هموژنایزر اولتراسونیک ابزاری سبز برای حل مشکل تصفیه فاضلاب

تحت فشارهای دوگانه کمبود آب جهانی و افزایش آلودگی آب، تصفیه فاضلاب به یک موضوع اصلی برای حفاظت از امنیت اکولوژیکی و سلامت انسان تبدیل شده است. این امر به ویژه در مورد پساب های صنعتی (مانند فاضلاب های چاپ و رنگرزی، داروها و پتروشیمی ها) حاوی آلاینده های آلی پایدار مانند رنگ ها، آنتی بیوتیک ها و هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای، و همچنین مسئله خاردار کاهش لجن در تصفیه فاضلاب شهری صادق است. فرآیندهای تصفیه سنتی اغلب با چالش هایی مانند راندمان پایین، آلودگی ثانویه و هزینه های بالا مواجه هستند. هموژنایزرهای اولتراسونیک با "اثر کاویتاسیون" منحصر به فرد خود رویکردی جدید، کارآمد و سازگار با محیط زیست برای تصفیه فاضلاب ارائه می دهند و در حال تبدیل شدن به یک پیشرفت کلیدی در صنعت هستند.

 

1. "سلاح اصلی" هموژنایزر اولتراسونیک: اصل اثر کاویتاسیون

برای درک اینکه چرا هموژنایزرهای اولتراسونیک می‌توانند فاضلاب را تصفیه کنند، ابتدا باید مکانیسم اصلی کار آنها-اثر کاویتاسیون را درک کنیم. هنگامی که امواج اولتراسونیک (معمولاً با فرکانس 20 کیلوهرتز-1 مگاهرتز) از فاضلاب عبور می‌کنند، ارتعاشات با فرکانس بالا را در مولکول‌های مایع ایجاد می‌کنند و "حباب‌های حفره‌ای" بی‌شماری را تشکیل می‌دهند (فقط چند تا ده‌ها میکرون قطر). این حباب ها در فاز فشار منفی موج صوتی به سرعت منبسط می شوند و در فاز فشار مثبت فوراً فرو می ریزند. کل این فرآیند فقط میکروثانیه طول می کشد، اما محیط های محلی شدید ایجاد می کند:

دمای بالا و فشار بالا: در لحظه فروپاشی حباب، دمای محلی می تواند به 5000K (حدود 4727 درجه) برسد و فشار می تواند به 100-500MPa برسد که قابل مقایسه با "انفجار میکرو" است.

امواج ضربه ای قوی و میکروجت ها:امواج ضربه‌ای و{0}}ریزجت‌های با سرعت بالا (سرعت جریان تا 100 متر بر ثانیه) که در اثر گسیختگی ایجاد می‌شوند، می‌توانند مستقیماً مولکول‌های آلاینده یا لخته‌های لجن را تحت تأثیر قرار دهند.

رادیکال های آزاد اکسید کننده قوی:در شرایط شدید، مولکول های آب برای تولید مواد اکسید کننده قوی مانند رادیکال های هیدروکسیل (・OH) و رادیکال های هیدروژن (・H) تجزیه می شوند. در میان آنها، ・OH دارای پتانسیل اکسیداسیون تا 2.8 ولت است و نمی‌تواند به‌طور انتخابی اکثر آلاینده‌های آلی را تجزیه کند.

این اثر دوگانه «ضربه فیزیکی + اکسیداسیون شیمیایی» است که هموژنایزر اولتراسونیک را قادر می‌سازد نه تنها ساختار آلاینده را بشکند و مواد آلی را تجزیه کند، بلکه لخته‌های لجن را نیز از بین ببرد و مواد درون سلولی را آزاد کند، بنابراین به اهداف دوگانه تصفیه فاضلاب و کاهش لجن دست می‌یابد.

2. تمرین پیشرفت: کاربرد اصلی هموژنایزر اولتراسونیک در تصفیه فاضلاب

هموژنایزر اولتراسونیک یک دستگاه تصفیه واحد نیست، اما می تواند به طور انعطاف پذیر در سه سناریو اصلی "تصفیه فاضلاب آلی مشکل{0}}-تجزیه، "پیش تصفیه لجن" و "تقویت هم افزایی فرآیندهای سنتی" با توجه به نوع فاضلاب و فن آوری های سنتی حل مشکل، بنابراین، اعمال شود.

(I) تصفیه فاضلاب آلی نسوز: شکستن آلاینده های "سرسخت"

مواد آلی نسوز در فاضلاب های صنعتی (مانند رنگ های آزو در فاضلاب های چاپ و رنگرزی، آنتی بیوتیک ها در فاضلاب های دارویی و هیدروکربن های نفت خام در فاضلاب های نفتی) ساختار شیمیایی پایدار و تجزیه پذیری زیستی ضعیفی دارند. روش های سنتی تصفیه بیولوژیکی به سختی قابل تجزیه هستند، در حالی که روش های اکسیداسیون شیمیایی به مقادیر زیادی از معرف ها (مانند معرف فنتون) نیاز دارند و مستعد آلودگی لجن ثانویه هستند. هموژنایزرهای اولتراسونیک می توانند به طور مستقیم ساختار مولکولی این آلاینده ها را از طریق اثر کاویتاسیون تخریب کنند:

رنگ زدایی و حذف COD در فاضلاب رنگرزی:کروموفورها (-N=N-) رنگ‌های آزو تحت تأثیر امواج شوک حفره‌ای و رادیکال‌های OH شکسته می‌شوند و رنگ‌زدایی کارآمدی حاصل می‌شود. داده های تجربی نشان می دهد که با استفاده از یک هموژنایزر اولتراسونیک با فرکانس 20 کیلوهرتز و توان 300 وات برای تصفیه 100 میلی گرم در لیتر فاضلاب رنگ قرمز کنگو، نرخ رنگ زدایی در عرض 30 دقیقه به بیش از 92٪ رسید، و نرخ حذف COD از 65٪ فراتر رفت، به طور قابل توجهی بیشتر از نرخ رنگ زدایی سنتی از روش های رنگ زدایی یا رنگ زدایی سنتی. 70 درصد.

تخریب آنتی بیوتیک ها در پساب های دارویی:برای فاضلاب آنتی بیوتیکی مانند پنی سیلین و تتراسایکلین، رادیکال‌های OH تولید شده توسط کاویتاسیون اولتراسونیک می‌توانند حلقه لاکتام و حلقه بنزن آنتی‌بیوتیک‌ها را به‌صورت اکسیداتیو تجزیه کنند و آنها را به مولکول‌های کوچک قابل تجزیه زیستی (مانند اسیدهای کربوکسیلیک، H2O، و H2O) تبدیل کنند. پس از اعمال پیش تیمار اولتراسونیک توسط یک شرکت داروسازی، میزان حذف آنتی بیوتیک در تیمار بیولوژیکی بعدی از 35% به 88% افزایش یافت و از باقیمانده های آنتی بیوتیکی از "سمی کردن" میکروارگانیسم های آب جلوگیری کرد.

حذف روغن فاضلاب پتروشیمی:میکروجت‌های اولتراسونیک می‌توانند امولسیون‌های پایدار نفت خام در آب را بشکنند و باعث شوند که قطرات نفت به هم بپیوندند و بزرگ‌تر شوند. همراه با شناورسازی یا ته نشینی، نرخ حذف روغن را می توان از 60 درصد با فرآیندهای سنتی به بیش از 90 درصد، بدون نیاز به دمولسیفایر افزایش داد.

(II) تصفیه لجن: حل مشکلات کاهش لجن و آبگیری

تصفیه خانه های فاضلاب شهری لجن با محتوای جامد کم (معمولاً فقط 1%-2%) تولید می کنند و برای آبگیری چالش برانگیز هستند. حتی پس از آبگیری مکانیکی سنتی (مانند فشار دادن فیلتر صفحه و قاب)، میزان رطوبت بالا باقی می ماند، بیش از 80٪، که در نتیجه هزینه های بسیار بالایی برای دفن زباله یا سوزاندن بعدی دارد. هموژنایزرهای اولتراسونیک می توانند عملکرد آبگیری لجن را از طریق "تکه تکه شدن قبل از تصفیه" به طور اساسی بهبود بخشند:

برهم زدن ساختار لجن لجن:لخته های میکروبی در لجن از دیواره سلولی و مواد پلیمری خارج سلولی (EPS) تشکیل شده اند. امواج شوک کاویتاسیون اولتراسوند می تواند این لخته ها را از هم جدا کند و آب آزاد و محدود درون آن را آزاد کند.

کاهش مقاومت ویژه لجن:هرچه مقاومت ویژه لجن (معیار سختی آبگیری) بیشتر باشد، آبگیری دشوارتر است. پس از پیش تصفیه اولتراسونیک (فرکانس 25 کیلوهرتز، توان 500 وات، 15 دقیقه)، مقاومت ویژه لجن را می توان 50٪ -70٪ کاهش داد، محتوای رطوبت در فشار دادن فیلتر صفحه و قاب بعدی را می توان به زیر 65٪ کاهش داد، و حجم لجن را می توان تقریباً 40٪ کاهش داد.

هضم بی هوازی تسریع شده:لجن خرد شده مقدار زیادی ماده آلی (مانند پروتئین ها و پلی ساکاریدها) آزاد می کند که بستر کافی برای میکروارگانیسم های بی هوازی فراهم می کند. این امر تولید متان را 20 تا 30 درصد افزایش می دهد و چرخه هضم را 15 تا 20 درصد کوتاه می کند و به مزایای دوگانه "کاهش حجم لجن و استفاده مجدد از آن به عنوان منبع" دست می یابد. یک تصفیه خانه فاضلاب شهری این فناوری را اجرا کرد و هزینه های دفع لجن سالانه را تقریباً 2.8 میلیون یوان کاهش داد.