โซลูชั่นต่างๆ สําหรับการนําฟอสฟอรัสกลับมาใช้ใหม่จากกากตะกอนน้ําเสียในเขตเทศบาล

ฟอสฟอรัสเป็นแร่ธาตุทรัพยากรที่สําคัญซึ่งอุปทานตามธรรมชาติลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นรัฐบาลเยอรมนีจึงประกาศใช้พระราชกฤษฎีกาว่าตั้งแต่ปี 2029 ฟอสฟอรัสจะต้องถูกนํากลับมาใช้ใหม่จากกากตะกอนน้ําเสียเป็นส่วนใหญ่ การใช้อัลตราซาวนด์พลังงานเปิดทางเลือกต่างๆเพื่อเพิ่มการกู้คืนฟอสฟอรัสจากกากตะกอนน้ําเสียในเขตเทศบาล

โรงบําบัดกากตะกอนน้ําเสียและการรีไซเคิลฟอสฟอรัส

ฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่สําคัญที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นปุ๋ยและวัตถุดิบในอุตสาหกรรมเคมีและยาที่ดี รัฐบาลเยอรมนีจึงได้บังคับใช้กฎหมายที่โรงบําบัดน้ําเสียในเขตเทศบาลทั้งหมดต้องกําหนดการวัดเพื่อนําฟอสฟอรัสกลับมาใช้ใหม่จากกากตะกอนน้ําเสียในเขตเทศบาล การใช้อัลตราซาวนด์ประสิทธิภาพสูงมีตัวเลือกการรักษาที่หลากหลายซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการฟื้นตัวของฟอสฟอรัสได้อย่างมาก

โรงงานน้ําเสียใช้อัลตราซาวนด์เพื่อการย่อยกากตะกอนที่ดีขึ้นและการกู้คืนสารอาหาร เช่น ฟอสฟอรัส

การสลายตัวของกากตะกอนน้ําเสียอัลตราโซนิกเพื่อการกู้คืน Phorsphorus ที่ดีขึ้น

การฉายรังสีกากตะกอนน้ําเสียด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์อันทรงพลังได้รับการพิสูจน์อย่างชัดเจนเพื่อปรับปรุงการสลายตัวของชีวมวลในกากตะกอนน้ําเสีย การศึกษาวิจัยจํานวนมากได้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของการบําบัดกากตะกอนที่เปิดใช้งานของเสียอัลตราโซนิกและระบบอัลตราซาวนด์อุตสาหกรรมต่างๆกําลังทํางานในโรงบําบัดน้ําเสียในเขตเทศบาลในเยอรมนี
การปรับสภาพอัลตราโซนิกของพื้นผิวในกากตะกอนน้ําเสียมีผลดีหลายประการสําหรับกระบวนการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน ประโยชน์เหล่านี้รวมถึงการลดขนาดอนุภาคการเพิ่มอัตราการไฮโดรไลซิสและลดระยะเวลาการกักเก็บไฮดรอลิก
แรงเฉือนโพรงอากาศที่เกิดจากคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูง / ความถี่ต่ําทําให้เกิดการสลายตัวของสัณฐานวิทยาของตะกอนฟลอกและโครงสร้างจุลินทรีย์ของกากตะกอน
ทีมวิจัยของเหงียนได้แสดงให้เห็นในงานศึกษาของพวกเขาว่า "การประยุกต์ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงมีประสิทธิภาพมากในการลดขนาดอนุภาคของชีวมวล โดยสามารถลดขนาดเฉลี่ยของอนุภาคได้มากกว่า 78.78% ซึ่งแปรผันตามระยะเวลาและความเข้มของการฉายคลื่นเสียงความถี่สูง ซึ่งบ่งชี้ว่าอนุภาคของตะกอนแตกตัวและขนาดอนุภาคของตะกอนลดลง โดยอิงจากความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างระยะเวลาการโซนิเคชันและขนาดของตะกอน"การประยุกต์ใช้มีประสิทธิภาพสูงมาก แม้ว่าการสังเกตตะกอนก่อนการบำบัดจะพบว่าตะกอนมีลักษณะหนาแน่นและอัดแน่นมาก ประกอบด้วยหลายส่วนย่อยที่มีแกนกลางอัดแน่น กลุ่มเซลล์ โคโลนีของแบคทีเรีย โปรโตซัว และแบคทีเรียเส้นใย รวมถึงปัจจัยอื่นๆการวิเคราะห์น้ำทิ้งแสดงให้เห็นว่ากระบวนการอัลตราโซนิกสามารถทำลายความสมบูรณ์ของโครงสร้างของก้อนตะกอนทุกขนาดได้อย่างมีนัยสำคัญ ชิ้นส่วนของก้อนตะกอนถูกลดขนาดลงเหลือเพียง ≤6.5 ไมโครเมตรภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด และถูกสลายตัวในสารแขวนตะกอนหลังจากผ่านการบำบัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นเวลา 5–10 นาที โดยใช้ความถี่อัลตราโซนิกต่ำที่ 20 กิโลเฮิรตซ์ (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!