Applicazione della tecnologia ad ultrasuoni nel trattamento dei fanghi 

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Con l'aumento della popolazione e la crescente enfasi sulla protezione dell'ambiente, gli impianti di trattamento delle acque reflue stanno aumentando rapidamente e anche la quantità di fanghi generati aumenta di giorno in giorno. I fanghi prodotti dal trattamento delle acque reflue industriali e domestiche hanno un contenuto di umidità vicino al 98%, sono facili da marcire, hanno un forte odore e contengono anche una varietà di sostanze inquinanti. Il costo del trattamento di questo tipo di fanghi è molto elevato. Secondo la tecnologia di trattamento esistente, generalmente rappresenta il 15%~30% del costo operativo totale degli impianti di trattamento delle acque reflue e il 10%~25% dell'investimento totale. Di conseguenza, alcuni impianti di trattamento delle acque reflue scaricano direttamente i fanghi, il che rappresenta una seria minaccia per l'ambiente ecologico. Pertanto, lo sviluppo di una nuova tecnologia di pretrattamento, il miglioramento del tasso di disidratazione dei fanghi e la promozione del successivo trattamento biologico diventano la chiave per risolvere il problema dei fanghi. Il pretrattamento ad ultrasuoni dei fanghi in eccesso può modificare le proprietà dei fanghi e migliorare la stabilità dei fanghi, migliorando così le prestazioni di disidratazione dei fanghi e promuovendo l'assorbimento di azoto e fosforo da parte dei fanghi al fine di realizzare il riciclaggio dei fanghi. 

1. Gli ultrasuoni possono modificare la struttura dei fanghi e migliorare l'attività dei fanghi.

Gli ultrasuoni possono modificare la struttura dei fiocchi di fango, rilasciare sostanze intracellulari e aumentare la degradabilità dei fanghi. Cao Xiuqin e altri hanno studiato il grado di decomposizione cellulare mediante ultrasuoni. I risultati hanno mostrato che le proprietà dei fanghi sono cambiate dopo il trattamento ad ultrasuoni con una densità di energia acustica di 0,5 W/mL. I fiocchi di fango si sono decomposti, le sostanze intracellulari sono state rilasciate e la domanda chimica di ossigeno disciolto (SCOD), N e P nel surnatante dei fanghi sono aumentati significativamente. Allo stesso tempo sono stati osservati anche rilasci intracellulari. La qualità ha buone prestazioni di degradazione biochimica. Inoltre, la combinazione di ultrasuoni e alcali può distruggere ulteriormente la struttura flocculante dei fanghi e far sì che le sostanze extracellulari ed extracellulari dei fanghi entrino nella fase acquosa, ottenendo così risultati migliori rispetto all'utilizzo dei soli ultrasuoni. L'effetto degli ultrasuoni sull'attività dei fanghi è correlato al tempo di irradiazione degli ultrasuoni. Nell'irradiazione ultrasonica a breve termine dei fanghi, lo stress di taglio meccanico causato dagli ultrasuoni ha causato lievi danni alle cellule, con conseguente effetto difensivo intrinseco delle cellule stesse. Ha dimostrato che la secrezione degli enzimi è aumentata e la proliferazione delle cellule accelerata, quindi l'attività metabolica dei microrganismi è aumentata. L'attività dei fanghi ha raggiunto il massimo dopo 8 ore di irradiazione ultrasonica ed è gradualmente diminuita fino al livello di controllo dopo 24 ore.

2. Gli ultrasuoni possono migliorare la stabilità dei fanghi

I fanghi non trattati sono molto instabili e durante il processo di stoccaggio si verificano cambiamenti negli aspetti fisici e chimici. I batteri e le alghe si moltiplicano rapidamente e i fanghi galleggiano e diventano neri. Gli ultrasuoni ad alta intensità possono uccidere i batteri nei fanghi, eliminare i virus, decomporre le sostanze che producono odori, eliminando così la fonte dell'odore, uccidendo le alghe, eliminando i solidi sospesi e migliorando la solubilità del COD. Rispetto alla disinfezione chimica, non solo può evitare l'effetto di accumulo di sostanze chimiche, ma anche migliorare la stabilità dei fanghi per lungo tempo e può prevenire efficacemente la diffusione di agenti patogeni. Jean (2000) di Taiwan, Cina, ritiene che esista una soglia compresa tra 0,11 W/mL e 0,33 W/mL, oltre la quale gli ultrasuoni possono decomporre i batteri e trasformare una parte considerevole del COD solido in stato disciolto. Jean ha scoperto che con una densità di energia acustica inferiore a 0,33 W/ml, dopo 40 minuti di trattamento ad ultrasuoni, i batteri eterotrofi ed Escherichia coli diminuivano rispettivamente dell'82% e del 99%, e il COD solubile aumentava di 12 volte dopo 1 ora, mentre con una densità di energia acustica inferiore a 0,11 W/ml, il tempo di azione era più breve e i cambiamenti dei batteri eterotrofi ed Escherichia coli non erano significativi, solo entro 1 ora. Il COD solubile è rimasto pressoché invariato indipendentemente dalla durata d'azione. Chu (2001) a Taiwan, Cina, ha scoperto che dopo 1 ora di densità di energia ultrasonica di 0,11 W/mL, i batteri eterotrofi ed Escherichia coli diminuivano rispettivamente del 30%, 59%, 40% e 64% e dopo 20 minuti, i batteri eterotrofi e l'Escherichia coli diminuivano rispettivamente del 56% e 97%, quando la densità di energia acustica era di 0,33 W/mL. Allo stesso tempo, hanno anche studiato la materia organica rilasciata dalla decomposizione batterica. BOD/COD = 0,66 nel fango originale e SCOD/TCOD era inferiore all'1%. Quando la densità di energia acustica era 0,11 W/mL, la SCOD aumentava 40 volte dopo 2 ore di trattamento ad ultrasuoni e il BOD/COD era compreso tra 0,66 e 0,8, il che indicava che la maggior parte del COD rilasciato dalla decomposizione batterica era biodegradabile.

3. Gli ultrasuoni possono modificare la reologia dei fanghi e migliorare le prestazioni di disidratazione dei fanghi

Gli ultrasuoni possono modificare la reologia dei fanghi e il suo grado di influenza è correlato alle condizioni ultrasoniche. La bassa densità di energia acustica e il trattamento ad ultrasuoni di breve durata possono ridurre la resistenza specifica dei fanghi e migliorare la reologia e le prestazioni di disidratazione dei fanghi. Tuttavia, un’elevata densità di energia acustica e un trattamento a lungo termine possono aumentare la resistenza specifica dei fanghi e peggiorare le proprietà reologiche. Le proprietà reologiche dei fanghi riflettono le prestazioni di disidratazione dei fanghi. Il cambiamento delle proprietà reologiche fornisce un modo conveniente per aumentare il tasso di disidratazione dei fanghi. La dimensione delle particelle dei fanghi trattati con elevata resistenza e breve durata è di circa 80 micron. Le prestazioni di disidratazione dei fanghi migliorano e la precipitazione è buona.

Un tempo più breve di trattamento ad ultrasuoni con un'intensità sonora inferiore (meno di 600 W/m2) è utile per ridurre il contenuto di acqua legata dei fanghi e promuovere la disidratazione dei fanghi, ma l'effetto dell'aumento dell'intensità del suono e del prolungamento del tempo di trattamento peggiora; la frequenza degli ultrasuoni è di 20 kHz, l'intensità del suono media è di circa 400 W/m2 e il trattamento ad ultrasuoni per 2-4 minuti può contenere il contenuto di acqua legata dei fanghi. Il contenuto di acqua è diminuito da 16,7 g/g di base secca a meno di 2,0 g/g di base secca. Il trattamento ad ultrasuoni come Yin Huan riduce notevolmente il contenuto di acqua legata dei fanghi, migliora la capacità di disidratazione dei fanghi, aumenta il contenuto dei fanghi del 5% ~ 10% e infine riduce il volume dei fanghi.

L'esperimento di filtrazione a pressione di piastre e telai dei fanghi è stato effettuato utilizzando ultrasuoni combinati con flocculante per trattare i fanghi. I risultati mostrano che gli ultrasuoni possono ridurre il contenuto di acqua dei fanghi da quasi il 98% all'81%, il volume dei fanghi al primo 1/10, l'intensità degli ultrasuoni è 410 W/m2, le condizioni di trattamento degli ultrasuoni per 2,5 minuti sono migliori e l'uso del flocculante proviene dallo 0,7% di base secca. Ridurre allo 0,6% di base secca. Yang Jinmei et al. hanno dimostrato che il contenuto di acqua del panello di filtrazione è diminuito del 2,9% dopo 7 secondi di trattamento ad ultrasuoni, la viscosità e la resistenza specifica sono diminuite rispettivamente del 29,4% e del 24,2% a 10 secondi di trattamento ad ultrasuoni e la velocità di sedimentazione del fango dopo 15 secondi era 3,7 volte quella del fango originale. La combinazione di ultrasuoni e flocculante potrebbe migliorare le prestazioni di disidratazione e sedimentazione dei fanghi e ridurre il flocculante. Più della metà.

4. Gli ultrasuoni possono favorire l'aumento di azoto e fosforo nei fanghi, favorendo il riciclaggio dei fanghi.

Cao Xiuqin e Chen Wangjun dell'Istituto di ingegneria architettonica di Pechino hanno dimostrato che con il prolungamento del tempo di trattamento ad ultrasuoni, il contenuto di azoto organico nel liquido limpido dei fanghi aumenta rapidamente. Il motivo è che la forza di taglio prodotta dalla cavitazione ultrasonica rompe le cellule e rilascia proteine ​​e amminoacidi nelle cellule. Il contenuto di azoto ammoniacale e azoto nitrico aumenta con l'estensione del tempo ultrasonico, dovuto alla conversione di parte dell'azoto organico in azoto ammoniacale e azoto nitrico mediante cavitazione ultrasonica. È stato inoltre riscontrato che il contenuto di composti di fosforo e di azoto nei fanghi cambiava in modo simile sotto l'azione degli ultrasuoni. L’aumento del contenuto di azoto e fosforo è vantaggioso per il riciclaggio dei fanghi. Rispetto ai suoli formati naturalmente, i suoli urbani hanno un contenuto di materia organica inferiore e un contenuto di nutrienti disponibili inferiore. I fanghi trattati mediante ultrasuoni possono essere utilizzati per aumentare la fertilità dei terreni agricoli, forestali e dei pascoli. Secondo la letteratura, un anno dopo l’applicazione del fango sulla superficie del terreno, il contenuto di azoto totale, azoto disponibile e fosforo totale in 20 cm di superficie del terreno è aumentato in modo significativo, e anche la densità apparente, la capacità di ritenzione idrica e la porosità del terreno sono migliorate in una certa misura. Se i fanghi di depurazione trattati con onde ultrasoniche possono essere utilizzati per il miglioramento di terreni aridi, semiaridi, salini-alcalini, di terreni minerari o di aree desertiche, sarà una misura per proteggere l'ecologia e avvantaggiare l'era contemporanea.

5. Conclusione

L'uso della tecnologia ad ultrasuoni per il trattamento dei fanghi favorisce la riduzione dei fanghi, l'innocuità e l'utilizzo delle risorse e ha un grande significato sociale, ambientale ed economico. Il trattamento ad ultrasuoni a bassa frequenza e a basso dosaggio dei fanghi può migliorare l'attività dei fanghi, modificare la struttura dei fiocchi di fango, rilasciare acqua legata dalle micelle microbiche dei fanghi e migliorare le prestazioni di disidratazione dei fanghi; Gli ultrasuoni ad alta intensità possono uccidere i batteri nei fanghi, eliminare i virus e migliorare la solubilità del COD. Allo stato attuale, la ricerca nazionale ed estera sulla riduzione dei fanghi ad ultrasuoni risiede principalmente nell'influenza delle condizioni ultrasoniche sulla promozione della riduzione dei fanghi anaerobici e aerobici e nell'influenza degli ultrasuoni sulle proprietà fisiche, chimiche e biologiche dei fanghi.