Ultrazvukové zpracování odpadu a kalů

Bioplyn vzniká ze zdrojů, jako je komunální organický odpad, kaly z čistíren odpadních vod, hnůj nebo kejda. Ultrazvuk zlepšuje stravitelnost těchto organických materiálů, což vede k většímu množství bioplynu a menšímu množství zbytkového kalu.

Bioplyn je vedlejším produktem rozkladu organické hmoty anaerobními nebo aerobními bakteriemi. Je složena převážně z metanu, oxidu uhličitého a sirovodíku. Díky tomu je bioplyn obnovitelnou alternativou fosilních paliv, jako je zemní plyn.

Ceny energií a náklady na chemické látky a likvidaci kalů, právní předpisy v oblasti životního prostředí a další zájmy, jako je snížení emisí zápachu, vyžadují, aby čistírny odpadních vod zlepšily účinnost svého zpracování. Ultrazvukový rozpad organického materiálu před trávením výrazně zlepšuje produkci bioplynu. Spolu s tím sonikace zlepšuje odvodnitelnost kalu a snižuje množství zbytkového kalu, který má být zlikvidován.

Vstupní suroviny pro výrobu bioplynu jsou směsi různých agregovaných a flokulizovaných látek, vláken, virů a bakterií, celulózy a dalších anorganických látek. Potravinový odpad, organický průmyslový a obchodní odpad, jako jsou tuky nebo vinná réva, jsou doplňkovými vstupními surovinami pro mezofilní a termofilní fermentory. Ultrazvuková kavitace ničí agregáty a buněčné struktury. Díky účinku na strukturu složek materiálu lze kal snáze odvodnit. Destrukce agregátů a buněčných stěn navíc zlepšuje biologickou dostupnost vnitrobuněčného materiálu pro rozklad bakteriemi.

Zvýšení výtěžnosti bioplynu sonikací

Nedávná studie zkoumala účinky předúpravy kalu pomocí sonikace v komunální čistírně kalů Geek. (Obrázek vlevo ukazuje zařízení v pilotním měřítku.) Aplikace ultrazvukové předúpravy pomocí zařízení Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), které po dobu 15 minut ultrazvukem zpracovávalo kal, prokázala podstatné zvýšení výkonu anaerobní fermentace, což se projevilo především zvýšenou produkcí bioplynu. Ve srovnání s neupraveným kalem se výtěžnost bioplynu zvýšila z přibližně 16 ± 2 NL-d-¹ na 26 ± 2 NL-d-¹, což odpovídá zlepšení o přibližně 63 %. Toto zvýšení se přičítá ultrazvukové dezintegraci kalových vloček a buněčných struktur, která výrazně zvýšila rozpustnou chemickou spotřebu kyslíku (CHSK) a koncentrace těkavých mastných kyselin, čímž se zlepšila biologická dostupnost substrátu pro metanogenní mikroorganismy. V důsledku toho bylo dosaženo vyšších specifických výtěžků metanu, aniž by se změnil obsah metanu, který zůstal stabilní na úrovni přibližně 62 %. Tato zjištění potvrzují, že nízkofrekvenční ultrazvuk o vysokém výkonu je účinnou strategií předúpravy pro zintenzivnění anaerobní digesce urychlením hydrolýzy a zvýšením podílu snadno biologicky rozložitelné organické hmoty. (srov. Gkalipidou et al., 2026).

 
Od roku 1999 dodává společnost Hielscher ultrazvukové dezintegrační systémy s výkonem až 48 kW pro různé čistírny odpadních vod, včetně komunálních a průmyslových čistíren odpadních vod po celém světě. Některé z těchto systémů zlepšily výtěžnost bioplynu až o 25 %.

 

V následující tabulce jsou uvedeny typické požadavky na výkon pro různé objemové toky. Ultrazvukový systém je obvykle integrován do linky před vstupem do fermentoru. Alternativně lze organický materiál z fermentoru recirkulovat přes ultrazvukový systém zpět do fermentoru. Proto lze ultrazvukový krok snadno dodatečně instalovat do stávajících zařízení.

Průtok Vybavení 50 – 200 l / hod UIP1000hd řekl: 200 – 800 l / hod 4xUIP1000hd řekl: 1 – 3 m³/hod 4xUIP4000 řekl: 5 – 20 m³/hod 6xUIP16000 řekl: 50 – 200 m³/hod 62xUIP16000 řekl:

Aplikace ultrazvuku při zpracování kalů a odpadních toků může dosáhnout různých výsledků, jako jsou:

• Zvýšení výtěžnosti bioplynu
• Zlepšený anaerobní rozklad
• Zlepšení sedimentačního chování v důsledku odplyňování a rozpadu vloček
• Zlepšení poměru C/N pro denitrifikaci
• Zlepšení zahušťování přebytečného kalu
• Zlepšené trávení a odvodnění
• Snížení množství flokulantů
• Nižší náklady na likvidaci díky snížení množství zbytkového kalu po vyhnívání
• Redukce potřebného polymeru
• Ničení vláknitých bakterií

Doporučujeme provést pilotní zkoušky, např. s použitím systémů o výkonu 1 až 4 kW. To ukáže obecné účinky a zlepšení pro váš konkrétní procesní proud. Rádi s vámi probereme váš postup a doporučíme další postup.