Ultraskaņas atkritumu un dūņu apstrāde
Biogāzi iegūst no tādiem avotiem kā sadzīves organiskie atkritumi, notekūdeņu dūņas, mēsli vai kūtsmēsli. Ultraskaņošana uzlabo šādu organisko materiālu sagremojamību, tādējādi iegūstot vairāk biogāzes un mazāk atlikušo dūņu.
Biogāze ir organisko vielu sadalīšanās blakusprodukts anaerobās vai aerobās baktērijās. Tas sastāv galvenokārt no metāna, oglekļa dioksīda un sērūdeņraža. Tas padara biogāzi par atjaunojamu alternatīvu fosilajam kurināmajam, piemēram, dabasgāzei.
Enerģijas cenas un ķīmisko vielu un dūņu apglabāšanas izmaksas, vides tiesību akti un citas intereses, piemēram, smaku emisiju samazināšana, prasa, lai atkritumu pārstrādes iekārtas uzlabotu savu pārstrādes efektivitāti. Organiskā materiāla ultraskaņas sadalīšanās pirms gremošanas ievērojami uzlabo biogāzes ražošanu. Kopā ar šo ultraskaņu uzlabo dūņu atūdeņojamību un samazina apglabājamo atlikušo dūņu daudzumu.
Biodīzeļdegvielas ražošanas izejvielas ir dažādu agregātvielu un flokulātu, šķiedru, vīrusu un baktēriju, celulozes un citu neorganisku vielu maisījumi. Pārtikas atkritumi, organiskie rūpnieciskie un komerciālie atkritumi, piemēram, tauki vai vīnogas, ir papildu izejvielas mezofīlajiem un termofīlajiem fermentatoriem. Ultraskaņas kavitācija iznīcina agregātus un šūnu struktūras. Ietekmes uz sastāvā esošo materiālu struktūru dēļ dūņas var vieglāk atūdeņot. Turklāt agregātu un šūnu sieniņu destrukcija uzlabo baktēriju sadalīšanās bioloģisko pieejamību iekššūnu materiāliem.
4x 4kW jauda-ultraskaņa dūņu sairšanai
Lielāks biogāzes iznākums, izmantojot sonikāciju
Nesen veiktajā pētījumā tika pētīta uz sonikāciju balstītas dūņu priekšapstrādes ietekme Geek komunālo dūņu attīrīšanas iekārtās. (Attēlā kreisajā pusē redzama izmēģinājuma mēroga iekārta.) Ultraskaņas priekšapstrāde, izmantojot Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), kas 15 min. ultraskaņas režīmā apstrādāja dūņas, parādīja būtisku anaerobās fermentācijas efektivitātes uzlabošanos, kas galvenokārt izpaudās kā biogāzes ražošanas pieaugums. Salīdzinot ar neapstrādātām dūņām, biogāzes ieguve palielinājās no aptuveni 16 ± 2 NL-d-¹ līdz 26 ± 2 NL-d-¹, kas atbilst uzlabojumam par aptuveni 63 %. Šis uzlabojums skaidrojams ar dūņu flokšu un šūnu struktūru dezintegrāciju ar ultraskaņu, kas ievērojami palielināja šķīstošā ķīmiskā skābekļa patēriņa (ĶSP) un gaistošo taukskābju koncentrāciju, tādējādi uzlabojot substrāta biopieejamību metanogēnajiem mikroorganismiem. Rezultātā tika sasniegts lielāks specifiskais metāna iznākums, nemainoties metāna saturam, kas saglabājās stabils aptuveni 62 % līmenī. Šie secinājumi apstiprina, ka zemas frekvences un lielas jaudas ultraskaņas izmantošana ir efektīva pirmapstrādes stratēģija anaerobās fermentācijas intensificēšanai, paātrinot hidrolīzi un palielinot viegli bioloģiski noārdāmās organiskās vielas frakciju. (sk. Gkalipidou et al., 2026).
Kopš 1999. gada Hielscher piegādā ultraskaņas dezintegrācijas sistēmas ar individuālo jaudu līdz 48kW dažādām notekūdeņu attīrīšanas iekārtām, tostarp komunālo un rūpniecisko atkritumu attīrīšanas iekārtām visā pasaulē. Dažas no šīm sistēmām uzlaboja biogāzes ieguvi līdz pat 25 %.
Dzīvnieku mēslu dezintegrācija ar ultraskaņu pirms anaerobās fermentācijas uzlabo biogāzes ieguvi.
Zemāk dotajā tabulā ir norādītas tipiskās jaudas prasības dažādām plūsmām. Ultraskaņas sistēma parasti ir integrēta rindā pirms padeves uz fermentatoru. Alternatīvi organisko materiālu var recirkulēt no fermentatora caur ultraskaņas sistēmu atpakaļ fermentatorā. Tāpēc ultraskaņas posmu var viegli modernizēt esošajās iekārtās.
|
48kW jaudīgs ultraskaņas procesors dūņu sadalīšanai
- Biogāzes ražas pieaugums
- Uzlabota anaerobā sadalīšanās
- Sedimentācijas uzvedības uzlabošanās degazēšanas un pārslu sairšanas dēļ
- C/N attiecības uzlabošana denitrifikācijai
- Lieko dūņu sabiezēšanas uzlabošana
- Uzlabota gremošana un atūdeņojamība
- Flokulantu daudzuma samazināšana
- Zemākas apglabāšanas izmaksas sakarā ar atlikušo dūņu samazināšanu pēc šķelšanas
- Nepieciešamā polimēra samazināšana
- Šķiedru baktēriju iznīcināšana
Mēs iesakām veikt izmēģinājuma mēroga izmēģinājumus, piemēram, izmantojot 1 līdz 4 kW sistēmas. Tas parādīs jūsu konkrētās procesa straumes vispārējo ietekmi un uzlabojumus. Mēs ar prieku apspriedīsim jūsu procesu ar jums un ieteiksim turpmākos soļus.
UIP6000hdT, 6000 vatu jaudīgs sonikators, ar ultraskaņas plūsmas šūnu reaktoru.
Literatūra / Atsauces
- 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.
Biežāk uzdotie jautājumi
Kas ir atkritumu un dūņu apstrāde biogāzes ražošanai?
Atkritumu un dūņu apstrāde biogāzes ražošanai ietver organisko materiālu, piemēram, lauksaimniecības atkritumu, notekūdeņu dūņu un pārtikas atkritumu, anaerobo fermentāciju kontrolētā vidē. Šī procesa laikā mikroorganismi bez skābekļa sasmalcina organiskās vielas, radot biogāzi - maisījumu, kas sastāv galvenokārt no metāna un oglekļa dioksīda. Šo biogāzi var izmantot kā atjaunojamo enerģijas avotu. Apstrādes procesa rezultātā rodas arī barības vielām bagāts blakusprodukts - digestāts, ko var izmantot kā mēslojumu, tādējādi uzlabojot atkritumu apsaimniekošanas prakses ilgtspēju.
Kas ir fosfora pārstrāde no dūņām?
Fosfora pārstrāde no dūņām ietver fosfora, kas ir būtiska barības viela, reģenerāciju no notekūdeņu dūņām, kuras bieži tiek pārstrādātas notekūdeņu attīrīšanas iekārtās. Šajā procesā tiek izmantota ultraskaņas apstrāde, dūņām pielietojot augstas frekvences skaņas viļņus, kas traucē mikroorganismu šūnu sienas un uzlabo fosfora izdalīšanos no organiskā materiāla. Tas uzlabo fosfora reģenerācijas efektivitāti, padarot to pieejamāku turpmākai ieguvei un attīrīšanai, galu galā veicinot fosfora ilgtspējīgu atkārtotu izmantošanu lauksaimniecībā. Lasiet vairāk par sonikāciju, kas palielina fosfora atgūšanu no dūņām!