Trattamento a ultrasuoni di rifiuti e fanghi

Il biogas viene prodotto a partire da fonti quali rifiuti organici urbani, fanghi di depurazione, liquami o letame. La sonicazione migliora la digeribilità di questi materiali organici, aumentando la produzione di biogas e riducendo i fanghi residui.

Il biogas è un sottoprodotto della decomposizione della materia organica da parte di batteri anaerobici o aerobici. È composto principalmente da metano, anidride carbonica e solfuro di idrogeno. Questo rende il biogas un’alternativa rinnovabile ai combustibili fossili, come il gas naturale.

I prezzi dell’energia, i costi dei prodotti chimici e dello smaltimento dei fanghi, la normativa ambientale e altre esigenze, come la riduzione delle emissioni odorigene, impongono agli impianti di trattamento dei rifiuti di migliorare l’efficienza dei propri processi. La disgregazione a ultrasuoni del materiale organico prima della digestione migliora significativamente la produzione di biogas. Inoltre, la sonicazione migliora la disidratabilità dei fanghi e riduce la quantità di fanghi residui da smaltire.

Le materie prime per la produzione di biogas sono miscele di varie sostanze aggregate e flocculate, fibre, virus e batteri, cellulosa e altre sostanze inorganiche. Gli scarti alimentari e i rifiuti organici industriali e commerciali, come grassi o borlande, costituiscono materie prime supplementari per i digestori mesofili e termofili. La cavitazione ultrasonica distrugge gli aggregati e le strutture cellulari. Grazie all’effetto sulla struttura dei materiali costituenti, i fanghi possono essere disidratati più facilmente. Inoltre, la distruzione degli aggregati e delle pareti cellulari migliora la biodisponibilità del materiale intracellulare per la decomposizione da parte dei batteri.

Aumento della resa di biogas mediante sonicazione

Uno studio recente ha esaminato gli effetti del pretrattamento dei fanghi mediante sonicazione in un impianto municipale Geek di trattamento dei fanghi. (L’immagine a sinistra mostra l’impianto su scala pilota.) L’applicazione del pretrattamento a ultrasuoni con un Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), trattando i fanghi con ultrasuoni per 15 min, ha dimostrato un miglioramento sostanziale delle prestazioni della digestione anaerobica, riscontrato principalmente nell’aumento della produzione di biogas. Rispetto ai fanghi non trattati, la resa di biogas è aumentata da circa 16 ± 2 NL·d⁻¹ a 26 ± 2 NL·d⁻¹, corrispondente a un miglioramento di circa il 63%. Questo miglioramento è attribuito alla disgregazione a ultrasuoni dei fiocchi di fango e delle strutture cellulari, che ha aumentato significativamente la domanda chimica di ossigeno (COD) solubile e le concentrazioni di acidi grassi volatili, migliorando così la biodisponibilità del substrato per i microrganismi metanogeni. Di conseguenza, sono state ottenute rese specifiche di metano più elevate senza alterare il contenuto di metano, che è rimasto stabile intorno al 62%. Questi risultati confermano che la sonicazione a bassa frequenza e ad alta potenza è una strategia di pretrattamento efficace per intensificare la digestione anaerobica, accelerando l’idrolisi e aumentando la frazione di materia organica facilmente biodegradabile. (cfr. Gkalipidou et al., 2026)

 
Dal 1999, Hielscher fornisce sistemi di disgregazione a ultrasuoni con potenza individuale fino a 48kW a diversi impianti di trattamento delle acque reflue, inclusi impianti di trattamento dei rifiuti urbani e industriali in tutto il mondo. Alcuni di questi sistemi hanno migliorato la resa di biogas fino al 25%.

 

La tabella seguente mostra i fabbisogni tipici di potenza per diverse portate volumetriche. Il sistema a ultrasuoni viene generalmente integrato in linea prima dell’alimentazione al digestore. In alternativa, il materiale organico può essere ricircolato dal digestore attraverso il sistema a ultrasuoni e quindi reimmesso nel digestore. La fase di sonicazione può pertanto essere facilmente integrata negli impianti esistenti.

Portata Apparecchiatura 50 – 200L/hr UIP1000hd 200 – 800L/hr 4xUIP1000hd 1 – 3m³/hr 4xUIP4000 5 – 20m³/hr 6xUIP16000 50 – 200m³/hr 62xUIP16000

L’applicazione degli ultrasuoni al trattamento dei fanghi e dei flussi di rifiuti può ottenere diversi risultati, quali:

• Aumento della resa di biogas
• Miglioramento della decomposizione anaerobica
• Miglioramento del comportamento di sedimentazione grazie al degasaggio e alla disgregazione dei fiocchi
• Miglioramento del rapporto C/N per la denitrificazione
• Miglioramento dell’ispessimento dei fanghi di supero
• Miglioramento della digestione e della disidratabilità
• Riduzione della quantità di flocculanti
• Riduzione dei costi di smaltimento grazie alla diminuzione dei fanghi residui dopo la digestione
• Riduzione della quantità di polimero necessaria
• Distruzione dei batteri filamentosi

Consigliamo di eseguire prove su scala pilota, ad esempio utilizzando sistemi da 1 a 4kW. Queste prove mostreranno gli effetti generali e il miglioramento ottenibile per il vostro specifico flusso di processo. Saremo lieti di discutere con voi il vostro processo e di suggerire i passi successivi.