Tratamento ultrassónico de resíduos e lamas

O biogás é produzido a partir de fontes como resíduos orgânicos municipais, lamas de depuração, estrume de estábulo ou estrume. A ultrassonicação melhora a digestibilidade deste material orgânico, permitindo obter mais biogás e menos lamas residuais.

O biogás é um subproduto da decomposição da matéria orgânica por bactérias anaeróbias ou aeróbias. É constituído principalmente por metano, dióxido de carbono e sulfureto de hidrogénio. Isto torna o biogás uma alternativa renovável aos combustíveis fósseis, como o gás natural.

Os preços da energia, os custos dos produtos químicos e da eliminação de lamas, a legislação ambiental e outros interesses, como a redução das emissões de odores, exigem que as instalações de tratamento de resíduos melhorem a eficiência do seu processamento. A desintegração ultrassónica do material orgânico antes da digestão melhora significativamente a produção de biogás. Além disso, a sonicação melhora a capacidade de desidratação das lamas e reduz a quantidade de lamas residuais a eliminar.

As matérias-primas para a produção de biogás são misturas de várias substâncias agregadas e floculadas, fibras, vírus e bactérias, celulose e outras substâncias inorgânicas. Os resíduos alimentares e os resíduos orgânicos industriais e comerciais, como gorduras ou vinhaça, são matérias-primas suplementares para digestores mesófilos e termófilos. A cavitação ultrassónica destrói agregados e estruturas celulares. Devido ao efeito sobre a estrutura do material constituinte, as lamas podem ser desidratadas mais facilmente. Além disso, a destruição dos agregados e das paredes celulares melhora a biodisponibilidade do material intracelular para a decomposição por bactérias.

Aumento do rendimento de biogás por sonicação

Um estudo recente investigou os efeitos do pré-tratamento de lamas por sonicação numa estação municipal «Geek» de tratamento de lamas. (A imagem à esquerda mostra a instalação à escala piloto.) A aplicação de pré-tratamento ultrassónico com um Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), tratando as lamas por ultrassons durante 15 min, demonstrou uma melhoria substancial do desempenho da digestão anaeróbia, refletida principalmente no aumento da produção de biogás. Em comparação com as lamas não tratadas, o rendimento de biogás aumentou de aproximadamente 16 ± 2 NL·d⁻¹ para 26 ± 2 NL·d⁻¹, o que corresponde a uma melhoria de cerca de 63%. Esta melhoria é atribuída à desintegração ultrassónica dos flóculos e das estruturas celulares das lamas, que aumentou significativamente a carência química de oxigénio solúvel (COD) e as concentrações de ácidos gordos voláteis, melhorando assim a biodisponibilidade do substrato para os microrganismos metanogénicos. Como resultado, foram obtidos rendimentos específicos de metano mais elevados sem alterar o teor de metano, que se manteve estável em cerca de 62%. Estes resultados confirmam que a ultrassonicação de baixa frequência e elevada potência é uma estratégia de pré-tratamento eficaz para intensificar a digestão anaeróbia, acelerando a hidrólise e aumentando a fração de matéria orgânica facilmente biodegradável. (cf. Gkalipidou et al., 2026)

 
Desde 1999, a Hielscher fornece sistemas de desintegração ultrassónica com potência individual de até 48kW a várias estações de tratamento de águas residuais, incluindo instalações municipais e industriais de tratamento de resíduos em todo o mundo. Alguns destes sistemas melhoraram o rendimento de biogás em até 25%.

 

A tabela abaixo apresenta as necessidades típicas de potência para vários caudais volumétricos. O sistema ultrassónico é geralmente integrado em linha antes da alimentação do digestor. Em alternativa, o material orgânico pode ser recirculado do digestor através do sistema ultrassónico e regressar ao digestor. Por conseguinte, a etapa de ultrassonicação pode ser facilmente incorporada em instalações existentes.

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

A aplicação de ultrassons ao processamento de lamas e fluxos de resíduos pode alcançar vários resultados, como:

• Aumento do rendimento de biogás
• Melhoria da decomposição anaeróbia
• Melhoria do comportamento de sedimentação devido à desgaseificação e à desintegração dos flóculos
• Melhoria da relação C/N para a desnitrificação
• Melhoria do espessamento das lamas em excesso
• Melhoria da digestão e da capacidade de desidratação
• Redução da quantidade de floculantes
• Redução dos custos de eliminação devido à redução das lamas residuais após a digestão
• Redução da quantidade de polímero necessária
• Destruição de bactérias filamentosas

Recomendamos a realização de ensaios à escala piloto, por exemplo, utilizando sistemas de 1 a 4kW. Estes ensaios mostrarão os efeitos gerais e a melhoria para o fluxo específico do seu processo. Teremos todo o gosto em discutir consigo o seu processo e recomendar os passos seguintes.