Zgjidhje të ndryshme për rikuperimin e fosforit nga llumi i ujërave të zeza komunale

Fosfori është një burim mineral kritik, rezervat natyrore të të cilit po pakësohen me shpejtësi. Për këtë arsye, qeveria gjermane përcaktoi me dekret që nga viti 2029 fosfori duhet të rikuperohet në masë të madhe nga llumi i ujërave të zeza. Zbatimi i ultratingujve me fuqi të lartë hap mundësi të ndryshme për të intensifikuar rikuperimin e fosforit nga llumi i ujërave të zeza komunale.

Impiantet e trajtimit të llumit të ujërave të zeza dhe riciklimi i fosforit

Fosfori është një element kritik, që përdoret gjerësisht si pleh dhe si lëndë e parë në industrinë e kimikateve fine dhe në industrinë farmaceutike. Për shkak të pakësimit të shpejtë të burimeve të disponueshme të tij, qeveria gjermane ka zbatuar një ligj sipas të cilit të gjitha impiantet komunale të trajtimit të ujërave të ndotura duhet të marrin masa për të rikuperuar fosforin nga llumi i ujërave të zeza komunale. Zbatimi i ultratingujve me performancë të lartë ofron mundësi të ndryshme trajtimi, të cilat rrisin ndjeshëm efikasitetin e rikuperimit të fosforit.

Impiantet e trajtimit të ujërave të ndotura përdorin ultratinguj për të përmirësuar tretjen e llumit dhe rikuperimin e lëndëve ushqyese si fosfori.

Dezintegrimi i llumit të ujërave të zeza me ultratinguj për përmirësimin e rikuperimit të fosforit

Është vërtetuar qartë se rrezatimi i llumit të ujërave të zeza me valë të fuqishme ultrasonore përmirëson shpërbërjen e biomasës në llumin e ujërave të zeza. Studime të shumta kërkimore kanë treguar përfitimet e trajtimit me ultratinguj të llumit aktiv të tepërt dhe sisteme të ndryshme industriale me ultratinguj janë në funksionim në impiantet komunale të trajtimit të ujërave të ndotura në Gjermani.
Paratrajtimi me ultratinguj i substrateve në llumin e ujërave të zeza ka disa efekte të dobishme për proceset e tretjes anaerobe. Këto përfitime përfshijnë zvogëlimin e madhësisë së grimcave, rritjen e shpejtësisë së hidrolizës dhe shkurtimin e kohës së mbajtjes hidraulike.
Forcat prerëse të kavitacionit të krijuara nga valët ultrasonore me intensitet të lartë / frekuencë të ulët shkaktojnë prishjen e morfologjisë së flokulave të llumit dhe të strukturës mikrobike të llumit.
Ekipi kërkimor i Nguyen tregoi në studimet e tij “se aplikimi i ultratingujve është shumë efektiv në zvogëlimin e madhësisë së grimcave të biomasës, duke arritur një zvogëlim në një madhësi mesatare të grimcave prej >78,78%, në përpjesëtim me kohëzgjatjen dhe intensitetin e ekspozimit ndaj rrezatimit ultrasonor. Kjo tregoi se grimcat e llumit u shpërbënë dhe madhësia e tyre u zvogëlua, në bazë të një marrëdhënieje të zhdrejtë midis kohës së sonikimit dhe madhësisë së grimcave të flokulave. Aplikimi ishte shumë efektiv, pavarësisht se vëzhgimet e flokulave të llumit përpara trajtimit zbuluan se ato ishin të dendura dhe shumë kompakte, të përbëra nga shumë nënndarje me bërthama kompakte, grumbuj qelizash, koloni bakteriale, protozoarë dhe baktere filamentoze, krahas faktorëve të tjerë. Analiza e efluentit tregon se procesi ultrasonor prishi ndjeshëm integritetin strukturor të flokulave të llumit të të gjitha madhësive. Copëzat e flokulave u zvogëluan deri në ≤6,5 μm në kushte optimale trajtimi dhe u tretën në suspensionin e llumit pas 5–10 min trajtimi me ultratinguj me një frekuencë të ulët ultrasonore prej 20 kHz.” (Nguyen et al., 2015)
Llumi i ujërave të zeza i shpërbërë në mënyrë efikase, d.m.th. llumi i sonikuar, shfaq veti ndarjeje të përmirësuara ndjeshëm, duke mundësuar largimin e fraksioneve të pasura me fosfor nga biomasa dhe fraksionet xhelatinoze, si dhe nga uji. Kavitacioni ultrasonor prish strukturat qelizore të biomasës në llumin e ujërave të zeza dhe lehtëson fraksionimin pasues në tri fraksione: (i) fibra të pasura me celulozë, (ii) një xhel të pasur me lëndë ushqyese dhe (iii) një lëng që fermentohet lehtë. Këto tri fraksione të llumit mund të përpunohen më tej, p.sh. për rikuperimin e fosforit, largimin e metaleve të rënda etj.

Precipitimi i fosforit me metoda kimike në fazë të lëngët, i intensifikuar me ultratinguj

Trajtimi me ultratinguj është një teknikë e mirënjohur që përdoret prej kohësh në kimi për precipitimin e suksesshëm dhe efikas të mineraleve, grimcave dhe kristaleve. Për rikuperimin e fosforit nga llumi i ujërave të zeza, sonikimi aplikohet për të nxitur dhe përshpejtuar precipitimin e struvitit. Struviti (fosfati i amonit dhe magnezit) është një mineral fosfatik me formulë NH₄MgPO₄·6H₂ O, i cili ofron një zgjidhje të thjeshtë për të larguar fosforin në formë të lidhur nga llumi mbetës.
Gjatë procesit të kristalizimit / precipitimit të struvitit, jonet PO₄^3-, NH₄⁺, dhe Mg²⁺ largohen nga faza e lëngët për shkak të precipitimit të struvitit, derisa reaksioni të arrijë ekuilibrin.

Kristale struviti të precipituara nga efluentet e rritjes së derrave.
(figura dhe studimi: ©Kim et al. 2017)

Kur trajtimi me ultratinguj aplikohet si paratrajtim i llumit përpara procesit të precipitimit të struvitit, kavitacioni i induktuar nga ultratingujt siguron një përzierje të plotë në nivel molekular, duke ofruar sipërfaqe aktive për rritjen e kristaleve. Rritja e shpejtësisë së solubilizimit të substancave jashtëqelizore dhe brendaqelizore favorizon më tej precipitimin e struvitit duke rritur biodisponueshmërinë e joneve NH₄⁺ dhe PO₄^3- joneve. Trajtimi me ultratinguj lehtëson transferimin e masës nëpër suspensionin e llumit, si pasojë e kavitacionit ultrasonik.
Trajtimi me ultratinguj mund të zbatohet edhe në lëngun e karbonizimit hidrotermal, ku fosfori riciklohet si struvit nga lëngu i karbonizimit hidrotermal nëpërmjet ekstraktimit dhe precipitimit të asistuar me ultratinguj.
Lexoni më shumë rreth precipitimit të struvitit në shkallë të gjerë për rikuperimin e fosforit nga llumi i ujërave të zeza!

Sono-Fenton për çlirimin e fosforit nga llumi i ujërave të zeza

Studimi i Gong et al. (2015) demonstroi efikasitetin e një paratrajtimi të kombinuar me ultratinguj dhe Fenton (i njohur edhe si sono-Fenton) për shpërbërjen e llumit të ujërave të zeza. Zbatimi i trajtimit me ultratinguj dhe Fenton e rriti ndjeshëm çlirimin e karbonit, azotit dhe fosforit. Trajtimi sono-Fenton e rriti sasinë totale të azotit (N) dhe fosforit (P) përkatësisht 1,7 dhe 2,2 herë, krahasuar me trajtimin vetëm me Fenton. Pas trajtimit sono-Fenton, llumi shfaqi grimca me përmasa dukshëm më të vogla dhe një mikrostrukturë më të lirshme, sipas vëzhgimeve me mikroskopi elektronike me skanim. Matjet me rezonancë të spinit elektronik treguan se intensiteti më i lartë i sinjalit OH• u rrit nga 568,7 me trajtimin Fenton në 1106,3 pas trajtimit sono-Fenton. Kjo demonstroi se trajtimi sono-Fenton shkakton shpërbërjen e llumit dhe përmirëson ndjeshëm çlirimin e karbonit organik, azotit dhe fosforit.

Qeliza mikrobike të karburantit të intensifikuara me ultratinguj

Paratrajtimi me ultratinguj i llumit të ujërave të zeza nxit tretjen e përbërjeve të ndryshme organike nga matrica e llumit, gjë që më pas përshpejton elektrohidrogjenezën mikrobike.
More dhe Ghangrekar (2010) ia atribuojnë efektet e dobishme të paratrajtimit me ultratinguj në qelizat mikrobike të karburantit rritjes së aktiviteteve enzimatike dhe disponueshmërisë së proteinave jashtëqelizore, polisakarideve dhe enzimave, të cilat çlirohen nga shtresat e brendshme të flokulave të llumit drejt shtresave të jashtme nëpërmjet sonoporacionit ultrasonik dhe shkatërrimit të qelizave, duke përmirësuar efikasitetin e shfrytëzimit të substratit. Për të përmirësuar marrjen e energjisë elektrike nga qelizat mikrobike të karburantit, është e nevojshme të përmirësohet aftësia e baktereve për të transferuar elektrone te një substancë e ngurtë jashtëqelizore. Ky transferim jashtëqelizor i elektroneve mund të ndodhë ose nëpërmjet kontaktit të drejtpërdrejtë ndërmjet sipërfaqes së qelizës dhe sipërfaqes së ngurtë, ose tërthorazi nëpërmjet të ashtuquajturve ndërmjetës ekzogjenë dhe endogjenë. Për transferimin e drejtpërdrejtë të elektroneve ndërmjet baktereve dhe sipërfaqes së elektrodës, elektroni duhet të arrijë membranën e jashtme të qelizës. Ky fenomen mund të ketë ndodhur falë paratrajtimit me ultratinguj të inokulumit, kur energjia specifike e furnizuar ishte e mjaftueshme; duke favorizuar kështu një efikasitet kulombik më të lartë.
Një proces i elektrolizës mikrobike i intensifikuar me ultratinguj mund të kombinohet me procese pasuese fermentimi për trajtimin e llumit.

Trajtimi sonoelektrokimik i llumit të ujërave të zeza

Elektrokoagulimi është një proces i thjeshtë, i cili mund të zbatohet lehtësisht për ujërat e ndotura dhe mundëson trajtimin e vëllimeve të mëdha me efikasitet dhe kosto të leverdishme. Trajtimi me ultratinguj ndihmon në kapërcimin e mangësisë kryesore të proceseve të elektrokoagulimit duke parandaluar formimin e shtresave pasivizuese nga elektrodat. Filmat pasivë që formohen me kalimin e kohës në sipërfaqen e elektrodave e ulin në mënyrë drastike efikasitetin e sistemeve të elektrokoagulimit dhe ultratingujt janë një metodë e thjeshtë për t’i hequr vazhdimisht këto shtresa pasivizuese gjatë funksionimit, ndërkohë që trajtimi me ultratinguj rrit edhe kapacitetin e përpunimit të sistemeve të elektrokoagulimit. Valët ultrasonike shpërbëjnë sedimentet e formuara në sipërfaqen e elektrodave dhe gjenerojnë sasi të mëdha speciesh radikalore për të larguar ndotësit, duke krijuar pika me presion të lartë brenda tretësirës gjatë dukurisë së kavitacionit. Kur elektrokoagulimi kombinohet me ultratingujt, krijimi i sipërfaqeve të reja në elektrodë nga kavitacioni ose mikrorrjedhja bën që rritja e shpejtësive të transferimit të masës ta zvogëlojë më tej trashësinë e shtresës së shpërndarjes. Sonoelektrokoagulimi rrit sasinë e koagulantit të formuar krahasuar me elektrokoagulimin, ndërsa flokulimi përmirësohet nga përzierja ekstreme dhe oksidimi përmes formimit të radikaleve të lira; prandaj efikasiteti i dëshiruar mund të arrihet në kohën më të shkurtër.
(Moradi et al., 2021)

Përparësitë e sonoelektrokimisë dhe sonoelektrokoagulimit

“Sonoelektrokimia është kombinimi i energjisë ultrasonike në një sistem elektrokimik që ofron disa përparësi, duke përfshirë largimin e flluskave të gazit nga sipërfaqja e elektrodës, degazimin e tretësirës, prishjen e shtresës së difuzionit të Nernstit, përmirësimin e transportit të masës së specieve elektroaktive përmes shtresës së dyfishtë, si dhe aktivizimin dhe pastrimin e sipërfaqes së elektrodës. Këto përfitime në elektrokimi çojnë në përmirësimin e efikasiteteve të procesit (efikasitetit të elektrodës dhe të rrymës), rritjen e shpejtësive dhe rendimenteve elektrokimike, uljen e tensioneve të qelizave dhe të mbipotencialeve të elektrodave, përmirësimin e materialeve të elektrodepozituara për sa i përket fortësisë, cilësisë, porozitetit dhe trashësisë, si dhe frenimin e ndotjes së elektrodave dhe të degazimit në sipërfaqen e elektrodës.” (Foroughi et al., 2021)
Lexoni më shumë rreth pajisjeve sonoelektrokimike dhe zbatimeve të tyre!

Sisteme industriale ultrasonike për trajtimin e llumit të ujërave të zeza

Sistemet me performancë të lartë të Hielscher Ultrasonics janë një mbështetje e besueshme për punën në impiantet e trajtimit të ujërave të ndotura dhe të llumit të ujërave të zeza. Sistemet ultrasonike Hielscher japin ultratinguj me fuqi të lartë në 20kHz, të cilët krijojnë kavitacion akustik intensiv. Efektet e trajtimit tonë me ultratinguj me fuqi të lartë përfshijnë çarjen dhe shpërbërjen e qelizave, transferimin e lartë të masës, dezinfektimin, zbërthimin e polimereve, çlirimin e enzimave dhe homogjenizimin e llumit. Trajtimi me ultratinguj me intensitet të lartë përmirëson efikasitetin e trajtimit përmes gjenerimit të radikaleve oksiduese dhe rritjes së numrit të vendeve të bërthamëzimit, duke siguruar koagulim dhe flokulim më të mirë. Gjenerimi i besueshëm dhe i vazhdueshëm i këtyre forcave intensive të kavitacionit ultrasonik dhe efektet e tyre mundësojnë integrimin e procesorëve tanë të fuqishëm ultrasonikë në zbatime të ndryshme për të përmirësuar rikuperimin e energjisë dhe të lëndëve ushqyese nga llumi i ujërave të zeza.

• Shpërbërja me ultratinguj e llumit të ujërave të zeza
• Tretja anaerobe e intensifikuar me ultratinguj
• Rikuperimi i lëndëve ushqyese të vlefshme (fosfor, azot, magnez, kalcium, kalium etj.)
• Largimi i ndotësve si metalet e rënda

Duke ofruar procesorë ultrasonikë me reaktorë me rrjedhje të vazhdueshme në madhësi të ndryshme, Hielscher Ultrasonics ka sistemet ideale ultrasonike të trajtimit të ujërave të ndotura dhe të llumit për impiantin tuaj të llumit të ujërave të zeza.
Projektimi modular mundëson instalimin e thjeshtë të disa njësive ultrasonike në paralel, duke bërë të mundur trajtimin e besueshëm dhe efikas të çdo vëllimi.
Sistemet ultrasonike Hielscher me fuqi të lartë / kapacitet të lartë përpunimi rrisin efikasitetin dhe rendimentin në trajtimin e biomasës në llumin e ujërave të zeza.
Të gjithë sonikatorët tanë ofrojnë pastrim në vend (CIP).
Të përshtatshëm për trajtime kërkuese: Llumi i ujërave të zeza shpesh përmban materiale fibroze me përmbajtje të lartë celuloze, të cilat shpërbëhen me vështirësi. Procesorët industrialë me ultratinguj të Hielscher Ultrasonics mund të japin amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të mbahen lehtësisht dhe vazhdimisht gjatë funksionimit 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të personalizuara. Amplituda kaq të larta janë një mënyrë efikase për të prishur strukturën qelizore të celulozave, ligninës dhe mureve qelizore rezistente të materialeve të tjera. Projektimi i optimizuar i reaktorëve tanë me qeliza rrjedhjeje siguron modele ideale rrjedhjeje dhe trajtim uniform e efikas me ultratinguj të llumit të furnizuar.

Bashkëpunojmë me integrues sistemesh dhe inxhinierë të impianteve të llumit të ujërave të zeza

Si prodhues dhe ndërtues sistemesh me njësi modulare ultrasonike me performancë të lartë, Hielscher Ultrasonics bashkëpunon me integrues sistemesh. Shumica e operatorëve të impianteve të trajtimit të ujërave të zeza dhe llumit të tyre bashkëpunojnë me integrues sistemesh, të cilët kanë përvojë të gjerë në projektimin dhe automatizimin e impianteve të tilla të pastrimit. Ekipi ynë i inxhinierëve të projektimit dhe inxhinierëve teknikë rekomandon konfigurimin optimal ultrasonik për vëllimin e synuar të llumit dhe ofron informacion të hollësishëm për sistemin, vizatime CAD, si dhe shërbim instalimi dhe trajnim për përdorimin. Kjo mundëson një zbatim konstruktiv dhe të orientuar drejt objektivave të integrimit të ultratingujve me performancë të lartë në impiantet e trajtimit të ujërave të zeza. Ju lutemi na kontaktoni nëse jeni të interesuar të integroni procesorët tanë me ultratinguj për të përmirësuar trajtimin e llumit!

Tabela më poshtë ju jep një orientim për kapacitetin e përafërt të përpunimit të sonikatorëve tanë:

Na kontaktoni tani për më shumë hollësi rreth sistemeve ultrasonike Hielscher për trajtimin e llumit të ujërave të zeza, opsioneve të instalimit dhe informacionit teknik!