwiękami

Wstępna obróbka ultradźwiękowa osadów ściekowych sprzyja rozpuszczaniu różnych związków organicznych z matrycy osadów, co w konsekwencji przyspiesza proces elektrohydrogenezy mikrobiologicznej.
More i Ghangrekar (2010) przypisują korzystny wpływ wstępnej obróbki sonikacyjnej na mikrobiologiczne ogniwa paliwowe zwiększonej aktywności enzymatycznej i dostępności pozakomórkowych białek, polisacharydów i enzymów, które są uwalniane z wewnętrznych warstw kłaczków osadu do warstw zewnętrznych w wyniku sonoporacji ultradźwiękowej i rozbicia komórek, co skutkuje poprawą wydajności wykorzystania substratu. W celu poprawy zbierania energii elektrycznej z mikrobiologicznych ogniw paliwowych, konieczna jest poprawa zdolności przenoszenia elektronów przez bakterie na stałą substancję pozakomórkową. Ten zewnątrzkomórkowy transfer elektronów może zachodzić zarówno w bezpośrednim kontakcie pomiędzy powierzchnią komórki i powierzchnią stałą lub pośrednio poprzez tzw. egzogenne i endogenne mediatory. W przypadku bezpośredniego przeniesienia elektronu pomiędzy bakteriami a powierzchnią elektrody, elektron powinien dotrzeć do zewnętrznej błony komórki. Zjawisko to mogło wystąpić w wyniku wstępnej obróbki ultradźwiękowej inokulum, gdy dostarczona energia właściwa była odpowiednia, co sprzyjało wyższej wydajności kulombowskiej.
Ultradźwiękowo zintensyfikowany proces elektrolizy mikrobiologicznej może być połączony z następującymi po nim procesami fermentacji w celu oczyszczania osadów ściekowych.

Sono-elektrochemiczna obróbka osadów ściekowych

Sonoelektrochemiczne urządzenia do wielkoskalowego odzysku fosforu z osadów ściekowychElektrokoagulacja jest prostym procesem, który może być łatwo zastosowany do ścieków i pozwala na oczyszczanie dużych ilości ścieków w sposób efektywny i ekonomiczny. Ultradźwięki pomagają przezwyciężyć główną wadę procesów elektrokoagulacji, zapobiegając tworzeniu się warstw pasywacyjnych na elektrodach. Warstwy pasywne tworzące się na powierzchni elektrod z czasem drastycznie zmniejszają wydajność systemów elektrokoagulacji, a ultradźwięki są łatwą metodą usuwania tych warstw pasywacyjnych w sposób ciągły podczas pracy, podczas gdy sonikacja zwiększa obroty systemów elektrokoagulacji. Fale ultradźwiękowe rozbijają osady powstałe na powierzchni elektrody i generują duże ilości rodników usuwających zanieczyszczenia poprzez tworzenie punktów wysokiego ciśnienia wewnątrz roztworu podczas zjawiska kawitacji. Łącząc elektrokoagulację z ultradźwiękami, ze względu na tworzenie nowych powierzchni na elektrodzie w wyniku zjawiska kawitacji lub mikrostrumieniowania, spadek grubości warstwy rozdzielczej jest pogłębiany poprzez zwiększenie szybkości przenoszenia masy. Sono-elektrokoagulacja zwiększa ilość tworzonego koagulantu w porównaniu z elektrokoagulacją, a flokulacja jest wzmocniona przez ekstremalne mieszanie i utlenianie przez tworzenie wolnych rodników; dlatego osiągnięcie pożądanej wydajności jest możliwe w najkrótszym czasie.
(Moradi et al., 2021)

Zalety sonoelektrochemii i sonoelektrokoagulacji

"Sonoelektrochemia to połączenie energii ultradźwiękowej w układzie elektrochemicznym, które oferuje kilka korzyści, w tym usuwanie pęcherzyków gazu na powierzchni elektrody, odgazowanie roztworu, przerwanie warstwy dyfuzyjnej Nernsta, zwiększenie transportu masowego gatunków elektroaktywnych przez warstwę podwójną oraz aktywację i czyszczenie powierzchni elektrody. Te korzyści w elektrochemii prowadzą do poprawy wydajności procesu (wydajności elektrody i prądu), zwiększenia szybkości elektrochemicznej i wydajności, obniżenia napięcia ogniwa i nadpotencjału elektrody, poprawy jakości materiałów elektrodowych pod względem twardości, jakości, porowatości i grubości oraz tłumienia brudzenia elektrody i odgazowywania na jej powierzchni." (Foroughi et al., 2021)
Dowiedz się więcej o urządzeniach sono-elektrochemicznych i ich zastosowaniach!

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Przemysłowe systemy ultradźwiękowe do obróbki osadów ściekowych

Wysokowydajne systemy firmy Hielscher Ultrasonics są niezawodnym narzędziem pracy w oczyszczalniach ścieków i osadów ściekowych. Systemy ultradźwiękowe Hielscher dostarczają wysokiej mocy ultradźwięki o częstotliwości 20kHz, które powodują intensywną kawitację akustyczną. Efektem działania ultradźwięków o wysokiej mocy jest rozpad i dezintegracja komórek, wysoki transfer masy, dezynfekcja, rozkład polimerów, uwalnianie enzymów i homogenizacja osadu. Sonikacja o wysokiej intensywności poprawia skuteczność oczyszczania poprzez generowanie rodników utleniających i zwiększenie liczby miejsc zarodkowania, zapewniając lepszą koagulację i flokulację. Niezawodne i ciągłe wytwarzanie tych intensywnych sił kawitacji ultradźwiękowej oraz ich efekty pozwalają na zintegrowanie naszych wydajnych procesorów ultradźwiękowych do różnych zastosowań w celu poprawy pozyskiwania energii i składników odżywczych z osadów ściekowych.

  • Ultradźwiękowa dezintegracja osadów ściekowych
  • Ultradźwiękowa intensyfikacja fermentacji beztlenowej
  • Odzyskiwanie cennych składników odżywczych (fosfor, azot, magnez, wapń, potas, itp.)
  • Usuwanie zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie

Firma Hielscher Ultrasonics oferuje ultradźwiękowe procesory z reaktorami przepływowymi o różnych wielkościach, idealne ultradźwiękowe systemy oczyszczania ścieków i osadów ściekowych dla Twojej instalacji.
Modułowa konstrukcja pozwala na prostą instalację kilku urządzeń ultradźwiękowych równolegle, co umożliwia niezawodną i efektywną obróbkę każdej objętości.
Systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher o wysokiej mocy i wydajności zwiększają efektywność i wydajność oczyszczania biomasy w osadach ściekowych.
Sonda ultradźwiękowa o wysokiej intensywności Cascatrode™️ w reaktorze - zoptymalizowana dla lepszych efektów sonikacjiWszystkie nasze ultradźwięki posiadają funkcję czyszczenia na miejscu (CIP).
Odpowiednie do wymagających procesów: Osady ściekowe często zawierają materiały włókniste z dużą zawartością celulozy, które są trudne do rozdrobnienia. Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200µm mogą być z łatwością osiągane w trybie ciągłym 24/7. Dla jeszcze większych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Tak wysokie amplitudy są skutecznym sposobem na zaburzenie struktury komórkowej celulozy, ligniny i wytrzymałych ścian komórkowych innych materiałów. Zoptymalizowana konstrukcja naszych reaktorów z komórkami przepływowymi zapewnia idealne wzorce przepływu i równomierne, wydajne oczyszczanie ultradźwiękowe podawanego osadu.

Współpracujemy z integratorami systemów i inżynierami instalacji osadów ściekowych

Firma Hielscher Ultrasonics, jako producent i konstruktor wysokowydajnych modułowych urządzeń ultradźwiękowych, współpracuje z integratorami systemów. Większość użytkowników oczyszczalni ścieków współpracuje z integratorami systemów, którzy mają duże doświadczenie w projektowaniu i automatyzacji takich instalacji oczyszczania. Nasz zespół projektantów i inżynierów technicznych zaleca optymalną konfigurację ultradźwiękową dla docelowej objętości osadu, dostarcza szczegółowe informacje o systemie, rysunki CAD, jak również usługi instalacyjne i szkolenia w zakresie eksploatacji. Umożliwia to konstruktywną i zorientowaną na cel realizację integracji wysokowydajnych ultradźwięków w oczyszczalniach ścieków. Prosimy o kontakt z nami, jeśli są Państwo zainteresowani integracją naszych ultradźwiękowych procesorów do ulepszonego oczyszczania osadów!

Zalety systemów Hielscher Ultrasonics do obróbki osadów ściekowych

  • Wysoka wydajność dzięki intensywnej kawitacji ultradźwiękowej
  • Równomierna sonikacja dzięki doskonałej konstrukcji komory przepływowej
  • Liniowe skalowanie do dowolnej objętości / natężenia przepływu
  • Wysoka wydajność energetyczna / niskie koszty energii
  • Wysokie bezpieczeństwo pracy
  • Spełnianie wspólnych standardów przemysłowych
  • Praca 7/24 pod pełnym obciążeniem
  • Nie ma potrzeby stosowania ostrych środków chemicznych
  • Niskie koszty utrzymania / brak zakłóceń w pracy
  • szybki RoI
  • Prosta integracja i doposażenie
  • przyjazny środowisku
Jakość, niezawodność & bezpieczeństwo

  • Najwyższa jakość: Zaprojektowane i wykonane w Niemczech
  • Serwis techniczny, szkolenia i wsparcie ze strony naszych doświadczonych pracowników
  • Przyjazna dla użytkownika i bezpieczna obsługa
  • obsługji 24-godżinniej
  • Wyjątkowa wytrzymałość
  • Wstępnie ustawione opcje pracy
  • Łatwo programowalne ustawienia
  • Przeglądarka Pilot
  • Automatyczne protokołowanie danych
  • Niskie koszty utrzymania / niskie czasy przestojów na konserwację
  • CIP (cleaning-in-place)

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami już teraz, aby uzyskać więcej szczegółów na temat ultradźwiękowych systemów oczyszczania osadów ściekowych Hielscher, możliwości instalacji i informacji technicznych!

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / materiały źródłowe

Fakty Warto wiedzieć

Dodatkowe korzyści z ultradźwiękowej obróbki osadów ściekowych

Poza przedstawionymi powyżej zaletami ultradźwiękowej obróbki komunalnych osadów ściekowych, zastosowanie fal ultradźwiękowych o dużej mocy wykazuje dodatkowe pozytywne efekty w zakresie metanogenezy.
Ultradźwięki okazały się obiecujące w zakresie inhibicji metanogenów, ponieważ zapewniają spójne wyniki. Obróbka ultradźwiękowa mogła zwiększyć aktywność enzymatyczną egzoelektrogenów oraz przepuszczalność i selektywność błony komórkowej, co przyspieszyło transport białek, polisacharydów i enzymów z wewnętrznych warstw kłaczków osadu do warstw zewnętrznych, skutkując lepszym wykorzystaniem substratów i wytwarzaniem energii elektrycznej. (por. Raychaudhuri i Behera, 2020)

Sprawność kulombowska

Sprawność Coulomba lub sprawność Coulomba jest zwykle używana do opisania pojemności baterii. Odnosi się ona do stosunku pojemności rozładowania po pełnym naładowaniu do pojemności ładowania w tym samym cyklu. Zazwyczaj jest to ułamek mniejszy niż 1.
Sprawność kulombowska (CE %) to stosunek pojemności rozładowania (mAh/g) do pojemności naładowania (mAh/g) pomnożony przez 100.


Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Paleta produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.