Ultradźwiękowa obróbka odpadów i osadów

Biogaz jest generowany ze źródeł, takich jak komunalne odpady organiczne, osady ściekowe, obornik lub obornik. Ultradźwięki poprawiają strawność takiego materiału organicznego, prowadząc do większej ilości biogazu i mniejszej ilości osadu resztkowego.

Biogaz jest produktem ubocznym rozkładu materii organicznej przez bakterie beztlenowe lub tlenowe. Składa się głównie z metanu, dwutlenku węgla i siarkowodoru. Sprawia to, że biogaz jest odnawialną alternatywą dla paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny.

Ceny energii i koszty utylizacji chemikaliów i osadów, przepisy dotyczące ochrony środowiska i inne interesy, takie jak redukcja emisji nieprzyjemnych zapachów, wymagają od zakładów przetwarzania odpadów poprawy wydajności przetwarzania. Ultradźwiękowa dezintegracja materiału organicznego przed fermentacją znacznie poprawia produkcję biogazu. Wraz z tym sonikacja poprawia odwadnialność osadu i zmniejsza ilość osadu resztkowego do usunięcia.

Surowce do produkcji biogazu to mieszaniny różnych zagregowanych i kłaczkowatych substancji, włókien, wirusów i bakterii, celulozy i innych substancji nieorganicznych. Odpady spożywcze, organiczne odpady przemysłowe i handlowe, takie jak tłuszcze lub wytłoki, są dodatkowymi surowcami do mezofilnych i termofilnych komór fermentacyjnych. Kawitacja ultradźwiękowa niszczy agregaty i struktury komórkowe. Ze względu na wpływ na strukturę materiału składowego osad może być łatwiej odwadniany. Ponadto zniszczenie agregatów i ścian komórkowych poprawia biodostępność materiału wewnątrzkomórkowego do rozkładu przez bakterie.

Zwiększona wydajność biogazu dzięki sonikacji

W niedawnym badaniu zbadano wpływ wstępnej obróbki osadu opartej na sonikacji w miejskiej oczyszczalni ścieków Geek. (Zdjęcie po lewej stronie przedstawia konfigurację na skalę pilotażową.) Zastosowanie ultradźwiękowej obróbki wstępnej przy użyciu urządzenia Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W) poddającego osad obróbce ultradźwiękowej przez 15 minut wykazało znaczną poprawę wydajności fermentacji beztlenowej, co znalazło odzwierciedlenie przede wszystkim w zwiększonej produkcji biogazu. W porównaniu do nieprzetworzonego osadu, wydajność biogazu wzrosła z około 16 ± 2 NL-d-¹ do 26 ± 2 NL-d-¹, co odpowiada poprawie o około 63%. Zwiększenie to przypisuje się ultradźwiękowej dezintegracji kłaczków osadu i struktur komórkowych, co znacznie zwiększyło rozpuszczalne chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) i stężenie lotnych kwasów tłuszczowych, poprawiając w ten sposób biodostępność substratu dla mikroorganizmów metanogennych. W rezultacie osiągnięto wyższą specyficzną wydajność metanu bez zmiany zawartości metanu, która pozostała stabilna na poziomie około 62%. Wyniki te potwierdzają, że ultradźwięki o niskiej częstotliwości i dużej mocy są skuteczną strategią obróbki wstępnej w celu intensyfikacji fermentacji beztlenowej poprzez przyspieszenie hydrolizy i zwiększenie frakcji łatwo biodegradowalnej materii organicznej. (por. Gkalipidou i in., 2026)

 
Od 1999 roku Hielscher dostarcza ultradźwiękowe systemy dezintegracji o mocy do 48 kW do różnych oczyszczalni ścieków, w tym komunalnych i przemysłowych na całym świecie. Niektóre z tych systemów poprawiły wydajność biogazu nawet o 25%.

 

Poniższa tabela przedstawia typowe wymagania dotyczące mocy dla różnych przepływów objętościowych. System ultradźwiękowy jest zazwyczaj zintegrowany w linii przed podaniem do komory fermentacyjnej. Alternatywnie, materiał organiczny może być recyrkulowany z komory fermentacyjnej przez system ultradźwiękowy z powrotem do komory fermentacyjnej. Dlatego etap ultradźwięków można łatwo doposażyć w istniejące urządzenia.

natężenie przepływu Sprzęt 50 – 200 l/godz. UIP1000hd 200 – 800 l/godz. 4xUIP1000hd 1 – 3 m³/godz. 4xUIP4000 5 – 20 m³/godz. 6xUIP16000 50 – 200 m³/godz. 62xUIP16000

Zastosowanie ultradźwięków do przetwarzania osadów i strumieni odpadów może przynieść różne rezultaty, takie jak

• Wzrost wydajności biogazu
• Ulepszony rozkład beztlenowy
• Poprawa właściwości sedymentacyjnych dzięki odgazowaniu i dezintegracji płatków
• Poprawa stosunku C/N dla denitryfikacji
• Poprawa zagęszczania osadu nadmiernego
• Ulepszone trawienie i zdolność odwadniania
• Zmniejszenie ilości flokulantów
• Niższe koszty utylizacji dzięki redukcji osadu resztkowego po fermentacji
• Redukcja wymaganego polimeru
• Niszczenie bakterii nitkowatych

Zalecamy przeprowadzenie prób w skali pilotażowej, np. przy użyciu systemów o mocy od 1 do 4 kW. Pokaże to ogólne efekty i ulepszenia dla konkretnego strumienia procesu. Chętnie omówimy z Tobą Twój proces i zarekomendujemy dalsze kroki.