טיפול אולטרסוני בפסולת ובבוצה

ביוגז מופק ממקורות כגון פסולת אורגנית עירונית, בוצת שפכים, רפש או זבל בעלי חיים. טיפול אולטרסוני משפר את יכולת העיכול של חומר אורגני כזה, וכך מוביל להפקת יותר ביוגז ולפחות בוצה שיורית.

ביוגז הוא תוצר לוואי של פירוק חומר אורגני בידי חיידקים אנאירוביים או אירוביים. הוא מורכב בעיקר ממתאן, מפחמן דו-חמצני וממימן גופרי. לכן ביוגז הוא חלופה מתחדשת לדלקים מאובנים, כגון גז טבעי.

מחירי האנרגיה, עלויות הכימיקלים וסילוק הבוצה, חקיקה סביבתית ושיקולים אחרים, כגון הפחתת פליטות ריח, מחייבים מתקני טיפול בפסולת לשפר את יעילות העיבוד שלהם. הפירוק האולטרסוני של החומר האורגני לפני העיכול משפר משמעותית את ייצור הביוגז. לצד זאת, סוניקציה משפרת את יכולת סילוק המים מהבוצה ומפחיתה את כמות הבוצה השיורית שיש לסלק.

חומרי הגלם לייצור ביוגז הם תערובות של חומרים שונים המצויים בצברים ובפתיתים, סיבים, נגיפים וחיידקים, תאית וחומרים אנאורגניים אחרים. פסולת מזון ופסולת אורגנית תעשייתית ומסחרית, כגון שומנים או וינאס, הן חומרי גלם משלימים למעכלים מזופיליים ותרמופיליים. קוויטציה אולטרסונית הורסת צברים ומבנים תאיים. בשל ההשפעה על מבנה החומרים המרכיבים את הבוצה, ניתן לסלק ממנה מים ביתר קלות. יתרה מכך, הרס הצברים ודופנות התאים משפר את הזמינות הביולוגית של חומר תוך-תאי לפירוק בידי חיידקים.

הגדלת תפוקת הביוגז באמצעות סוניקציה

מחקר שנערך לאחרונה בחן את השפעותיו של טיפול מקדים בבוצה המבוסס על סוניקציה במתקן עירוני לטיפול בבוצה המכונה ״Geek״. (התמונה משמאל מציגה את המערך בקנה מידה של פיילוט.) יישום טיפול מקדים אולטרסוני באמצעות Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), שבו טופלה הבוצה באולטרסאונד במשך 15 min, הדגים שיפור ניכר בביצועי העיכול האנאירובי, שהתבטא בעיקר בעלייה בייצור הביוגז. בהשוואה לבוצה שלא טופלה, תפוקת הביוגז עלתה מכ-16 ± 2 NL·d⁻¹ ל-26 ± 2 NL·d⁻¹, עלייה המקבילה לשיפור של כ-63%. שיפור זה מיוחס לפירוק האולטרסוני של פתיתי הבוצה והמבנים התאיים, שהגדיל משמעותית את צריכת החמצן הכימית (COD) של המקטע המסיס ואת ריכוזי חומצות השומן הנדיפות, ובכך שיפר את הזמינות הביולוגית של המצע למיקרואורגניזמים מתאנוגניים. כתוצאה מכך הושגו תפוקות מתאן סגוליות גבוהות יותר ללא שינוי בתכולת המתאן, שנותרה יציבה ברמה של כ-62%. ממצאים אלה מאשרים שטיפול אולטרסוני בתדר נמוך ובהספק גבוה הוא אסטרטגיית טיפול מקדים יעילה להגברת העיכול האנאירובי באמצעות האצת ההידרוליזה והגדלת חלקו של החומר האורגני המתפרק בקלות בתהליכים ביולוגיים. (ראו Gkalipidou et al., 2026)

 
מאז 1999, Hielscher מספקת מערכות לפירוק אולטרסוני בהספק של עד 48kW למערכת למגוון מתקני טיפול בשפכים, ובהם מתקני טיפול בפסולת עירונית ותעשייתית ברחבי העולם. חלק ממערכות אלה שיפרו את תפוקת הביוגז בשיעור של עד 25%.

פירוק אולטרסוני של זבל בעלי חיים לפני עיכול אנאירובי משפר את תפוקות הביוגז.

הטבלה שלהלן מציגה דרישות הספק אופייניות עבור ספיקות נפחיות שונות. המערכת האולטרסונית משולבת בדרך כלל בקו הזרימה לפני ההזנה למעכל. לחלופין, אפשר לסחרר את החומר האורגני מהמעכל דרך המערכת האולטרסונית ובחזרה למעכל. לפיכך, ניתן להוסיף בקלות את שלב הטיפול האולטרסוני למתקנים קיימים.

• הגדלת תפוקת הביוגז
• שיפור הפירוק האנאירובי
• שיפור התנהגות השקיעה בזכות סילוק גזים ופירוק פתיתים
• שיפור יחס C/N לצורך דניטריפיקציה
• שיפור הסמכת הבוצה העודפת
• שיפור העיכול ויכולת סילוק המים
• הפחתת כמות חומרי הפתיתה
• הפחתת עלויות הסילוק בזכות צמצום הבוצה השיורית לאחר העיכול
• הפחתת כמות הפולימר הנדרשת
• הרס חיידקים חוטיים

אנו ממליצים לערוך ניסויים בקנה מידה של פיילוט, למשל באמצעות מערכות בהספק של 1 עד 4kW. כך ניתן יהיה להדגים את ההשפעות הכלליות ואת השיפור עבור זרם התהליך המסוים שלכם. נשמח לדון איתכם בתהליך שלכם ולהמליץ על צעדים נוספים.