Ultrazvučna obrada otpada i mulja
Bioplin se proizvodi iz izvora kao što su komunalni organski otpad, kanalizacijski mulj, gnojovka ili stajski gnoj. Ultrazvučna obrada poboljšava razgradivost takvog organskog materijala, što dovodi do veće količine bioplina i manje količine preostalog mulja.
Bioplin je nusproizvod razgradnje organske tvari djelovanjem anaerobnih ili aerobnih bakterija. Sastoji se prvenstveno od metana, ugljikova dioksida i sumporovodika. Zbog toga je bioplin obnovljiva alternativa fosilnim gorivima, poput prirodnog plina.
Cijene energije i troškovi kemikalija i zbrinjavanja mulja, propisi o zaštiti okoliša i drugi interesi, poput smanjenja emisija neugodnih mirisa, zahtijevaju od postrojenja za obradu otpada da poboljšaju učinkovitost svojih procesa. Ultrazvučna dezintegracija organskog materijala prije digestije znatno poboljšava proizvodnju bioplina. Uz to, sonikacija poboljšava mogućnost odvodnjavanja mulja i smanjuje količinu preostalog mulja koji treba zbrinuti.
Sirovine za proizvodnju bioplina smjese su različitih agregiranih i flokuliranih tvari, vlakana, virusa i bakterija, celuloze i drugih anorganskih tvari. Otpad od hrane te organski industrijski i komercijalni otpad, poput masti ili vinase, dopunske su sirovine za mezofilne i termofilne digestore. Ultrazvučna kavitacija razara agregate i stanične strukture. Zbog djelovanja na strukturu sastavnih tvari mulj se može lakše odvodnjavati. Nadalje, razaranje agregata i staničnih stijenki poboljšava bioraspoloživost unutarstaničnog materijala za bakterijsku razgradnju.
4x 4kW ultrazvuka velike snage za dezintegraciju mulja
Povećani prinos bioplina sonikacijom
Nedavno istraživanje ispitalo je učinke predobrade mulja sonikacijom u komunalnom postrojenju za obradu mulja „Geek“. (Slika lijevo prikazuje pilot-postrojenje.) Primjena ultrazvučne predobrade uređajem Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), uz ultrazvučnu obradu mulja tijekom 15 min, pokazala je znatno poboljšanje učinkovitosti anaerobne digestije, koje se prvenstveno odrazilo u povećanoj proizvodnji bioplina. U usporedbi s neobrađenim muljem, prinos bioplina povećao se s približno 16 ± 2 NL·d⁻¹ na 26 ± 2 NL·d⁻¹, što odgovara poboljšanju od oko 63%. To se poboljšanje pripisuje ultrazvučnoj dezintegraciji flokula mulja i staničnih struktura, koja je znatno povećala kemijsku potrošnju kisika topljive frakcije (COD) i koncentracije hlapljivih masnih kiselina, čime je poboljšana bioraspoloživost supstrata za metanogene mikroorganizme. Kao rezultat toga, postignuti su veći specifični prinosi metana bez promjene udjela metana, koji je ostao stabilan na oko 62%. Ti nalazi potvrđuju da je ultrazvučna obrada niske frekvencije i velike snage učinkovita strategija predobrade za intenziviranje anaerobne digestije ubrzavanjem hidrolize i povećanjem udjela lako biorazgradive organske tvari. (usp. Gkalipidou et al., 2026)
Od 1999. Hielscher isporučuje sustave za ultrazvučnu dezintegraciju pojedinačne snage do 48kW različitim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda, uključujući komunalna i industrijska postrojenja za obradu otpada diljem svijeta. Neki od tih sustava povećali su prinos bioplina za do 25%.
Ultrazvučna dezintegracija životinjskog gnoja prije anaerobne digestije poboljšava prinose bioplina.
Tablica u nastavku prikazuje tipične potrebne snage za različite volumne protoke. Ultrazvučni sustav obično se ugrađuje u procesni tok prije dovoda u digestor. Alternativno, organski materijal može se recirkulirati iz digestora kroz ultrazvučni sustav natrag u digestor. Stoga se korak ultrazvučne obrade može jednostavno naknadno ugraditi u postojeća postrojenja.
|
Snažan ultrazvučni procesor snage 48kW za dezintegraciju mulja
- Povećanje prinosa bioplina
- Poboljšana anaerobna razgradnja
- Poboljšanje taloženja zahvaljujući otplinjavanju i dezintegraciji flokula
- Poboljšanje omjera C/N za denitrifikaciju
- Poboljšanje zgušnjavanja viška mulja
- Poboljšana digestija i mogućnost odvodnjavanja
- Smanjenje količine flokulanata
- Niži troškovi zbrinjavanja zahvaljujući smanjenju količine preostalog mulja nakon digestije
- Smanjenje potrebne količine polimera
- Uništavanje filamentoznih bakterija
Preporučujemo provedbu ispitivanja u pilot-mjerilu, primjerice sustavima snage od 1 do 4kW. Time će se pokazati opći učinci i poboljšanja za vaš konkretni procesni tok. Rado ćemo s vama razgovarati o vašem procesu i preporučiti daljnje korake.
UIP6000hdT, snažan sonikator snage 6000 vata, s reaktorom s ultrazvučnom protočnom ćelijom.
Literatura / Reference
- 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.
Često postavljana pitanja
Što je obrada otpada i mulja za proizvodnju bioplina?
Obrada otpada i mulja za proizvodnju bioplina uključuje anaerobnu digestiju organskih materijala, poput poljoprivrednog otpada, kanalizacijskog mulja i otpada od hrane, u kontroliranim uvjetima. Tijekom tog procesa mikroorganizmi razgrađuju organsku tvar bez prisutnosti kisika, proizvodeći bioplin – smjesu koja se prvenstveno sastoji od metana i ugljikova dioksida. Taj se bioplin može upotrebljavati kao obnovljivi izvor energije. Procesom obrade nastaje i nusproizvod bogat hranjivim tvarima, poznat kao digestat, koji se može upotrebljavati kao gnojivo, čime se povećava održivost postupaka gospodarenja otpadom.
Što je recikliranje fosfora iz mulja?
Recikliranje fosfora iz mulja uključuje oporabu fosfora, esencijalne hranjive tvari, iz kanalizacijskog mulja, koji se često obrađuje u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda. Sonikacija se u tom procesu primjenjuje djelovanjem visokofrekventnih zvučnih valova na mulj, čime se razaraju stanične stijenke mikroorganizama i pospješuje oslobađanje fosfora iz organskog materijala. To poboljšava učinkovitost oporabe fosfora, čineći ga dostupnijim za naknadnu ekstrakciju i pročišćavanje, što u konačnici doprinosi održivoj ponovnoj uporabi fosfora u poljoprivredi. Pročitajte više o tome kako sonikacija povećava oporabu fosfora iz mulja!