โซลูชั่นต่างๆ สําหรับการนําฟอสฟอรัสกลับมาใช้ใหม่จากกากตะกอนน้ําเสียในเขตเทศบาล

ฟอสฟอรัสเป็นแร่ธาตุทรัพยากรที่สําคัญซึ่งอุปทานตามธรรมชาติลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นรัฐบาลเยอรมนีจึงประกาศใช้พระราชกฤษฎีกาว่าตั้งแต่ปี 2029 ฟอสฟอรัสจะต้องถูกนํากลับมาใช้ใหม่จากกากตะกอนน้ําเสียเป็นส่วนใหญ่ การใช้อัลตราซาวนด์พลังงานเปิดทางเลือกต่างๆเพื่อเพิ่มการกู้คืนฟอสฟอรัสจากกากตะกอนน้ําเสียในเขตเทศบาล

โรงบําบัดกากตะกอนน้ําเสียและการรีไซเคิลฟอสฟอรัส

ฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่สําคัญที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นปุ๋ยและวัตถุดิบในอุตสาหกรรมเคมีและยาที่ดี รัฐบาลเยอรมนีจึงได้บังคับใช้กฎหมายที่โรงบําบัดน้ําเสียในเขตเทศบาลทั้งหมดต้องกําหนดการวัดเพื่อนําฟอสฟอรัสกลับมาใช้ใหม่จากกากตะกอนน้ําเสียในเขตเทศบาล การใช้อัลตราซาวนด์ประสิทธิภาพสูงมีตัวเลือกการรักษาที่หลากหลายซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการฟื้นตัวของฟอสฟอรัสได้อย่างมาก

โรงงานน้ําเสียใช้อัลตราซาวนด์เพื่อการย่อยกากตะกอนที่ดีขึ้นและการกู้คืนสารอาหาร เช่น ฟอสฟอรัส

การสลายตัวของกากตะกอนน้ําเสียอัลตราโซนิกเพื่อการกู้คืน Phorsphorus ที่ดีขึ้น

การฉายรังสีกากตะกอนน้ําเสียด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์อันทรงพลังได้รับการพิสูจน์อย่างชัดเจนเพื่อปรับปรุงการสลายตัวของชีวมวลในกากตะกอนน้ําเสีย การศึกษาวิจัยจํานวนมากได้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของการบําบัดกากตะกอนที่เปิดใช้งานของเสียอัลตราโซนิกและระบบอัลตราซาวนด์อุตสาหกรรมต่างๆกําลังทํางานในโรงบําบัดน้ําเสียในเขตเทศบาลในเยอรมนี
การปรับสภาพอัลตราโซนิกของพื้นผิวในกากตะกอนน้ําเสียมีผลดีหลายประการสําหรับกระบวนการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน ประโยชน์เหล่านี้รวมถึงการลดขนาดอนุภาคการเพิ่มอัตราการไฮโดรไลซิสและลดระยะเวลาการกักเก็บไฮดรอลิก
แรงเฉือนโพรงอากาศที่เกิดจากคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูง / ความถี่ต่ําทําให้เกิดการสลายตัวของสัณฐานวิทยาของตะกอนฟลอกและโครงสร้างจุลินทรีย์ของกากตะกอน
The research team of Nguyen demonstrated in their studies “that the application of ultrasound is very effective in reducing the particle size of biomass, achieving a reduction to an average particle size of >78.78% proportional to the length of time and intensity of ultrasonic irradiation exposure. This indicated that the sludge particles disintegrated and sludge particle size decreased, based on an inverse relationship between the sonication time and floc particle size. The application was highly effective, despite the fact that sludge floc observations before treatment revealed that the sludge flocs were dense and highly compact, composed of many sub-compartments with compact cores, cell clusters, bacterial colonies, protozoa, and filamentous bacteria, among other factors. Analysis of the effluent shows that the ultrasonic process significantly disintegrated the structural integrity of sludge flocs of all sizes. Floc pieces were reduced to as little as ≤6.5 μm under optimal treatment conditions, and were dissolved in the sludge slurry after 5–10 min of ultrasonic treatment with a low ultrasound frequency of 20 kHz.” (Nguyen et al., 2015)
กากตะกอนน้ําเสียที่สลายตัวอย่างมีประสิทธิภาพ เช่น กากตะกอน sonicated แสดงคุณสมบัติการแยกที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญทําให้สามารถกําจัดเศษส่วนที่อุดมด้วยฟอสฟอรัสออกจากชีวมวลและเศษส่วนคล้ายเจลตลอดจนน้ํา โพรงอากาศอัลตราโซนิกขัดขวางโครงสร้างเซลล์ของชีวมวลในกากตะกอนน้ําเสียและอํานวยความสะดวกในการแยกส่วนที่ตามมาเป็นสามเศษส่วนของ (i) เส้นใยที่อุดมด้วยเซลลูโลส (ii) เจลที่อุดมด้วยสารอาหาร และ (iii) ของเหลวที่หมักได้ง่าย เศษส่วนของกากตะกอนทั้งสามนี้สามารถดําเนินการเพิ่มเติมได้ เช่น การกู้คืนฟอสฟอรัส การกําจัดโลหะหนัก เป็นต้น

การตกตะกอนทางเคมีเปียกที่เข้มข้นด้วยอัลตราโซนิกของฟอสฟอรัส

อัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่รู้จักกันดีที่ใช้มานานในวิชาเคมีสําหรับการตกตะกอนของแร่ธาตุอนุภาคและผลึกที่มีประสิทธิภาพ สําหรับการฟื้นตัวของฟอสเฟอร์จากกากตะกอนน้ําเสียจะใช้ sonication เพื่อส่งเสริมและเร่งการตกตะกอนของสตรูไวต์ สตรูไวท์ (แมกนีเซียมแอมโมเนียมฟอสเฟต) เป็นแร่ธาตุฟอสเฟตที่มีสูตร NH₄เอ็มจีโพ₄·6 ชม.₂ O ซึ่งเป็นวิธีแก้ปัญหาง่ายๆ ในการกําจัดฟอสฟอรัสในรูปแบบที่ผูกมัดออกจากกากตะกอนของเสีย
ในระหว่างกระบวนการตกผลึก / การตกตะกอนของสรูไวต์ไอออน PO₄^3-, NH₄⁺และ Mg²⁺ จะถูกลบออกจากเฟสของเหลวเนื่องจากการตกตะกอนของสตรูไวต์จนกว่าปฏิกิริยาจะถึงสมดุล

ผลึก Struvite ตกตะกอนจากน้ําทิ้งสุกร
(ภาพและการศึกษา: ©Kim et al. 2017)

เมื่อใช้อัลตราโซนิกเป็นการเตรียมการล่วงหน้าของกากตะกอนก่อนกระบวนการตกตะกอน struvite โพรงอากาศที่เกิดจากอัลตราโซนิกจะให้การผสมอย่างละเอียดในระดับโมเลกุลเพื่อให้พื้นที่ผิวที่ใช้งานอยู่สําหรับการเจริญเติบโตของผลึก การเพิ่มอัตราการละลายของสารนอกเซลล์และภายในเซลล์ เป็นประโยชน์ต่อการตกตะกอนของสตรูไวต์โดยการเพิ่มการดูดซึมของ NH₄⁺ และ PO₄^3- ไอออน การรักษาด้วยโซนิเคชั่นส่งผลให้เกิดการถ่ายโอนมวลที่อํานวยความสะดวกผ่านสารละลายซึ่งเกิดจากโพรงอากาศอัลตราโซนิก
Sonication ยังสามารถนําไปใช้กับสุราคาร์บอนไดเซชันแบบไฮโดรเทอร์มอลโดยที่ฟอสฟอรัสถูกรีไซเคิลเป็น struvite จากสุราคาร์บอไนเซชันแบบไฮโดรเทอร์มอลผ่านการสกัดและการตกตะกอนด้วยอัลตราโซนิก
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตกตะกอนของสตรูไวต์ขนาดใหญ่สําหรับการนําฟอสฟอรัสกลับมาใช้ใหม่จากกากตะกอนน้ําเสีย!

Sono-Fenton สําหรับการปล่อยฟอสฟอรัสจากกากตะกอนน้ําเสีย

การศึกษาของ Gong et al. (2015) แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการบําบัดล่วงหน้าด้วยอัลตราซาวนด์-เฟนตัน (หรือที่เรียกว่า sono-Fenton) แบบผสมผสานสําหรับการสลายตัวของกากตะกอนน้ําเสีย การใช้การบําบัดด้วยอัลตราซาวนด์-เฟนตันจะเพิ่มการปล่อยคาร์บอนไนโตรเจนและฟอสฟอรัสได้อย่างมีนัยสําคัญ การบําบัดด้วยโซโน-เฟนตันเพิ่มไนโตรเจนรวม (N) และฟอสฟอรัส (P) ขึ้น 1.7 และ 2.2 เท่าตามลําดับเมื่อเทียบกับการรักษาด้วยเฟนตันเพียงอย่างเดียว หลังจากการบําบัด sono-Fenton กากตะกอนแสดงขนาดอนุภาคที่ละเอียดกว่ามากและโครงสร้างจุลภาคที่หลวมกว่าตามกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด การใช้เรโซแนนซ์สปินอิเล็กตรอน ความเข้มของสัญญาณ OH• สูงสุดเพิ่มขึ้นจาก 568.7 โดยการรักษาด้วย Fenton เป็น 1106.3 หลังจากการรักษาด้วยโซโน-เฟนตัน สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าการบําบัดแบบโซโน-เฟนตันทําให้เกิดการสลายตัวของกากตะกอนและช่วยเพิ่มการปลดปล่อยคาร์บอนอินทรีย์ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสได้อย่างมีนัยสําคัญ

เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ที่เข้มข้นด้วยอัลตราโซนิก

การปรับสภาพอัลตราโซนิกของกากตะกอนน้ําเสียส่งเสริมการละลายของสารประกอบอินทรีย์ต่างๆจากเมทริกซ์กากตะกอนซึ่งต่อมาจะเร่งอิเล็กโทรไฮโดรเจนของจุลินทรีย์
More และ Ghangrekar (2010) มีส่วนช่วยในผลประโยชน์ของการปรับสภาพก่อนการ sonication บนเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์เพื่อเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์และความพร้อมใช้งานของโปรตีนนอกเซลล์โพลีแซ็กคาไรด์และเอนไซม์ซึ่งถูกปล่อยออกมาจากชั้นในของตะกอนฟลอคไปยังชั้นนอกโดยการ sonoporation อัลตราโซนิกและการหยุดชะงักของเซลล์ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้สารตั้งต้นดีขึ้น สําหรับการปรับปรุงการเก็บเกี่ยวไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์จําเป็นต้องปรับปรุงความสามารถในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนของแบคทีเรียไปยังสารที่เป็นของแข็งนอกเซลล์ การถ่ายโอนอิเล็กตรอนนอกเซลล์นี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในการสัมผัสโดยตรงระหว่างพื้นผิวเซลล์กับพื้นผิวของแข็งหรือทางอ้อมผ่านสิ่งที่เรียกว่าตัวกลางภายนอกและภายนอก สําหรับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยตรงระหว่างแบคทีเรียและพื้นผิวอิเล็กโทรดอิเล็กตรอนควรไปถึงเยื่อหุ้มด้านนอกของเซลล์ ปรากฏการณ์นี้อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการบําบัดล่วงหน้าด้วยอัลตราโซนิกที่มอบให้กับการฉีดวัคซีนเมื่อพลังงานเฉพาะที่จ่ายเพียงพอ ดังนั้นจึงชอบประสิทธิภาพคูลอมบ์ที่สูงขึ้น
กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของจุลินทรีย์ที่เข้มข้นด้วยอัลตราโซนิกสามารถรวมกับกระบวนการหมักที่ตามมาสําหรับการบําบัดกากตะกอน

การบําบัดกากตะกอนน้ําเสีย Sono-Electrochemical

การแข็งตัวด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการง่ายๆ ซึ่งสามารถนําไปใช้กับน้ําเสียได้ง่าย และช่วยให้สามารถบําบัดปริมาณมากได้อย่างมีประสิทธิภาพและคุ้มค่า อัลตราโซนิกช่วยเอาชนะข้อเสียเปรียบหลักของกระบวนการแข็งตัวด้วยไฟฟ้าโดยป้องกันการก่อตัวของชั้นทู่จากอิเล็กโทรด ฟิล์มแบบพาสซีฟที่ก่อตัวบนพื้นผิวอิเล็กโทรดเมื่อเวลาผ่านไปช่วยลดประสิทธิภาพของระบบการแข็งตัวของคลื่นไฟฟ้าลงอย่างมากและอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่ง่ายในการลบชั้นทู่เหล่านี้อย่างต่อเนื่องในระหว่างการทํางานในขณะเดียวกันการ sonication จะเพิ่มการหมุนเวียนของระบบการแข็งตัวด้วยไฟฟ้า คลื่นอัลตราโซนิกสลายตะกอนที่เกิดขึ้นที่พื้นผิวอิเล็กโทรดและสร้างอนุมูลในปริมาณสูงเพื่อกําจัดมลพิษโดยการสร้างจุดความดันสูงภายในสารละลายระหว่างปรากฏการณ์โพรงอากาศ ด้วยการรวมการแข็งตัวของคลื่นไฟฟ้าเข้ากับอัลตราโซนิกเนื่องจากการสร้างพื้นผิวใหม่บนอิเล็กโทรดโดยการเกิดโพรงอากาศหรือไมโครสตรีมมิ่งการลดลงของความหนาของชั้นการกระจายจะรุนแรงขึ้นโดยการเพิ่มอัตราการถ่ายเทมวล Sono-electrocoagulation เพิ่มปริมาณการก่อตัวของสารตกตะกอนเมื่อเทียบกับการแข็งตัวด้วยไฟฟ้า และการตกตะกอนจะเพิ่มขึ้นโดยการผสมและการเกิดออกซิเดชันอย่างรุนแรงโดยการก่อตัวของอนุมูลอิสระ ดังนั้นจึงสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่ต้องการได้ในเวลาอันสั้น
(Moradi และคณะ, 2021)

ข้อดีของ Sonoelectrochemistry และ Sonoelectrocoagulation

"โซโนอิเล็กโทรเคมีเป็นการรวมกันของพลังงานอัลตราโซนิกในระบบไฟฟ้าเคมีที่มีข้อดีหลายประการรวมถึงการกําจัดฟองก๊าซที่พื้นผิวอิเล็กโทรดการขจัดแก๊สการหยุดชะงักของชั้นการแพร่กระจายของ Nernst การเพิ่มการขนส่งมวลของสายพันธุ์ที่ออกฤทธิ์ด้วยไฟฟ้าผ่านชั้นสองชั้นและการเปิดใช้งานและการทําความสะอาดพื้นผิวอิเล็กโทรด ประโยชน์เหล่านี้ในเคมีไฟฟ้านําไปสู่ประสิทธิภาพของกระบวนการที่ดีขึ้น (ประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดและกระแส) อัตราและผลผลิตทางเคมีไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่ลดลงและศักย์ไฟฟ้าเกิน วัสดุที่สะสมด้วยไฟฟ้าที่ดีขึ้นในแง่ของความแข็ง คุณภาพ ความพรุน และความหนา และการปราบปรามการเปรอะเปื้อนของอิเล็กโทรดและการขจัดแก๊สที่พื้นผิวอิเล็กโทรด" (Foroughi และคณะ, 2021)
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์ sono-electrochemical และการใช้งาน!

ระบบอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมสําหรับการบําบัดกากตะกอนน้ําเสีย

ระบบประสิทธิภาพสูงของ Hielscher Ultrasonics เป็นม้าทํางานที่เชื่อถือได้ในโรงบําบัดน้ําเสียและกากตะกอนน้ําเสีย ระบบอัลตราโซนิก Hielscher ให้อัลตราซาวนด์กําลังสูงที่ 20kHz ซึ่งสร้างโพรงอากาศอะคูสติกที่รุนแรง ผลกระทบของการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกกําลังสูงของเรารวมถึงการหยุดชะงักและการสลายตัวของเซลล์การถ่ายโอนมวลสูงการฆ่าเชื้อการสลายตัวของโพลีเมอร์การปลดปล่อยเอนไซม์และการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันของกากตะกอน การ sonication ความเข้มสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการรักษาผ่านการสร้างอนุมูลออกซิเดชันและโดยการเพิ่มขึ้นของไซต์นิวเคลียสทําให้มั่นใจได้ว่าการแข็งตัวและการตกตะกอนที่ดีขึ้น การสร้างที่เชื่อถือได้และต่อเนื่องของแรงโพรงอากาศอัลตราโซนิกที่เข้มข้นเหล่านี้และผลกระทบของมันช่วยให้สามารถรวมโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพของเราสําหรับการใช้งานต่างๆเพื่อปรับปรุงการเก็บเกี่ยวพลังงานและสารอาหารจากกากตะกอนน้ําเสีย

• การสลายตัวของกากตะกอนน้ําเสียอัลตราโซนิก
• การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่เข้มข้นด้วยอัลตราโซนิก
• การฟื้นฟูสารอาหารที่มีคุณค่า (ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน แมกนีเซียม แคลเซียม โพแทสเซียม ฯลฯ)
• การกําจัดสิ่งปนเปื้อน เช่น โลหะหนัก

นําเสนอโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกพร้อมเครื่องปฏิกรณ์ไหลผ่านในขนาดต่างๆ Hielscher Ultrasonics มีระบบบําบัดกากตะกอนและกากตะกอนอัลตราโซนิกที่เหมาะสําหรับโรงงานกากตะกอนน้ําเสียของคุณ
การออกแบบโมดูลาร์ช่วยให้สามารถติดตั้งหน่วยอัลตราโซนิกหลายหน่วยแบบขนานได้ง่ายๆ ซึ่งทําให้การรักษาปริมาณใด ๆ ที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ
ระบบอัลตราโซนิกกําลังสูง / ปริมาณงานสูงของ Hielscher ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและผลผลิตในการบําบัดชีวมวลในกากตะกอนน้ําเสีย
เครื่องอัลตราโซนิกทั้งหมดของเรามีคุณสมบัติการทําความสะอาดในสถานที่ (CIP)
เหมาะสําหรับการบําบัดที่ต้องการ: กากตะกอนน้ําเสียมักมีวัสดุเส้นใยที่มีเซลลูโลสสูง ซึ่งยากต่อการสลายตัว Hielscher อัลตราโซนิกส์’ โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมสามารถให้แอมพลิจูดที่สูงมาก แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถทํางานต่อเนื่องได้อย่างง่ายดายในการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes อัลตราโซนิกแบบกําหนดเอง แอมพลิจูดสูงดังกล่าวเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการทําลายโครงสร้างเซลล์ของเซลลูโลส ลิกนิน และผนังเซลล์ที่แข็งแรงของวัสดุอื่นๆ การออกแบบที่ปรับให้เหมาะสมของเครื่องปฏิกรณ์โฟลว์เซลล์ของเราช่วยให้มั่นใจได้ถึงรูปแบบการไหลในอุดมคติและการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกที่สม่ําเสมอและมีประสิทธิภาพของกากตะกอนที่ป้อน

เราทํางานร่วมกับผู้รวมระบบและวิศวกรของโรงงานกากตะกอนน้ําเสีย

ในฐานะผู้ผลิตและผู้สร้างระบบของหน่วยโมดูลาร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง Hielscher Ultrasonics ทํางานร่วมกับผู้รวมระบบ ผู้ปฏิบัติงานส่วนใหญ่ของโรงบําบัดน้ําเสียและกากตะกอนน้ําเสียทํางานร่วมกับผู้รวมระบบ ซึ่งมีประสบการณ์ดีในการออกแบบและระบบอัตโนมัติของโรงบําบัดน้ําเสียดังกล่าว ทีมวิศวกรออกแบบและวิศวกรด้านเทคนิคของเราแนะนําการกําหนดค่าอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสําหรับปริมาณกากตะกอนเป้าหมายให้ข้อมูลระบบโดยละเอียดภาพวาด CAD ตลอดจนบริการติดตั้งและการฝึกอบรมการปฏิบัติงาน สิ่งนี้ช่วยให้สามารถนําอัลตราซาวนด์ประสิทธิภาพสูงในโรงบําบัดน้ําเสียไปใช้ได้อย่างสร้างสรรค์และมุ่งเน้นเป้าหมาย โปรดติดต่อเราหากคุณสนใจที่จะรวมโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกของเราเพื่อปรับปรุงการบําบัดกากตะกอน!

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:

ติดต่อเราตอนนี้เพื่อรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบบําบัดกากตะกอนน้ําเสียอัลตราโซนิก Hielscher ตัวเลือกการติดตั้งและข้อมูลทางเทคนิค!