Atkritumu un dūņu apstrāde ar ultraskaņu
Biogāzi iegūst no tādiem avotiem kā sadzīves organiskie atkritumi, notekūdeņu dūņas, virca vai kūtsmēsli. Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo šādu organisko materiālu noārdāmību, tādējādi palielinot biogāzes daudzumu un samazinot atlikušo dūņu daudzumu.
Biogāze ir blakusprodukts, kas rodas, anaerobajām vai aerobajām baktērijām noārdot organiskās vielas. Tā sastāv galvenokārt no metāna, oglekļa dioksīda un sērūdeņraža. Tādēļ biogāze ir atjaunīgs aizstājējs tādam fosilajam kurināmajam kā dabasgāze.
Enerģijas cenas, ķimikāliju un dūņu utilizācijas izmaksas, vides tiesību akti un citas intereses, piemēram, smaku emisiju samazināšana, liek atkritumu apstrādes uzņēmumiem uzlabot apstrādes efektivitāti. Organisko materiālu dezintegrācija ar ultraskaņu pirms fermentācijas ievērojami uzlabo biogāzes ražošanu. Vienlaikus apstrāde ar ultraskaņu uzlabo dūņu atūdeņojamību un samazina utilizējamo atlikušo dūņu daudzumu.
Biogāzes ražošanas izejvielas ir dažādu agregētu un flokulētu vielu, šķiedru, vīrusu un baktēriju, celulozes un citu neorganisko vielu maisījumi. Pārtikas atkritumi, organiskie rūpniecības un komercdarbības atkritumi, piemēram, tauki vai vinasa, ir papildu izejvielas mezofilajiem un termofilajiem fermentatoriem. Ultraskaņas kavitācija sagrauj agregātus un šūnu struktūras. Iedarbība uz materiāla sastāvdaļu struktūru ļauj dūņas vieglāk atūdeņot. Turklāt agregātu un šūnu sieniņu sagraušana uzlabo šūnu iekšējā materiāla biopieejamību baktēriju izraisītai noārdīšanai.
4x 4kW jaudas ultraskaņa dūņu dezintegrācijai
Lielāks biogāzes iznākums, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu
Nesenā pētījumā tika pētīta dūņu priekšapstrādes ar ultraskaņu ietekme Grieķijas komunālo dūņu apstrādes iekārtā. (Attēlā pa kreisi redzama pilotmēroga iekārta.) Priekšapstrāde ar ultraskaņu, izmantojot Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W) un apstrādājot dūņas ar ultraskaņu 15 min, uzrādīja būtisku anaerobās fermentācijas efektivitātes uzlabojumu, kas galvenokārt izpaudās kā palielināta biogāzes ražošana. Salīdzinājumā ar neapstrādātām dūņām biogāzes iznākums palielinājās no aptuveni 16 ± 2 NL·d⁻¹ līdz 26 ± 2 NL·d⁻¹, kas atbilst aptuveni 63% uzlabojumam. Šis uzlabojums tiek skaidrots ar dūņu pārslu un šūnu struktūru dezintegrāciju ultraskaņas ietekmē, kas ievērojami palielināja šķīstošo vielu ķīmisko skābekļa patēriņu (COD) un gaistošo taukskābju koncentrāciju, tādējādi uzlabojot substrāta biopieejamību metanogēnajiem mikroorganismiem. Rezultātā tika sasniegts lielāks īpatnējais metāna iznākums, nemainoties metāna saturam, kas saglabājās stabils – aptuveni 62%. Šie rezultāti apstiprina, ka zemas frekvences lieljaudas apstrāde ar ultraskaņu ir efektīva priekšapstrādes stratēģija anaerobās fermentācijas intensificēšanai, paātrinot hidrolīzi un palielinot viegli bioloģiski noārdāmo organisko vielu īpatsvaru. (sal. Gkalipidou et al., 2026)
Kopš 1999. gada Hielscher piegādā ultraskaņas dezintegrācijas sistēmas ar atsevišķas sistēmas jaudu līdz 48kW dažādām notekūdeņu attīrīšanas iekārtām, tostarp komunālo un rūpniecisko atkritumu apstrādes iekārtām visā pasaulē. Dažas no šīm sistēmām ir palielinājušas biogāzes iznākumu līdz pat 25%.
Dzīvnieku kūtsmēslu dezintegrācija ar ultraskaņu pirms anaerobās fermentācijas uzlabo biogāzes iznākumu.
Tālāk tabulā norādītas tipiskās nepieciešamās jaudas vērtības dažādiem tilpuma plūsmas ātrumiem. Ultraskaņas sistēmu parasti integrē tieši plūsmas līnijā pirms materiāla ievadīšanas fermentatorā. Organisko materiālu var arī recirkulēt no fermentatora caur ultraskaņas sistēmu atpakaļ fermentatorā. Tādēļ apstrādes posmu ar ultraskaņu var viegli pievienot esošajām iekārtām.
|
48kW jaudas ultraskaņas procesors dūņu dezintegrācijai
- Biogāzes iznākuma palielināšanās
- Uzlabota anaerobā noārdīšanās
- Uzlabotas sedimentācijas īpašības, pateicoties degazācijai un pārslu dezintegrācijai
- Uzlabota C/N attiecība denitrifikācijai
- Uzlabota lieko dūņu sabiezināšana
- Uzlabota fermentācija un atūdeņojamība
- Flokulantu daudzuma samazināšanās
- Zemākas utilizācijas izmaksas, pateicoties atlikušo dūņu daudzuma samazinājumam pēc fermentācijas
- Nepieciešamā polimēra daudzuma samazināšanās
- Pavedienveida baktēriju iznīcināšana
Mēs iesakām veikt pilotmēroga izmēģinājumus, piemēram, izmantojot sistēmas ar jaudu no 1 līdz 4kW. Tas parādīs vispārējo ietekmi un uzlabojumus jūsu konkrētā procesa plūsmā. Mēs labprāt apspriedīsim ar jums jūsu procesu un ieteiksim turpmākos soļus.
UIP6000hdT, ultraskaņas apstrādes ierīce ar 6000 vatu jaudu, ar ultraskaņas plūsmas šūnas 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.
Bieži 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 kontrolētos apstākļos. Šajā procesā mikroorganismi bezskābekļa vidē noārda organiskās vielas, radot biogāzi – maisījumu, kas sastāv galvenokārt no metāna un oglekļa dioksīda. Šo biogāzi var izmantot kā atjaunīgu enerģijas avotu. Apstrādes procesā rodas arī barības vielām bagāts blakusprodukts, ko sauc par digestātu un ko var izmantot kā mēslojumu, uzlabojot atkritumu apsaimniekošanas ilgtspēju.
Kas ir fosfora atgūšana no dūņām?
Fosfora atgūšana no dūņām ietver fosfora, kas ir būtiska barības viela, atgūšanu no notekūdeņu dūņām, kuras bieži apstrādā notekūdeņu attīrīšanas iekārtās. Šajā procesā izmanto apstrādi ar ultraskaņu, iedarbojoties uz dūņām ar augstfrekvences skaņas viļņiem, kas sagrauj mikroorganismu šūnu sieniņas un veicina fosfora izdalīšanos no organiskā materiāla. Tas uzlabo fosfora atgūšanas efektivitāti, padarot to pieejamāku turpmākai ekstrakcijai un attīrīšanai un tādējādi veicinot fosfora ilgtspējīgu atkārtotu izmantošanu lauksaimniecībā. Lasiet vairāk par to, kā apstrāde ar ultraskaņu palielina fosfora atgūšanu no dūņām!