Sonifikacija

 Sonifikacija predstavlja primjenu zvučne (obično ultrazvučne) energije za agitiranje čestica u uzorku, za različite svrhe. U laboratoriji se obično primjenjuje pomoću ultrazvučne kupke koja je poznata kao sonifikator.

Sonifikacija se može koristiti za brzo otapanje, prekidanje intermolekularne interakcije. Također se može koristiti za dobijanje energije za određene hemijske reakcije. Ova zvučna energija se može koristiti i za uklanjanje otopljenih plinova iz tekućina (otplinjavanje) soniciranjem tekućine dok je pod vakuumom.

Ultrazvuk je iznad ljudskog zvučnog raspona ,te dio zvučnog spektra koji se kreće od 20 kHz do 10 MHz biva pretvoren u Ultrasonic uređaj koji pretvara mehaničku ili električnu energiju u akustičnu (zvučnu) energiju visoke frekvencije. Zvučna energija se zatim dovodi u „rog“ koji prenosi energiju kao vibracije visoke frekvencije u tekućinu koja se obrađuje. Val se širi u tekućini kroz izmjenične cikluse kompresije i razrjeđivanja.

Otpadna voda iz domaćinstava uglavnom se tretira biološkim procesom kao što je proces aktivnog mulja, aerobni ribnjak i anaerobni tretman. Proces aktivnog taloženja otpada je učinkovitija tehnologija koja zadovoljava stroge standarde. Rezultat je stvaranje znatne količine aktivnog mulja koji se mora odlagat. Rashodi za tretman viška mulja procijenjeni su na do 60% ukupnih troškova poslovanja postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda. Čak šta više, uobičajena metoda uklanjanja zemljišta dovodi do sekundarnih problema zagađenja. Stoga je interes za metodama smanjenja volumena i viška mulja ubrzano porastao. U svrhu smanjenja volumena mulja,koristi se anaerobna digestija.

Anaerobna stabilizacija je spor proces. Stoga je potreban dugi vijek trajanja digestora i veliki volumen digestora. Smatra se da anaerobna degradacija čestica i makromolekula slijedi niz od četiri koraka: hidrolizu, acidogenezu, acetogenezu i metanogenezu. U slučaju digestije otpadnog mulja, biološka hidroliza je identificirana kao korak ograničavanja brzine, npr. razbijanje zidova ćelija i raspadanje gomile mulja. Dakle, biološki bi se mulj trebao prethodno obraditi kako bi se pojačala digestija. Cilj takvog prethodnog tretmana je raskidanje stijenki ćelije i membrane te oslobađanje intra i ekstracelularne tvari u vodenu fazu za naknadnu degradaciju, a taj se proces naziva dezintegracija mulja. Dezintegracija tog mulja se izvodi pomoću sonikacije koja je jedna od metodologija dezintegracije.

Hemijski tretman

Razaranje složenih organskih spojeva može se također postići snažnom alkalijom tokom alkalnog predtretmana; pH mulja se poveća do 12, održavajući tu vrijednost u određenom vremenskom razdoblju (uglavnom 24 sata). Taj se postupak može koristiti za hidrolizu i uklanjanje lipida, ugljikovodika i proteina u manjim topljivim tvarima poput alifatskih kiselina, polisaharida i aminokiselina. U poređenju sa toplinskom hidrolizom, alkalni predtretman je učinkovitiji u smislu solubilizacije. Međutim, globalna učinkovitost uklanjanja (zajedno s anaerobnom digestijom) je niža, jer nisu svi formirani topivi spojevi biorazgradivi. Pozitivni i negativni aspekti alkalne hidrolize su:

(P): Niski energetski zahtjevi,

(P): Vrlo dobra sposobnost razdvajanja vode završnog mulja,

(P): Modifikacija sastava mulja,

(N): Moguća oštećenja bakterija odgovornih za mikrobiološke aktivnosti,

(N): Proizvodnja neugodnih mirisa,

(N): Korozija i zagađivanje opreme.

Ultrazvučni uređaj

Ultrazvučna jedinica ima maksimalnu izlaznu snagu od 200 W i radi na konstantnoj frekvenciji od 20 kHz. Ulaz snage može se postaviti nezavisno i to, od 40 – 200 W. Amplituda se također može postaviti nezavisno: od 20-100%. Ultra Sonic uređaj koristi piezoelektričnu keramiku za generisanje ultrazvuka. Kada piezoelektrična keramika utieče na električno polje, dimenzija keramike se mijenja. Ponavljanje odgovarajućeg smanjenja dimenzija keramike stvara električna polja koja mijenjaju polaritet. Promjene u dimenzijama keramike stvaraju ultrazvuk određene frekvencije. Tri glavne komponente ultrazvučnog sistemaa su pretvarač, pojačivač i „rog“ (sonotrode). Pretvarač u osnovi pretvara električnu energiju u ultrazvučnu energiju (vibracije). Pojačivač je mehaničko pojačalo koje pomaže povećati amplitudu koju generira pretvarač. „Rog“ je posebno dizajniran alat koji isporučuje ultrazvučnu energiju u mulj.

 

Ultrazvučni mehanizam

Ultrazvučna dezintegracija je dobro poznata metoda za razbijanje mikrobnih stanica za izdvajanje unutar-ćelijskog materijala. Uticaj ultrazvučnih valova na tekućinu uzrokuje periodičnu kompresiju (pozitivne pritiske) i razrjeđivanje (negativne tlakove) medija. Tokom ciklusa pri niskom pritisku, ultrazvučni valovi stvaraju male vakuumske mjehuriće u tekućini koja se naglo slama tokom ciklusa sa visokim pritiskom. Taj fenomen naziva se kavitacija. Mikro mjehurići se javljaju kod rarjeđivanja, zbog negativnog pritiska. Ti mikro mjehurići također poznati kao kavitacijski mjehurići, koji u biti sadrže isparenu tekućinu i plin koji je prethodno otopljen u tekućini. Kako se valni predjeli šire, mikro mjehurići osciliraju pod uticajem pozitivnog pritiska. Kavitacijski mjehurići prvo rastu sve dok ne dostignu rezonantnu veličinu mjehurića u roku od nekoliko mikrosekundi, a zatim nasilno propadaju kada dostignu kritičnu veličinu.

Ultrazvučna metoda dezintegracije obrade mulja je vrlo inovativna na polju obrađivanja otpadnog taloga dobivenog iz otpadnih voda iz domaćinstava. To smanjuje volumen fermentatora. Time se smanjuje vrijeme zadržavanja za 25% u poređenju bez ultrazvučnog procesa. Smanjuje se količina mulja proizvedenog za 30% u poređenju sa konvencionalnom aneorobnom digestijom.

m-Kvadrat

print