Ултразвучни третман за аеробну дигестију вишка активног муља
Ултразвучна обрада велике снаге дезинтегрише вишак активног муља (WAS) пре или током аеробне дигестије. Акустична кавитација разбија флокуле муља, разара екстрацелуларне полимерне супстанце и отвара микробне ћелије. Тиме претходно заштићена органска материја постаје доступнија за разградњу у аеробном дигестору.
Код аеробног процеса циљ није повећање производње биогаса. Повећање производње метана релевантно је за анаеробну дигестију. У аеробном дигестору релевантни показатељи учинка су разградња испарљивих чврстих материја, потрошња кисеоника, време дигестије, преостале суве материје, способност обезводњавања и укупни оперативни трошкови.
Индустријски соникатори Hielscher интегришу се у цевовод за пумпни транспорт WAS или у рециркулациону петљу дигестора. Ултразвучни реактори са проточном ћелијом усмеравају третман на дефинисани проток муља и омогућавају праћење процеса на основу снаге, протока, концентрације чврстих материја, притиска и температуре. Резултат је компактна надоградња којом се може додати ултразвучна дезинтеграција муља без замене постојећег аеробног дигестора.
Индустријски ултразвучни проточни модул Hielscher на носећем раму за обраду згуснутог WAS
Зашто је вишак активног муља тешко разградити дигестијом
Вишак активног муља чине сувишне биолошке чврсте материје које се уклањају из процеса пречишћавања отпадних вода активним муљем. Садржи микроорганизме, екстрацелуларне полимерне супстанце (EPS), задржани органски материјал и инертне чврсте материје.
У секундарном таложнику, исталожени активни муљ дели се на два тока:
- Повратни активни муљ (RAS) враћа се у аерациони базен ради одржавања потребне концентрације биомасе.
- Вишак активног муља (WAS) уклања се из процеса обраде течне фазе и упућује на згушњавање, стабилизацију, дигестију или обезводњавање.
WAS садржи велики удео материјала микробних ћелија. Велики део његовог биоразградивог органског садржаја затворен је унутар ћелијских зидова или везан унутар компактних флокула муља. Ова физичка заштита успорава природну лизу ћелија и хидролизу.
Током аеробне дигестије доводи се кисеоник, док је доступна само мала количина нове хране. Микроорганизми прелазе на ендогену респирацију и троше ускладиштени материјал, мртве ћелије и друге биоразградиве компоненте муља. Сврха је стабилизација муља, смањење потенцијала за настанак непријатних мириса и смањење количине испарљивих чврстих материја које се морају обезводнити и одложити.
Брзина дигестије често је ограничена доступношћу супстрата. Дигестор може имати активне микроорганизме и довољно време задржавања, али органска материја унутар неоштећених ћелија и густих флокула остаје тешко доступна.
Поређење нетретираних флокула са ултразвучно обрађеним муљем: Соникација значајно смањује флокуле.
Студија и слике: ©Chu et al. 2001
Како ултразвучна кавитација чини WAS доступним за аеробну дигестију
Индустријски соникатори Hielscher раде на 20kHz и стварају интензивну акустичну кавитацију у токовима течности и суспензија. Кавитациони мехурићи настају, расту и колабирају унутар муља. Њихов колапс ствара снажне локалне силе смицања које делују директно на флокуле, EPS и микробне ћелије.
Ултразвучни третман доводи до три важне промене у WAS:
Дезинтеграција флокула
Кавитација разбија агрегате муља и открива површине које су претходно биле окружене екстрацелуларним полимерним супстанцама (EPS). Третирани муљ садржи мање честице и има већу доступну површину.
Разарање EPS и ћелија
Дезинтеграција потпомогнута ултразвуком повећава аеробну биоразградивост вишка активног муља из комуналних отпадних вода разбијањем отпорних флокула муља и ослобађањем заробљене органске материје. Ултразвучна кавитација разара ћелијске мембране и ћелијске зидове. Протеини и угљени хидрати, као и друга унутарћелијска једињења, прелазе у течну фазу.
Повећана биорасположивост
Аеробни микроорганизми могу лакше да разграђују растворљив органски материјал и органски материјал у ситним честицама него неоштећене микробне ћелије и компактне флокуле. Ултразвучна обрада стога механички обавља део процеса лизе и хидролизе пре фазе биолошке оксидације.
Ултразвучна обрада делује на дебели заштитни матрикс канализационог муља како би микробна дигестија била знатно бржа и ефикаснија. Ово се обично уочава као повећање хемијске потрошње кисеоника растворене фракције (SCOD).
Индустријски ултразвучни проточни реактор за побољшану дигестију вишка активног муља (WAS)
Предности ултразвучне обраде у постројењима за аеробну дигестију
Ефекат зависи од муља и дозе ултразвука. Када ултразвучна обрада повећа аеробну биоразградивост, постројење за пречишћавање отпадних вода може да оствари:
- Већу разградњу испарљивих чврстих материја при постојећем трајању дигестије
- Упоредиву стабилизацију муља уз краће време задржавања
- Мању производњу преостале суве материје
- Додатни ефективни капацитет постојећег аеробног дигестора
- Смањен транспорт и одлагање биолошког муља
- Побољшану стабилност процеса током периода високог оптерећења чврстим материјама
- Бољу контролу филаментозних организама разарањем флокула и ћелија
Проточни соникатори Hielscher за једноставну надоградњу постојећих постројења
У индустријским размерама, обично је ефикасније ултразвучно обрадити ток концентрованог муља него целокупну запремину аеробног дигестора. Ултразвучни реактори Hielscher са проточном ћелијом подржавају две практичне конфигурације.
Предтретман у доводном воду за вишак активног муља (WAS)
Ултразвучни систем се уграђује након згушњавања вишка активног муља (WAS), а пре аеробног дигестора:
Згуснути WAS -> напојна пумпа -> ултразвучна проточна ћелија Hielscher -> аеробни дигестор
Овим распоредом обрађује се дефинисани масени проток суве материје и обезбеђује јасна основа за контролу специфичног уноса ултразвучне енергије.
Дијаграм тока: Згуснути WAS -> напојна пумпа -> индустријски проточни соникатор Hielscher UIP6000hdT -> аеробни дигестор
Рециркулација садржаја дигестора или обрада бочног тока
Контролисани део муља пумпа се из дигестора или вода за муљ кроз соникатор и враћа у процес. Ова конфигурација је корисна када је постојећи доводни вод тешко изменити или када треба обрадити само одабрани део муља.
Оба распореда могу се уградити као компактни склопови на носећем раму, са пумпом, ултразвучном проточном ћелијом, запорним вентилима, сервисним обилазним водом, мерењем притиска и температуре, местима за узорковање и системом за управљање процесом. Постојећа посуда дигестора остаје непромењена.
То чини ултразвучну обраду посебно погодном за надоградњу постојећих постројења за пречишћавање отпадних вода. Ултразвучни склоп на носећем раму може се уградити у вод са пумпним транспортом, радити независно и заобићи током прегледа или одржавања.
Побољшајте дезинтеграцију муља при аеробној дигестији ултразвуком велике снаге!
Индустријски соникатори Hielscher пружају компактну и скалабилну методу за интеграцију ултразвука велике снаге у постојећу линију за обраду вишка активног муља (WAS). Обрада у проточној ћелији уграђеној у линију усмерава ултразвучну енергију на ток муља, омогућава поновљиву контролу дозе и може се пројектовати за поуздан рад под великим оптерећењем 24/7.
Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој
Ултразвучни уређаји Hielscher познати су по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Ултразвучни уређаји Hielscher лако савладавају тешке услове рада и захтевна окружења.
Hielscher Ultrasonics је компанија сертификована према ISO стандардима и посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси који се одликују најсавременијом технологијом и једноставношћу употребе. Наравно, ултразвучни уређаји Hielscher усаглашени су са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси за мешање, дисперговање, емулговање и екстракцију у лабораторијским, пилотским и индустријским размерама.
Често постављана питања
Да ли ултразвучна обрада производи више биогаса у аеробном дигестору?
Не. Повећан принос метана или биогаса је предност анаеробне дигестије. Код аеробне дигестије, ултразвучни третман треба процењивати на основу разградње испарљивих чврстих материја (VS), потрошње кисеоника, времена дигестије, преостале суве материје, способности обезводњавања и укупних трошкова.
Где се уграђује ултразвучни систем?
Систем се обично уграђује у проточну линију након згушњавања вишка активног муља (WAS), а пре аеробног дигестора. Такође може да ради у контролисаном бочном току или рециркулационој петљи дигестора. Сервисни обилазни вод омогућава да се транспорт муља настави током одржавања.
Зашто користити индустријски соникатор од 20kHz?
Ултразвук ниске фреквенције и велике снаге ствара интензивну кавитацију и механичко смицање. То је ефикасно за разбијање флокула муља, разарање ванћелијских полимерних супстанци (EPS) и отварање микробних ћелија у токовима са течном и чврстом фазом.
Може ли Hielscher соникатор да ради непрекидно?
Да. Индустријски соникатори Hielscher из линије hdT пројектовани су за непрекидан рад под великим оптерећењем и познати су по својој издржљивости. Реактори са проточним ћелијама омогућавају контролисану обраду у проточној линији или рециркулацији, док аутоматско бележење података подржава праћење процеса и поновљивост.
Који су подаци потребни за димензионисање ултразвучног система за муљ?
Главни улазни подаци су проток вишка активног муља (WAS), концентрације укупних чврстих материја (TS) и испарљивих чврстих материја (VS), вискозност муља, циљна специфична енергија, потребан ефекат третмана, број радних сати и расположиви притисак. Препоручује се пилот-испитивање како би се утврдила делотворна доза пре димензионисања система у пуном обиму.
Да ли соникација побољшава обезводњавање муља?
Резултат зависи од карактеристика муља и дозе. Умерен третман може побољшати процес обраде чврстих материја, док прекомерна дезинтеграција може створити фине честице и растворљиве полимере који отежавају издвајање чврстих материја или смањују њихов удео у погачи. Испитивања обезводњавања су зато суштински део оптимизације процеса.
Шта научне студије кажу о ултразвучној дигестији вишка активног муља (WAS)?
Лабораторијске студије подржавају употребу ултразвука за повећање доступности и аеробне биоразградивости вишка активног муља (WAS).
У студији комбинованог алкалног и ултразвучног предтретмана пре аеробне дигестије, пријављена разградња органске материје при истом времену дигестије износила је 38,0% за нетретирани муљ и 42,5% за муљ подвргнут ултразвучном предтретману. Комбиновани алкални и ултразвучни предтретман повећао је разградњу на 50,7%. Резултат показује да сам ултразвук може побољшати аеробну разградњу, а истовремено показује да достижно побољшање зависи од стратегије предтретмана и карактеристика муља. (уп. Jin et al., 2009)
У другом истраживању комуналног вишка активног муља пријављене су повећана солубилизација муља и аеробна биоразградивост након бактеријске дезинтеграције потпомогнуте ултразвуком. Претходно третирани муљ показао је већу брзину биоразградње или распадања од нетретираног контролног узорка. (уп. Kavitha et al. 2016)
Да ли соникација подржава друге процесе обраде муља?
Да. Соникација подржава неколико процеса обраде муља разарањем флокула, ванћелијских полимерних супстанци (EPS) и микробних ћелија:
Анаеробна дигестија/производња биогаса: убрзава хидролизу, повећава растворљиву хемијску потрошњу кисеоника (COD) и може побољшати разградњу испарљивих чврстих материја (VS) и принос метана.
Издвајање фосфора: ослобађа фосфор везан за ћелије и органски фосфор у течну фазу, побољшавајући њихову доступност за накнадно таложење струвита или вивијанита; ултразвук такође може интензивирати излуживање фосфора из пепела муља.
Литература / Референце
- Jin Y., Li H., Mahar R.B., Wang Z., Nie Y. (2009): Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion. Journal of Environmental Science 2009;21(3):279-284.
- Kavitha S., Jessin Brindha G.M., Sally Gloriana A., Rajashankar K., Yeom I.T., Rajesh Banu J. (2016): Enhancement of aerobic biodegradability potential of municipal waste activated sludge by ultrasonic aided bacterial disintegration. Bioresource Technology 2016 Jan;200:161-169.
- C. M. Braguglia, G. Mininni, A. Gianico (2008): Is sonication effective to improve biogas production and solids reduction in excess sludge digestion? Water Science Technology 1 March 2008; 57 (4): 479–483.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лабораторијских до индустријских размера.