Різні рішення для відновлення фосфору з міського каналізаційного мулу

Фосфор є важливим ресурсом мінералу, природний запас якого швидко зменшується. Отже, уряд Німеччини прийняв указом, що з 2029 року фосфор повинен бути в значній мірі відновлений з стічних вод. Впровадження силового ультразвуку відкриває різні варіанти посилення відновлення фосфору з міського нечистоти мулу.

Очисні споруди та переробка фосфору

Фосфор є критичним елементом, широко використовується як добриво і сировина в дрібній хімічній і фармацевтичній промисловості. У зв'язку зі своїм швидким скороченням наявних ресурсів, німецький уряд впровадив закон, згідно з яким всі комунальні очисні споруди повинні встановити вимірювання для вилучення фосфору з міського стічного мулу. Реалізація високопродуктивного ультразвуку пропонує різні варіанти лікування, які значно підвищують ефективність відновлення фосфору.

Стічні води заводи використовують ультразвук для поліпшення травлення мулу і відновлення поживних речовин, таких як фосфор.

Ультразвуковий розпад мулу стічних вод для поліпшення відновлення ворсора

Було чітко продемонстровано опромінюваний мул стічних вод потужними ультразвуковими хвилями для поліпшення розпаду біомаси в стічних водах. Численні дослідження показали переваги ультразвукових відходів активованої обробки мулу і різні промислові ультразвукові системи працюють на муніципальних очисних спорудах в Німеччині.
Ультразвукова попередня обробка субстратів в осаді стічних вод має кілька корисних ефектів для анаеробних процесів травлення. Ці переваги включають зменшення розміру частинок, збільшення швидкості гідролізу та скорочення гідравлічного часу утримання.
Кавітаційні сили зсуву, що генеруються високоінтенсивними / низькочастотними ультразвуковими хвилями, викликають розпад морфології мулу флок і мікробної структури мулу.
Дослідницька група Нгуєн продемонструвала у своїх дослідженнях, що «застосування ультразвуку є дуже ефективним у зменшенні розміру частинок біомаси, досягнувши зменшення до середнього розміру частинок >78,78% пропорційно тривалості часу та інтенсивності ультразвукового опромінення. Це вказувало на те, що частинки мулу розпалися, а розмір частинок мулу зменшився, виходячи з зворотного зв'язку між часом ультразвукової обробки та розміром частинок флок. Застосування було високоефективним, незважаючи на те, що спостереження мулу floc перед лікуванням показало, що мулові флоки були щільними і дуже компактними, що складаються з багатьох підкателей з компактними ядрами, клітинними кластерами, бактеріальними колоніями, найпростішими і ниткоподібними бактеріями, серед інших факторів. Аналіз стоків показує, що ультразвуковий процес значно дезінтегрував структурну цілісність мулових флоків всіх розмірів. Шматочки floc були зменшені до ≤6,5 мкм при оптимальних умовах лікування, і були розчинені в мулі після 5-10 хвилин ультразвукової обробки з низькою ультразвуковою частотою 20 кГц. (Nguyen et al., 2015)
Ефективно розпадається нечистотний мул, тобто ультразвуком мул, показує значно поліпшені властивості поділу, що дозволяють видалити багаті фосфором фракції з біомаси і гелеподібних фракцій, а також води. Ультразвукова кавітація порушує клітинні структури біомаси в стічних водах і полегшує подальше дроблення на три фракції (i) багатих целюлозою волокон, (ii) багатого поживними речовинами гелю і (iii) рідини, яка легко ферментується. Ці три фракції мулу можуть бути додатково оброблені, наприклад, відновлення фосфору, видалення важких металів і т.д.

Ультразвуково інтенсифіковані волого-хімічні опади фосфору

Ультразвук є добре відомим методом, який використовується з давніх часів в хімії для соковитих та ефективних опадів мінералів, частинок та кристалів. Для відновлення фосфору з осаду стічних вод застосовується ультразвуком з метою сприяння і прискорення опадів струвіту. Струвіт (фосфат амонію магнію) - фосфатний мінерал з формулою NH₄MgPO₄· 6H₂ O, який пропонує просте рішення для видалення фосфору в зв'язаному вигляді з відходів мулу.
Під час процесу кристалізації струвіту /опадів іони PO₄³, NH₄⁺, і мг²⁺ видаляються з рідкої фази за рахунок струвітових опадів, поки реакція не досягне рівноваги.

Кристали струвіту вириваються з свинячих стоків.
(фото та дослідження: ©Кім та ін. 2017)

Коли ультразвук застосовується як мул попередньої обробки до процесу струвітових опадів, ультразвукова індукована кавітація забезпечує змішування на молекулярному рівні, забезпечуючи активну площу поверхні для росту кристалів. Збільшення швидкості розчинилізації позаклітинних та внутрішньоклітинних речовин, ще більше приносить користь струвітним опадам, збільшуючи біодоступність NH₄⁺ і PO₄³ Іонів. Ультразвукове лікування призводить до полегшення передачі маси через гною, яка викликана ультразвуковою кавітацією.
Ультразвукова зв'язування також може бути застосована до гідротермального карбонізації лікеру, де фосфор переробляється як струвіт з гідротермального карбонізації лікеру за допомогою ультразвукової екстракції та опадів.
Дізнайтеся більше про масштабні струвітові опади для відновлення фосфору з осаду стічних вод!

Соно-Фентон для фосфору звільнення від стічних вод мулу

Дослідження Gong et al. (2015) продемонструвало ефективність комбінованого ультразвуку-фентона (також відомого як соно-фентон) попередньої обробки осаду стічних вод. Застосування ультразвуково-фентонної обробки значно збільшило викид вуглецю, азоту і фосфору. Лікування сонофентоном збільшило загальний вміст азоту (N) і фосфору (P) в 1,7- і 2,2 рази відповідно в порівнянні з лікуванням Фентоном. Після лікування сонофентоном мул показав значно тонший розмір частинок і більш слабку мікроструктуру на основі скануючої електронної мікроскопії. Використовуючи електронний спіновий резонанс, найвища інтенсивність сигналу OH• збільшилася з 568,7 шляхом лікування Фентоном до 1106,3 після лікування сонофентоном. Це продемонструвало, що лікування сонофентоном викликає розпад мулу і значно покращує вивільнення органічного вуглецю, азоту і фосфору.

Ультразвуково інтенсифіковані мікробні паливні елементи

Ультразвукова попередня фуражу осаду стічних вод сприяє розчинилізуючому різних органічних сполук з матриці мулу, що згодом прискорює мікробний електрогідрогенез.
More and Ghangrekar (2010) сприяють благотворному впливу ультразвукової обробки на мікробні паливні елементи для посилення ферментативної діяльності та наявності позаклітинних білків, полісахаридів та ферментів, які вивільняються з внутрішніх шарів мулових флоків до зовнішніх шарів ультразвуковим сонопоратом та порушенням клітин, що призводить до підвищення ефективності використання субстрату. Для поліпшення збору електроенергії з мікробних паливних елементів необхідно поліпшення здатності перенесення електронів бактерій на позаклітинну тверду речовину. Ця позаклітинна передача електронів може відбуватися або при безпосередньому контакті між поверхнею клітини і твердою поверхнею, або опосередковано через так званих екзогенних і ендогенних медіаторів. Для прямого перенесення електронів між бактеріями і поверхнею електрода електрон повинен досягти зовнішньої мембрани клітини. Це явище могло статися через ультразвукову попередню обробку, що надається інокулуму, коли конкретна енергія, що подається, була адекватною; таким чином, сприяння більш високій ефективності куломбічного.
Ультразвуково інтенсифікований процес мікробного електролізу може поєднуватися з подальшими процесами бродіння для лікування мулу.

Соно-електрохімічна обробка мулу стічних вод

Електрокоагуляція - це простий процес, який можна легко застосовувати на стічні води і дозволяє ефективно і економічно обробляти великі обсяги. Ультразвук допомагає подолати основний недолік процесів електрокоагуляції, запобігаючи утворенню пасивних шарів з електродів. Пасивні плівки, що утворюються на поверхні електрода з плином часу, різко знижують ефективність систем електрокоагуляції, а ультразвук є фацильним методом безперервного видалення цих пасивуючих шарів безперервно під час роботи, в той же час ультразвукова обробка збільшує оборот систем електрокоагуляції. Ультразвукові хвилі руйнують відкладення, що утворюються на поверхні електрода, і генерують велику кількість радикальних видів для видалення забруднюючих речовин, створюючи точки високого тиску всередині розчину під час кавітації. Поєднуючи електрокоагуляцію з ультразвуковою, завдяки створенню нових поверхонь на електроді шляхом кавітації або мікропередачі, зменшення товщини розподільного шару посилюється збільшенням швидкості передачі маси. Соноелектрокоагуляція збільшує кількість коагулянтного утворення в порівнянні з електрокоагуляцією, а флокуляція посилюється екстремальним змішуванням і окисленням вільними радикалами; тому досягти бажаної ефективності можна в найкоротші терміни.
(Мораді та ін., 2021)

Переваги соноелектрохімії та соноелектрокоагуляції

«Соноелектрохімія - це поєднання ультразвукової енергії в електрохімічній системі, яке пропонує ряд переваг, включаючи видалення газового міхура на поверхні електрода, дегазацію розчину, порушення дифузійного шару Нернста, посилення масового транспортування електроактивних видів через подвійний шар, активацію та очищення поверхні електрода. Ці переваги в електрохімії призводять до підвищення ефективності процесів (електродної та поточної ефективності), збільшення електрохімічних показників і врожайності, зниження напруги клітин і електродних надпотентіатів, поліпшення електродопозиційних матеріалів з точки зору твердості, якості, пористості і товщини, а також придушення обростання електродів і дегазації на поверхні електрода. (Форауі та ін., 2021)
Дізнайтеся більше про соноелектрохімічне обладнання та його застосування!

Промислові ультразвукові системи для очищення стічних вод

Hielscher Ультразвук високопродуктивні системи є надійним робочим конем на стічних водах і стічних водах очисних споруд. Ультразвукові системи Hielscher забезпечують ультразвук високої потужності на 20 кГц, що створює інтенсивну акустичну кавітацію. Ефекти нашого високопотужового ультразвукового лікування включають порушення та розпад клітин, передачу високої маси, дезінфекцію, розкладання полімерів, вивільнення ферментів та гомогенізацію мулу. Високоінтенсивна ультразвукова обробка підвищує ефективність лікування за рахунок генерації окислювальних радикалів і за рахунок збільшення місць зародження, забезпечуючи кращу згортання і флокуляцію. Надійне і безперервне покоління цих інтенсивних ультразвукових сил кавітації та його ефекти дозволяють інтегрувати наші потужні ультразвукові процесори для різних застосувань, щоб поліпшити збір енергії та поживних речовин з нечистоти.

• Ультразвуковий розпад стічних вод
• Ультразвуково інтенсифіковане анаеробне травлення
• Відновлення цінних поживних речовин (фосфору, азоту, магнію, кальцію, калію і т.д.)
• Видалення забруднюючих речовин, таких як важкі метали

Пропонуючи ультразвукові процесори з проточними реакторами різних розмірів, Hielscher Ultrasonics має ідеальні ультразвукові системи очищення відходів та мулу для вашого об'єкта каналізаційного мулу.
Модульна конструкція дозволяє паралельно просто розстротити кілька ультразвукових блоків, що робить можливим надійну і ефективну обробку будь-якого обсягу.
Hielscher високої потужності / високої пропускної здатності ультразвукові системи підвищують ефективність і врожайність при обробці біомаси в стічних водах мулу.
Всі наші ультразвукові апарати мають очищення на місці (CIP).
Підходить для вимогливих обробок: Мул стічних вод часто містить волокнисті матеріали з високим вмістом целюлози, які важко розпадати. Hielscher ультразвук’ промислові ультразвукові процесори можуть доставити дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно запускати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Такі високі амплітуди є ефективним способом порушити клітинну структуру целюлози, лігніну і міцних клітинних стінок інших матеріалів. Оптимізована конструкція наших реакторів проточних клітин забезпечує ідеальні моделі потоку та рівномірну, ефективну ультразвукову обробку мулу, що подається.

Ми працюємо з системними інтеграторами та інженерами каналізаційних мулових заводів

Як виробник і системний будівельник високопродуктивних ультразвукових модульних блоків, Hielscher Ultrasonics працює разом з системними інтеграторами. Більшість операторів очисних вод і очисних споруд працюють з системними інтеграторами, які добре досвідчені в проектуванні та автоматизації таких очисних споруд. Наша команда інженерів-проектувальників та технічних інженерів рекомендує оптимальну ультразвукову конфігурацію для цільового об'єму мулу, надає детальну інформацію про систему, креслення САПР, а також службу монтажу та оперативну підготовку. Це дає можливість конструктивно і цілеспрямовано здійснювати інтеграцію високопродуктивного УЗД в очисні споруди. Будь ласка, зв'яжіться з нами, якщо ви зацікавлені в інтеграції наших ультразвукових процесорів для поліпшення лікування мулу!

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:

Зв'яжіться з нами зараз, щоб отримати більш детальну інформацію про hielscher ультразвукових систем очищення стічних вод, варіанти установки та технічну інформацію!