Ултразвуково третиране на отпадъци и утайки

Биогаз се получава от източници като битови органични отпадъци, утайки от пречистване на отпадъчни води, торова маса или оборски тор. Ултразвуковата обработка подобрява разградимостта на такива органични материали, което води до повече биогаз и по-малко остатъчни утайки.

Биогазът е страничен продукт от разграждането на органичната материя от анаеробни или аеробни бактерии. Той се състои предимно от метан, въглероден диоксид и сероводород. Това прави биогаза възобновяема алтернатива на изкопаемите горива, като природния газ.

Цените на енергията, разходите за химикали и обезвреждане на утайките, екологичното законодателство и други съображения, като намаляването на емисиите на миризми, изискват от съоръженията за третиране на отпадъци да подобряват ефективността на своите процеси. Ултразвуковата дезинтеграция на органичния материал преди биологичното разграждане значително подобрява производството на биогаз. Наред с това ултразвуковата обработка подобрява способността на утайките да се обезводняват и намалява количеството остатъчни утайки за обезвреждане.

Суровините за производство на биогаз са смеси от различни агрегирани и флокулирани вещества, влакна, вируси и бактерии, целулоза и други неорганични вещества. Хранителните отпадъци и органичните промишлени и търговски отпадъци, като мазнини или винаса, са допълнителни суровини за мезофилни и термофилни биореактори. Ултразвуковата кавитация разрушава агрегатите и клетъчните структури. Благодарение на въздействието върху структурата на съставящия ги материал утайките могат да се обезводняват по-лесно. Освен това разрушаването на агрегатите и клетъчните стени подобрява бионаличността на вътреклетъчния материал за разграждане от бактерии.

Повишен добив на биогаз чрез ултразвукова обработка

Скорошно проучване изследва ефектите от предварителната ултразвукова обработка на утайки в общинска станция за третиране на утайки „Geek“. (Снимката вляво показва пилотната инсталация.) Прилагането на предварителна ултразвукова обработка с Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), при която утайките се обработват с ултразвук за 15 min, демонстрира съществено подобрение на ефективността на анаеробното разграждане, изразено предимно в повишено производство на биогаз. В сравнение с необработените утайки добивът на биогаз се увеличава от приблизително 16 ± 2 NL·d⁻¹ до 26 ± 2 NL·d⁻¹, което съответства на подобрение с около 63%. Това подобрение се дължи на ултразвуковата дезинтеграция на флокулите и клетъчните структури в утайките, която значително увеличава химичната потребност от кислород на разтворената фракция (COD) и концентрациите на летливи мастни киселини, като по този начин подобрява бионаличността на субстрата за метаногенните микроорганизми. В резултат се постигат по-високи специфични добиви на метан, без да се променя съдържанието на метан, което остава стабилно на около 62%. Тези резултати потвърждават, че нискочестотната ултразвукова обработка с висока мощност е ефективна стратегия за предварителна обработка с цел интензифициране на анаеробното разграждане чрез ускоряване на хидролизата и увеличаване на дела на лесно биоразградимата органична материя. (вж. Gkalipidou et al., 2026)

 
От 1999 г. Hielscher доставя системи за ултразвукова дезинтеграция с единична мощност до 48kW на различни пречиствателни станции за отпадъчни води, включително общински и промишлени съоръжения за третиране на отпадъци по целия свят. Някои от тези системи подобряват добива на биогаз с до 25%.

 

Таблицата по-долу показва типичните изисквания за мощност при различни обемни дебити. Ултразвуковата система обикновено се интегрира в поточната линия преди подаването към биореактора. Алтернативно, органичният материал може да се рециркулира от биореактора през ултразвуковата система и обратно в биореактора. Следователно етапът на ултразвукова обработка може лесно да се добави към съществуващи съоръжения.

Дебит Оборудване 50 – 200L/hr UIP1000hd 200 – 800L/hr 4xUIP1000hd 1 – 3m³/hr 4xUIP4000 5 – 20m³/hr 6xUIP16000 50 – 200m³/hr 62xUIP16000

Прилагането на ултразвук при обработката на утайки и потоци от отпадъци може да постигне различни резултати, като:

• Увеличаване на добива на биогаз
• Подобрено анаеробно разграждане
• Подобряване на утаяването благодарение на дегазирането и дезинтеграцията на флокулите
• Подобряване на съотношението C/N за денитрификация
• Подобряване на сгъстяването на излишните утайки
• Подобрено биологично разграждане и обезводняване
• Намаляване на количеството флокуланти
• По-ниски разходи за обезвреждане поради намаляването на остатъчните утайки след биологичното разграждане
• Намаляване на необходимото количество полимер
• Унищожаване на нишковидни бактерии

Препоръчваме провеждането на изпитвания в пилотен мащаб, например със системи с мощност от 1 до 4kW. Това ще покаже общите ефекти и подобрението за вашия конкретен технологичен поток. С удоволствие ще обсъдим вашия процес с вас и ще препоръчаме по-нататъшни стъпки.