#nanobubblestechnology

Με γνώμονα την υψηλή ποιότητα και τη βιωσιμότητα, η Meister με την τις τεχνολογίας των νανοφυσαλίδων, έλυσε σύνθετες προκλήσεις που αφορούσαν την επεξεργασία των λυμάτων και περιόριζαν την ανάπτυξη της τόσο παραγωγικά όσο και κοστολογικά. Κατά μήκος των γραφικών τοπίων του Ουισκόνσιν, όπου η γαλακτοκομία είναι τρόπος ζωής, η Meister Cheese (Meister) είναι μια οικογενειακή επιχείρηση που παρασκευάζει τυρί και γαλακτοκομικά προϊόντα ιδιωτικής ετικέτας από το 1916. Ενώ είναι αφοσιωμένη στην υψηλή ποιότητα και τη βιωσιμότητα, η Meister αντιμετώπισε σύνθετες προκλήσεις σχετικά με τα λύματα που περιόρισαν τον στόχο της να αναπτυχθεί και να ανταποκριθεί στη ζήτηση της αγοράς. Οι υψηλές συγκεντρώσεις αντιμικροβιακών ενώσεων στα γαλακτοκομικά απόβλητα που προέρχονταν από τις πρακτικές Clean-in-Place καθιστούσαν εξαιρετικά δύσκολη τη διαχείριση της βιολογικής επεξεργασίας λυμάτων. Ως αποτέλεσμα, η Meister δεν μπορούσε να αυξήσει την παραγωγή, καθώς οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων δεν μπορούσαν να διαχειριστούν το πρόσθετο φορτίο. Η γεννήτρια νανοφυσαλίδων της Moleaer είναι εγκατεστημένη στη γραμμή ανακυκλοφορίας μέσα στον αναερόβιο χωνευτή της Meister για τη διάσπαση των αντιμικροβιακών επιφανειοδραστικών ουσιών. Οι ανεπάρκειες της αναερόβιας χώνευσης ανακόπτει την ανάπτυξη της εταιρείας. Η Meister έχει πάντα ενσωματώσει βιώσιμες πρακτικές σε ολόκληρη την επιχείρησή της – από την παραγωγή τυριού έως την επεξεργασία λυμάτων. Για να είναι καλοί περιβαλλοντικοί διαχειριστές της κοινότητάς τους, διασφαλίζουν ότι επιστρέφουν στο περιβάλλον τα επεξεργασμένα λύματα απαλλαγμένα από το ρυπαντικό φορτίο τους. Η εταιρεία χρησιμοποιεί έναν αναερόβιο χωνευτή για την παραγωγή αερίου μεθανίου ή βιοαερίου, το οποίο τροφοδοτεί το σύστημα συμπαραγωγής που παρέχει ηλεκτρική ενέργεια για τις δραστηριότητές της. Ωστόσο, η διαδικασία παραγωγής βιοαερίου μπορεί να είναι ευαίσθητη. Από τα αυστηρά πρότυπα ασφάλειας τροφίμων και τις διαδικασίες Clean-in-Place, η υψηλή συγκέντρωση αντιμικροβιακών ενώσεων στα λύματα παραγωγής τυριού αναστέλλει τα μικρόβια που μετατρέπουν τα απόβλητα σε πολύτιμο βιοαέριο. Η αδυναμία της αναερόβιας χώνευσης στο εργοστάσιο της Meister οδήγησε σε μια υπερφορτωμένη μονάδα επεξεργασίας που ήταν δύσκολο να διαχειριστεί μαζί το υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης. Οι επιλογές της Meister ήταν σκληρές. Με ένα υπερφορτωμένο σύστημα επεξεργασίας λυμάτων, η γαλακτοβιομηχανία θα έπρεπε να μειώσει την παραγωγή τυριού ή να επωμιστεί το κόστος της μεταφοράς της ιλύος. Καμία από τις δύο επιλογές δεν ήταν οικονομικά ή περιβαλλοντικά ελκυστική. Η Meister χρειαζόταν μια λύση που θα αφαιρούσε τις αντιμικροβιακές ενώσεις από τα λύματά της ώστε να ενισχύσει την παραγωγή βιοαερίου, να μειώσει το κόστος μεταφοράς της ιλύος και να αποφύγει σοβαρές επιπτώσεις στο τελικό της αποτέλεσμα. Μείωση του επιπέδου επιφανειοδραστικού που προκύπτει από την ενσωμάτωση της τεχνολογίας νανοφυσαλίδων Moleaer Υιοθετώντας την τεχνολογία νανοφυσαλίδων Η Meister εγκατέστησε τη γεννήτρια νανοφυσαλίδων (NBG) της Moleaer τον Οκτώβριο του 2022 στο εσωτερικό του αναερόβιου χωνευτή της για να διασπάσει τα αντιμικροβιακά επιφανειοδραστικά που διατάρασσαν τη διαδικασία. Δύο μήνες αργότερα, η Meister εγκατέστησε μια άλλη μονάδα ανάντη του χωνευτήρα για την ανακυκλοφορία νανοφυσαλίδων στο σταθμό ανύψωσης. Η τεχνολογία των νανοφυσαλίδων χρησιμοποιεί αέρα και νερό για να παράγει επιτόπου καθαρή χημεία και αφαιρεί επιλεκτικά ανασταλτικές ενώσεις, όπως προϊόντα απολύμανσης, σαπούνια και επιφανειοδραστικές ουσίες. Ενώ είναι 2.500 φορές μικρότερες από έναν κόκκο αλατιού, οι νανοφυσαλίδες παρουσιάζουν μοναδικά χαρακτηριστικά που βελτιώνουν πολλές φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες επεξεργασίας. Οι φυσικές τους ιδιότητες ενισχύουν μια σειρά από γνωστές διαδικασίες οξείδωσης που βελτιώνουν την ποιότητα των υγρών αποβλήτων χωρίς προσθήκη χημικών ουσιών. Οι γεννήτριες νανοφυσαλίδων της Moleaer σε συνδυασμό με τις ιδιότητες των νανοφυσαλίδων επιτρέπουν στις βιομηχανίες να εφαρμόζουν γνωστά οξειδωτικά αέρια, όπως οξυγόνο και όζον, πιο αποτελεσματικά από οποιαδήποτε άλλη συσκευή έγχυσης, βελτιώνοντας περαιτέρω το οξειδωτικό αποτέλεσμα. Αυτή η ικανότητα επιτρέπει στην τεχνολογία της Moleaer να παρέχει απαράμιλλα αποτελέσματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους οξείδωσης για την απομάκρυνση/διάσπαση ανασταλτικών ενώσεων όπως λίπη, έλαια, επιφανειοδραστικές ουσίες και ορισμένους ρύπους που προκαλούν ανησυχία. Τα αποτελέσματα του Meister ήταν άμεσα. Οι νανοφυσαλίδες μείωσαν τις συγκεντρώσεις των αντιμικροβιακών επιφανειοδραστικών ουσιών στα υγρά απόβλητα από 19 mg/L σε μη ανιχνεύσιμες. Η απομάκρυνση των επιφανειοδραστικών ουσιών από τα λύματα της Meister αύξησε τη μετατροπή της χημικής ζήτησης οξυγόνου (COD) σε βιοαέριο στον αναερόβιο χωνευτή και τον χρόνο λειτουργίας της συμπαραγωγής. Οφέλη των νανοφυσαλίδων: Αύξηση της παραγωγής και της βιωσιμότητας Πριν από την εγκατάσταση των γεννητριών παράγωγης νανοφυσαλίδων της Moleaer, η δύσκολα επεξεργάσιμη ιλύς ανάγκαζε τη φάρμα να μεταφέρει έως και τρία εκατομμύρια γαλόνια αποβλήτων το 2022. Η αφαίρεση της ιλύος από τη διαδικασία μείωσε επίσης την παραγωγή αερίου, διαταράσσοντας τα οφέλη του συστήματος συμπαραγωγής. Μετά την εγκατάσταση, η μεταφορά σχεδόν σταμάτησε, με μόνο 12.000 γαλόνια αποβλήτων να μεταφέρονται με φορτηγά εκτός του εργοταξίου. Η παραγωγή αερίου αυξήθηκε κατά μέσο όρο 20% μετά την εγκατάσταση της τεχνολογίας νανοφυσαλίδων. Ο όγκος του βιοαερίου που παράγεται ανά λίβρα COD που καταστράφηκε αυξήθηκε κατά 30%, ενισχύοντας την παραγωγή αερίου και τη συνολική απόδοση του συστήματος επεξεργασίας. Ο οικονομικός αντίκτυπος ήταν εξίσου εντυπωσιακός. Ο Larry Harris, υπεύθυνος λειτουργίας της Meister δήλωσε: “Σχεδιάζουμε να αυξήσουμε την παραγωγή κατά πάνω από 20 εκατομμύρια κιλά τυριού και προϊόντων ορού γάλακτος τα επόμενα τρία χρόνια μετά την εγκατάσταση του εξοπλισμού Moleaer στη διαδικασία επεξεργασίας λυμάτων μας. Αυτό περιλαμβάνει την αποφυγή βελτιώσεων CAPEX ύψους 10 εκατομμυρίων δολαρίων που θα χρειαζόταν να κάνουμε. Συνιστούμε το σύστημα της Moleaer και σε άλλους παραγωγούς τυριών που επιθυμούν να αυξήσουν την ικανότητα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και ταυτόχρονα την παραγωγή τους”. Πέρα από τις αποφευχθείσες κεφαλαιουχικές δαπάνες, μειώθηκε και το κόστος λειτουργίας. Μετά τις εγκαταστάσεις των γεννητριών παράγωγης νανοφυσαλίδων, η αλκαλικότητα αυξήθηκε εντός του χωνευτήρα, μειώνοντας τη ζήτηση για χημική προσθήκη υδροξειδίου του μαγνησίου. Η γαλακτωματοποιητική δράση των νανοφυσλίδων βελτίωσε επίσης την καθιζησιμότητα, η οποία αύξησε τη δυναμικότητα της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας. Με τον αναερόβιο χωνευτή να παράγει προβλέψιμα περισσότερο βιοαέριο, ο χρόνος λειτουργίας της συμπαραγωγής αυξήθηκε κατά 21%. Μεταξύ της αξίας του βιοαερίου και της βελτιωμένης επεξεργασίας της Meister, η γαλακτοβιομηχανία είδε περίοδο απόσβεσης λιγότερο από ένα μήνα μετά την εγκατάσταση και των δύο γεννητριών παραγωγής νανοφυσαλίδων. Οι γεννήτριες νανοφυσαλίδων της Moleaer που εγκαταστάθηκαν στο εργοστάσιο της Meister Ένα μέλλον με την τεχνολογία νανοφυσαλίδων. Οι δοκιμασμένες τεχνολογίες συνεχίζουν να αναδιαμορφώνουν τους κανόνες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων γαλακτοκομικών προϊόντων. Η προεπεξεργασία με την τεχνολογία των ναοφυσαλλιδων επέτρεψε στην Meister να αλλάξει την κατεύθυνση των κεφαλαιακών και λειτουργικών δαπανών της μονάδας της σε βαθμό που ήταν

Η εκτεταμένη χρήση τεταρτογενών ενώσεων αμμωνίου (QACs) και άλλων επιφανειοδραστικών ουσιών προκαλεί λειτουργικά προβλήματα στις εγκαταστάσεις ανάκτησης και αξιοποίησης νερού (WRRFs) προκαλώντας τη διέλευση λιπών, ελαίων  (FOG), άλλων κολλοειδών υλικών και ολικού οργανικού άνθρακα (TOC) στις προηγμένες εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού (AWTFs). Τα προβλήματα περιλαμβάνουν την επιτάχυνση της ρύπανσης των μεμβρανών μικρο/υπερδιήθησης και αντίστροφης όσμωσης (RO), που απαιτούν περισσότερη ενέργεια για τις παλινδρομήσεις και χημικά για τις διαδικασίες καθαρισμού (CIP). Δεδομένου ότι τα QACs και οι επιφανειοδραστικές ουσίες επικαλύπτουν την επιφάνεια του νερού, των φυσαλίδων, των κολλοειδών και της βιομάζας, διαταράσσουν την επεξεργασία των λυμάτων γαλακτωματοποιώντας τα λύματα, εμποδίζοντας τη μεταφορά οξυγόνου και αναστέλλοντας τη νιτροποίηση. Οι ενώσεις αμμωνίου (QACs) χρησιμοποιούνται από τη βιομηχανία τροφίμων και ποτών, τα ξενοδοχεία, τα νοσοκομεία και το στρατό για τις απολυμαντικές τους ιδιότητες. Η αυξημένη χρήση τους λόγω των πρόσφατων πανδημιών έχει προκαλέσει τεράστια πίεση στις εγκαταστάσεις ανάκτησης και αξιοποίησης νερού όσο και στις προηγμένες εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού. Οι Νανοφυσαλίδες απομακρύνουν τα επιφανειοδραστικά και βελτιώνουν την αποδοτικότητα των εγκαταστάσεων μειώνοντας το κόστος. Τι είναι τα επιφανειοδραστικά; Η Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος των ΗΠΑ ορίζει τα επιφανειοδραστικά ως “ουσίες που μειώνουν την επιφανειακή τάση ενός υγρού, την αλληλεπίδραση στην επιφάνεια μεταξύ δύο υγρών (που ονομάζεται διεπιφανειακή τάση ή εκείνη μεταξύ ενός υγρού και ενός στερεού). Οι επιφανειοδραστικές ουσίες μπορεί να δρουν ως απορρυπαντικά, σαπούνια, διαβρεκτικοί παράγοντες, απολιπαντικά, γαλακτωματοποιητές, παράγοντες αφρισμού και διασκορπιστές”. Αναφέρουν επίσης ότι “πολλές επιφανειοδραστικές ουσίες που χρησιμοποιούνται σε συμβατικά προϊόντα βιοδιασπώνται αργά ή βιοδιασπώνται σε πιο τοξικές, ανθεκτικές και βιοσυσσωρεύσιμες χημικές ουσίες, απειλώντας την υδρόβια ζωή”. Είναι σημαντικό για τους τελικούς χρήστες και τις εγκαταστάσεις ανάκτησης και αξιοποίησης νερού να μειώσουν τις βλαβερές συνέπειες των επιφανειοδραστικών ουσιών για πιο βιώσιμα και φιλικά προς το περιβάλλον υγρά απόβλητα. Πως οι Νανοφυσαλίδες μπορούν να απομακρύνουν και να αποικοδομήσουν τις επιφανειοδραστικές ουσίες. Οι νανοφυσαλίδες, διαμέτρου ~100 νανομέτρων, αποικοδομούν τους ρύπους στα υγρά απόβλητα για να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας και να αυξήσουν την απόδοση της διεργασίας. Τα FOG και οι επιφανειοδραστικές ουσίες έλκονται και συσσωρεύονται στην υδρόφοβη επιφάνεια των νανοφυσαλίδων. Οι νανοφυσαλίδες παράγουν ρίζες υδροξυλίου και απελευθερώνουν ενέργεια κατά την κατάρρευση τους, η οποία διασπά τις αλυσίδες άνθρακα μετατρέποντας το αργά βιοαποικοδομήσιμο χημικό απαιτούμενο οξυγόνο (sbCOD) σε εύκολα βιοαποικοδομήσιμο COD (rbCOD). Εύκολα βιοδιασπώμενο (rbCOD, SS): Αποτελείται από μικρά μόρια που είναι άμεσα διαθέσιμα για βιοαποικοδόμηση από ετερότροφους μικροοργανισμούς (πτητικά λιπαρά οξέα, αλκοόλες, αμινοξέα, απλά σάκχαρα) Αργά βιοαποικοδομήσιμα (sbCOD, XS): Αποτελείται από μεγαλύτερα μόρια που απαιτούν εξωκυτταρική διάσπαση (υδρόλυση) πριν βιοαποικοδομηθούν από τους ετερότροφους μικροοργανισμούς (πρωτεΐνες, FOG, σύνθετοι υδατάνθρακες) Οι Νανοφυσαλίδες απομακρύνουν τα επιφανειοδραστικά και βελτιώνουν την αποδοτικότητα των εγκαταστάσεων μειώνοντας το κόστος. Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια υψηλότερη ποιότητα εκροής (χαμηλότερη TOC και θρεπτικά συστατικά) που μειώνει την κατανάλωση τις ενέργειας καθώς απαιτείτε λιγότερη χημική επεξεργασία. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία των νανοφυσαλίδων κατά την προεπεξεργασία των λυμάτων η εγκατάσταση της GSD ‘’Goleta Sanitation District WRRF’’ στο Λος Άντζελες των Η.Π.Α: Αύξησε την απομάκρυνση των στερεών από την πρωτοβάθμια επεξεργασία κατά 10%. Αύξησε τη χωρητικότητα της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας κατά 40%. Μείωσε την κατανάλωση ενέργειας από τον αερισμό κατά 43%. Μείωσε τη χρήση χλωρίου κατά 44%. Εξάλειψε τις οσμές και τον αφρό. Εξάλειψε την ανάγκη για βιοενίσχυση. Αυτές οι βελτιώσεις οδηγούν σε συνολικά χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα στις διεργασίες ανάκτησης και αξιοποίησης νερού για την απελευθέρωση πόρων για εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας χρήσης νερού μικροφίλτρου λόγω της μείωσης των TOC (ολικού οργανικού άνθρακα) που θα συνέβαλε στη βιολογική ρύπανση και στην αυξημένη κατανάλωση χημικών και τη χρήση ενέργειας κατά την επεξεργασία των λυματων. Στην Καλιφόρνια βρίσκονται σε εξέλιξη δύο επιπλέον πιλοτικές εφαρμογές με στόχο την ποσοτικοποίηση των αποτελεσμάτων της χρήσης νανοφυσαλίδων για την απομάκρυνση του TOC (ολικού οργανικού άνθρακα)  πριν από τη μικροδιήθηση. Τα δεδομένα της GSD δείχνουν ότι με την απομάκρυνση των περιβαλλοντικών πιέσεων του sbCOD από τα επιφανειοδραστικά και τα FOG (Fats, Oils, and Grease )στα υγρά απόβλητα, η δευτεροβάθμια επεξεργασία διατηρεί μια βιομάζα που ανταποκρίνεται με αυξημένη ευελιξία στις αλλαγές στο θρεπτικό φορτίο και στους ελέγχους της διεργασίας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντική αύξηση της δυναμικότητας της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας και σημαντική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας αερισμού, μειώνοντας το συνολικό αποτύπωμα άνθρακα του κύκλου του νερού. Τα δεδομένα δείχνουν επίσης ότι με τη μετατροπή του sbCOD σε rbCOD, η βιολογική διεργασία μετατρέπει πιο αποτελεσματικά το BOD σε TSS για να βελτιώσει περαιτέρω την ποιότητα του νερού εκροής στις εγκατάστασης επεξεργασίας και μειώσει τη ζήτηση χλωρίου. Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια υψηλότερη ποιότητα εκροής (χαμηλότερη TOC και θρεπτικά συστατικά) που μειώνει την κατανάλωση τις ενέργειας καθώς απαιτείτε λιγότερη χημική επεξεργασία.