Homogenizer אולטרסאונד כלי ירוק לפתרון בעיית הטיפול בשפכים

תחת הלחצים הכפולים של מחסור במים עולמי והגברת זיהום המים, טיפול בשפכים הפך לנושא ליבה לשמירה על הביטחון האקולוגי ובריאות האדם. זה נכון במיוחד עבור שפכים תעשייתיים (כגון אלה של הדפסה וצביעה, תרופות ופטרוכימיקלים) המכילים מזהמים אורגניים עמידים כמו צבעים, אנטיביוטיקה ופחמימנים ארומטיים פוליציקליים, כמו גם הנושא הקוצני של הפחתת בוצה בטיפול בשפכים עירוניים. תהליכי טיפול מסורתיים מתמודדים לרוב עם אתגרים כמו יעילות נמוכה, זיהום משני ועלויות גבוהות. הומוגגניזרים אולטראסוניים, עם "אפקט הקוויטציה" הייחודי שלהם, מציעים גישה חדשה, יעילה וידידותית לסביבה לטיפול בשפכים, והופכים לפריצת דרך מרכזית בתעשייה.

 

1. "נשק הליבה" של הומוגגניזר קולי: עקרון אפקט הקוויטציה

כדי להבין מדוע הומוגגניזרים קוליים יכולים לטפל בשפכים, ראשית עלינו להבין את מנגנון העבודה המרכזי שלהם-אפקט הקוויטציה. כאשר גלים קוליים (בדרך כלל בתדר של 20kHz-1MHz) עוברים דרך מי שפכים, הם גורמים לתנודות בתדר גבוה במולקולות הנוזל, ויוצרים אינספור "בועות קוויטציה" זעירות (רק בקוטר של כמה עד עשרות מיקרונים). בועות אלו מתרחבות במהירות במהלך שלב הלחץ השלילי של גל הקול ומתמוטטות באופן מיידי במהלך שלב הלחץ החיובי. כל התהליך הזה נמשך רק מיקרו-שניות, אבל הוא יוצר סביבות מקומיות קיצוניות:

טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה: ברגע התמוטטות הבועות, הטמפרטורה המקומית יכולה להגיע ל-5000K (כ-4727 מעלות) והלחץ יכול להגיע ל-100-500MPa, אשר ניתן להשוות ל"מיקרו פיצוץ";

גלי הלם חזקים ומיקרו-סילונים:גלי ההלם וסילוני המיקרו-במהירות גבוהה (קצב זרימה של עד 100 מטר לשנייה) הנוצרים על ידי הקרע יכולים להשפיע ישירות על מולקולות מזהמות או בלהקות בוצה;

רדיקלים חופשיים מחמצנים חזקים:בתנאים קיצוניים, מולקולות מים יתפרקו וייצרו חומרים מחמצנים חזקים כמו רדיקלי הידרוקסיל (・OH) ורדיקלי מימן (・H). ביניהם, ל-OH יש פוטנציאל חמצון גבוה כמו 2.8V והוא יכול לפרק באופן לא-סלקטיבי את רוב המזהמים האורגניים.

ההשפעה הכפולה הזו של "השפעה פיזית + חמצון כימי" היא המאפשרת להומוגגניזטור האולטראסוני לא רק לשבור את המבנה המזהם ולפרק חומרים אורגניים, אלא גם להרוס פקקי בוצה ולשחרר חומרים תוך תאיים, ובכך להשיג את המטרות הכפולות של טיהור שפכים והפחתת בוצה.

2. פרקטיקה פורצת דרך: יישום הליבה של הומוגנייזר אולטראסוני בטיפול בשפכים

ההומוגגניזטור האולטראסוני אינו מכשיר טיפול יחיד, אך ניתן ליישם אותו בגמישות בשלושת תרחישי הליבה של "טיפול בשפכים אורגניים שקשה-להתפרק-", "טיפול מקדים בבוצה" ו"שיפור סינרגטי של תהליכים מסורתיים" בהתאם לסוג הביוב ולמטרות הטיפול, ובכך לפתור את נקודות הכאב של הטכנולוגיות המסורתיות.

(ט) טיפול בשפכים אורגניים חסינים: פירוק מזהמים "עקשניים"

לחומר אורגני עקשן בשפכים תעשייתיים (כגון צבעי אזו בשפכים הדפסה וצביעת שפכים, אנטיביוטיקה בשפכים פרמצבטיים ופחמימנים נפט גולמי בשפכי נפט) הם בעלי מבנה כימי יציב והתכלות ביולוגית ירודה. שיטות טיפול ביולוגיות מסורתיות קשות לפירוק, בעוד ששיטות חמצון כימיות דורשות כמויות גדולות של ריאגנטים (כגון ריאגנט של פנטון) והן נוטות לזיהום בוצה משני. הומוגניזרים אולטראסוניים יכולים להרוס ישירות את המבנה המולקולרי של מזהמים אלה באמצעות אפקט הקוויטציה:

דה-צבע והסרת COD בצביעת שפכים:הכרומופורים (-N=N-) של צבעי אזו נשברים תחת פעולת גלי הלם קאוויטציה ורדיקלי OH, ומשיגים דה-צבע יעיל. נתונים ניסיוניים מראים ששימוש בהומוגנית קולית בתדר של 20kHz והספק של 300W לטיפול ב-100mg/L של מי שפכים של צבע אדום של קונגו, קצב דה-הצבע הגיע ליותר מ-92% תוך 30 דקות, וקצב הסרת ה-COD עלה על 65%, עלה באופן משמעותי משיעור הפינוי המסורתי של דה-צבע פחמן. 70%).

פירוק אנטיביוטיקה בשפכים פרמצבטיים:עבור שפכים אנטיביוטיים כגון פניצילין וטטרציקלין, רדיקלי ה-OH הנוצרים על ידי קוויטציה קולית יכולים לפרק באופן חמצוני את -טבעת הלקטם וטבעת הבנזן של האנטיביוטיקה, ולהמיר אותם למולקולות קטנות שמתכלות בקלות (כגון חומצות קרבוקסיליות, CO₂ ו- H₂). לאחר שחברת תרופות יישמה טיפול מקדים על קולי, שיעור הסרת האנטיביוטיקה בטיפול הביולוגי שלאחר מכן עלה מ-35% ל-88%, מה שמנע משאריות אנטיביוטיקה "להרעיל" מיקרואורגניזמים במים.

פינוי שמן שפכים פטרוכימי:מיקרו-סילונים אולטראסוניים יכולים לשבור תחליבים יציבים של נפט גולמי במים, ולגרום לטיפות שמן להתלכד ולגדול. בשילוב עם ציפה או שיקוע, ניתן להגדיל את קצב סילוק השמן מ-60% בתהליכים מסורתיים ליותר מ-90%, ללא צורך ב-demulsifiers.

(II) טיפול בבוצה: פתרון הקשיים של הפחתת בוצה והסרת מים

מכוני טיהור שפכים עירוניים מייצרים בוצה עם תכולת מוצקים נמוכה (בדרך כלל רק 1%-2%) והן מאתגרות להתרוקן. גם לאחר התייבשות מכנית מסורתית (כגון לחיצת מסנן צלחת ומסגרת), תכולת הלחות נשארת גבוהה, ועולה על 80%, וכתוצאה מכך עלויות גבוהות במיוחד עבור הטמנה או שריפה לאחר מכן. הומוגגניזרים אולטרסאונדים יכולים לשפר מהותית את ביצועי פיזור הבוצה באמצעות "פיצול טרום-טיפול":

שיבוש מבנה להקת בוצה:קבוצות מיקרוביאליות בבוצה מורכבות מקירות תאים ומחומרים פולימריים חוץ-תאיים (EPS). גלי ההלם של הקוויטציה של אולטרסאונד יכולים לקרוע את הקבוצות הללו, ולשחרר את המים החופשיים והקשורים שבתוכם.

הפחתת התנגדות ספציפית לבוצה:ככל שההתנגדות הספציפית לבוצה גבוהה יותר (מדד לקשיי התייבשות), כך קשה יותר להתרוקן. לאחר טיפול מוקדם קולי (תדר 25kHz, הספק של 500W, 15 דקות), ניתן להפחית את ההתנגדות הספציפית לבוצה ב-50%-70%, ניתן להפחית את תכולת הלחות בלחיצת מסנן הצלחת והמסגרת לאחר מכן עד מתחת ל-65%, ונפח הבוצה יכול להיות מופחת בכמעט 40%.

עיכול אנאירובי מואץ:הבוצה המגוררת משחררת כמות גדולה של חומר אורגני (כגון חלבונים ופוליסכרידים), ומספקת מצע בשפע למיקרואורגניזמים אנאירוביים. זה מגדיל את ייצור המתאן ב-20%-30% ומקצר את מחזור העיכול ב-15%-20%, ומשיג את היתרונות הכפולים של "הפחתת נפח הבוצה ושימוש מחדש כמשאב". מפעל עירוני לטיהור שפכים יישם טכנולוגיה זו, והפחית את עלויות סילוק הבוצה השנתיות בכ-2.8 מיליון יואן.