Tratamiento de aguas y lodos residuales por ultrasonidos
El biogás se genera a partir de fuentes como los residuos orgánicos municipales, los lodos de depuradora, el estiércol o el estiércol. La ultrasonicación mejora la digestibilidad de esta materia orgánica, lo que genera más biogás y menos lodos residuales.
El biogás es un subproducto de la descomposición de materia orgánica por bacterias anaerobias o aerobias. Se compone principalmente de 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 y los costes químicos y de eliminación de lodos, la legislación medioambiental y otros intereses, como la reducción de las emisiones de olores, exigen que las plantas de tratamiento de residuos mejoren su eficiencia de procesamiento. La desintegración por ultrasonidos de la materia orgánica antes de la digestión mejora notablemente la producción de biogás. Además, la sonicación mejora la deshidratabilidad de los lodos y reduce la cantidad de lodos residuales que hay que eliminar.
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, los residuos orgánicos industriales y comerciales, como las grasas o la vinaza, son materias primas suplementarias para los digestores mesofílicos y termofílicos. La cavitación ultrasónica destruye los agregados y las estructuras celulares. Debido al efecto sobre la estructura del material constituyente, los lodos pueden deshidratarse más fácilmente. Además, la destrucción de los agregados y las paredes celulares mejora la biodisponibilidad del material intracelular para su descomposición por las bacterias.
4x 4kW potencia-ultrasonido para la desintegración de lodos
Aumento del rendimiento del biogás por sonicación
Un estudio reciente investigó los efectos del pretratamiento de lodos por sonicación en una planta municipal de tratamiento de lodos de Geek. (La imagen de la izquierda muestra la instalación a escala piloto.) La aplicación de un pretratamiento por ultrasonidos utilizando un UIP1000hdT de Hielscher (20 kHz, 1000 W) tratando los lodos por ultrasonidos durante 15 minutos demostró una mejora sustancial en el rendimiento de la digestión anaerobia, reflejada principalmente en el aumento de la producción de biogás. En comparación con los lodos no tratados, la producción 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 por ultrasonidos de los flóculos de lodo y las estructuras celulares, lo que aumentó significativamente la demanda química de oxígeno (DQO) soluble y las concentraciones de ácidos grasos volátiles, mejorando así la biodisponibilidad del sustrato para los microorganismos metanogénicos. Como resultado, se consiguieron 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 acelerando la hidrólisis y aumentando la fracción de materia orgánica fácilmente biodegradable. (cf. Gkalipidou et al., 2026)
Desde 1999, Hielscher suministra sistemas de desintegración por ultrasonidos de hasta 48 kW de potencia individual a diversas plantas de tratamiento de aguas residuales, incluidas instalaciones de tratamiento de residuos municipales e industriales de todo el mundo. Algunos de estos sistemas mejoraron el rendimiento de biogás hasta en un 25%.
La desintegración por ultrasonidos de estiércoles animales antes de la digestión anaerobia mejora los rendimientos de biogás.
La tabla siguiente muestra los requisitos típicos de potencia para distintos caudales volumétricos. El sistema ultrasónico se integra generalmente en línea antes de la alimentación al digestor. Alternativamente, la materia orgánica puede recircularse desde el digestor a través del sistema de ultrasonidos de vuelta al digestor. Por lo tanto, la etapa de ultrasonidos se puede adaptar fácilmente a las instalaciones existentes.
|
Potente procesador ultrasónico de 48 kW para la desintegración de lodos
- Aumento del rendimiento de biogás
- Mejora de la descomposición anaeróbica
- Mejora del comportamiento de sedimentación gracias a la desgasificación y a la desintegración de los copos.
- Mejora de la relación C/N para la desnitrificación
- Mejora del espesamiento de lodos sobrantes
- Mejor digestión y deshidratabilidad
- Reducción de la cantidad de floculantes
- Menores costes de eliminación gracias a la reducción de los lodos residuales tras la digestión
- Reducción del polímero necesario
- Destrucción de bacterias filamentosas
Recomendamos realizar pruebas piloto, por ejemplo con sistemas de 1 a 4 kW. Esto mostrará los efectos generales y la mejora de su proceso en particular. Estaremos encantados de hablar con usted sobre su proceso y recomendarle los pasos a seguir.
El UIP6000hdT, un potente sonicador de 6000 vatios, con reactor de celda de flujo ultrasónico.
Literatura / 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 24kHz 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 anaeróbica 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, produciendo 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 da lugar a un subproducto rico en nutrientes, conocido como digestato, que puede utilizarse como fertilizante, mejorando la sostenibilidad de las prácticas de gestión de residuos.
¿Qué es el reciclaje de fósforo a partir de lodos?
El reciclado de fósforo a partir de lodos consiste en recuperar el fósforo, un nutriente esencial, de los lodos de depuradora, que suelen procesarse en las 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, lo que altera las paredes celulares de los microorganismos y favorece la liberación de fósforo de la materia orgánica. Esto mejora la eficiencia de la recuperación del fósforo, haciéndolo más accesible para su posterior extracción y purificación, contribuyendo en última instancia a la reutilización sostenible del fósforo en la agricultura. Más información sobre la sonicación aumenta la recuperación de fósforo de los lodos