Разна решења за рекуперацију фосфора из комуналног канализационог муља

Фосфор је критичан минерал, чије природно снабдевање се брзо смањује. Сходно томе, немачка влада је донела декрет да се од 2029. фосфор мора у великој мери извлачити из канализационог муља. Примена енергетског ултразвука отвара различите могућности за интензивирање поврата фосфора из муља комуналне канализације.

Постројења за третман муља из отпадних вода и рециклажа фосфора

Фосфор је критични елемент, који се широко користи као ђубриво и сировина у финој хемијској и фармацеутској индустрији. Због брзог смањења расположивих ресурса, њемачка влада је имплементирала закон према којем сва комунална постројења за пречишћавање отпадних вода морају успоставити мјерење за опоравак фосфора из комуналног муља. Имплементација ултразвука високих перформанси нуди различите могућности лечења, које значајно повећавају ефикасност опоравка фосфора.

Постројења за отпадне воде користе ултразвук за побољшање варења муља и опоравак хранљивих материја као што је фосфор.

Ултразвучна дезинтеграција канализационог муља за бољи опоравак фосфора

Јасно је показано да зрачење канализационог муља снажним ултразвучним таласима побољшава дезинтеграцију биомасе у канализационом муљу. Бројне истраживачке студије су показале предности ултразвучног третмана отпадног активног муља и разних индустријских ултразвучних система који раде у комуналним постројењима за пречишћавање отпадних вода у Немачкој.
Ултразвучни предтретман супстрата у канализационом муљу има неколико корисних ефеката на процесе анаеробне дигестије. Ове предности укључују смањење величине честица, повећање брзине хидролизе и скраћивање хидрауличког времена задржавања.
Кавитацијске силе смицања које стварају ултразвучни таласи високог интензитета / ниске фреквенције изазивају разбијање морфологије муља и микробне структуре муља.
Istraživački tim Nguiena pokazao je u svojim studijama "da je primena ultrazvuka veoma efikasna u smanjenju veličine čestica biomase, postižući smanjenje na prosečnu veličinu čestica od >78,78% proporcionalno dužini vremena i intenzitetu ultrazvučnog zračenja. To je pokazalo da su čestice mulja raspale i veličina čestica mulja smanjena, na osnovu obrnutog odnosa između vremena ultrazvuka i veličine čestica floc. Aplikacija je bila veoma efikasna, uprkos činjenici da su zapažanja mulja pre tretmana otkrila da su mulja flokovi gusti i veoma kompaktni, sastavljeni od mnogih pod-pregrada sa kompaktnim jezgrama, ćelijskim klasterima, bakterijskim kolonijama, protozoama i nitastim bakterijama, između ostalih faktora. Analiza otpadnih voda pokazuje da je ultrazvučni proces značajno dezintegrisao strukturni integritet mulja flokova svih veličina. Floc komadi su smanjeni na onoliko malo koliko ≤6,5 μm pod optimalnim uslovima tretmana, i rastvoreni su u mulju suspenzija nakon 5–10 min ultrazvučnog tretmana sa niskom ultrazvučnom frekvencijom od 20 kHz. " (Nguien et al., 2015)
Ефикасно дезинтегрисани канализациони муљ, тј. соницирани муљ, показује значајно побољшана својства сепарације омогућавајући уклањање фракција богатих фосфором из биомасе и фракција сличних гелу, као и воде. Ултразвучна кавитација ремети ћелијске структуре биомасе у канализационом муљу и олакшава накнадно фракционисање на три фракције (и) влакана богатих целулозом, (ии) гел богат хранљивим материјама и (иии) течност која се лако ферментира. Ове три фракције муља се могу даље обрадити, нпр. обнављање фосфора, уклањање тешких метала итд.

Ултразвучно интензивирано влажно-хемијско таложење фосфора

Ултразвук је добро позната техника која се дуго времена користи у хемији за успешно и ефикасно таложење минерала, честица и кристала. За опоравак фосфора из канализационог муља, примењује се соникација како би се подстакло и убрзало таложење струвита. Струвит (магнезијум амонијум фосфат) је фосфатни минерал са формулом НХ₄МгПО₄·6Х₂ О, који нуди једноставно решење за уклањање фосфора у везаном облику из отпадног муља.
Током процеса кристализације струвита/преципитације, јони ПО₄^3-, НХ₄⁺, и Мг²⁺ се уклањају из течне фазе услед таложења струвита, све док реакција не достигне равнотежу.

Кристали струвита таложени су из ефлуента свиња.
(слика и студија: ©Ким ет ал. 2017)

Када се ултразвучна обрада примењује као предтретман муља пре процеса преципитације струвита, ултразвучно индукована кавитација обезбеђује темељно мешање на молекуларном нивоу обезбеђујући активну површину за раст кристала. Повећање стопе солубилизације екстрацелуларних и интрацелуларних супстанци, додатно доприноси преципитацији струвита повећањем биорасположивости НХ₄⁺ и ПО₄^3- јони. Третман ултразвуком доводи до олакшаног преноса масе кроз талог, који је узрокован ултразвучном кавитацијом.
Соникација се такође може применити на хидротермалну карбонизацију течности, где се фосфор рециклира као струвит из хидротермалне карбонизационе течности путем ултразвучне екстракције и таложења.
Прочитајте више о великим струвитним падавинама за опоравак фосфора из канализационог муља!

Соно-Фентон за ослобађање фосфора из канализационог муља

Студија Гонг ет ал. (2015) су демонстрирали ефикасност комбинованог ултразвучног-Фентон (познатог и као соно-Фентон) предтретмана за дезинтеграцију канализационог муља. Примена третмана ултразвуком–Фентон значајно је повећала ослобађање угљеника, азота и фосфора. Третман соно-Фентоном повећао је укупан азот (Н) и фосфор (П) за 1,7- и 2,2 пута, респективно, у поређењу са самим третманом Фентоном. Након соно-Фентон третмана, муљ је показао знатно финију величину честица и лабавију микроструктуру на основу скенирајуће електронске микроскопије. Коришћењем електронске спин резонанце, највећи интензитет ОХ• сигнала је порастао са 568,7 Фентон третманом на 1106,3 након третмана соно-Фентон. Ово је показало да соно-Фентон третман изазива дезинтеграцију муља и значајно побољшава ослобађање органског угљеника, азота и фосфора.

Ултразвучно појачане микробне горивне ћелије

Ултразвучни предтретман канализационог муља промовише солубилизацију различитих органских једињења из матрице муља, што потом убрзава микробну електрохидрогенезу.
Море и Гхангрекар (2010) доприносе благотворним ефектима претходног третмана ултразвуком на микробне горивне ћелије побољшаним ензимским активностима и доступности екстрацелуларних протеина, полисахарида и ензима, који се ослобађају из унутрашњих слојева флокула муља у спољне слојеве ултразвучном сонопорацијом и поремећај ћелија, што доводи до побољшане ефикасности коришћења супстрата. Да би се побољшало прикупљање електричне енергије из микробних горивних ћелија, неопходно је побољшање способности преноса електрона бактерија на екстраћелијску чврсту супстанцу. Овај екстрацелуларни пренос електрона може се десити или у директном контакту између површине ћелије и чврсте површине или индиректно преко такозваних егзогених и ендогених медијатора. За директан пренос електрона између бактерија и површине електроде, електрон треба да стигне до спољашње мембране ћелије. До овог феномена могло би доћи услед претходног третмана ултразвуком који је дат инокулуму када је специфична испоручена енергија била адекватна; дакле, фаворизујући већу Куломбичку ефикасност.
Ултразвучно интензивирани процес микробне електролизе може се комбиновати са накнадним процесима ферментације за третман муља.

Соно-електрохемијски третман муља отпадних вода

Електрокоагулација је једноставан процес, који се лако може применити на отпадне воде и омогућава ефикасан и економичан третман великих количина. Ултразвук помаже да се превазиђе главни недостатак процеса електрокоагулације спречавањем стварања пасивирајућих слојева са електрода. Пасивни филмови који се формирају на површини електроде током времена, драстично смањују ефикасност електрокоагулационих система и ултразвук је лака метода за уклањање ових пасивирајућих слојева континуирано током рада, док у исто време ултразвук повећава обрт електрокоагулационих система. Ултразвучни таласи разбијају седименте формиране на површини електроде и стварају велике количине радикалних врста за уклањање загађивача стварањем тачака високог притиска унутар раствора током феномена кавитације. Комбиновањем електрокоагулације са ултразвучном, због стварања нових површина на електроди кавитацијом или микро-струјањем, смањење дебљине дистрибутивног слоја се погоршава повећањем брзина преноса масе. Соно-електрокоагулација повећава количину формирања коагуланата у поређењу са електрокоагулацијом, а флокулација је појачана екстремним мешањем и оксидацијом стварањем слободних радикала; стога је постизање жељене ефикасности могуће у најкраћем времену.
(Моради ет ал., 2021)

Предности соноелектрохемије и соноелектрокоагулације

„Соноелектрохемија је комбинација ултразвучне енергије у електрохемијском систему која нуди неколико предности, укључујући уклањање мехурића гаса на површини електроде, дегазацију раствора, поремећај Нернстовог дифузионог слоја, побољшање масовног транспорта електроактивних врста кроз двоструки слој, и активирање и чишћење површине електроде. Ове предности у електрохемији доводе до побољшане ефикасности процеса (ефикасност електрода и струје), повећане електрохемијске брзине и приноса, смањених напона ћелија и препотенцијала електрода, побољшаних материјала нанесених електродама у погледу тврдоће, квалитета, порозности и дебљине, и супресије запрљања електрода и дегазација на површини електроде.” (Фороугхи ет ал., 2021)
Прочитајте више о соно-електрохемијској опреми и њеној примени!

Индустријски ултразвучни системи за третман канализационог муља

Хиелсцхер Ултрасоницс системи високих перформанси су поуздан радни коњ у постројењима за третман отпадних вода и канализационог муља. Хиелсцхер ултразвучни системи испоручују ултразвук велике снаге на 20 кХз, који ствара интензивну акустичну кавитацију. Ефекти нашег ултразвучног третмана велике снаге укључују разбијање и дезинтеграцију ћелија, велики пренос масе, дезинфекцију, разлагање полимера, ослобађање ензима и хомогенизацију муља. Соникација високог интензитета побољшава ефикасност третмана кроз стварање оксидативних радикала и повећањем места нуклеације, обезбеђујући бољу коагулацију и флокулацију. Поуздано и континуирано стварање ових интензивних ултразвучних сила кавитације и њихових ефеката омогућавају интеграцију наших моћних ултразвучних процесора за различите примене како би се побољшала жетва енергије и хранљивих материја из канализационог муља.

• Ултразвучна дезинтеграција канализационог муља
• Ултразвучно појачано анаеробно варење
• Опоравак вредних хранљивих материја (фосфор, азот, магнезијум, калцијум, калијум итд.)
• Уклањање загађивача као што су тешки метали

Нудећи ултразвучне процесоре са проточним реакторима различитих величина, Хиелсцхер Ултрасоницс има идеалне ултразвучне системе за отпад и третман муља за ваше постројење за канализациони муљ.
Модуларни дизајн омогућава једноставну уградњу неколико ултразвучних јединица паралелно, што омогућава поуздан и ефикасан третман било које запремине.
Хиелсцхер ултразвучни системи велике снаге / високе пропусности повећавају ефикасност и принос у третману биомасе у канализационом муљу.
Сви наши ултрасоникатори имају чишћење на месту (ЦИП).
Погодно за захтевне третмане: канализациони муљ често садржи влакнасте материјале са високим садржајем целулозе, који се тешко распадају. Хиелсцхер Ултрасоницс’ индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома велике амплитуде. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде. Тако велике амплитуде су ефикасан начин да се поремети ћелијска структура целулозе, лигнина и робусних ћелијских зидова других материјала. Оптимизовани дизајн наших реактора са проточним ћелијама обезбеђује идеалне обрасце протока и уједначен, ефикасан ултразвучни третман напајаног муља.

Радимо са систем интеграторима и инжењерима постројења за канализациони муљ

Као произвођач и градитељ система ултразвучних модуларних јединица високих перформанси, Хиелсцхер Ултрасоницс ради заједно са системским интеграторима. Већина оператера постројења за пречишћавање отпадних вода и канализационих муља ради са систем интеграторима, који имају добро искуство у пројектовању и аутоматизацији таквих постројења за пречишћавање. Наш тим дизајнерских и техничких инжењера препоручује оптималну ултразвучну конфигурацију за циљану запремину муља, пружа детаљне информације о систему, ЦАД цртеже, као и услуге инсталације и оперативну обуку. Ово омогућава конструктивну и циљану имплементацију интеграције ултразвука високих перформанси у постројења за пречишћавање отпадних вода. Молимо контактирајте нас ако сте заинтересовани за интеграцију наших ултразвучних процесора за побољшани третман муља!

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:

Контактирајте нас сада да бисте добили више детаља о Хиелсцхер ултразвучним системима за третман муља, могућностима инсталације и техничким информацијама!