Các giải pháp khác nhau để phục hồi phốt pho từ bùn thải đô thị

Phốt pho là một khoáng sản tài nguyên quan trọng, mà nguồn cung cấp tự nhiên đang giảm nhanh chóng. Do đó, chính phủ Đức đã ban hành theo nghị định rằng từ năm 2029 phốt pho phải được thu hồi phần lớn từ bùn thải. Việc thực hiện siêu âm điện mở ra nhiều lựa chọn khác nhau để tăng cường thu hồi phốt pho từ bùn thải đô thị.

Nhà máy xử lý bùn thải và tái chế phốt pho

Phốt pho là một yếu tố quan trọng, được sử dụng rộng rãi làm phân bón và nguyên liệu thô trong ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm tốt. Do nguồn tài nguyên sẵn có bị thu hẹp nhanh chóng, chính phủ Đức đã thực hiện một đạo luật mà tất cả các nhà máy xử lý nước thải đô thị phải thiết lập phép đo để thu hồi phốt pho từ bùn thải đô thị. Việc thực hiện siêu âm hiệu suất cao cung cấp các lựa chọn điều trị khác nhau, làm tăng hiệu quả phục hồi phốt pho đáng kể.

Các nhà máy nước thải sử dụng siêu âm để cải thiện tiêu hóa bùn và phục hồi các chất dinh dưỡng như phốt pho.

Phân hủy bùn thải siêu âm để cải thiện phục hồi phorsphorus

Chiếu xạ bùn thải bằng sóng siêu âm mạnh mẽ đã được chứng minh rõ ràng để cải thiện sự tan rã của sinh khối trong bùn thải. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra lợi ích của việc xử lý bùn hoạt tính chất thải siêu âm và các hệ thống siêu âm công nghiệp khác nhau đang chạy trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị ở Đức.
Tiền xử lý siêu âm của chất nền trong bùn thải có một số tác dụng có lợi cho quá trình tiêu hóa kỵ khí. Những lợi ích này bao gồm giảm kích thước hạt, tăng tốc độ thủy phân và rút ngắn thời gian duy trì thủy lực.
Lực cắt cavitational được tạo ra bởi sóng siêu âm cường độ cao / tần số thấp gây ra sự tan vỡ của hình thái floc bùn và cấu trúc vi sinh vật của bùn.
Nhóm nghiên cứu của Nguyen đã chứng minh trong các nghiên cứu của họ "rằng việc áp dụng siêu âm rất hiệu quả trong việc giảm kích thước hạt của sinh khối, đạt được mức giảm xuống kích thước hạt trung bình >78,78% tỷ lệ thuận với thời gian và cường độ phơi sáng chiếu xạ siêu âm. Điều này chỉ ra rằng các hạt bùn tan rã và kích thước hạt bùn giảm, dựa trên mối quan hệ nghịch đảo giữa thời gian sonication và kích thước hạt floc. Ứng dụng này có hiệu quả cao, mặc dù thực tế là các quan sát bùn floc trước khi điều trị cho thấy các floc bùn dày đặc và rất nhỏ gọn, bao gồm nhiều ngăn phụ với lõi nhỏ gọn, cụm tế bào, khuẩn lạc vi khuẩn, động vật nguyên sinh và vi khuẩn sợi, trong số các yếu tố khác. Phân tích nước thải cho thấy quá trình siêu âm làm tan rã đáng kể tính toàn vẹn cấu trúc của bùn floc ở mọi kích cỡ. Các miếng floc đã giảm xuống còn ít nhất là ≤6,5 μm trong điều kiện điều trị tối ưu và được hòa tan trong bùn bùn sau 5-10 phút điều trị siêu âm với tần số siêu âm thấp 20 kHz. (Nguyễn và cộng sự, 2015)
Một bùn thải phân hủy hiệu quả, tức là. bùn sonicated, cho thấy các đặc tính tách được cải thiện đáng kể cho phép loại bỏ các phân số giàu phốt pho khỏi các phân số sinh khối và gel cũng như nước. Cavitation siêu âm phá vỡ cấu trúc tế bào của sinh khối trong bùn thải và tạo điều kiện cho sự phân đoạn tiếp theo thành ba phần của (i) sợi giàu cellulose, (ii) một loại gel giàu chất dinh dưỡng và (iii) một chất lỏng có thể dễ dàng lên men. Ba phần này của bùn có thể được xử lý thêm, ví dụ như phục hồi phốt pho, loại bỏ kim loại nặng, v.v.

Siêu âm tăng cường mưa hóa học ướt của phốt pho

Siêu âm là một kỹ thuật nổi tiếng được sử dụng từ lâu trong hóa học cho lượng mưa siccessful và hiệu quả của khoáng chất, hạt và tinh thể. Đối với việc phục hồi phosphoris từ bùn thải, sonication được áp dụng để thúc đẩy và đẩy nhanh lượng mưa của struvite. Struvite (magnesium ammonium phosphate) là một khoáng chất phốt phát với công thức NH₄MgPO₄· Giờ₂ O, cung cấp một giải pháp đơn giản để loại bỏ phốt pho ở dạng ràng buộc khỏi bùn thải.
Trong quá trình kết tinh / mưa struvite, các ion PO₄^3-NH₄⁺, và Mg^{2 +} được loại bỏ khỏi pha lỏng do lượng mưa struvite, cho đến khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng.

Tinh thể Struvite kết tủa từ nước thải lợn.
(Ảnh và nghiên cứu: ©Kim et al. 2017)

Khi siêu âm được áp dụng như bùn trước khi xử lý trước quá trình mưa struvite, cavitation gây ra siêu âm cung cấp một sự pha trộn thourough trên cấp độ phân tử cung cấp diện tích bề mặt hoạt động cho sự phát triển tinh thể. Sự gia tăng tỷ lệ hòa tan của các chất ngoại bào và nội bào, tiếp tục có lợi cho lượng mưa struvite bằng cách tăng khả dụng sinh học của NH₄⁺ và PO₄^3- Ion. Việc điều trị sonication dẫn đến một sự chuyển giao khối lượng được tạo điều kiện thông qua bùn, được gây ra bởi cavitation siêu âm.
Sonication cũng có thể được áp dụng cho rượu cacbon hóa thủy nhiệt, trong đó phốt pho được tái chế dưới dạng struvite từ rượu cacbon hóa thủy nhiệt thông qua khai thác và kết tủa được hỗ trợ siêu âm.
Đọc thêm về lượng mưa struvite quy mô lớn để phục hồi phốt pho từ bùn thải!

Sono-Fenton cho phốt pho giải phóng từ bùn thải

Nghiên cứu về Gong et al. (2015) đã chứng minh hiệu quả của siêu âm kết hợp - Fenton (còn được gọi là sono-Fenton) trước khi xử lý cho sự tan rã bùn nước thải. Áp dụng điều trị siêu âm-Fenton làm tăng đáng kể giải phóng carbon, nitơ và phốt pho. Việc xử lý sono-Fenton đã tăng tổng nitơ (N) và phốt pho (P) lần lượt là 1,7 và 2,2 lần, khi so sánh với điều trị Fenton một mình. Sau khi xử lý sono-Fenton, bùn cho thấy kích thước hạt mịn hơn đáng kể và cấu trúc vi mô lỏng lẻo hơn dựa trên kính hiển vi điện tử quét. Sử dụng cộng hưởng spin electron, cường độ tín hiệu OH • cao nhất tăng từ 568,7 bằng cách điều trị Fenton lên 1106,3 sau khi điều trị sono-Fenton. Điều này chứng minh rằng việc xử lý sono-Fenton gây ra sự tan rã của bùn và cải thiện việc giải phóng carbon hữu cơ, nitơ và phốt pho đáng kể.

Pin nhiên liệu vi khuẩn tăng cường siêu âm

Tiền xử lý siêu âm bùn thải thúc đẩy sự hòa tan của các hợp chất hữu cơ khác nhau từ ma trận bùn, sau đó đẩy nhanh quá trình điện nước vi sinh vật.
More and Ghangrekar (2010) đóng góp các tác dụng có lợi của việc xử lý trước sonication đối với các tế bào nhiên liệu vi khuẩn để tăng cường các hoạt động enzyme và sự sẵn có của protein ngoại bào, polysaccharides và enzyme, được giải phóng từ các lớp bùn bên trong đến các lớp bên ngoài bằng cách siêu âm sonoporation và gián đoạn tế bào, dẫn đến cải thiện hiệu quả sử dụng chất nền. Để cải thiện việc thu hoạch điện từ các tế bào nhiên liệu vi khuẩn, việc cải thiện khả năng truyền electron của vi khuẩn sang một chất rắn ngoại bào là cần thiết. Sự truyền điện tử ngoại bào này có thể xảy ra tiếp xúc trực tiếp giữa bề mặt tế bào và bề mặt rắn hoặc gián tiếp thông qua cái gọi là trung gian ngoại sinh và nội sinh. Để chuyển electron trực tiếp giữa vi khuẩn và bề mặt điện cực, electron phải đến màng ngoài của tế bào. Hiện tượng này có thể đã xảy ra do siêu âm trước khi điều trị cho inoculum khi năng lượng được cung cấp cụ thể là đủ; do đó, ủng hộ hiệu quả Coulombic cao hơn.
Một quá trình điện phân vi khuẩn tăng cường siêu âm có thể được kết hợp với các quá trình lên men tiếp theo để xử lý bùn.

Xử lý bùn thải sono-electrochemical

Điện đông là một quá trình đơn giản, có thể dễ dàng áp dụng cho nước thải và cho phép xử lý khối lượng lớn một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Siêu âm giúp khắc phục nhược điểm chính của quá trình đông điện bằng cách ngăn chặn sự hình thành các lớp thụ động từ các điện cực. Phim thụ động hình thành trên bề mặt điện cực theo thời gian, làm giảm đáng kể hiệu quả của hệ thống đông điện và siêu âm là một phương pháp dễ dãi để loại bỏ các lớp thông qua này liên tục trong quá trình hoạt động, đồng thời sonication làm tăng doanh thu của các hệ thống đông điện. Sóng siêu âm phá vỡ trầm tích được hình thành ở bề mặt điện cực và tạo ra một lượng lớn các loài gốc để loại bỏ các chất ô nhiễm bằng cách tạo ra các điểm áp suất cao bên trong dung dịch trong hiện tượng sâu răng. Bằng cách kết hợp điện đông với siêu âm, do việc tạo ra các bề mặt mới trên điện cực bằng cách cavitation hoặc phát trực tuyến vi mô, sự giảm độ dày của lớp phân phối trở nên trầm trọng hơn bằng cách tăng tỷ lệ truyền khối lượng. Sono-electrocoagulation làm tăng lượng hình thành đông máu so với đông điện, và kết tụ được tăng cường bằng cách trộn và oxy hóa cực đoan bằng cách hình thành gốc tự do; do đó đạt được hiệu quả mong muốn là có thể trong thời gian ngắn nhất.
(Moradi et al., 2021)

Những lợi thế của Sonoelectrochemistry và Sonoelectrocoagulation

Sonoelectrochemistry là sự kết hợp của năng lượng siêu âm trong một hệ thống điện hóa cung cấp một số lợi thế, bao gồm loại bỏ bong bóng khí ở bề mặt điện cực, khử khí dung dịch, sự gián đoạn của lớp khuếch tán Nernst, tăng cường vận chuyển hàng loạt các loài điện cực qua lớp đôi, và kích hoạt và làm sạch bề mặt điện cực. Những lợi ích này trong điện hóa dẫn đến hiệu quả quy trình được cải thiện (điện cực và hiệu quả hiện tại), tăng tốc độ và năng suất điện hóa, giảm điện áp tế bào và điện cực, cải thiện vật liệu điện cực về độ cứng, chất lượng, độ xốp và độ dày, và sự ức chế của điện cực bẩn và khử khí ở bề mặt điện cực. (Foroughi et al., 2021)
Đọc thêm về thiết bị điện hóa sono và các ứng dụng của nó!

Hệ thống siêu âm công nghiệp để xử lý bùn thải

Hệ thống hiệu suất cao hielscher Siêu âm là một con ngựa làm việc đáng tin cậy trong các nhà máy xử lý nước thải và bùn thải. Hệ thống siêu âm Hielscher cung cấp siêu âm công suất cao ở 20kHz, tạo ra sự cavitation âm thanh cường độ cao. Tác dụng của điều trị siêu âm công suất cao của chúng tôi bao gồm sự gián đoạn và tan rã tế bào, chuyển khối lượng cao, khử trùng, phân hủy polyme, giải phóng enzyme và đồng nhất bùn. Sonication cường độ cao cải thiện hiệu quả điều trị thông qua việc tạo ra các gốc oxy hóa và bằng cách tăng các vị trí hạt nhân, đảm bảo đông máu và kết tụ tốt hơn. Việc tạo ra đáng tin cậy và liên tục của các lực sâu siêu âm cường độ cao này và tác dụng của nó cho phép tích hợp bộ xử lý siêu âm mạnh mẽ của chúng tôi cho các ứng dụng khác nhau để cải thiện năng lượng và chất dinh dưỡng thu hoạch từ bùn nước thải.

• Sự tan rã siêu âm của bùn thải
• Tiêu hóa kỵ khí tăng cường siêu âm
• Phục hồi các chất dinh dưỡng có giá trị (phốt pho, nitơ, magiê, canxi, kali, v.v.)
• Loại bỏ các chất gây ô nhiễm như kim loại nặng

Cung cấp bộ xử lý siêu âm với các lò phản ứng chảy qua ở các kích cỡ khác nhau, Hielscher Ultrasonics có hệ thống xử lý chất thải siêu âm và bùn lý tưởng cho cơ sở bùn thải của bạn.
Thiết kế mô-đun cho phép trả góp đơn giản của một số đơn vị siêu âm song song, làm cho một điều trị đáng tin cậy và hiệu quả của bất kỳ khối lượng có thể.
Hielscher hệ thống siêu âm công suất cao / thông lượng cao tăng hiệu quả và năng suất trong việc xử lý sinh khối trong bùn thải.
Tất cả các máy siêu âm của chúng tôi đều có tính năng làm sạch tại chỗ (CIP).
Thích hợp cho các phương pháp điều trị đòi hỏi khắt khe: Bùn thải thường chứa các vật liệu xơ có hàm lượng cellulose cao, khó phân hủy. Siêu âm Hielscher’ bộ xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Biên độ cao như vậy là một cách hiệu quả để phá vỡ cấu trúc tế bào của cellulose, lignin và thành tế bào mạnh mẽ của các vật liệu khác. Thiết kế tối ưu hóa của các lò phản ứng tế bào dòng chảy của chúng tôi đảm bảo các mô hình dòng chảy lý tưởng và xử lý siêu âm thống nhất, hiệu quả của bùn fed.

Chúng tôi làm việc với các nhà tích hợp hệ thống và kỹ sư của các nhà máy bùn thải

Là nhà sản xuất và xây dựng hệ thống các đơn vị mô-đun siêu âm hiệu suất cao, Siêu âm Hielscher hoạt động cùng với các nhà tích hợp hệ thống. Hầu hết các nhà khai thác nước thải và nhà máy xử lý bùn thải làm việc với các nhà tích hợp hệ thống, có kinh nghiệm trong việc thiết kế và tự động hóa các nhà máy lọc như vậy. Đội ngũ kỹ sư thiết kế và kỹ sư kỹ thuật của chúng tôi đề xuất cấu hình siêu âm tối ưu cho khối lượng bùn được nhắm mục tiêu, cung cấp thông tin hệ thống chi tiết, bản vẽ CAD cũng như dịch vụ lắp đặt và đào tạo vận hành. Điều này cho phép thực hiện mang tính xây dựng và định hướng mục tiêu của việc tích hợp siêu âm hiệu suất cao trong các nhà máy xử lý nước thải. Vui lòng liên hệ với chúng tôi nếu bạn quan tâm đến việc tích hợp bộ xử lý siêu âm của chúng tôi để cải thiện xử lý bùn!

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ để biết thêm chi tiết về hệ thống xử lý bùn thải siêu âm Hielscher, tùy chọn lắp đặt và thông tin kỹ thuật!