טיפול אולטראסוני בפסולת ובוצה

ביוגז מיוצר ממקורות כגון פסולת אורגנית עירונית, בוצה, זבל או גללים. אולטרסוניקציה משפרת את העיכול של חומר אורגני זה, מה שמוביל לייצור רב יותר של ביוגז ולפחות בוצה שיורית.

ביוגז הוא תוצר לוואי של פירוק חומר אורגני על ידי חיידקים אנאירוביים או אירוביים. הוא מורכב בעיקר ממתאן, פחמן דו חמצני ומימן גופרתי. זה הופך את הביו-גז לחלופה מתחדשת לדלקים מאובנים, כמו גז טבעי.

מחירי האנרגיה ועלויות סילוק הכימיקלים והבוצה, חקיקה סביבתית ואינטרסים נוספים, כגון הפחתת פליטות ריח, מחייבים את מכוני הטיפול בפסולת לשפר את יעילות הטיפול בהם. ההתפוררות העל-קולית של החומר האורגני לפני העיכול משפרת את ייצור הביוגז באופן משמעותי. יחד עם זאת, סוניקציה משפרת את יכולת ההשקה של הבוצה והיא מפחיתה את כמות הבוצה השיורית שיש להשליך.

חומרי גלם לייצור ביוגז הם תערובות של חומרים מצטברים ומצטברים, סיבים, נגיפים וחיידקים, תאית וחומרים אנאורגניים אחרים. פסולת מזון, פסולת תעשייתית ומסחרית אורגנית, כגון שומנים או וינאסה, הם חומרי גלם משלימים למתקני עיכול מזופילים ותרמופיליים. קביטציה אולטראסונית הורסת אגרגטים ומבנים תאיים. בשל ההשפעה על מבנה החומר המרכיב, ניתן לנקז את הבוצה ביתר קלות. יתר על כן, הרס האגרגטים ודפנות התאים משפר את הזמינות הביולוגית של החומר התאי לפירוק על ידי חיידקים.

הגדלת תפוקת הביוגז באמצעות סוניקציה

מחקר שנערך לאחרונה בחן את ההשפעות של טיפול מקדים בבוצה באמצעות אולטרסאונד במתקן לטיפול בבוצה עירוני בגרמניה. (התמונה משמאל מציגה את המתקן בקנה מידה ניסיוני.) השימוש בטיפול מקדים באמצעות אולטרסאונד באמצעות מכשיר Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W) לטיפול בבוצה באולטרסאונד למשך 15 דקות הדגים שיפור משמעותי בביצועי העיכול האנאירובי, שהתבטא בעיקר בעלייה בייצור הביוגז. בהשוואה לבוצה שלא עברה טיפול, תפוקת הביוגז עלתה מכ-16 ± 2 NL·d⁻¹ לכ-26 ± 2 NL·d⁻¹, מה שמעיד על שיפור של כ-63%. שיפור זה מיוחס לפירוק האולטראסוני של גושי הבוצה ומבני התאים, מה שהגדיל באופן משמעותי את הביקוש הכימי לחמצן (COD) ואת ריכוזי חומצות השומן הנדיפות, ובכך שיפר את הזמינות הביולוגית של המצע עבור מיקרואורגניזמים מתאנוגניים. כתוצאה מכך, הושגו תשואות מתאן ספציפיות גבוהות יותר מבלי לשנות את תכולת המתאן, שנשארה יציבה בסביבות 62%. ממצאים אלה מאשרים כי אולטרסוניקציה בתדר נמוך ובעוצמה גבוהה היא אסטרטגיית טיפול מקדים יעילה להגברת העיכול האנאירובי על ידי האצת ההידרוליזה והגדלת חלקו של החומר האורגני המתכלה בקלות. (ראו Gkalipidou et al., 2026)

 
מאז שנת 1999, מספקת חברת Hielscher מערכות פירוק קולי בהספק של עד 48 קילוואט למתקני טיפול בשפכים שונים, לרבות מתקני טיפול בשפכים עירוניים ותעשייתיים ברחבי העולם. חלק ממערכות אלה שיפרו את תפוקת הביוגז בשיעור של עד 25%.

פירוק אולטראסוני של זבל בעלי חיים לפני עיכול אנאירובי משפר את תפוקת הביוגז.

הטבלה שלהלן מציגה את דרישות ההספק האופייניות עבור זרימות נפח שונות. המערכת הקולית משולבת בדרך כלל בקו הייצור לפני ההזנה למתקן העיכול. לחלופין, החומר האורגני יכול להיות מוחזר מהמתקן העיכול דרך המערכת הקולית חזרה למתקן העיכול. לכן, שלב הקוליות יכול להיות משולב בקלות במתקנים קיימים.

• עלייה בתפוקת הביוגז
• פירוק אנאירובי משופר
• שיפור התנהגות שיקוע עקב פירוק גזים והתפוררות פתיתים
• שיפור יחס C/N לדניטריפיקציה
• שיפור עיבוי עודפי בוצה
• עיכול משופר ויכולת הפחתת מים
• הפחתת כמות הפלוקולנטים
• עלויות סילוק נמוכות יותר עקב הפחתת שאריות הבוצה לאחר העיכול
• הפחתת הפולימר הנדרש
• הרס חיידקים נימיים

אנו ממליצים לבצע ניסויים בקנה מידה של פיילוט, למשל באמצעות מערכות של 1 עד 4 קילוואט. פעולה זו תציג את ההשפעות הכלליות והשיפור עבור זרם התהליך הספציפי שלך. נשמח לדון איתך בתהליך ולהמליץ על צעדים נוספים.