Ултразвуково третиране на отпадъци и утайки

Биогазът се генерира от източници като битови органични отпадъци, утайки от пречиствателни станции, тор или тор. Ултразвуковата обработка подобрява смилаемостта на тези органични материали, което води до повече биогаз и по-малко остатъчна утайка.

Биогазът е страничен продукт от разлагането на органични вещества от анаеробни или аеробни бактерии. Състои се предимно от метан, въглероден диоксид и сероводород. Това прави биогаза възобновяема алтернатива на изкопаемите горива, като природния газ.

Цените на енергията и разходите за обезвреждане на химикали и утайки, законодателството в областта на околната среда и други интереси, като например намаляването на емисиите на миризми, изискват инсталациите за преработка на отпадъци да подобрят ефективността на преработката си. Ултразвуковото разпадане на органичния материал преди разграждането подобрява значително производството на биогаз. Заедно с това ултразвукът подобрява обезводняемостта на утайката и намалява количеството остатъчна утайка, която трябва да се изхвърли.

Фуражите за производство на биогаз са смеси от различни агрегирани и флокулирани вещества, влакна, вируси и бактерии, целулоза и други неорганични вещества. Хранителните отпадъци, органичните промишлени и търговски отпадъци, като например мазнини или винетки, са допълнителни суровини за мезофилните и термофилните метантанкове. Ултразвуковата кавитация разрушава агрегатите и клетъчните структури. Благодарение на въздействието върху структурата на съставния материал утайките могат да бъдат обезводнени по-лесно. Освен това разрушаването на агрегатите и клетъчните стени подобрява биодостъпността на вътреклетъчния материал за разграждане от бактериите.

Увеличаване на добива на биогаз чрез соникация

Неотдавнашно проучване изследва ефектите от предварителното третиране на утайките чрез сониране в общинска станция за третиране на утайки Geek. (На снимката вляво е показана настройката в пилотен мащаб.) Прилагането на предварителна обработка с ултразвук с помощта на Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), третираща утайките ултразвуково в продължение на 15 мин, показа значително подобряване на ефективността на анаеробното разграждане, което се изразява най-вече в увеличаване на производството на биогаз. В сравнение с необработената утайка добивът на биогаз се е увеличил от приблизително 16 ± 2 NL-d-¹ на 26 ± 2 NL-d-¹, което съответства на подобрение от около 63 %. Това подобрение се дължи на ултразвуковата дезинтеграция на флокулите и клетъчните структури на утайките, която значително увеличава разтворимата химическа потребност от кислород (ХПК) и концентрациите на летливи мастни киселини, като по този начин подобрява бионаличността на субстрата за метаногенните микроорганизми. В резултат на това се постига по-висок специфичен добив на метан, без да се променя съдържанието на метан, което остава стабилно на около 62 %. Тези констатации потвърждават, че нискочестотната ултразвукова обработка с голяма мощност е ефективна стратегия за предварителна обработка за интензифициране на анаеробното разграждане чрез ускоряване на хидролизата и увеличаване на фракцията на лесно биоразградимите органични вещества. (вж. Gkalipidou et al., 2026)

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

 

В таблицата по-долу са показани типичните изисквания за мощност за различни обемни потоци. Ултразвуковата система обикновено се вгражда в линията преди подаване към ферментатора. Алтернативно, органичният материал може да се рециркулира от ферментатора през ултразвуковата система обратно във ферментатора. Поради това етапът на ултразвуковото обработване може лесно да се вгради в съществуващи съоръжения.

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

Прилагането на ултразвук за преработка на утайки и отпадъчни потоци може да постигне различни резултати, като например:

• Увеличаване на добива на биогаз
• Подобрено анаеробно разлагане
• Подобряване на седиментационното поведение поради дегазация и разпадане на люспи
• Подобряване на съотношението C/N за денитрификация
• Подобряване на сгъстяването на излишната утайка
• Подобрено храносмилане и обезводняемост
• Намаляване на количеството флокуланти
• По-ниски разходи за обезвреждане поради намаляване на остатъчните утайки след разграждане
• Намаляване на необходимия полимер
• Унищожаване на нишковидни бактерии

Препоръчваме провеждането на изпитвания в пилотен мащаб, например при използване на системи с мощност от 1 до 4 kW. Това ще покаже общите ефекти и подобрения за вашия конкретен поток от процеси. Ще се радваме да обсъдим процеса с вас и да препоръчаме по-нататъшни стъпки.