روش ترموشیمیایی جدید چالش‌های انرژی لجن فاضلاب را آسان می‌کند

یک سناریو را تصور کنید که گِل های تولید شده توسط کارخانه های تصفیه آب فاضلاب، پس از هضم، می توانند به یک منبع بالقوه انرژی تبدیل شوند.پردازش شیمیایی حرارتی، یک روش برای تبدیل لجن هضم شده به انرژی، با چالش های قابل توجهی در دستیابی به خودکفایی انرژی مواجه است.

تحقیقات نشان می دهد که درمان های شیمیایی حرارتی مانند سوزاندن و پیرولیز با تعادل انرژی مبارزه می کنند. برای سوزاندن ارزش انرژی سالانه از هضم جامد 6،391 MWh است.لجن خشک کن از 73٪ تا 35٪ رطوبت مصرف می کند 3120 مگاوات ساعت تقریباً نیمی از محتوای انرژی را به دست می آورد. بازیابی نیتروژن به عنوان سولفات آمونیوم نیاز به 3،363 مگاوات ساعت اضافی دارد. حتی با بازیابی گرما (5،936 مگاوات ساعت) ، کل نیاز به انرژی (،6483MWh) از دستاوردهای.

پیروزیس با موانع مشابهی روبرو است. لاک باید ابتدا تا رطوبت 10٪ خشک شود. در یک سناریو، بخار تولید شده از پیروزیس فشرده می شود، در حالی که گاز ترکیب و کربن زیستی برای بازیابی انرژی سوزانده می شود.با این حال کل تعادل گرما منفی است (-4در واقع، تولید گرمای تولید شده توسط تولیدگر های دیگر، به میزان ۵۶۰۰ مگاوات در ساعت (۲۷۴۶ مگاوات در ساعت) می رسد، در حالی که خشک کردن (۳۴۴۰ مگاوات در ساعت) و پیرولیز (۴۹۶ مگاوات در ساعت) بیش از گرمای بازیافت شده (۲۷۴۶ مگاوات در ساعت) است.

گازسازی نیز در این زمینه مشکل دارد. خشک کردن لجن به رطوبت 10 درصد قبل از گازسازی نیاز به نسبت معادل 0.3 برای خودکفایی دارد.اما حتی سوزاندن گاز تولید شده باعث ایجاد تعادل انرژی منفی می شود..

تالاب های خلاء، که اغلب با هضم بی هوائی ترکیب می شوند، یک راه حل کم تکنولوژی، به ویژه برای کارخانه های تصفیه کوچک را ارائه می دهند.این دریاچه ها معمولاً با اندازه 0.2 ۰٫۵ متر مربع برای هر نفر و برای استفاده ۷ ۰۱۵ سال قبل از حذف لجن طراحی شده است. عمق از ۳ ۰۵ متر با حداقل ۱ متر از فریبورد است.

ساخت مناسب شامل شیب های جانبی 3: 1 و پوشش های ضد آب که 1 متر بالاتر و زیر حداکثر سطح آب گسترش می یابد. توزیع ورودی از گسترش یکنواخت لجن اطمینان می دهد،در حالی که سد های خروجی آب جابجا شده را به کارخانه تصفیه باز می گرداندلاگون های دوگانه اجازه می دهند که یکی پر شود در حالی که دیگری خالی می شود. لجن خارج شده از لاگون ها از 20٪ جامد در لایه های فشرده تا فقط چند درصد در لایه های سطحی متفاوت است و نیاز به دفع نهایی دارد.

فناوری های فعلی به طور معمول استروویت را از ابرگرانی های هضم کننده آناروبی، به ویژه در سیستم های بهبود یافته فوسفور بیولوژیکی، بازیابی می کنند.,NH4 +، Na +) ، باروری K-ستروویت را در آب هضم لجن دشوار می کند. محاسبات ترمودینامیک نشان می دهد که در حالی که استروویت و هیدروکسیپتیت می توانند در سطوح بالاتر pH تشکیل شوند،K-ستروویت به دلیل تسلط کریستال سازی استروویت در هضم کننده ها سقوط نمی کند.

لجن هضم شده در حالت ثابت مایعیت بیشتری و انعطاف پذیری کمتری را نشان می دهد، که به دلیل نیروهای کالوئیدی ضعیف تر یا ساختارهای کمتر سفت است.و مواد پلیمری خارج از سلول (EPS)، خواص فلک های گل ٬ از جمله انتقال جرم، ویژگی های سطحی و ثبات ٬ به شدت تحت تاثیر ترکیب EPS قرار می گیرند.

مایکروویو/پروکسید هیدروژن (MW/H2O2) قبل از درمان رنگ و ساختار گل را تغییر می دهد. در حالی که گرم کردن مایکروویو به تنهایی باعث ایجاد کمترین اختلال در فلک می شود،درمان MW/H2O2 به طور کامل غشای سلولی را شکسته استبا این حال، کمتر از ۴۰ درصد از مواد آلی به سطح بالا منتقل می شوند، که نشان دهنده تجزیه جزئی در دمای زیر ۱۰۰ درجه سانتیگراد است.

تثبیت گِل pH لجن را به مدت حداقل دو ساعت با استفاده از Ca ((OH) 2 یا CaO به ≥12 افزایش می دهد، به طور موثر باکتری ها و ویروس ها را غیر فعال می کند (اگر چه در برابر انگل ها کمتر موثر است) در حالی که بوی بد را کاهش می دهد.درمان حرارتی شامل فشار دادن لجن در 260 درجه سانتیگراد برای 30 دقیقه است، باعث از بین بردن عوامل بیماری زا و بهبود توان تخلیه آب می شود.

پارامترهای مهم نظارت شامل:

• pH: به طور معمول خنثی (7.0) در لجن خام، کمی بیشتر در لجن هضم شده و کمتر در لجن مرحله اسیدی.
• کل قلیایی (TA): به شکل mg-CaCO3/L بیان شده، برای حفظ شرایط قلیایی ضعیف در تخمیر متان بسیار مهم است.
• اسیدهای چرب فرار (VFA): محصولات میانگین هضم که غلظت بالا پروپیونات ممکن است عدم ثبات فرآیند را نشان دهد.

نسبت VFA/TA (FOS/TAC) به عنوان پارامتر عملیاتی عمل می کند، اگرچه نباید تنها معیار کنترل باشد.

مطالعات مواد غیرفعال کننده مانند آگر، آلجینات کلسیم، پلی آکریلامید (PA) و الکل پلی وینیل (PVA) را همراه با پودر کربن فعال (PAC) و رزین DEAE ارزیابی کرده اند.در حالی که PA توانایی رشد میکروبی قوی را نشان داد، رزین DEAE نشان داد خواص بهتر قرار گرفتن. غبارگیری فوق صوتی با اختلال در ساختار لجن، کاهش آب را افزایش می دهد.به خصوص زمانی که با درمان های شیمیایی مانند پلی الکترولیت یا قلی ترکیب شود..