Fazla Aktif Çamurun Aerobik Çürütülmesi için Ultrasonik İşlem
Yüksek güçlü ultrasonikasyon, fazla aktif çamuru (WAS) aerobik çürütme öncesinde veya sırasında parçalar. Akustik kavitasyon, çamur floklarını parçalar, hücre dışı polimerik maddeleri dağıtır ve mikrobiyal hücreleri açar. Bu, önceden korunmuş organik maddeyi aerobik çürütücü için daha erişilebilir hâle getirir.
Aerobik bir proseste amaç, biyogaz üretimini artırmak değildir. Metan üretiminin artırılması, anaerobik çürütmeyle ilgilidir. Aerobik bir çürütücüde ilgili performans göstergeleri; uçucu katı madde giderimi, oksijen tüketimi, çürütme süresi, kalan kuru katı maddeler, susuzlaştırılabilirlik ve toplam işletme maliyetidir.
Hielscher endüstriyel sonikatörleri, pompalı bir WAS hattına veya bir çürütücü resirkülasyon döngüsüne entegre edilir. Ultrasonik akış hücresi reaktörleri, işlemi belirli bir çamur akışı üzerinde yoğunlaştırır ve prosesin güç, debi, katı madde konsantrasyonu, basınç ve sıcaklık üzerinden izlenmesine olanak tanır. Sonuç, mevcut aerobik çürütücüyü değiştirmeden ultrasonik çamur parçalama işlemini ekleyebilen kompakt bir modernizasyon çözümüdür.
Yoğunlaştırılmış WAS işlemek için Hielscher endüstriyel ultrasonik hat içi akış ünitesi
Fazla Aktif Çamurun Çürütülmesi Neden Zordur?
Fazla aktif çamur, aktif çamurlu bir atık su arıtma prosesinden uzaklaştırılan fazla biyolojik katı maddelerdir. Mikroorganizmalar, hücre dışı polimerik maddeler (EPS), tutulmuş organik maddeler ve inert katı maddeler içerir.
İkincil çöktürme tankında, çökelmiş aktif çamur iki akıma ayrılır:
- Geri devir aktif çamuru (RAS), gerekli biyokütle konsantrasyonunu korumak için havalandırma havuzuna geri gönderilir.
- Fazla aktif çamur (WAS), sıvı arıtma prosesinden uzaklaştırılarak yoğunlaştırma, stabilizasyon, çürütme veya susuzlaştırma işlemine gönderilir.
WAS, yüksek oranda mikrobiyal hücre materyali içerir. Biyolojik olarak parçalanabilir organik içeriğinin büyük bir bölümü hücre duvarlarıyla çevrilidir veya sıkı çamur floklarının içinde bağlı hâlde bulunur. Bu fiziksel koruma, doğal hücre lizisini ve hidrolizi yavaşlatır.
Aerobik çürütme sırasında, yeni besin miktarı az iken oksijen sağlanır. Mikroorganizmalar endojen solunuma geçer ve depolanmış maddeleri, ölü hücreleri ve biyolojik olarak parçalanabilir diğer çamur bileşenlerini tüketir. Amaç, çamuru stabilize etmek, koku oluşma potansiyelini azaltmak ve susuzlaştırılıp bertaraf edilmesi gereken uçucu katı madde miktarını düşürmektir.
Çürütme hızı çoğu zaman substrata erişimle sınırlıdır. Bir çürütücüde aktif mikroorganizmalar ve yeterli bekleme süresi bulunabilir, ancak bütünlüğünü koruyan hücrelerin ve yoğun flokların içindeki organik maddeye erişmek yine de zordur.
İşlem görmemiş flokların sonikasyon uygulanmış çamurla karşılaştırılması: Sonikasyon, flokları önemli ölçüde azaltır.
Çalışma ve görseller: ©Chu et al. 2001
Ultrasonik Kavitasyon WAS’ı Aerobik Çürütmeye Nasıl Açar?
Hielscher endüstriyel sonikatörleri 20kHz frekansta çalışır ve sıvı ve bulamaç akışlarında yoğun akustik kavitasyon oluşturur. Kavitasyon kabarcıkları çamurun içinde oluşur, büyür ve çöker. Çökmeleri, floklara, EPS’ye ve mikrobiyal hücrelere doğrudan etki eden güçlü yerel kesme kuvvetleri oluşturur.
Ultrasonik işlem, WAS’ta üç önemli değişiklik meydana getirir:
Flok Parçalama
Kavitasyon, çamur agregalarını parçalar ve daha önce hücre dışı polimerik maddelerle (EPS) çevrili olan yüzeyleri açığa çıkarır. İşlem görmüş çamur, daha küçük parçacıklar ve daha geniş bir erişilebilir yüzey alanı içerir.
EPS ve Hücre Parçalama
Ultrasonik destekli parçalama, dayanıklı çamur floklarını parçalayarak ve hapsolmuş organik maddeyi serbest bırakarak kentsel fazla aktif çamurun aerobik biyolojik parçalanabilirliğini artırır. Ultrasonik kavitasyon, hücre zarlarını ve hücre duvarlarını parçalar. Proteinler ve karbonhidratların yanı sıra diğer hücre içi bileşikler sıvı faza geçer.
Artan Biyoyararlanım
Aerobik mikroorganizmalar, çözünür ve ince parçacıklara ayrılmış organik maddeleri, bütünlüğünü koruyan mikrobiyal hücrelere ve sıkı floklara kıyasla daha kolay tüketebilir. Bu nedenle ultrasonikasyon, biyolojik oksidasyon adımından önce lizis ve hidroliz işinin bir bölümünü mekanik olarak gerçekleştirir.
Sonikasyon, mikrobiyal çürütmeyi çok daha hızlı ve verimli hâle getirmek için atık su çamurunun kalın koruyucu matrisini hedefler. Bu, genellikle çözünür kimyasal oksijen ihtiyacında (SCOD) bir artış olarak gözlenir.
WAS çürütmesinin iyileştirilmesi için endüstriyel ultrasonik akış reaktörü
Aerobik Çürütme Tesislerinde Sonikasyonun Faydaları
Elde edilen yanıt, çamura ve ultrasonik doza bağlıdır. Sonikasyon aerobik biyolojik parçalanabilirliği artırdığında, bir atık su arıtma tesisi şu kazanımları elde edebilir:
- Mevcut çürütme süresinde daha fazla uçucu katı madde giderimi
- Daha kısa bekleme süresinde karşılaştırılabilir çamur stabilizasyonu
- Daha az kalan kuru katı madde üretimi
- Mevcut bir aerobik çürütücüden ek etkin kapasite
- Biyokatıların taşınmasının ve bertarafının azalması
- Yüksek katı madde yükleme dönemlerinde daha iyi proses kararlılığı
- Flok ve hücre parçalama yoluyla ipliksi organizmaların daha iyi kontrolü
Kolay Modernizasyon için Hat İçi Hielscher Sonikatörleri
Tam ölçekte, yoğunlaştırılmış bir çamur akışına sonikasyon uygulamak genellikle aerobik çürütücünün tüm hacmine sonikasyon uygulamaktan daha verimlidir. Hielscher ultrasonik akış hücresi reaktörleri iki pratik konfigürasyonu destekler.
WAS Besleme Hattında Ön İşlem
Ultrasonik sistem, WAS yoğunlaştırma işleminden sonra ve aerobik çürütücüden önce kurulur:
Yoğunlaştırılmış WAS -> besleme pompası -> Hielscher ultrasonik akış hücresi -> aerobik çürütücü
Bu düzen, belirli bir kuru katı madde kütlesel debisini işler ve özgül ultrasonik enerji girdisinin kontrolü için net bir temel sağlar.
Akış şeması: Yoğunlaştırılmış WAS -> besleme pompası -> Hielscher UIP6000hdT endüstriyel hat içi sonikatörü -> aerobik çürütücü
Çürütücü Resirkülasyonu veya Yan Akım İşlemi
Çamurun kontrollü bir bölümü, çürütücüden veya çamur hattından sonikatör üzerinden pompalanır ve prosese geri gönderilir. Bu konfigürasyon, mevcut besleme hattının değiştirilmesi zor olduğunda veya çamurun yalnızca seçilmiş bir bölümünün işlenmesi gerektiğinde yararlıdır.
Her iki düzen de pompa, ultrasonik akış hücresi, izolasyon vanaları, servis baypası, basınç ve sıcaklık ölçümü, numune alma noktaları ve proses kontrolleri içeren kompakt şaseli üniteler olarak kurulabilir. Mevcut çürütücü tankı değişmeden kalır.
Bu, ultrasonik işlemi mevcut atık su arıtma tesislerinin modernizasyonu için özellikle uygun hâle getirir. Ultrasonik ünite, pompalı bir hatta kurulabilir, bağımsız olarak çalıştırılabilir ve inceleme veya bakım sırasında baypas edilebilir.
Yüksek Güçlü Ultrason ile Aerobik Çamur Parçalamayı İyileştirin!
Hielscher endüstriyel sonikatörleri, yüksek güçlü ultrasonu mevcut bir WAS işleme hattına entegre etmek için kompakt ve ölçeklenebilir bir yöntem sunar. Hat içi akış hücresinde işleme, ultrasonik enerjiyi çamur akışı üzerinde yoğunlaştırır, tekrarlanabilir doz kontrolünü destekler ve güvenilir 24/7 ağır hizmet çalışması için tasarlanabilir.
Tasarım, Üretim ve Danışmanlık – Almanya’da Üretilen Kalite
Hielscher sonikatörleri, en yüksek kalite ve tasarım standartlarıyla tanınır. Sağlamlık ve kolay kullanım, sonikatörlerimizin endüstriyel tesislere sorunsuz entegrasyonunu mümkün kılar. Hielscher sonikatörleri, zorlu koşullarla ve yüksek gereksinimli ortamlarla kolayca başa çıkar.
Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknolojiye ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı sonikatörlere özel önem verir. Elbette Hielscher sonikatörleri CE’ye uygundur ve UL, CSA ve RoHs gerekliliklerini karşılar.
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretir.
Sıkça Sorulan Sorular
Ultrasonik işlem, aerobik bir çürütücüde daha fazla biyogaz üretir mi?
Hayır. Metan veya biyogaz veriminin artması, anaerobik çürütmenin bir faydasıdır. Aerobik çürütmede ultrasonik işlem; VS giderimi, oksijen tüketimi, çürütme süresi, kalan kuru katı maddeler, susuzlaştırılabilirlik ve toplam maliyet üzerinden değerlendirilmelidir.
Ultrasonik sistem nereye kurulur?
Sistem, genellikle WAS yoğunlaştırma işleminden sonra ve aerobik çürütücüden önce hat içine kurulur. Kontrollü bir yan akımda veya çürütücü resirkülasyon döngüsünde de çalışabilir. Servis baypası, bakım sırasında çamur transferinin devam etmesine olanak tanır.
Neden 20kHz frekansta çalışan bir endüstriyel sonikatör kullanılmalı?
Düşük frekanslı, yüksek güçlü ultrason, yoğun kavitasyon ve mekanik kesme oluşturur. Bu, sıvı-katı akışlarında çamur floklarının parçalanması, EPS’nin dağıtılması ve mikrobiyal hücrelerin açılması için etkilidir.
Bir Hielscher sonikatörü sürekli çalışabilir mi?
Evet. Hielscher endüstriyel hdT sonikatör serisi, sürekli ağır hizmet çalışması için tasarlanmıştır ve dayanıklılığıyla tanınır. Akış hücresi reaktörleri, kontrollü hat içi veya resirkülasyonlu işlemeyi mümkün kılarken otomatik veri kaydı, proses izlemeyi ve tekrarlanabilirliği destekler.
Ultrasonik bir çamur sistemini boyutlandırmak için hangi veriler gerekir?
Başlıca girdiler; WAS debisi, TS ve VS konsantrasyonu, çamur viskozitesi, hedef özgül enerji, gerekli işlem etkisi, çalışma saatleri ve mevcut basınçtır. Tam ölçekli boyutlandırmadan önce yararlı dozu belirlemek için pilot test yapılması önerilir.
Sonikasyon, çamurun susuzlaştırılmasını iyileştirir mi?
Sonuç, çamurun özelliklerine ve doza bağlıdır. Orta düzeyde işlem, katı madde işleme prosesini iyileştirebilirken aşırı parçalama, katı maddelerin tutulmasını veya kekin katı madde içeriğini olumsuz etkileyen ince parçacıklar ve çözünür polimerler oluşturabilir. Bu nedenle susuzlaştırma denemeleri, proses optimizasyonunun vazgeçilmez bir parçasıdır.
Bilimsel çalışmalar, ultrasonik WAS çürütmesi hakkında ne söylüyor?
Laboratuvar çalışmaları, WAS’ın erişilebilirliğini ve aerobik biyolojik parçalanabilirliğini artırmak için ultrason kullanımını desteklemektedir.
Aerobik çürütme öncesinde kombine alkali ve ultrasonik ön işlemin incelendiği bir çalışmada, aynı çürütme süresindeki organik madde parçalanması, işlem görmemiş çamur için %38,0 ve ultrasonik ön işlem uygulanmış çamur için %42,5 olarak bildirilmiştir. Kombine alkali ve ultrasonik ön işlem, parçalanmayı %50,7’ye çıkarmıştır. Sonuç, ultrasonun tek başına aerobik parçalanmayı iyileştirebileceğini ortaya koyarken elde edilebilecek iyileşmenin ön işlem stratejisine ve çamurun özelliklerine bağlı olduğunu da göstermektedir. (bkz. Jin et al., 2009)
Kentsel WAS üzerine yapılan başka bir araştırmada, ultrasonik destekli bakteriyel parçalama sonrasında çamurun çözünürleşmesinin ve aerobik biyolojik parçalanabilirliğinin arttığı bildirilmiştir. Ön işlem uygulanmış çamur, işlem görmemiş kontrole kıyasla daha yüksek bir biyolojik parçalanma veya bozunma hızı göstermiştir. (bkz. Kavitha et al. 2016)
Sonikasyon, diğer çamur proseslerini destekler mi?
Evet. Sonikasyon, flokları, EPS’yi ve mikrobiyal hücreleri parçalayarak çeşitli çamur işleme proseslerini destekler:
Anaerobik çürütme/Biyogaz üretimi: hidrolizi hızlandırır, çözünür COD’yi artırır ve VS giderimini ve metan verimini iyileştirebilir.
Fosfor geri kazanımı: hücreye bağlı fosforu ve organik fosforu sıvı faza serbest bırakarak sonraki strüvit veya viviyanit çöktürmesi için kullanılabilirliği artırır; ultrason ayrıca çamur külünden fosforun liçini yoğunlaştırabilir.
Literatür / Kaynaklar
- 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, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörleri laboratuvar ölçeğinden endüstriyel boyuta kadar üretir.