Ultrasone afval- en slibbehandeling

Biogas wordt geproduceerd uit bronnen zoals gemeentelijk organisch afval, zuiveringsslib, stalmest of dierlijke mest. Ultrasone behandeling verbetert de vergistbaarheid 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, koolstofdioxide en waterstofsulfide. Dit maakt biogas tot een hernieuwbaar alternatief voor fossiele brandstoffen, zoals aardgas.

Energieprijzen, kosten voor chemicaliën en slibafvoer, milieuwetgeving en andere belangen, zoals het terugdringen van geuremissies, vereisen dat afvalverwerkingsinstallaties hun verwerkingsefficiëntie verbeteren. De ultrasone desintegratie van het organische materiaal vóór de vergisting verbetert de biogasproductie aanzienlijk. Daarnaast verbetert sonicatie de ontwaterbaarheid van het slib en vermindert ze de hoeveelheid af te voeren restslib.

Grondstoffen voor de productie van biogas zijn mengsels van diverse geaggregeerde en geflocculeerde stoffen, vezels, virussen en bacteriën, cellulose en andere anorganische stoffen. Voedselafval en organisch afval uit de industrie en het bedrijfsleven, 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 worden ontwaterd. Bovendien verbetert de vernietiging van de aggregaten en celwanden de biologische beschikbaarheid van intracellulair materiaal voor afbraak door bacteriën.

Hogere biogasopbrengst door sonicatie

Een recente studie onderzocht de effecten van slibvoorbehandeling met sonicatie in een gemeentelijke slibbehandelingsinstallatie met de aanduiding ‘Geek’. (De afbeelding links toont de proefopstelling op pilotschaal.) De toepassing van ultrasone voorbehandeling met een Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), waarbij slib gedurende 15 min ultrasoon werd behandeld, liet een aanzienlijke verbetering van de prestaties van de anaerobe vergisting zien, die vooral 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, die de chemische zuurstofvraag (COD) van de opgeloste stoffen en de concentraties vluchtige vetzuren aanzienlijk verhoogde, waardoor de biologische beschikbaarheid van het substraat voor methanogene micro-organismen verbeterde. Hierdoor werden hogere specifieke methaanopbrengsten bereikt zonder verandering van het methaangehalte, dat stabiel bleef op ongeveer 62%. Deze bevindingen bevestigen dat ultrasone behandeling met een lage frequentie en een hoog vermogen een effectieve voorbehandelingsstrategie is om anaerobe vergisting te intensiveren door de hydrolyse te versnellen en het aandeel gemakkelijk biologisch afbreekbaar organisch materiaal te vergroten. (vgl. Gkalipidou et al., 2026)

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

 

De onderstaande tabel toont de gebruikelijke vermogensvereisten voor verschillende volumedebieten. Het ultrasone systeem wordt doorgaans inline geïntegreerd vóór de toevoer naar de vergister. Als alternatief kan het organische materiaal vanuit de vergister door het ultrasone systeem terug naar de vergister worden gerecirculeerd. De ultrasone behandelingsstap kan daardoor eenvoudig achteraf in bestaande installaties worden ingebouwd.

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

De toepassing van ultrageluid bij de verwerking van slib- en afvalstromen kan diverse resultaten opleveren, zoals:

• Verhoging van de biogasopbrengst
• Verbeterde anaerobe afbraak
• Verbetering van het bezinkgedrag door ontgassing en desintegratie van vlokken
• Verbetering van de C/N-verhouding voor denitrificatie
• Verbetering van de indikking van surplusslib
• Verbeterde vergisting en ontwaterbaarheid
• Vermindering van de hoeveelheid vlokmiddelen
• Lagere afvoerkosten door vermindering van het restslib na vergisting
• Vermindering van de benodigde hoeveelheid polymeer
• Vernietiging van draadvormige bacteriën

Wij raden aan proeven op pilotschaal uit te voeren, bijvoorbeeld met systemen van 1 tot 4kW. Hiermee worden de algemene effecten en de verbetering voor uw specifieke processtroom zichtbaar. Wij bespreken uw proces graag met u en adviseren u graag over verdere stappen.