Tratamiento ultrasónico de residuos y lodos
El biogás se genera a partir de fuentes como los residuos orgánicos municipales, los lodos de depuradora, el estiércol húmedo o el estiércol. La ultrasonicación mejora la digestibilidad de estos materiales orgánicos, lo que permite obtener más biogás y menos lodos residuales.
El biogás es un subproducto de la descomposición de la materia orgánica por bacterias anaerobias o aerobias. Está compuesto principalmente por metano, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Esto convierte al biogás en una alternativa renovable a los combustibles fósiles, como el gas natural.
Los precios de la energía, los costes de los productos químicos y de la eliminación de lodos, la legislación ambiental y otros objetivos, como la reducción de las emisiones de olores, obligan a las plantas de tratamiento de residuos a mejorar la eficiencia de sus procesos. La desintegración ultrasónica del material orgánico antes de la digestión mejora significativamente la producción de biogás. Además, la sonicación mejora la capacidad de deshidratación de los lodos y reduce la cantidad de lodos residuales que deben eliminarse.
Las materias primas para la producción de biogás son mezclas de diversas sustancias agregadas y floculadas, fibras, virus y bacterias, celulosa y otras sustancias inorgánicas. Los residuos alimentarios y los residuos orgánicos industriales y comerciales, como las grasas o las vinazas, son materias primas complementarias para los digestores mesófilos y termófilos. La cavitación ultrasónica destruye los agregados y las estructuras celulares. Gracias a su efecto sobre la estructura de los materiales constituyentes, los lodos pueden deshidratarse con mayor facilidad. Además, la destrucción de los agregados y las paredes celulares mejora la biodisponibilidad del material intracelular para su descomposición por las bacterias.
Ultrasonidos de potencia de 4x 4 kW para la desintegración de lodos
Mayor rendimiento de biogás mediante sonicación
Un estudio reciente investigó los efectos del pretratamiento de lodos mediante sonicación en una planta municipal «Geek» de tratamiento de lodos. (La imagen de la izquierda muestra la instalación a escala piloto.) La aplicación de un pretratamiento ultrasónico con un Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), con el que se trataron los lodos mediante ultrasonidos durante 15 min, demostró una mejora sustancial del rendimiento de la digestión anaerobia, reflejada principalmente en un aumento de la producción de biogás. En comparación con los lodos sin tratar, el rendimiento de biogás aumentó de aproximadamente 16 ± 2 NL·d⁻¹ a 26 ± 2 NL·d⁻¹, lo que corresponde a una mejora de alrededor del 63%. Esta mejora se atribuye a la desintegración ultrasónica de los flóculos y las estructuras celulares de los lodos, que aumentó significativamente la demanda química de oxígeno soluble (COD) y las concentraciones de ácidos grasos volátiles, mejorando así la biodisponibilidad del sustrato para los microorganismos metanogénicos. Como resultado, se obtuvieron mayores rendimientos específicos de metano sin alterar el contenido de metano, que se mantuvo estable en torno al 62%. Estos resultados confirman que la ultrasonicación de baja frecuencia y alta potencia es una estrategia de pretratamiento eficaz para intensificar la digestión anaerobia al acelerar la hidrólisis y aumentar la fracción de materia orgánica fácilmente biodegradable. (cf. Gkalipidou et al., 2026)
Desde 1999, Hielscher suministra sistemas de desintegración ultrasónica de hasta 48 kW de potencia individual a diversas plantas de tratamiento de aguas residuales, incluidas instalaciones municipales e industriales de tratamiento de residuos de todo el mundo. Algunos de estos sistemas han mejorado el rendimiento de biogás hasta en un 25%.
La desintegración ultrasónica del estiércol animal antes de la digestión anaerobia mejora el rendimiento de biogás.
La tabla siguiente muestra los requisitos de potencia habituales para distintos caudales volumétricos. El sistema ultrasónico suele integrarse en línea antes de la alimentación al digestor. Como alternativa, el material orgánico puede recircularse desde el digestor a través del sistema ultrasónico y volver al digestor. Por tanto, la etapa de ultrasonicación puede incorporarse fácilmente a las instalaciones existentes.
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Potente procesador ultrasónico de 48 kW para la desintegración de lodos
- Aumento del rendimiento de biogás
- Mejora de la descomposición anaerobia
- Mejora del comportamiento de sedimentación gracias a la desgasificación y la desintegración de los flóculos
- Mejora de la relación C/N para la desnitrificación
- Mejora del espesamiento de los lodos en exceso
- Mejora de la digestión y de la capacidad de deshidratación
- Reducción de la cantidad de floculantes
- Menores costes de eliminación gracias a la reducción de los lodos residuales tras la digestión
- Reducción de la cantidad de polímero necesaria
- Destrucción de bacterias filamentosas
Recomendamos realizar ensayos a escala piloto, por ejemplo, con sistemas de 1 a 4 kW. Esto permitirá determinar los efectos generales y la mejora para la corriente específica de su proceso. Estaremos encantados de analizar su proceso con usted y recomendarle los siguientes pasos.
El UIP6000hdT, un potente sonicador de 6000 vatios, con reactor ultrasónico de celda de flujo.
Bibliografía / Referencias
- 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 24 kHz ultrasound to improve sulfate precipitation from wastewater. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 23, 2015.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el tratamiento de residuos y lodos para la producción de biogás?
El tratamiento de residuos y lodos para la producción de biogás implica la digestión anaerobia de materiales orgánicos, como residuos agrícolas, lodos de depuradora y residuos alimentarios, en entornos controlados. Durante este proceso, los microorganismos descomponen la materia orgánica en ausencia de oxígeno y producen biogás –una mezcla compuesta principalmente por metano y dióxido de carbono–. Este biogás puede utilizarse como fuente de energía renovable. El proceso de tratamiento también genera un subproducto rico en nutrientes, conocido como digestato, que puede utilizarse como fertilizante, lo que mejora la sostenibilidad de las prácticas de gestión de residuos.
¿Qué es el reciclaje de fósforo a partir de lodos?
El reciclaje de fósforo a partir de lodos consiste en recuperar el fósforo, un nutriente esencial, de los lodos de depuradora, que suelen procesarse en plantas de tratamiento de aguas residuales. En este proceso se utiliza la sonicación mediante la aplicación de ondas sonoras de alta frecuencia a los lodos, que rompen las paredes celulares de los microorganismos y favorecen la liberación de fósforo del material orgánico. Esto mejora la eficiencia de la recuperación de fósforo y lo hace más accesible para su posterior extracción y purificación, contribuyendo en última instancia a la reutilización sostenible del fósforo en la agricultura. ¡Descubra cómo la sonicación aumenta la recuperación de fósforo a partir de lodos!