Ultralydsaffald og slambehandling
Biogas genereres fra kilder som f.eks. kommunalt organisk affald, spildevandsslam, møg eller gødning. Ultralydbehandling forbedrer fordøjeligheden af sådant organisk materiale, hvilket fører til mere biogas og mindre restslam.
Biogas er et biprodukt af nedbrydning af organisk stof af anaerobe eller aerobe bakterier. Den består primært af metan, kuldioxid og svovlbrinte. Det gør biogas til et vedvarende alternativ til fossile brændstoffer, såsom naturgas.
Energipriser og omkostninger til bortskaffelse af kemikalier og slam, miljølovgivning og andre interesser, såsom reduktion af lugtemissioner, kræver, at affaldsbehandlingsanlæg forbedrer deres forarbejdningseffektivitet. Ultralydsopløsningen af det organiske materiale før fordøjelsen forbedrer biogasproduktionen betydeligt. Sammen med det forbedrer sonikering slammets afvandingsevne, og det reducerer mængden af resterende slam, der skal bortskaffes.
Råmaterialer til produktion af biogas er blandinger af forskellige aggregerede og flokkulerede stoffer, fibre, vira og bakterier, cellulose og andre uorganiske stoffer. Madaffald, organisk industrielt og kommercielt affald, såsom fedt eller vinasse, er supplerende råmaterialer til mesofile og termofile fordøjelsesanlæg. Ultralydskavitation ødelægger aggregater og cellulære strukturer. På grund af effekten på materialestrukturen kan slammet lettere afvandes. Desuden forbedrer ødelæggelsen af aggregater og cellevægge biotilgængeligheden af intracellulært materiale til nedbrydning af bakterier.
4x 4kW effekt-ultralyd til nedbrydning af slam
Øget biogasudbytte ved hjælp af sonikering
En nylig undersøgelse undersøgte virkningerne af sonikeringsbaseret slamforbehandling i et kommunalt slambehandlingsanlæg i Geek. (Billedet til venstre viser pilotskalaopsætningen.) Anvendelsen af ultralydsforbehandling ved hjælp af en Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), der behandlede slam ultralyd i 15 minutter, viste en betydelig forbedring af den anaerobe fordøjelsesydelse, primært afspejlet i øget biogasproduktion. Sammenlignet med ubehandlet slam steg biogasudbyttet fra ca. 16 ± 2 NL-d-¹ til 26 ± 2 NL-d-¹, hvilket svarer til en forbedring på ca. 63 %. Denne forbedring tilskrives ultralydsopløsningen af slamflokke og cellestrukturer, som markant øgede det opløselige kemiske iltbehov (COD) og flygtige fedtsyrekoncentrationer og derved forbedrede substratets biotilgængelighed for metanogene mikroorganismer. Som følge heraf blev der opnået højere specifikke metanudbytter uden at ændre metanindholdet, som forblev stabilt på omkring 62 %. Disse resultater bekræfter, at lavfrekvent ultralydbehandling med høj effekt er en effektiv forbehandlingsstrategi til at intensivere anaerob fordøjelse ved at fremskynde hydrolyse og øge andelen af let bionedbrydeligt organisk materiale. (jf. Gkalipidou et al., 2026)
Siden 1999 har Hielscher leveret ultralydsdesintegrationssystemer med op til 48 kW individuel effekt til forskellige spildevandsrensningsanlæg, herunder kommunale og industrielle affaldsbehandlingsanlæg over hele verden. Nogle af disse systemer har forbedret biogasudbyttet med op til 25 %.
Ultralydsdesintegration af husdyrgødning før anaerob udrådning forbedrer biogasudbyttet.
Tabellen nedenfor viser typiske strømkrav for forskellige volumenstrømme. Ultralydssystemet er generelt integreret inline før tilførsel til rådnetanken. Alternativt kan det organiske materiale recirkuleres fra rådnetanken gennem ultralydssystemet tilbage til rådnetanken. Derfor kan ultralydstrinnet let eftermonteres i eksisterende faciliteter.
|
48kW kraftig ultralydsprocessor til slamopløsning
- Stigning i biogasudbyttet
- Forbedret anaerob nedbrydning
- Forbedring af sedimentationsadfærd på grund af afgasning og flageopløsning
- Forbedring af C/N-forholdet for denitrifikation
- Forbedring af fortykkelse af overskydende slam
- Forbedret fordøjelse og afvandingsevne
- Reduktion af mængden af flokkuleringsmidler
- Lavere bortskaffelsesomkostninger på grund af reduktion af restslam efter nedbrydning
- Reduktion af krævet polymer
- Ødelæggelse af filamentøse bakterier
Vi anbefaler at udføre pilotskalaforsøg, f.eks. med 1 til 4kW systemer. Dette vil vise de generelle effekter og forbedringer for netop din processtrøm. Vi vil med glæde drøfte din proces med dig og anbefale yderligere skridt.
UIP6000hdT, en 6000 watt kraftfuld soniker, med ultralydsflowcellereaktor.
Litteratur / Referencer
- Evdokia Gkalipidou, Asimina Koukoura, Ioanna Savvanidou, Marios G. Kostakis, Dimitrios Triantafyllos Gerokonstantis, Petros Mastoras, Georgia Gatidou, Michail S. Fountoulakis, Stergios Vakalis, Olga S. Arvaniti, Nikolaos S. Thomaidis, Olga-Ioanna Kalantzi, Athanasios S. Stasinakis (2026): Evaluation of a pilot system coupling thermal and ultrasound pretreatment, anaerobic digestion and hydrothermal carbonization for sewage sludge treatment and per- and polyfluoroalkyl substances removal. Chemical Engineering Journal, Volume 532, 2026.
- Antonio-Abdu Sami M. Magomnang and Sergio C. Capareda (2018): Effects of Sequential Sodium Hydroxide Ultrasonication and Hot Water Treatment of Rice Straw and Coconut Shell on Biogas Production. Indian Journal of Science and Technology Vol. 11 (18), 2018. 1-12.
- Yasuo Tanaka (2002): A dual purpose packed-bed reactor for biogas scrubbing and methane-dependent water quality improvement applying to a wastewater treatment system consisting of UASB reactor and trickling filter. Bioresource Technology, Volume 84, Issue 1, 2002. 21-28.
- Pérez-Elvira S, Fdz-Polanco M, Plaza FI, Garralón G, Fdz-Polanco F. (2009): Ultrasound pre-treatment for anaerobic digestion improvement. Water Science Technology 60(6), 2009. 525-32.
- Lisa A. Davies, Andrew Dargue, John R. Dean, Michael E. Deary (2015): Use of 24kHz ultrasound to improve sulfate precipitation from wastewater. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 23, 2015.
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er affalds- og slambehandling til biogasproduktion?
Behandling af affald og slam til biogasproduktion indebærer anaerob nedbrydning af organiske materialer, såsom landbrugsaffald, spildevandsslam og madaffald, i kontrollerede miljøer. Under denne proces nedbryder mikroorganismer det organiske materiale i fravær af ilt og producerer biogas - en blanding, der primært består af metan og kuldioxid. Denne biogas kan bruges som en vedvarende energikilde. Behandlingsprocessen resulterer også i et næringsrigt biprodukt, kendt som digestat, der kan bruges som gødning, hvilket forbedrer bæredygtigheden af affaldshåndteringspraksis.
Hvad er fosforgenvinding fra slam?
Fosforgenanvendelse fra slam indebærer genvinding af fosfor, et vigtigt næringsstof, fra spildevandsslam, som ofte behandles i spildevandsrensningsanlæg. Sonikering anvendes i denne proces ved at påføre højfrekvente lydbølger på slammet, hvilket forstyrrer cellevæggene i mikroorganismer og forbedrer frigivelsen af fosfor fra det organiske materiale. Dette forbedrer effektiviteten af fosforgenvinding og gør det mere tilgængeligt for efterfølgende udvinding og rensning, hvilket i sidste ende bidrager til bæredygtig genbrug af fosfor i landbruget. Læs mere om sonikering øger fosforudvindingen fra slam!