Ultrasone afval- en slibbehandeling

Biogas wordt gegenereerd uit bronnen zoals gemeentelijk organisch afval, rioolslib, stalmest of mest. Ultrasoonbehandeling verbetert de verteerbaarheid van dergelijk organisch materiaal, wat leidt tot meer biogas en minder restslib.

Biogas is een bijproduct van de afbraak van organisch materiaal door anaerobe of aerobe bacteriën. Het bestaat voornamelijk uit methaan, kooldioxide en waterstofsulfide. Dit maakt biogas een hernieuwbaar alternatief voor fossiele brandstoffen, zoals aardgas.

Energieprijzen en de kosten voor de verwijdering van chemicaliën en slib, milieuwetgeving en andere belangen, zoals de vermindering van geuremissies, vereisen dat afvalverwerkingsinstallaties hun verwerkingsefficiëntie verbeteren. De ultrasone desintegratie van het organische materiaal vóór de vergisting verbetert de biogasproductie aanzienlijk. Daarnaast verbetert sonificatie de ontwaterbaarheid van het slib en vermindert het de hoeveelheid restslib die moet worden afgevoerd.

Grondstoffen voor de productie van biogas zijn mengsels van verschillende geaggregeerde en geflocculeerde stoffen, vezels, virussen en bacteriën, cellulose en andere anorganische stoffen. Voedselafval, organisch industrieel en commercieel afval, zoals vetten of vinasse zijn aanvullende grondstoffen voor mesofiele en thermofiele vergisters. Ultrasone cavitatie vernietigt aggregaten en celstructuren. Door het effect op de structuur van het samenstellende materiaal kan het slib gemakkelijker ontwaterd worden. Bovendien verbetert de vernietiging van de aggregaten en celwanden de biologische beschikbaarheid van intracellulair materiaal voor afbraak door bacteriën.

Verhoogde biogasopbrengst door Sonicatie

In een recent onderzoek werden de effecten onderzocht van slibvoorbehandeling op basis van sonicatie in een Geek slibbehandelingsinstallatie. (De toepassing van ultrasone voorbehandeling met behulp van een Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W) die het slib gedurende 15 minuten ultrasoon behandelde, liet een aanzienlijke verbetering zien in de prestaties van anaerobe gisting, wat voornamelijk tot uiting kwam in een verhoogde biogasproductie. Vergeleken met onbehandeld slib steeg de biogasopbrengst van ongeveer 16 ± 2 NL-d-¹ naar 26 ± 2 NL-d-¹, wat overeenkomt met een verbetering van ongeveer 63%. Deze verbetering wordt toegeschreven aan de ultrasone desintegratie van slibvlokken en celstructuren, waardoor de concentraties oplosbaar chemisch zuurstofverbruik (CZV) en vluchtige vetzuren aanzienlijk toenamen, waardoor de biologische beschikbaarheid van substraat voor methanogene micro-organismen verbeterde. Als gevolg hiervan werd een hogere specifieke methaanopbrengst bereikt zonder het methaangehalte te veranderen, dat stabiel bleef op ongeveer 62%. Deze bevindingen bevestigen dat ultrasoonbehandeling met lage frequentie en hoog vermogen een effectieve voorbehandelingsstrategie is om anaerobe vergisting te intensiveren door hydrolyse te versnellen en de fractie gemakkelijk biologisch afbreekbaar organisch materiaal te verhogen. (vgl. Gkalipidou et al., 2026)

 
Sinds 1999 levert Hielscher ultrasone desintegratiesystemen met een individueel vermogen tot 48 kW aan diverse afvalwaterzuiveringsinstallaties, waaronder gemeentelijke en industriële afvalverwerkingsinstallaties over de hele wereld. Sommige van deze systemen verbeterden de biogasopbrengst met wel 25%.

 

De tabel hieronder toont typische vermogensvereisten voor verschillende volumestromen. Het ultrasone systeem wordt over het algemeen inline geïntegreerd vóór de toevoer naar de vergister. Als alternatief kan het organisch materiaal vanuit de vergister door het ultrasoon systeem terug naar de vergister worden geleid. Daarom kan de ultrasoonstap gemakkelijk achteraf worden ingebouwd in bestaande installaties.

Debiet Uitrusting 50 – 200L/uur UIP1000hd 200 – 800L/uur 4xUIP1000hd 1 – 3m³/uur 4xUIP4000 5 – 20m³/uur 6xUIP16000 50 – 200m³/uur 62xUIP16000

De toepassing van ultrasoontechniek op de verwerking van slib en afvalstromen kan verschillende resultaten opleveren, zoals:

• Toename in biogasopbrengst
• Verbeterde anaerobe afbraak
• Verbetering van het sedimentatiegedrag door ontgassing en uiteenvallen van vlokken
• Verbetering van de C/N-verhouding voor denitrificatie
• Verbetering van de indikking van sliboverschotten
• Verbeterde vertering en ontwaterbaarheid
• Vermindering van de hoeveelheid vlokmiddelen
• Lagere afvoerkosten door reductie van restslib na vergisting
• Vermindering van vereist polymeer
• Vernietiging van filamenteuze bacteriën

We raden aan om proeven op pilotschaal uit te voeren, bijvoorbeeld met systemen van 1 tot 4 kW. Dit zal de algemene effecten en verbeteringen voor uw specifieke processtroom laten zien. We bespreken graag uw proces met u en adviseren u over verdere stappen.