Ultraäänijätteen ja lietteen käsittely

Biokaasua tuotetaan esimerkiksi yhdyskuntajätteen, puhdistamolietteen, lietteen tai lannan kaltaisista lähteistä. Ultraäänihoito parantaa tällaisen orgaanisen aineksen mädätettävyyttä, jolloin saadaan enemmän biokaasua ja vähemmän jäännöslietettä.

Biokaasu on sivutuote, joka syntyy orgaanisen aineen hajoamisesta anaerobisilla tai aerobisilla bakteereilla. Se koostuu pääasiassa metaanista, hiilidioksidista ja rikkivedystä. Tämä tekee biokaasusta uusiutuvan vaihtoehdon fossiilisille polttoaineille, kuten maakaasulle.

Energian hinta ja kemikaali- ja lietekustannukset, ympäristölainsäädäntö ja muut intressit, kuten hajupäästöjen vähentäminen, edellyttävät jätteenkäsittelylaitoksilta käsittelytehon parantamista. Orgaanisen materiaalin ultraäänihajoaminen ennen ruoansulatusta parantaa biokaasun tuotantoa merkittävästi. Tämän sonikoinnin ohella parannetaan lietteen vedenpoistokykyä ja vähennetään hävitettävän jäännöslietteen määrää.

Biokaasun tuotannossa käytettävät raaka-aineet ovat erilaisten aggregoitujen ja flokkuloitujen aineiden, kuitujen, virusten ja bakteerien, selluloosan ja muiden epäorgaanisten aineiden seoksia. Elintarvikejäte, orgaaninen teollisuus- ja kaupallinen jäte, kuten rasvat tai vinassi, ovat täydentäviä raaka-aineita mesofiilisille ja termofiilisille mädättämöille. Ultraäänikavitaatio hajottaa aggregaatit ja solurakenteet. Ainesosien rakenteeseen kohdistuvan vaikutuksen ansiosta lietteestä voidaan poistaa vettä helpommin. Lisäksi aggregaattien ja soluseinien tuhoutuminen parantaa solunsisäisen materiaalin biologista saatavuutta bakteerien hajotettavaksi.

Biokaasun tuoton lisääminen sonikaatiolla

Tuoreessa tutkimuksessa tutkittiin sonikaatioon perustuvan lietteen esikäsittelyn vaikutuksia Geek-kunnallisessa lietteenkäsittelylaitoksessa. (Vasemmalla olevassa kuvassa on pilottimittakaavan kokoonpano.) Ultraäänellä tapahtuva esikäsittely Hielscher UIP1000hdT -laitteella (20 kHz, 1000 W), jossa lietettä käsitellään ultraäänellä 15 minuutin ajan, osoitti anaerobisen mädätyksen suorituskyvyn parantuneen huomattavasti, mikä näkyi ensisijaisesti lisääntyneenä biokaasun tuotantona. Käsittelemättömään lietteeseen verrattuna biokaasun tuotto kasvoi noin 16 ± 2 NL-d-¹:stä 26 ± 2 NL-d-¹:iin, mikä vastaa noin 63 prosentin parannusta. Tämä parannus johtuu lietteen flokkien ja solurakenteiden hajoamisesta ultraäänellä, mikä lisäsi merkittävästi liukoisen kemiallisen hapenkulutuksen (COD) ja haihtuvien rasvahappojen pitoisuuksia ja paransi siten substraatin biosaatavuutta metanogeenisille mikro-organismeille. Tämän seurauksena saavutettiin korkeampi metaanin ominaissaanto muuttamatta metaanipitoisuutta, joka pysyi vakaana noin 62 prosentissa. Nämä havainnot vahvistavat, että matalataajuinen, suuritehoinen ultraäänihoito on tehokas esikäsittelystrategia anaerobisen mädätyksen tehostamiseksi nopeuttamalla hydrolyysiä ja lisäämällä helposti biohajoavan orgaanisen aineksen osuutta. (vrt. Gkalipidou et al., 2026).

 
Vuodesta 1999 lähtien Hielscher on toimittanut jopa 48 kW:n yksittäisen tehon omaavia ultraäänihajotusjärjestelmiä erilaisille jätevedenpuhdistamoille, mukaan lukien kunnalliset ja teolliset jätteenkäsittelylaitokset kaikkialla maailmassa. Jotkin näistä järjestelmistä paransivat biokaasun tuottoa jopa 25 prosenttia.

 

Seuraavassa taulukossa esitetään tyypilliset tehontarpeet eri tilavuusvirroille. Ultraäänijärjestelmä integroidaan yleensä linjastoon ennen syöttöä mädättämöön. Vaihtoehtoisesti orgaaninen aines voidaan kierrättää mädättämöstä ultraäänijärjestelmän kautta takaisin mädättämöön. Näin ollen ultraäänikäsittelyvaihe voidaan helposti jälkiasentaa olemassa oleviin laitoksiin.

Virtausnopeus Varusteet 50 – 200L/h UIP1000hd 200 – 800L/h 4xUIP1000hd 1 – 3m³/h 4xUIP4000 5 – 20m³/h 6xUIP16000 50 – 200m³/h 62xUIP16000

Ultrasonicsin soveltaminen lietteen ja jätevirtojen käsittelyyn voi saavuttaa erilaisia tuloksia, kuten:

• Biokaasun tuotto kasvaa
• Parempi anaerobinen hajoaminen
• Sedimentaatiokäyttäytymisen parantaminen kaasunpoiston ja hiutaleiden hajoamisen vuoksi
• C/N-suhteen parantaminen denitrifikaatiossa
• Lietteen sakeuttamisen parantaminen
• Parempi mädätys ja vedenpoisto
• Flokkulanttien määrän vähentäminen
• Pienemmät hävittämiskustannukset mädätyksen jälkeisen jäännöslietteen vähenemisen ansiosta
• Tarvittavan polymeerin vähentäminen
• Filamenttisten bakteerien tuhoaminen

Suosittelemme pilottimittakaavan kokeita esimerkiksi 1–4 kW:n järjestelmillä. Tämä näyttää yleiset vaikutukset ja parannukset tietylle prosessivirralle. Keskustelemme mielellämme prosessistasi kanssasi ja suosittelemme jatkotoimia.