The effect of hydrodynamic cavitation on waste sludge and its potential for improvement of the anaerobic digestion process

V okviru doktorske naloge smo raziskali vpliv hidrodinamske kavitacije (HK) na tri različne vzorce odpadnega blata (OB), pridobljene iz komunalnih čistilnih naprav (ČN), z uporabo dveh rotacijskih generatorjev hidrodinamske kavitacije (RGHK). Namen raziskave je bil izboljšati proizvodnjo metana v procesu anaerobne presnove (AP). Prvi sistem, t.i. pinski RGHK (PD-RGHK), je bil preizkušen z uporabo petih različnih konfiguracij rotor-stator na kompleksni mešanici OB (SS 4,7 %), ki je vključevala predzgoščeno primarno blato, presežno aktivno blato (PAB), maščobe, olja in masti, greznično blato iz manjših ČN ter bolnišnično odpadno vodo. Istih pet konfiguracij PD-RGHK je bilo nato preizkušenih na bolj enotnem vzorcu PAB (SS 0,7 %) iz Centralne ČN Ljubljana. Na koncu je bil preizkušen še nov optimiziran PD-RGHK (OPD-RGHK) na PAB iz Centralne ČN Domžale-Kamnik, pri štirih izbranih številih kavitacijskih prehodov (Np) = 5, 15, 30 in 100. Fizikalno-kemijska analiza je pokazale povečanje topnih komponent po obdelavi s HK, pri čemer sta se vrednosti topne KPK in TOC dosledno povečali v vseh treh poskusih. Rezultati meritev časa kapilarnega vleka (CST) so pokazali poslabšano filtracijsko sposobnost OB po obdelavi, medtem ko se je površinska napetost (IFT) pri uporabi PD-RGHK povečala, ob uporabi OPD-RGHK pa zmanjšala. Obe zasnovi RGHK sta učinkovito zmanjšali velikost delcev OB. Spektralna analiza UV-Vis je pokazala spremembe v raztopljeni organski snovi, vključno s spremembami v aromatičnosti, humifikaciji in velikosti molekul, medtem ko je FTIR analiza potrdila poškodbe celičnih sten mikroorganizmov. Univariatna korelacijska analiza po Pearsonu (r) in Spearmanu (?) je nakazala, da je bila mikrobna liza pretežno posledica hidrodinamskih sil, ob morebitnem sinergijskem vplivu radikalov, ki je prispeval k oksidaciji organske snovi. Reološke meritve so pokazale znižano navidezno viskoznost pri nizkih strižnih napetostih ter spremembe v viskoelastičnih lastnostih. Čeprav je bila dezintegracija OB potrjena v vseh treh poskusih, je bila povečana proizvodnja metana opažena le pri uporabi OPD-RGHK, pri čemer so bile dosežene izboljšave v višini 11,8 %, 17,4 % in 26,3 % pri Np = 15, 30 in 100. Ti rezultati nakazujejo, da je uporaba OPD-RGHK obetavna tehnologija za izboljšanje razgradnje PAB in učinkovitosti AP, z visokim potencialom za nadgradnjo in uporabo na industrijskem modelnem merilu.