Kuva:Ivan BandurapäälläUnsplash
Kiinalainen tutkijaryhmä on tehnyt uraauurtavan edistysaskeleen jäteveden käsittelyssä soveltamalla onnistuneesti UV/E-Cl-teknologiaa kalvojen geelilikaantumisen vähentämiseksi. Tutkimus julkaistiin äskettäin ...Luontoviestintä, tuo esiin uudenlaisen lähestymistavan vedenpoiston tehokkuuden ja kalvosuodatuksen suorituskyvyn parantamiseksi jätevedenkäsittelyprosesseissa.
Parannettu vedenpoistotehokkuus
Tutkimus osoitti, että UV/E-Cl:n käyttö paransi merkittävästi veden virtausta vedenpoistokokeissa ja saavutti jopa 138 %:n virtaukset E-Cl-järjestelmässä, 239 %:n UV-järjestelmässä ja 198 %:n kontrollissa. Tämä viittaa siihen, että UV/E-Cl häiritsee tehokkaasti kalvojen likaantumisrakenteita, mikä johtaa parempaan vedenpoistokykyyn. Käyttämällä SA-BSA-mallijärjestelmää tutkijat pystyivät simuloimaan monimutkaisten solunulkoisten polymeeristen aineiden (EPS) käyttäytymistä ja vahvistamaan proteiinien ja polysakkaridien merkityksen jätevesilietteen (WAS) vedenpoistossa.
Molekyylitason näkemyksiä likaantumismekanismeista
Tutkimus perehtyi proteiinien ja polysakkaridien molekyylien välisiin vuorovaikutuksiin ja paljasti, että amino- ja karboksyyliryhmien välinen sähköstaattinen siltaus on ratkaisevassa roolissa kalvojen likaantumisessa. FTIR-spektrianalyysin ja tiheysfunktionaaliteorian (DFT) simulaatioiden avulla tutkijat tunnistivat kolme molekyylitason sitoutumismuotoa, jotka osoittavat vahvaa suosiota lineaarisissa konformaatioissa, jotka edistävät polymeerien silloittumista. Nämä löydökset tarjoavat molekyylitason ymmärryksen siitä, miten UV/E-Cl häiritsee näitä vuorovaikutuksia, mikä johtaa viskositeetin pienenemiseen, suurempiin flokkikokoihin ja tehostuneeseen veden vapautumiseen.
Cl-radikaalien synergistinen rooli likaantumisen vähentämisessä
Lisäanalyysit osoittivat, että klooriradikaaleilla (Cl•) on hallitseva rooli BSA:n ja SA:n hajoamisessa, ja ne vastaavat yli 90-prosenttisesti niiden hajoamisesta. Tutkimuksessa raportoitiin poikkeuksellisen korkeita reaktionopeusvakioita Cl•-vuorovaikutuksissa näiden makromolekyylien kanssa, mikä tukee UV/E-Cl:n tehokkuutta kalvolikaantumista aiheuttavien aineiden hajottamisessa. Tämä prosessi ei ainoastaan fragmentoinut SA-BSA-rakenteita pienemmiksi hiukkasiksi, vaan myös vähensi merkittävästi niiden viskositeettia ja hydrataatiokykyä, mikä heikensi geelimäistä likaantumiskerrosta.
Termodynaamiset näkemykset: Veden esiintymistila keskeisenä tekijänä
Tutkimuksessa selvitettiin tarkemmin kalvolikaantumisen termodynamiikkaa ja vahvistettiin, että veden esiintymisolosuhteilla – eikä perinteisillä huokoisuus- tai läpäisevyystekijöillä – on hallitseva vaikutus geelin likaantumiskäyttäytymiseen. Termogravimetrinen analyysi paljasti, että sitoutuneen veden pitoisuus kontrollikerrosten likaantumisasteissa oli lähes 80 %, kun taas UV/E-Cl-käsittely laski sen alle 10 %:iin. Tämä muutos mahdollisti veden helpomman vapautumisen, mikä lopulta alensi suodatusvastusta ja paransi suodatustehokkuutta.
Kohti käytännön sovelluksia
Näiden vakuuttavien tulosten perusteella tutkijat ehdottavat reaktorin parametrien, kuten elektrodimateriaalin, UV-intensiteetin ja käsittelyn keston, optimointia prosessin skaalautuvuuden parantamiseksi. Tutkimuksessa ehdotetaan myös UV/E-Cl:n integrointia muihin hapettimiin, kuten vetyperoksidiin, radikaalien muodostumisen tehostamiseksi entisestään ja käsittelytehokkuuden parantamiseksi. Lisäksi tutkijat korostavat pienempien NaCl-liuosten, kuten meriveden, käyttöpotentiaalia kestävän ja kustannustehokkaan jätevedenkäsittelyn saavuttamiseksi.
Universaali läpimurto kalvoteknologiassa
Vaikka tämä tutkimus tehtiin vesiliukoista menetelmää käyttäen, sen löydöksillä on kauaskantoisia vaikutuksia jäteveden käsittelyn ulkopuolella. Veden esiintymistilojen tunnustaminen kalvojen likaantumisen vähentämisen hallitsevaksi tekijäksi on yleismaailmallisesti merkittävää eri kalvoprosesseissa ja reaktorikoossa. Tämä läpimurto tasoittaa tietä tehokkaammille ja kestävämmille suodatusteknologioille vedenkäsittelyteollisuudessa maailmanlaajuisesti.
Tehokkaan jätevedenkäsittelyn maailmanlaajuisen kysynnän kasvaessa UV/E-Cl-teknologia tarjoaa lupaavan ratkaisun kalvojen käyttöiän parantamiseen, käyttökustannusten alentamiseen ja käsittelyn yleisen suorituskyvyn parantamiseen. Tutkijoiden jatkaessa tämän innovatiivisen lähestymistavan tarkentamista ja laajentamista, jätevedenkäsittelyn tulevaisuus näyttää yhä tehokkaammalta ja kestävämmältä.
Lisätietoja on saatavilla Nature Communicationsissa julkaistusta koko tutkimuksesta: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
Tehokasta ja ympäristöystävällistä lietteen vedenpoistoa Holly's Technologylla
Vedenkäsittelyn alalla Holly on sitoutunut tarjoamaan asiakkailleen innovatiivisia lietteen vedenpoistoratkaisuja. Monilevyinen HLDS-lietenpoistoruuvipuristimen ainutlaatuinen tukkeutumaton rakenne ja edistynyt itsepuhdistustoiminto vähentävät merkittävästi jätevesilaitosten rakennuskustannuksia. Laitteisto hyödyntää automaattista PLC-ohjausjärjestelmää, joka yhdistää ruuvin ja liikkuvat renkaat itsepuhdistusta varten, ja voi korvata perinteiset suodatinpuristimet, kuten hihnapuristimen ja runkopuristimen. Sentrifugeihin verrattuna HLDS kuluttaa vähemmän virtaa ja vettä, mikä tekee siitä tehokkaamman ja ympäristöystävällisemmän.
HLDS-lietenpoistoruuvipuristinta käytetään laajalti erilaisissa jätevedenpuhdistusjärjestelmissä, kuten kunnallisissa, petrokemian, kemiallisten kuitujen, paperinvalmistuksen, lääke-, nahka- ja muilla teollisuuden vedenkäsittelysektoreilla. Se on tehokas myös maitotilojen lannan, palmuöljylietteen, septilietteen ja muiden jätevesien käsittelyssä. Laitteemme ovat osoittautuneet toimiviksi lukuisissa käytännön sovelluksissa, ja ne ovat osoittaneet poikkeuksellista suorituskykyä ja taloudellisia hyötyjä auttaen yrityksiä vähentämään toimintakustannuksia ja samalla täyttämään ympäristötavoitteet.
Vedenkäsittelyteknologian kehittyessä Hollyn innovatiiviset ratkaisut tarjoavat asiakkaille maailmanlaajuisesti tehokkaampia ja kustannustehokkaampia laitteita, jotka edistävät lietteen vedenpoisto- ja vedenkäsittelyteollisuuden kestävää kehitystä. Huipputeknologian ja vuosien alan kokemuksen yhdistelmällä Holly on omistautunut tarjoamaan edistyneimpiä jätevedenkäsittelylaitteita, jotka edistävät alan kehitystä ja ympäristön kestävyyttä.
Julkaisun aika: 03.04.2025