Ultralydsbehandling af affald og slam

Biogas produceres fra kilder som kommunalt organisk affald, spildevandsslam, møg eller husdyrgødning. Sonikering forbedrer nedbrydeligheden af sådant organisk materiale, hvilket fører til mere biogas og mindre restslam.

Biogas er et biprodukt fra anaerobe eller aerobe bakteriers nedbrydning af organisk stof. Den består primært af metan, kuldioxid og svovlbrinte. Dette gør biogas til et vedvarende alternativ til fossile brændstoffer som naturgas.

Energipriser, omkostninger til kemikalier og bortskaffelse af slam, miljølovgivning og andre hensyn som reduktion af lugtemissioner kræver, at affaldsbehandlingsanlæg forbedrer effektiviteten af deres behandling. Ultralydsdisintegration af det organiske materiale før udrådning forbedrer biogasproduktionen betydeligt. Samtidig forbedrer sonikering slammets afvandingsevne og reducerer mængden af restslam, 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 samt organisk industri- og erhvervsaffald som fedtstoffer eller vinasse er supplerende råmaterialer til mesofile og termofile rådnetanke. Ultralydskavitation ødelægger aggregater og cellestrukturer. På grund af påvirkningen af materialets struktur kan slammet lettere afvandes. Desuden forbedrer ødelæggelsen af aggregaterne og cellevæggene det intracellulære materiales biotilgængelighed for bakteriel nedbrydning.

Øget biogasudbytte ved sonikering

Et nyere studie undersøgte virkningerne af sonikeringsbaseret forbehandling af slam på et kommunalt slambehandlingsanlæg med betegnelsen »Geek«. (Billedet til venstre viser opstillingen i pilotskala.) Anvendelsen af ultralydsforbehandling med en Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), hvor slam blev behandlet med ultralyd i 15 min, viste en væsentlig forbedring af den anaerobe udrådnings effektivitet, hvilket primært kom til udtryk i øget biogasproduktion. Sammenlignet med ubehandlet slam steg biogasudbyttet fra cirka 16 ± 2 NL·d⁻¹ til 26 ± 2 NL·d⁻¹, svarende til en forbedring på omkring 63%. Denne forbedring tilskrives ultralydsdisintegration af slamflokke og cellestrukturer, som øgede det opløselige kemiske iltforbrug (COD) og koncentrationerne af flygtige fedtsyrer betydeligt og dermed 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 sonikering med lav frekvens og høj effekt er en effektiv forbehandlingsstrategi til at intensivere anaerob udrådning ved at fremskynde hydrolysen og øge andelen af let biologisk nedbrydeligt organisk stof. (jf. Gkalipidou et al., 2026)

 
Siden 1999 har Hielscher leveret ultralydsdisintegrationssystemer med en effekt på op til 48kW pr. system til forskellige spildevandsrensningsanlæg, herunder kommunale og industrielle affaldsbehandlingsanlæg over hele verden. Nogle af disse systemer har forbedret biogasudbyttet med op til 25%.

 

Tabellen nedenfor viser typiske effektbehov ved forskellige volumenstrømme. Ultralydssystemet integreres generelt direkte i processtrømmen før tilførslen til rådnetanken. Alternativt kan det organiske materiale recirkuleres fra rådnetanken gennem ultralydssystemet og tilbage til rådnetanken. Derfor kan sonikeringstrinnet nemt eftermonteres i eksisterende anlæg.

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

Anvendelsen af ultralyd til behandling af slam- og affaldsstrømme kan give forskellige resultater, såsom:

• Øget biogasudbytte
• Forbedret anaerob nedbrydning
• Forbedrede sedimentationsegenskaber som følge af afgasning og disintegration af flokke
• Forbedret C/N-forhold til denitrifikation
• Forbedret fortykning af overskudsslam
• Forbedret udrådning og afvandingsevne
• Reduktion af mængden af flokkuleringsmidler
• Lavere bortskaffelsesomkostninger som følge af mindre restslam efter udrådning
• Reduktion af den nødvendige mængde polymer
• Ødelæggelse af filamentøse bakterier

Vi anbefaler at gennemføre forsøg i pilotskala, f.eks. med systemer på 1 til 4kW. Dette vil vise de generelle virkninger og forbedringer for netop din processtrøm. Vi drøfter gerne din proces med dig og anbefaler yderligere trin.