Aerobik Atık Suyunda Aktif Çamur Çürütme İşlemi için Ultrasonik Arıtma
Yüksek güçlü ultrasonik işlem, aerobik çürütme öncesinde veya sırasında atık aktif çamuru (WAS) parçalar. Akustik kavitasyon, çamur topaklarını kırar, hücre dışı polimerik maddeleri parçalar ve mikrobiyal hücrelerin duvarlarını açar. Bu sayede, daha önce korunan organik madde, aerobik çürütücü için daha erişilebilir hale gelir.
Aerobik bir süreç söz konusu olduğunda amaç, biyogaz üretimini artırmak değildir. Metan verimliliğinin artırılması, anaerobik çürütme ile ilgilidir. Aerobik bir çürütücüde önemli performans göstergeleri arasında uçucu katı maddelerin yok edilmesi, oksijen tüketimi, çürütme süresi, kalan kuru katı maddeler, susuzlaştırılabilirlik ve toplam işletme maliyeti yer alır.
Hielscher endüstriyel sonikatörleri, pompalı bir WAS hattına veya bir çürütücü devridaim döngüsüne entegre edilir. Ultrasonik akış hücreli reaktörler, arıtma işlemini tanımlanmış bir çamur akışına yoğunlaştırır ve işlemin güç, akış, katı madde konsantrasyonu, basınç ve sıcaklık parametreleri üzerinden izlenmesini sağlar. Sonuç olarak, mevcut aerobik çürütücüyü değiştirmeden ultrasonik çamur parçalama özelliğini ekleyebilen kompakt bir modernizasyon çözümü elde edilir.
Hielscher endüstriyel ultrasonik hat içi akış ünitesi, yoğunlaştırılmış WAS’ın işlenmesi için
Atık Aktif Çamurun Sindirilmesinin Neden Zor Olduğu
Atık aktif çamur, aktif çamur atık su arıtma işleminden uzaklaştırılan fazla biyolojik katı maddelerdir. Mikroorganizmalar, hücre dışı polimerik maddeler (EPS), tutulan organik maddeler ve inert katı maddeler içerir.
İkincil çökelticide, çökelmiş aktif çamur iki akışa ayrılır:
- Gerekli biyokütle konsantrasyonunu korumak amacıyla geri dönüşlü aktif çamur (RAS), havalandırma havuzuna geri gönderilir.
- Atık aktif çamur (WAS), sıvı arıtma işleminden ayrıştırılır ve yoğunlaştırma, stabilizasyon, çürütme veya susuzlaştırma işlemlerine gönderilir.
WAS, yüksek oranda mikrobiyal hücre materyali içerir. Biyolojik olarak parçalanabilir organik içeriğinin büyük bir kısmı hücre duvarlarıyla çevrilidir veya sıkı çamur floklarının içinde bağlanmıştır. Bu fiziksel koruma, doğal hücre parçalanmasını ve hidrolizi yavaşlatır.
Aerobik çürütme sırasında, çok az miktarda yeni besin kaynağı bulunurken oksijen sağlanır. Mikroorganizmalar endojen solunum sürecine girer ve depolanmış maddeleri, ölü hücreleri ve diğer biyolojik olarak parçalanabilir çamur bileşenlerini tüketir. Bunun amacı, çamuru stabilize etmek, koku oluşumunu azaltmak ve susuzlaştırılarak bertaraf edilmesi gereken uçucu katı madde miktarını düşürmektir.
Sindirim hızı genellikle substrata erişimle sınırlıdır. Bir çürütücüde aktif mikroorganizmalar ve yeterli kalma süresi bulunsa da, sağlam hücrelerin ve yoğun flokların içindeki organik maddeye ulaşmak hâlâ zordur.
İşlenmemiş floklarla ultrasonik işlemden geçirilmiş çamurun karşılaştırılması: Ultrasonik işlem, flokları önemli ölçüde azaltır.
Araştırma ve görseller: ©Chu ve ark. 2001
Ultrasonik Kavitasyonun Aerobik Çürütme Sürecinde WAS’ı Nasıl Açtığı
Hielscher endüstriyel ultrasonik cihazları 20 kHz frekansında çalışır ve sıvı ile çamur akışlarında yoğun akustik kavitasyon oluşturur. Çamur içinde kavitasyon kabarcıkları oluşur, büyür ve çöker. Bu kabarcıkların çökmesi, floklara, EPS’ye ve mikrobiyal hücrelere doğrudan etki eden güçlü yerel kesme kuvvetleri yaratır.
Ultrasonik tedavi, WAS’ta üç önemli değişiklik yaratır:
Flok Parçalanması
Kavitasyon, çamur agregalarını parçalar ve daha önce hücre dışı polimerik maddeler (EPS) tarafından örtülmüş olan yüzeyleri ortaya çıkarır. Arıtılmış çamur, daha küçük parçacıklar ve daha geniş bir erişilebilir yüzey alanı içerir.
EPS ve Hücre Parçalanması
Ultrason destekli parçalanma, sert çamur topaklarını parçalayarak ve hapsolmuş organik maddeleri serbest bırakarak, kentsel atık aktif çamurun aerobik biyobozunabilirliğini artırır. Ultrasonik kavitasyon, hücre zarlarını ve hücre duvarlarını bozar. Proteinler ve karbonhidratların yanı sıra diğer hücre içi bileşikler de sıvı faza geçer.
Artan Biyoyararlanım
Aerobik mikroorganizmalar, çözünür ve ince parçacıklı organik maddeleri, bozulmamış mikrobiyal hücrelere ve sıkı floklara kıyasla daha kolay bir şekilde tüketebilirler. Bu nedenle ultrasonik işlem, biyolojik oksidasyon aşamasından önce lizis ve hidroliz işlevlerinin bir kısmını mekanik olarak yerine getirir.
Sonikasyon, kanalizasyon çamurunun kalın koruyucu matrisini hedef alarak mikrobiyal sindirimi çok daha hızlı ve verimli hale getirir. Bu durum genellikle çözünür kimyasal oksijen ihtiyacı (SCOD) değerindeki artışla gözlemlenir.
Geliştirilmiş WAS sindirimi için endüstriyel ultrasonik akış reaktörü
Aerobik Çürütme Tesislerinde Sonikasyonun Faydaları
Sonuç, çamurun türüne ve ultrasonik dozajına bağlıdır. Ultrasonik işlem aerobik biyolojik parçalanabilirliği artırdığında, bir atık su arıtma tesisi aşağıdakileri elde edebilir:
- Mevcut çürütme süresinde daha fazla uçucu katı maddenin yok edilmesi
- Daha kısa kalma süresinde benzer çamur stabilizasyonu
- Daha düşük kalıntı kuru madde üretimi
- Mevcut bir aerobik çürütücüden elde edilen ilave efektif kapasite
- Biyokatı nakliyesi ve bertarafının azaltılması
- Yüksek katı madde yüklemesi dönemlerinde süreç kararlılığının artırılması
- Floklaşma ve hücre parçalanması yoluyla ipliksi organizmaların daha iyi kontrolü
Kolay Yenileme için Hielscher Inline Sonikatörleri
Tam ölçekte, konsantre çamur akışını aerobik çürütücünün tüm hacmine kıyasla ultrasonik işlemden geçirmek genellikle daha verimlidir. Hielscher ultrasonik akış hücreli reaktörler, iki pratik konfigürasyonu destekler.
WAS Besleme Hattı Ön İşlemi
Ultrasonik sistem, WAS yoğunlaştırma işleminden sonra ve aerobik çürütücüden önce kurulur:
Yoğunlaştırılmış WAS -> besleme pompası -> Hielscher ultrasonik akış hücresi -> aerobik çürütücü
Bu düzenek, tanımlanmış bir kuru madde kütle akışını işler ve belirli ultrasonik enerji girişini kontrol etmek için net bir temel sağlar.
Akış şeması: Yoğunlaştırılmış WAS → besleme pompası → Hielscher endüstriyel sıralı ultrasonik cihaz UIP6000hdT → aerobik çürütücü
Çürütücü Geri Dönüşümü veya Yan Akış Arıtımı
Çamurun kontrollü bir kısmı, çürütücüden veya çamur hattından sonikatöre pompalanır ve prosese geri gönderilir. Bu düzenleme, mevcut besleme hattının değiştirilmesinin zor olduğu durumlarda veya çamurun yalnızca belirli bir kısmının işlenmesi gerektiği durumlarda yararlıdır.
Her iki sistem de pompa, ultrasonik akış hücresi, izolasyon vanaları, servis baypas hattı, basınç ve sıcaklık ölçüm cihazları, numune alma noktaları ve proses kontrolleri içeren kompakt modüller halinde kurulabilir. Mevcut çürütme tankı ise değişmeden kalır.
Bu özellik, ultrasonik arıtmayı mevcut atık su arıtma tesislerinin yenilenmesi için özellikle uygun hale getirir. Ultrasonik ünite, bir pompa hattına monte edilebilir, bağımsız olarak çalıştırılabilir ve denetim veya bakım sırasında devre dışı bırakılabilir.
Güçlü ultrason ile aerobik çamurun parçalanmasını iyileştirin!
Hielscher endüstriyel ultrasonik cihazları, yüksek güçlü ultrasonu mevcut bir WAS arıtma hattına entegre etmek için kompakt ve ölçeklenebilir bir yöntem sunar. Hat içi akış hücresi işleme yöntemi, ultrasonik enerjiyi çamur akışına yoğunlaştırır, tekrarlanabilir doz kontrolünü destekler ve 7/24 güvenilir ağır hizmet çalışması için tasarlanabilir.
Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite
Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.
Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir.
Sıkça Sorulan Sorular
Ultrasonik işlem, aerobik çürütücüde daha fazla biyogaz üretir mi?
Hayır. Metan veya biyogaz veriminin artması, anaerobik çürütmenin bir avantajıdır. Aerobik çürütme söz konusu olduğunda, ultrasonik işlem, VS (kuru madde) parçalanması, oksijen tüketimi, çürütme süresi, kalıntı kuru madde miktarı, susuzlaştırma kabiliyeti ve toplam maliyet açısından değerlendirilmelidir.
Ultrasonik sistem nereye kurulmuştur?
Sistem genellikle WAS yoğunlaştırma işleminden sonra ve aerobik çürütücüden önce hat üzerinde kurulur. Ayrıca kontrollü bir yan akış veya çürütücü devridaim döngüsü içinde de çalışabilir. Bir servis baypası, bakım çalışmaları sırasında çamur aktarımının devam etmesini sağlar.
Neden 20 kHz'lik bir endüstriyel sonikatör kullanılmalı?
Düşük frekanslı, yüksek güçlü ultrason, yoğun kavitasyon ve mekanik kesme kuvveti oluşturur. Bu, sıvı-katı akışlarında çamur topaklarını parçalamak, EPS’yi bozmak ve mikrobiyal hücreleri açmak için etkilidir.
Bir Hielscher sonikatörü kesintisiz çalışabilir mi?
Evet. Hielscher endüstriyel hdT sonikatör serisi, sürekli ve ağır hizmet tipi çalışma için tasarlanmıştır ve dayanıklılıklarıyla tanınmaktadır. Akış hücreli reaktörler, kontrollü hat içi veya devridaim işleme imkânı sunarken, otomatik veri kaydı özelliği de proses izleme ve tekrarlanabilirliği destekler.
Bir ultrasonik çamur sisteminin boyutlandırılması için hangi veriler gereklidir?
Başlıca girdi parametreleri arasında WAS akışı, TS ve VS konsantrasyonları, çamur viskozitesi, hedeflenen özgül enerji, gerekli arıtma verimliliği, çalışma saatleri ve mevcut basınç yer almaktadır. Tam ölçekli boyutlandırma öncesinde uygun dozu belirlemek için pilot testlerin yapılması tavsiye edilir.
Ultrasonik işlem, çamurun susuzlaştırılmasını iyileştirir mi?
Sonuç, çamurun özelliklerine ve dozuna bağlıdır. Orta düzeyde bir arıtma işlemi, katı madde işlemini iyileştirebilirken, aşırı parçalanma, yakalama işlemini veya kek halindeki katı maddeleri olumsuz etkileyen ince parçacıklar ve çözünür polimerlerin oluşmasına neden olabilir. Bu nedenle, susuzlaştırma denemeleri, proses optimizasyonunun vazgeçilmez bir parçasıdır.
Bilimsel çalışmalar, ultrasonik WAS sindirimi hakkında ne diyor?
Laboratuvar çalışmaları, WAS’ın erişilebilirliğini ve aerobik biyobozunabilirliğini artırmak amacıyla ultrason kullanımını desteklemektedir.
Aerobik çürütme öncesinde alkali ve ultrasonik ön işlemin bir arada uygulandığı bir çalışmada, aynı çürütme süresi içinde organik madde bozunumu, işlenmemiş çamurda 8,0, ultrasonik ön işlemden geçirilmiş çamurda ise B,5 olarak bildirilmiştir. Alkali ve ultrasonik ön işlemin bir arada uygulanması, bozunumu P,7’ye çıkarmıştır. Bu sonuç, ultrasonun tek başına aerobik bozunmayı iyileştirebileceğini gösterirken, elde edilebilecek iyileşmenin ön işleme stratejisine ve çamur özelliklerine bağlı olduğunu da ortaya koymaktadır. (bkz. Jin ve ark., 2009)
Belediye atık sularına ilişkin bir başka araştırmada, ultrason destekli bakteriyel parçalama işleminden sonra çamurun çözünürlüğünde ve aerobik biyobozunabilirliğinde artış olduğu bildirilmiştir. Ön işleme tabi tutulmuş çamur, işleme tabi tutulmamış kontrol grubuna kıyasla daha yüksek bir biyobozunma veya çürüme oranı sergilemiştir. (bkz. Kavitha ve ark. 2016)
Ultrasonik işlem, diğer çamur arıtma süreçlerini destekler mi?
Evet. Sonikasyon, flokları, EPS’leri ve mikrobiyal hücreleri parçalayarak çeşitli çamur arıtma süreçlerini destekler:
Anaerobik çürütme/Biyogaz üretimi: hidrolizi hızlandırır, çözünür COD değerini artırır ve organik madde (VS) parçalanmasını ve metan verimini iyileştirebilir.
Fosfor geri kazanımı: hücreye bağlı ve organik fosforu sıvı faza salarak, sonraki struvit veya vivianit çökelmesi için fosforun kullanılabilirliğini artırır; ultrason ayrıca çamur külünden fosfor sızmasını da yoğunlaştırabilir.
Literatür / Referanslar
- 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 homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.