Tratamento ultrassónico de resíduos e lamas

O biogás é gerado a partir de fontes como os resíduos orgânicos urbanos, as lamas de depuração, o lodo ou o estrume. A ultrassonografia melhora a digestibilidade desse material orgânico, levando a mais biogás e menos lamas residuais.

O biogás é um subproduto da decomposição de 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 e os custos de eliminação de produtos químicos e lamas, a legislação ambiental e outros interesses, como a redução das emissões de odores, exigem que as estações de tratamento de resíduos melhorem a sua eficiência de processamento. A desintegração ultra-sónica da matéria orgânica antes da digestão melhora significativamente a produção de biogás. Além disso, a sonicação melhora a 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, os resíduos orgânicos industriais e comerciais, como as gorduras ou a vinhaça, são matérias-primas suplementares para os digestores mesófilos e termofílicos. A cavitação ultra-sónica 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 da produção de biogás por sonicação

Um estudo recente investigou os efeitos do pré-tratamento de lamas baseado na sonicação numa estação de tratamento de lamas municipal da Geek. (A aplicação do pré-tratamento ultrassónico utilizando um Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), que trata as lamas por ultra-sons durante 15 minutos, demonstrou um aumento substancial do desempenho da digestão anaeróbia, que se reflecte 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, correspondendo a uma melhoria de cerca de 63%. Este aumento é atribuído à desintegração ultra-sônica de flocos de lodo e estruturas celulares, que aumentou significativamente a demanda química de oxigênio solúvel (COD) e concentrações de ácidos graxos voláteis, melhorando assim a biodisponibilidade do substrato para microorganismos metanogênicos. Como resultado, foram alcançados rendimentos específicos de metano mais elevados sem alterar o teor de metano, que permaneceu estável em cerca de 62%. Estes resultados confirmam que a ultrassonografia de baixa frequência e alta 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 ultra-sónica com uma potência individual até 48 kW a várias estações de tratamento de águas residuais, incluindo instalações de tratamento de resíduos municipais e industriais em todo o mundo. Alguns destes sistemas melhoraram o rendimento do biogás em até 25%.

 

A tabela abaixo mostra os requisitos de potência típicos para vários caudais de volume. O sistema ultrassónico é geralmente integrado em linha antes de alimentar o digestor. Em alternativa, o material orgânico pode ser recirculado do digestor através do sistema de ultra-sons de volta para o digestor. Por conseguinte, a etapa de ultra-sons pode ser facilmente adaptada às 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 ultra-sons ao processamento de lamas e fluxos de resíduos pode alcançar vários resultados, tais como:

• Aumento da produção de biogás
• Melhoria da decomposição anaeróbia
• Melhoria do comportamento de sedimentação devido à desgaseificação e desintegração de flocos
• Melhoria da relação C/N para a desnitrificação
• Melhoria do espessamento das lamas excedentárias
• Melhoria da digestão e da desidratação
• Redução da quantidade de floculantes
• Custos de eliminação mais baixos devido à redução das lamas residuais após a digestão
• Redução do polímero necessário
• Destruição de bactérias filamentosas

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