Эффект кавитации: ультразвуковые измельчители ила GSD VTA

Александр Литвинов

В последние десятилетия на канализационных очистных сооружениях в основном удалось добиться улучшения качества биологической очистки сточных вод. Главная задача завтрашнего дня - экономическая оптимизация предприятий очистки сточных вод. Однако проведенные в различных странах исследования говорят о том, что более 50% существующих установок по сбраживанию ила работают недостаточно эффективно или не отличаются надежностью. Многие проблемы можно решить с помощью метода дезинтеграции или измельчения необработанного осадка. Значительный интерес в этом плане представляют ультразвуковые измельчители ила (осадка сточной жидкости) GSD (GegenstromPdesintegration), разработанные компанией VTA Engineering and Environmental Technologies Ltd.

Обычно дезинтеграцией или измельчением ила называется процесс его диспергирования под воздействием внешних сил. Мелкодисперсная дезинтеграция ила может происходить при механической, термической или химической обработке. При этом отличные результаты были получены при использовании ультразвука для измельчения ила. Этот метод получил высокую оценку как при проведении лабораторных исследований, так и при практическом применении на канализационных очистных сооружений.

Процесс измельчения ила при воздействии ультразвука, известный так же как эффект кавитации, основан на периодических колебаниях (сжатие-растяжение) ила. В момент имплозии в кавитационных пузырьках, образующихся в веществе в течение нескольких миллисекунд, возникают экстремальные условия (давление порядка 500 бар и температура до 5500 К). В зависимости от мощности ультразвуковой установки и/или желаемого результата можно измельчать ил при низких уровнях воздействия (разрушение структуры хлопьев), либо при высоких уровнях воздействия (разрушение сброженного остатка на клеточном уровне).

При измельчении ила с помощью ультразвука решаются две задачи:

‑ органические вещества, находящиеся в иле, становятся способными к последующему ферментативному расщеплению и/или биологическому разложению (с помощью анаэробной или аэробной биоты);

‑ улучшаются показатели дегидратации и поведения осадка в результате изменения агрегатной структуры и распределения частиц.

В противоточных измельчителях ила GSD VTA измельчение ила происходит посредством применения ультразвука (УЗ) с частотой 25 кГц. Уплотненный избыточный ил подается снизу вверх и непрерывно поступает в реактор измельчителя. В реакторе установлены ультразвуковые преобразователи, создающие однородное ультразвуковое поле. При помощи мешалки, которая вращается внутри реактора, иловая суспензия безостановочно перемещается вдоль преобразователей и подвергается продолжительному и интенсивному воздействию ультразвука. Степень измельчения ила можно регулировать в зависимости от длительности процесса обработки в реакторе, скорости поступающего потока, частоты вращения мешалки и мощности ультразвукового излучения.

Соответственно, можно выбрать требуемый режим сбраживания ила (А ХПК, ферментизация и др.).

Высокая эффективность метода измельчения активного ила лучше всего видна при исследовании образяцов под микроскопом. При увеличении в сотни раз становятся очевидными преимущества использования ультразвуковой дезинтеграции.

На  фотографии,  снятой  с  помощью микроскопа,  показана  неповрежденная структура  хлопьев.  Хорошо  видны  различные  виды  флокул  (хлопьевидных скоплений), состоящих из соединенных между собой нитчатых бактерий. Помимо бактерий также различимы другие живые микроорганизмы более высокого уровня, такие  как  колониеобразующие  бактерии и бактерии Opercularia.  

В результате измельчения структура хлопьев подверглась значительному разрушению и, как хорошо видно на фотографии, представляет собой гомогенную кашицеобразную массу. Микроорганизмы более высокого уровня не смогли перенести воздействие ультразвуком, и разрушению подверглась даже твердая оболочка амебы вида Arcella.

При использовании измельчителей GSD VTA:

• Уменьшается содержание органических веществ в сброженном осадке (до 25%).
• Увеличивается выход метана до(30%).
• Достигается экономия электроэнергии до (30%).
• Благодаря уменьшению объема органических компонентов снижается общее количество отработанного ила и, соответственно, сокращаются (до 20%) затраты на его удаление и последующую утилизацию.
• Увеличивается количество сухого вещества в остатке в системах сточных вод (до 15%).
• При обезвоживании осадка сточных вод снижается количество дополнительных веществ и продуктов (полимеры, железо, известь).
• Происходит более стабильное сбраживание осадка.
• Сокращается время сбраживания осадка.
• Снижается или прекращается пенообразование в септик-тенках, вызванное жизнедеятельностью нитевидных бактерий; в результате улучшается работа биоочистных установок на станциях очистки сточных вод.

Журнал «Вода Magazine», №1 (сентябрь) 2007 г.