Belediye Arıtma Çamurundan Fosfor Geri Kazanımı için Çeşitli Çözümler

Fosfor, doğal arzın hızla azaldığı kritik bir kaynak mineraldir. Sonuç olarak, Alman hükümeti, 2029'dan itibaren fosforun kanalizasyon çamurundan büyük ölçüde geri kazanılması gerektiğine dair bir kararname çıkardı. Güç ultrasonunun uygulanması, belediye kanalizasyon çamurundan fosforun geri kazanımını yoğunlaştırmak için çeşitli seçenekler sunar.

Arıtma Çamuru Arıtma Tesisleri ve Fosfor Geri Kazanımı

Fosfor, ince kimya ve ilaç endüstrisinde gübre ve hammadde olarak yaygın olarak kullanılan kritik bir elementtir. Hızla azalan mevcut kaynakları nedeniyle, Alman hükümeti, tüm belediye atık su arıtma tesislerinin, belediye atık su çamurundan fosforu geri kazanmak için ölçüm yapması gereken bir yasayı uygulamaya koymuştur. Yüksek performanslı ultrasonun uygulanması, fosfor geri kazanımının verimliliğini önemli ölçüde artıran çeşitli tedavi seçenekleri sunar.

Atık su tesisleri, çamur çürütmesini iyileştirmek ve fosfor gibi besin maddelerinin geri kazanımı için ultrason kullanır.

Geliştirilmiş Phorsphorus Geri Kazanımı için Ultrasonik Arıtma Çamuru Parçalanması

Arıtma çamurunun güçlü ultrason dalgaları ile ışınlanmasının, arıtma çamurundaki biyokütlenin parçalanmasını iyileştirdiği açıkça gösterilmiştir. Çok sayıda araştırma çalışması, ultrasonik atık aktif çamur arıtımının faydalarını göstermiştir ve Almanya'daki belediye atık su arıtma tesislerinde çeşitli endüstriyel ultrason sistemleri çalışmaktadır.
Kanalizasyon çamurundaki substratların ultrasonik ön arıtımı, anaerobik çürütme işlemleri için çeşitli yararlı etkilere sahiptir. Bu faydalar arasında partikül boyutunun küçültülmesi, hidroliz hızının arttırılması ve hidrolik tutma süresinin kısaltılması yer alır.
Yüksek yoğunluklu / düşük frekanslı ultrason dalgaları tarafından üretilen kavitasyonel kesme kuvvetleri, çamur flok morfolojisinin ve çamurun mikrobiyal yapısının parçalanmasına neden olur.
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)
Verimli bir şekilde parçalanmış bir arıtma çamuru, yani Sonikasyonlu çamur, fosfor bakımından zengin fraksiyonların biyokütle ve jel benzeri fraksiyonlardan ve sudan uzaklaştırılmasına izin veren önemli ölçüde geliştirilmiş ayırma özellikleri gösterir. Ultrasonik kavitasyon, kanalizasyon çamurundaki biyokütlenin hücre yapılarını bozar ve daha sonra (i) selüloz açısından zengin liflerin, (ii) besin açısından zengin bir jelin ve (iii) kolayca fermente edilebilen bir sıvının üç fraksiyonuna bölünmesini kolaylaştırır. Çamurun bu üç fraksiyonu, örneğin fosfor geri kazanımı, ağır metal giderimi vb. gibi daha fazla işlenebilir.

Fosforun Ultrasonik Olarak Yoğunlaştırılmış Islak Kimyasal Çökeltilmesi

Ultrasonikasyon, minerallerin, parçacıkların ve kristallerin etkili ve etkili bir şekilde çökeltilmesi için kimyada uzun zamanlardan beri kullanılan iyi bilinen bir tekniktir. Kanalizasyon çamurundan fosfor geri kazanımı için, strüvitin çökelmesini teşvik etmek ve hızlandırmak için sonikasyon uygulanır. Strüvit (magnezyum amonyum fosfat), NH formülüne sahip bir fosfat mineralidir₄MgPO (MgPO)₄6 saat₂ O, fosforu atık çamurdan bağlı formda uzaklaştırmak için basit bir çözüm sunar.
Strüvit kristalizasyonu / çökeltme işlemi sırasında, iyonlar PO₄^3-NH₄⁺ve Mg²⁺ reaksiyon dengeye ulaşana kadar strüvit çökelmesi nedeniyle sıvı fazdan çıkarılır.

Domuz atıklarından çökelen strüvit kristalleri.
(resim ve çalışma: ©Kim ve ark. 2017)

Ultrasonikasyon, strüvit çökeltme işleminden önce çamur ön arıtımı olarak uygulandığında, ultrasonik olarak indüklenen kavitasyon, kristal büyümesi için aktif yüzey alanı sağlayan moleküler düzeyde kapsamlı bir karışım sağlar. Hücre dışı ve hücre içi maddelerin çözünme oranındaki bir artış, NH'nin biyoyararlanımını artırarak strüvit çökelmesine daha fazla fayda sağlar₄⁺ ve PO₄^3- Iyon. Sonikasyon tedavisi, ultrasonik kavitasyonun neden olduğu bulamaç boyunca kolaylaştırılmış bir kütle transferi ile sonuçlanır.
Sonikasyon, fosforun ultrasonik destekli ekstraksiyon ve çökeltme yoluyla hidrotermal karbonizasyon liköründen strüvit olarak geri dönüştürüldüğü hidrotermal karbonizasyon likörüne de uygulanabilir.
Arıtma çamurundan fosfor geri kazanımı için büyük ölçekli strüvit çökeltme hakkında daha fazla bilgi edinin!

Arıtma Çamurundan Fosfor Salınımı için Sono-Fenton

Gong ve ark. (2015), arıtma çamurunun parçalanması için kombine ultrason-Fenton (sono-Fenton olarak da bilinir) ön arıtımının etkinliğini göstermiştir. Ultrason-Fenton tedavisinin uygulanması karbon, nitrojen ve fosfor salınımını önemli ölçüde artırdı. Sono-Fenton tedavisi, tek başına Fenton tedavisine kıyasla toplam nitrojen (N) ve fosforu (P) sırasıyla 1.7 ve 2.2 kat artırdı. Sono-Fenton işleminden sonra, çamur, taramalı elektron mikroskobuna dayalı olarak önemli ölçüde daha ince bir partikül boyutu ve daha gevşek bir mikro yapı gösterdi. Elektron spin rezonansı kullanılarak, en yüksek OH• sinyal yoğunluğu Fenton tedavisi ile 568.7'den sono-Fenton tedavisinden sonra 1106.3'e yükselmiştir. Bu, sono-Fenton arıtımının çamurun parçalanmasına neden olduğunu ve organik karbon, nitrojen ve fosfor salınımını önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir.

Ultrasonik Yoğunlaştırılmış Mikrobiyal Yakıt Hücreleri

Arıtma çamurunun ultrasonik ön arıtımı, çamur matrisinden çeşitli organik bileşiklerin çözünmesini teşvik eder ve bu da daha sonra mikrobiyal elektrohidrojenezi hızlandırır.
More ve Ghangrekar (2010), sonikasyon ön işleminin mikrobiyal yakıt hücreleri üzerindeki yararlı etkilerine, enzimatik aktivitelerin artmasına ve ultrasonik sonoporasyon ve hücre bozulması ile çamur topaklarının iç katmanlarından dış katmanlara salınan hücre dışı proteinlerin, polisakkaritlerin ve enzimlerin mevcudiyetine katkıda bulunur ve bu da substrat kullanım verimliliğinin artmasına neden olur. Mikrobiyal yakıt hücrelerinden elde edilen elektriğin iyileştirilmesi için, bakterilerin hücre dışı bir katı maddeye elektron transfer kabiliyetinin iyileştirilmesi gereklidir. Bu hücre dışı elektron transferi, hücre yüzeyi ile katı yüzey arasında doğrudan temas halinde veya dolaylı olarak ekzojen ve endojen aracılar yoluyla gerçekleşebilir. Bakteri ve elektrot yüzeyi arasında doğrudan elektron transferi için elektronun hücrenin dış zarına ulaşması gerekir. Bu fenomen, spesifik sağlanan enerji yeterli olduğunda aşıya verilen ultrasonikasyon ön işlemi nedeniyle meydana gelmiş olabilir; bu nedenle, daha yüksek Coulombic verimliliği tercih eder.
Ultrasonik olarak yoğunlaştırılmış bir mikrobiyal elektroliz işlemi, çamur arıtımı için sonraki fermantasyon işlemleriyle birleştirilebilir.

Sono-Elektrokimyasal Arıtma Çamuru Arıtma

Elektrokoagülasyon, atık suya kolayca uygulanabilen ve büyük hacimlerin verimli ve uygun maliyetli bir şekilde arıtılmasını sağlayan basit bir işlemdir. Ultrasonikasyon, elektrotlardan pasifleştirici tabakaların oluşumunu önleyerek elektrokoagülasyon işlemlerinin ana dezavantajının üstesinden gelmeye yardımcı olur. Zamanla elektrot yüzeyinde oluşan pasif filmler, elektrokoagülasyon sistemlerinin verimliliğini büyük ölçüde azaltır ve ultrason, bu pasifleştirici tabakaları çalışma sırasında sürekli olarak çıkarmak için kolay bir yöntemdir, aynı zamanda sonikasyon elektrokoagülasyon sistemlerinin cirosunu arttırır. Ultrasonik dalgalar, elektrot yüzeyinde oluşan tortuları parçalayarak ve kavitasyon olayı sırasında çözelti içinde yüksek basınç noktaları oluşturarak kirleticileri uzaklaştırmak için yüksek miktarda radikal türler oluşturur. Elektrokoagülasyonu ultrasonik ile birleştirerek, kavitasyon veya mikro akış ile elektrot üzerinde yeni yüzeylerin oluşturulması nedeniyle, dağıtım tabakasının kalınlığındaki azalma, kütle transfer hızlarının artmasıyla daha da kötüleşir. Sono-elektrokoagülasyon, elektrokoagülasyona kıyasla pıhtılaşma miktarını arttırır ve flokülasyon, serbest radikal oluşumu ile aşırı karıştırma ve oksidasyon ile arttırılır; Bu sayede istenilen verime en kısa sürede ulaşmak mümkün olmaktadır.
(Moradi ve diğerleri, 2021)

Sonoelektrokimya ve Sonoelektrokoagülasyonun Avantajları

"Sonoelektrokimya, elektrot yüzeyinde gaz kabarcığının giderilmesi, çözelti gazının giderilmesi, Nernst difüzyon tabakasının bozulması, elektroaktif türlerin çift tabaka boyunca kütle taşınımının arttırılması ve elektrot yüzeyinin aktivasyonu ve temizlenmesi dahil olmak üzere çeşitli avantajlar sunan bir elektrokimyasal sistemdeki ultrasonik enerjinin birleşimidir. Elektrokimyadaki bu faydalar, gelişmiş proses verimliliklerine (elektrot ve akım verimlilikleri), artan elektrokimyasal oranlara ve verimlere, azalan hücre voltajlarına ve elektrot aşırı potansiyellerine, sertlik, kalite, gözeneklilik ve kalınlık açısından geliştirilmiş elektrodepozit malzemelerine ve elektrot yüzeyinde elektrot kirlenmesinin ve gazdan arındırılmasının bastırılmasına yol açar." (Foroughi ve diğerleri, 2021)
Sono-elektrokimyasal ekipman ve uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinin!

Arıtma Çamuru Arıtımı için Endüstriyel Ultrasonik Sistemler

Hielscher Ultrasonik yüksek performanslı sistemler, atık su ve arıtma çamuru arıtma tesislerinde güvenilir bir iş gücüdür. Hielscher ultrasonik sistemler, yoğun akustik kavitasyon oluşturan 20kHz'de yüksek güçlü ultrason sunar. Yüksek güçlü ultrasonik tedavimizin etkileri arasında hücre bozulması ve parçalanması, yüksek kütle transferi, dezenfeksiyon, polimerlerin ayrışması, enzimlerin salınması ve çamurun homojenizasyonu yer alır. Yüksek yoğunluklu sonikasyon, oksidatif radikallerin üretilmesi ve çekirdeklenme bölgelerindeki artışla tedavi verimliliğini artırır, daha iyi pıhtılaşma ve flokülasyon sağlar. Bu yoğun ultrasonik kavitasyon kuvvetlerinin güvenilir ve sürekli üretimi ve etkileri, kanalizasyon çamurundan enerji ve besin hasadını iyileştirmek için güçlü ultrasonik işlemcilerimizi çeşitli uygulamalar için entegre etmeye izin verir.

• Arıtma çamurunun ultrasonik parçalanması
• Ultrasonik olarak yoğunlaştırılmış anaerobik sindirim
• Değerli besin maddelerinin geri kazanımı (fosfor, azot, magnezyum, kalsiyum, potasyum vb.)
• Ağır metaller gibi kirleticilerin giderilmesi

Çeşitli boyutlarda akış reaktörleri ile ultrasonik işlemciler sunan Hielscher Ultrasonics, arıtma çamuru tesisiniz için ideal ultrasonik atık atık ve çamur arıtma sistemlerine sahiptir.
Modüler tasarım, birkaç ultrasonik ünitenin paralel olarak basit bir şekilde kurulmasına izin verir, bu da herhangi bir hacmin güvenilir ve verimli bir şekilde işlenmesini mümkün kılar.
Hielscher yüksek güçlü / yüksek verimli ultrasonik sistemler, arıtma çamurundaki biyokütlenin arıtılmasında verimliliği ve verimi artırır.
Tüm ultrasonicator'larımız yerinde temizlik (CIP) özelliğine sahiptir.
Zorlu arıtmalar için uygundur: Arıtma çamuru genellikle parçalanması zor olan yüksek selüloz içeriğine sahip lifli malzemeler içerir. Hielscher Ultrasonik’ Endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Bu tür yüksek genlikler, selülozların, ligninin ve diğer malzemelerin sağlam hücre duvarlarının hücresel yapısını bozmanın etkili bir yoludur. Akış hücresi reaktörlerimizin optimize edilmiş tasarımı, ideal akış modellerini ve beslenen çamurun düzgün, verimli ultrasonik arıtmasını sağlar.

Arıtma Çamuru Tesislerinin Sistem Entegratörleri ve Mühendisleri ile Çalışıyoruz

Yüksek performanslı ultrasonik modüler ünitelerin üreticisi ve sistem üreticisi olarak, Hielscher Ultrasonik sistem entegratörleri ile birlikte çalışır. Atık su ve arıtma çamuru arıtma tesislerinin çoğu operatörü, bu tür arıtma tesislerinin tasarımı ve otomasyonu konusunda deneyimli sistem entegratörleri ile çalışır. Tasarım mühendisleri ve teknik mühendislerden oluşan ekibimiz, hedeflenen çamur hacmi için en uygun ultrasonik konfigürasyonu önerir, ayrıntılı sistem bilgileri, CAD çizimleri, kurulum hizmeti ve operasyonel eğitim sağlar. Bu, atık su arıtma tesislerinde yüksek performanslı ultrason entegrasyonunun yapıcı ve hedef odaklı bir şekilde uygulanmasını sağlar. Gelişmiş çamur arıtımı için ultrasonik işlemcilerimizi entegre etmekle ilgileniyorsanız lütfen bizimle iletişime geçin!

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:

Hielscher ultrasonik arıtma çamuru arıtma sistemleri, kurulum seçenekleri ve teknik bilgiler hakkında daha fazla bilgi almak için şimdi bizimle iletişime geçin!