การบำบัดด้วยอัลตราโซนิกสำหรับการย่อยตะกอนเร่งส่วนเกินแบบใช้ออกซิเจน
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูงทำให้ตะกอนเร่งส่วนเกิน (WAS) แตกสลายก่อนหรือระหว่างการย่อยแบบใช้ออกซิเจน คาวิเทชันจากคลื่นเสียงทำให้ฟล็อกตะกอนแตก ทำลายสารพอลิเมอร์นอกเซลล์ และทำให้เซลล์จุลินทรีย์แตกเปิด จึงทำให้สารอินทรีย์ที่เคยได้รับการปกป้องเข้าถึงได้ง่ายขึ้นในถังย่อยแบบใช้ออกซิเจน
สำหรับกระบวนการแบบใช้ออกซิเจน เป้าหมายไม่ใช่การเพิ่มการผลิตก๊าซชีวภาพ การเพิ่มมีเทนเกี่ยวข้องกับการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน ในถังย่อยแบบใช้ออกซิเจน ตัวชี้วัดสมรรถนะที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ การทำลายของแข็งระเหยได้ การใช้ออกซิเจน ระยะเวลาการย่อย ของแข็งแห้งที่เหลืออยู่ ความสามารถในการแยกน้ำออก และต้นทุนการดำเนินงานรวม
เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher สามารถติดตั้งเข้ากับท่อ WAS ที่ใช้ปั๊มส่งหรือวงจรหมุนเวียนกลับของถังย่อยได้ เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกแบบเซลล์ไหลมุ่งการบำบัดไปที่กระแสตะกอนที่กำหนด และช่วยให้ติดตามกระบวนการได้จากกำลัง อัตราการไหล ความเข้มข้นของของแข็ง ความดัน และอุณหภูมิ ผลลัพธ์คือการติดตั้งเพิ่มเติมที่กะทัดรัด ซึ่งสามารถเพิ่มการทำให้ตะกอนแตกสลายด้วยอัลตราโซนิกได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนถังย่อยแบบใช้ออกซิเจนที่มีอยู่
ชุดอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher แบบติดตั้งในท่อบนฐานสกิดสำหรับแปรรูป WAS ที่ผ่านการทำให้ข้น
เหตุใดตะกอนเร่งส่วนเกินจึงย่อยได้ยาก
ตะกอนเร่งส่วนเกินคือของแข็งชีวภาพส่วนเกินที่แยกออกจากกระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบตะกอนเร่ง ประกอบด้วยจุลินทรีย์ สารพอลิเมอร์นอกเซลล์ (EPS) สารอินทรีย์ที่ถูกดักจับ และของแข็งเฉื่อย
ในถังตกตะกอนขั้นที่สอง ตะกอนเร่งที่ตกตะกอนแล้วจะถูกแบ่งออกเป็นสองกระแส:
- ตะกอนเร่งหมุนเวียนกลับ (RAS) จะถูกส่งกลับไปยังบ่อเติมอากาศเพื่อรักษาความเข้มข้นของมวลชีวภาพตามที่ต้องการ
- ตะกอนเร่งส่วนเกิน (WAS) จะถูกแยกออกจากกระบวนการบำบัดส่วนของเหลว และส่งไปทำให้ข้น ทำให้เสถียร ย่อย หรือแยกน้ำออก
WAS มีสัดส่วนของวัสดุเซลล์จุลินทรีย์สูง สารอินทรีย์ที่ย่อยสลายทางชีวภาพได้ส่วนใหญ่ถูกห่อหุ้มด้วยผนังเซลล์หรือยึดอยู่ภายในฟล็อกตะกอนที่อัดแน่น การปกป้องทางกายภาพนี้ทำให้การสลายเซลล์และการไฮโดรไลซิสตามธรรมชาติช้าลง
ระหว่างการย่อยแบบใช้ออกซิเจน จะมีการจ่ายออกซิเจนในขณะที่มีอาหารใหม่เข้ามาเพียงเล็กน้อย จุลินทรีย์จะเข้าสู่การหายใจแบบเอนโดจีนัส และใช้สารที่สะสมไว้ เซลล์ที่ตายแล้ว และองค์ประกอบอื่นของตะกอนที่ย่อยสลายทางชีวภาพได้ จุดประสงค์คือทำให้ตะกอนเสถียร ลดโอกาสเกิดกลิ่น และลดปริมาณของแข็งระเหยได้ที่ต้องแยกน้ำออกและกำจัด
อัตราการย่อยมักถูกจำกัดด้วยการเข้าถึงสารตั้งต้น ถังย่อยอาจมีจุลินทรีย์ที่ทำงานอยู่และมีระยะเวลาพักเพียงพอ แต่สารอินทรีย์ภายในเซลล์ที่ยังสมบูรณ์และฟล็อกที่หนาแน่นยังคงเข้าถึงได้ยาก
การเปรียบเทียบฟล็อกที่ไม่ได้ผ่านการบำบัดกับตะกอนที่ผ่านอัลตราโซนิก: การใช้อัลตราโซนิกช่วยลดฟล็อกลงอย่างมาก
การศึกษาและภาพ: ©Chu et al. 2001
คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกทำให้ WAS เปิดออกเพื่อการย่อยแบบใช้ออกซิเจนได้อย่างไร
เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher ทำงานที่ 20kHz และสร้างคาวิเทชันจากคลื่นเสียงที่รุนแรงในกระแสของเหลวและสลาร์รี ฟองคาวิเทชันก่อตัว ขยายตัว และยุบตัวภายในตะกอน การยุบตัวของฟองสร้างแรงเฉือนเฉพาะจุดที่ทรงพลัง ซึ่งกระทำโดยตรงต่อฟล็อก EPS และเซลล์จุลินทรีย์
การบำบัดด้วยอัลตราโซนิกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสำคัญสามประการใน WAS:
การทำให้ฟล็อกแตกสลาย
คาวิเทชันทำให้กลุ่มตะกอนแตกออก และเผยพื้นผิวที่เคยถูกห่อหุ้มด้วยสารพอลิเมอร์นอกเซลล์ (EPS) ตะกอนที่ผ่านการบำบัดมีอนุภาคขนาดเล็กลงและมีพื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้มากขึ้น
การทำลาย EPS และเซลล์
การทำให้แตกสลายโดยใช้อัลตราโซนิกช่วยเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพแบบใช้ออกซิเจนของตะกอนเร่งส่วนเกินจากระบบบำบัดน้ำเสียชุมชน โดยทำให้ฟล็อกตะกอนที่แข็งแรงแตกออกและปลดปล่อยสารอินทรีย์ที่ถูกกักไว้ คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกทำลายเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเซลล์ โปรตีนและคาร์โบไฮเดรต รวมถึงสารประกอบอื่นภายในเซลล์ จะเคลื่อนเข้าสู่เฟสของเหลว
การเพิ่มความพร้อมให้จุลินทรีย์นำไปใช้
จุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจนสามารถใช้สารอินทรีย์ที่ละลายได้และที่แตกเป็นอนุภาคละเอียดได้ง่ายกว่าเซลล์จุลินทรีย์ที่ยังสมบูรณ์และฟล็อกที่อัดแน่น ดังนั้น การใช้อัลตราโซนิกจึงดำเนินงานบางส่วนของการสลายเซลล์และการไฮโดรไลซิสด้วยกลไกทางกายภาพก่อนขั้นตอนออกซิเดชันทางชีวภาพ
การใช้อัลตราโซนิกมุ่งกระทำต่อเมทริกซ์ป้องกันที่หนาของตะกอนน้ำเสีย เพื่อให้การย่อยโดยจุลินทรีย์เร็วขึ้นมากและมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยทั่วไปสังเกตได้จากค่าความต้องการออกซิเจนทางเคมีของส่วนที่ละลายได้ (SCOD) ที่เพิ่มขึ้น
เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกแบบไหลระดับอุตสาหกรรมเพื่อปรับปรุงการย่อย WAS
ประโยชน์ของการใช้อัลตราโซนิกในโรงงานย่อยแบบใช้ออกซิเจน
ผลตอบสนองขึ้นอยู่กับตะกอนและปริมาณการบำบัดด้วยอัลตราโซนิก เมื่อการใช้อัลตราโซนิกเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพแบบใช้ออกซิเจน โรงบำบัดน้ำเสียอาจได้รับประโยชน์ดังต่อไปนี้:
- ทำลายของแข็งระเหยได้มากขึ้นโดยใช้ระยะเวลาการย่อยเท่าเดิม
- ทำให้ตะกอนเสถียรได้ในระดับใกล้เคียงกันโดยใช้ระยะเวลาพักสั้นลง
- เกิดของแข็งแห้งตกค้างน้อยลง
- เพิ่มความสามารถในการบำบัดที่ใช้งานได้จริงของถังย่อยแบบใช้ออกซิเจนที่มีอยู่
- ลดการขนส่งและการกำจัดตะกอนชีวภาพ
- เพิ่มเสถียรภาพของกระบวนการในช่วงที่มีภาระของแข็งสูง
- ควบคุมจุลินทรีย์เส้นใยได้ดีขึ้นผ่านการทำลายฟล็อกและเซลล์
เครื่องอัลตราโซนิกแบบติดตั้งในท่อของ Hielscher สำหรับการติดตั้งเพิ่มเติมอย่างง่าย
ในระดับการใช้งานเต็มขนาด โดยทั่วไปการใช้อัลตราโซนิกกับกระแสตะกอนเข้มข้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการบำบัดปริมาตรทั้งหมดของถังย่อยแบบใช้ออกซิเจน เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกแบบเซลล์ไหลของ Hielscher รองรับรูปแบบการติดตั้งที่ใช้งานได้จริงสองรูปแบบ
การบำบัด WAS ล่วงหน้าในท่อป้อน
ระบบอัลตราโซนิกติดตั้งหลังขั้นตอนการทำให้ WAS ข้น และก่อนถังย่อยแบบใช้ออกซิเจน:
WAS ที่ผ่านการทำให้ข้น -> ปั๊มป้อน -> เซลล์ไหลอัลตราโซนิกของ Hielscher -> ถังย่อยแบบใช้ออกซิเจน
รูปแบบนี้บำบัดกระแสตะกอนที่มีอัตราการไหลเชิงมวลของของแข็งแห้งที่กำหนด และให้พื้นฐานที่ชัดเจนสำหรับควบคุมพลังงานอัลตราโซนิกจำเพาะที่ป้อนเข้าสู่กระบวนการ
แผนผังการไหล: WAS ที่ผ่านการทำให้ข้น -> ปั๊มป้อน -> เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมแบบติดตั้งในท่อของ Hielscher UIP6000hdT -> ถังย่อยแบบใช้ออกซิเจน
การหมุนเวียนกลับจากถังย่อยหรือการบำบัดกระแสแยก
ตะกอนบางส่วนในสัดส่วนที่ควบคุมจะถูกสูบจากถังย่อยหรือท่อตะกอนผ่านเครื่องอัลตราโซนิก แล้วส่งกลับเข้าสู่กระบวนการ รูปแบบนี้มีประโยชน์เมื่อท่อป้อนที่มีอยู่ปรับเปลี่ยนได้ยาก หรือเมื่อควรบำบัดตะกอนเฉพาะส่วนที่เลือกไว้เท่านั้น
ทั้งสองรูปแบบสามารถติดตั้งเป็นชุดบนฐานสกิดที่กะทัดรัด พร้อมปั๊ม เซลล์ไหลอัลตราโซนิก วาล์วตัดแยก ท่อบายพาสสำหรับการบำรุงรักษา อุปกรณ์วัดความดันและอุณหภูมิ จุดเก็บตัวอย่าง และระบบควบคุมกระบวนการ โดยตัวถังย่อยที่มีอยู่ยังคงเดิม
จึงทำให้การบำบัดด้วยอัลตราโซนิกเหมาะเป็นพิเศษสำหรับการติดตั้งเพิ่มเติมในโรงบำบัดน้ำเสียที่มีอยู่ ชุดอัลตราโซนิกบนฐานสกิดสามารถติดตั้งในท่อที่ใช้ปั๊มส่ง ทำงานได้อย่างอิสระ และให้ตะกอนไหลผ่านทางบายพาสระหว่างการตรวจสอบหรือบำรุงรักษาได้
เพิ่มประสิทธิภาพการทำให้ตะกอนแตกสลายสำหรับการย่อยแบบใช้ออกซิเจนด้วยอัลตราโซนิกกำลังสูง!
เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher เป็นวิธีที่กะทัดรัดและปรับขยายขนาดได้สำหรับผสานอัลตราโซนิกกำลังสูงเข้ากับสายการบำบัด WAS ที่มีอยู่ การแปรรูปด้วยเซลล์ไหลแบบติดตั้งในท่อมุ่งพลังงานอัลตราโซนิกไปที่กระแสตะกอน รองรับการควบคุมปริมาณการบำบัดให้ทำซ้ำได้ และสามารถออกแบบทางวิศวกรรมให้รองรับการทำงานหนักอย่างเชื่อถือได้ตลอด 24/7
การออกแบบ การผลิต และการให้คำปรึกษา – คุณภาพที่ผลิตในเยอรมนี
เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นที่รู้จักดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบที่สูงที่สุด ความแข็งแรงทนทานและการใช้งานที่ง่ายช่วยให้ผสานเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher รับมือกับสภาวะสมบุกสมบันและสภาพแวดล้อมที่มีข้อเรียกร้องสูงได้อย่างง่ายดาย
Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher สอดคล้องกับ CE และเป็นไปตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับงานผสม การกระจายตัว การทำอิมัลชัน และการสกัด ในระดับห้องปฏิบัติการ ระดับนำร่อง และระดับอุตสาหกรรม
คำถามที่พบบ่อย
การบำบัดด้วยอัลตราโซนิกทำให้ถังย่อยแบบใช้ออกซิเจนผลิตก๊าซชีวภาพได้มากขึ้นหรือไม่?
ไม่ การเพิ่มผลผลิตมีเทนหรือก๊าซชีวภาพเป็นประโยชน์ของการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน สำหรับการย่อยแบบใช้ออกซิเจน ควรประเมินการบำบัดด้วยอัลตราโซนิกจากการทำลาย VS การใช้ออกซิเจน ระยะเวลาการย่อย ของแข็งแห้งที่เหลืออยู่ ความสามารถในการแยกน้ำออก และต้นทุนรวม
ระบบอัลตราโซนิกติดตั้งที่ใด?
โดยทั่วไประบบจะติดตั้งในท่อหลังขั้นตอนการทำให้ WAS ข้น และก่อนถังย่อยแบบใช้ออกซิเจน นอกจากนี้ยังสามารถทำงานในกระแสแยกที่ควบคุมหรือวงจรหมุนเวียนกลับของถังย่อยได้ ท่อบายพาสสำหรับการบำรุงรักษาช่วยให้ถ่ายโอนตะกอนต่อไปได้ระหว่างการบำรุงรักษา
เหตุใดจึงใช้เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมที่ 20kHz?
อัลตราโซนิกความถี่ต่ำและกำลังสูงสร้างคาวิเทชันที่รุนแรงและแรงเฉือนเชิงกล จึงมีประสิทธิภาพในการทำให้ฟล็อกตะกอนแตก ทำลาย EPS และทำให้เซลล์จุลินทรีย์แตกเปิดในกระแสที่ประกอบด้วยของเหลวและของแข็ง
เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher สามารถทำงานต่อเนื่องได้หรือไม่?
ได้ กลุ่มเครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมรุ่น hdT ของ Hielscher ออกแบบมาสำหรับการทำงานหนักอย่างต่อเนื่องและเป็นที่รู้จักในด้านความทนทาน เครื่องปฏิกรณ์แบบเซลล์ไหลช่วยให้แปรรูปแบบติดตั้งในท่อหรือแบบหมุนเวียนกลับได้อย่างควบคุม ขณะที่การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติช่วยสนับสนุนการติดตามกระบวนการและการทำซ้ำให้ได้ผลเดิม
ต้องใช้ข้อมูลใดบ้างเพื่อกำหนดขนาดระบบอัลตราโซนิกสำหรับตะกอน?
ข้อมูลหลัก ได้แก่ อัตราการไหลของ WAS ความเข้มข้นของ TS และ VS ความหนืดของตะกอน พลังงานจำเพาะเป้าหมาย ผลการบำบัดที่ต้องการ ชั่วโมงการทำงาน และความดันที่มีให้ใช้งาน แนะนำให้ทดสอบระดับนำร่องเพื่อกำหนดปริมาณการบำบัดที่ให้ผลเป็นประโยชน์ก่อนกำหนดขนาดระบบเต็มขนาด
การใช้อัลตราโซนิกช่วยปรับปรุงการแยกน้ำออกจากตะกอนหรือไม่?
ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับลักษณะของตะกอนและปริมาณการบำบัด การบำบัดในระดับปานกลางอาจช่วยปรับปรุงกระบวนการจัดการของแข็ง ขณะที่การทำให้แตกสลายมากเกินไปสามารถก่อให้เกิดอนุภาคละเอียดและพอลิเมอร์ที่ละลายได้ ซึ่งลดประสิทธิภาพการดักจับของแข็งหรือปริมาณของแข็งในเค้กตะกอน ดังนั้น การทดลองแยกน้ำออกจึงเป็นส่วนสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการปรับกระบวนการให้เหมาะสมที่สุด
การศึกษาทางวิทยาศาสตร์กล่าวถึงการย่อย WAS ด้วยอัลตราโซนิกอย่างไร?
การศึกษาในห้องปฏิบัติการสนับสนุนการใช้อัลตราโซนิกเพื่อเพิ่มการเข้าถึงและความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพแบบใช้ออกซิเจนของ WAS
ในการศึกษาการบำบัดล่วงหน้าด้วยด่างร่วมกับอัลตราโซนิกก่อนการย่อยแบบใช้ออกซิเจน มีรายงานการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ระยะเวลาการย่อยเท่ากันเป็น 38.0% สำหรับตะกอนที่ไม่ได้ผ่านการบำบัด และ 42.5% สำหรับตะกอนที่ผ่านการบำบัดล่วงหน้าด้วยอัลตราโซนิก การบำบัดล่วงหน้าด้วยด่างร่วมกับอัลตราโซนิกเพิ่มการย่อยสลายเป็น 50.7% ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าอัลตราโซนิกเพียงอย่างเดียวสามารถปรับปรุงการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจนได้ พร้อมทั้งแสดงให้เห็นว่าระดับการปรับปรุงที่ทำได้ขึ้นอยู่กับแนวทางการบำบัดล่วงหน้าและลักษณะของตะกอน (เทียบกับ Jin et al., 2009)
การศึกษาอีกงานหนึ่งเกี่ยวกับ WAS จากระบบบำบัดน้ำเสียชุมชนรายงานว่า การทำให้ตะกอนเข้าสู่รูปที่ละลายได้และความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพแบบใช้ออกซิเจนเพิ่มขึ้นหลังการทำให้แตกสลายด้วยแบคทีเรียโดยมีอัลตราโซนิกช่วย ตะกอนที่ผ่านการบำบัดล่วงหน้ามีอัตราการย่อยสลายทางชีวภาพหรือการสลายตัวสูงกว่าชุดควบคุมที่ไม่ได้ผ่านการบำบัด (เทียบกับ Kavitha et al. 2016)
การใช้อัลตราโซนิกสนับสนุนกระบวนการจัดการตะกอนอื่น ๆ หรือไม่?
ได้ การใช้อัลตราโซนิกสนับสนุนกระบวนการบำบัดตะกอนหลายประเภท โดยทำลายฟล็อก EPS และเซลล์จุลินทรีย์:
การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน/การผลิตก๊าซชีวภาพ: เร่งการไฮโดรไลซิส เพิ่ม COD ส่วนที่ละลายได้ และสามารถปรับปรุงการทำลาย VS และผลผลิตมีเทนได้
การนำฟอสฟอรัสกลับคืน: ปลดปล่อยฟอสฟอรัสที่ยึดอยู่กับเซลล์และฟอสฟอรัสอินทรีย์เข้าสู่เฟสของเหลว ทำให้พร้อมสำหรับการตกตะกอนเป็น struvite หรือ vivianite ในขั้นตอนถัดไปมากขึ้น อีกทั้งอัลตราโซนิกยังสามารถเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการชะละลายฟอสฟอรัสออกจากเถ้าตะกอนได้
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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 ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ ขนาดห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ขนาดอุตสาหกรรม