Tratarea cu ultrasunete a deșeurilor și a nămolului
Biogazul este produs din surse precum deșeurile organice municipale, nămolul de epurare, bălegarul sau gunoiul de grajd. Ultrasonicarea îmbunătățește digestibilitatea acestui material organic, ceea ce duce la mai mult biogaz și la mai puțin nămol rezidual.
Biogazul este un produs secundar al descompunerii materiei organice de către bacterii anaerobe sau aerobe. Acesta constă în principal din metan, dioxid de carbon și hidrogen sulfurat. Acest lucru face din biogaz o alternativă regenerabilă la combustibilii fosili, precum gazul natural.
Prețurile energiei și costurile de eliminare a substanțelor chimice și a nămolului, legislația de mediu și alte interese, precum reducerea emisiilor de mirosuri, impun stațiilor de tratare a deșeurilor să își îmbunătățească eficiența de procesare. Dezintegrarea cu ultrasunete a materialului organic înainte de digestie îmbunătățește semnificativ producția de biogaz. Pe lângă aceasta, sonicarea îmbunătățește capacitatea de deshidratare a nămolului și reduce cantitatea de nămol rezidual care trebuie eliminată.
Materiile prime pentru producția de biogaz sunt amestecuri de diverse substanțe agregate și floculate, fibre, virusuri și bacterii, celuloză și alte substanțe anorganice. Deșeurile alimentare, deșeurile organice industriale și comerciale, precum grăsimile sau vinasa, sunt materii prime suplimentare pentru digestoarele mezofile și termofile. Cavitația ultrasonică distruge agregatele și structurile celulare. Datorită efectului asupra structurii materialului constituent, nămolul poate fi deshidratat mai ușor. În plus, distrugerea agregatelor și a pereților celulari îmbunătățește biodisponibilitatea materialului intracelular pentru descompunerea de către bacterii.
Ultrasunete de putere 4x 4kW pentru dezintegrarea nămolului
Randament crescut de biogaz prin sonicare
Un studiu recent a investigat efectele pretratării nămolului prin sonicare într-o stație municipală „Geek” de tratare a nămolului. (Imaginea din stânga prezintă instalația la scară pilot.) Aplicarea pretratării cu ultrasunete folosind un Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), cu tratarea ultrasonică a nămolului timp de 15 min, a demonstrat o îmbunătățire substanțială a performanței digestiei anaerobe, reflectată în principal prin creșterea producției de biogaz. Comparativ cu nămolul netratat, randamentul de biogaz a crescut de la aproximativ 16 ± 2 NL·d⁻¹ la 26 ± 2 NL·d⁻¹, ceea ce corespunde unei îmbunătățiri de aproximativ 63%. Această îmbunătățire este atribuită dezintegrării cu ultrasunete a flocoanelor de nămol și a structurilor celulare, care a crescut semnificativ consumul chimic de oxigen (CCO) solubil și concentrațiile de acizi grași volatili, îmbunătățind astfel biodisponibilitatea substratului pentru microorganismele metanogene. Ca urmare, s-au obținut randamente specifice de metan mai mari fără modificarea conținutului de metan, care a rămas stabil la aproximativ 62%. Aceste rezultate confirmă faptul că ultrasonicarea de joasă frecvență și putere mare este o strategie de pretratare eficientă pentru intensificarea digestiei anaerobe, prin accelerarea hidrolizei și creșterea fracției de materie organică ușor biodegradabilă. (cf. Gkalipidou et al., 2026)
Din 1999, Hielscher furnizează sisteme de dezintegrare cu ultrasunete cu o putere individuală de până la 48kW pentru diverse stații de epurare a apelor uzate, inclusiv instalații municipale și industriale de tratare a deșeurilor din întreaga lume. Unele dintre aceste sisteme au îmbunătățit randamentul de biogaz cu până la 25%.
Dezintegrarea cu ultrasunete a gunoiului de grajd înainte de digestia anaerobă îmbunătățește randamentele de biogaz.
Tabelul de mai jos prezintă cerințele tipice de putere pentru diverse debite volumice. Sistemul cu ultrasunete este, în general, integrat în linie înainte de alimentarea digestorului. Alternativ, materialul organic poate fi recirculat din digestor prin sistemul cu ultrasunete înapoi în digestor. Prin urmare, etapa de ultrasonicare poate fi adăugată ușor ulterior în instalațiile existente.
|
Procesor cu ultrasunete puternic de 48kW pentru dezintegrarea nămolului
- Creșterea randamentului de biogaz
- Descompunere anaerobă îmbunătățită
- Îmbunătățirea comportamentului de sedimentare datorită degazării și dezintegrării flocoanelor
- Îmbunătățirea raportului C/N pentru denitrificare
- Îmbunătățirea îngroșării nămolului în exces
- Digestie și capacitate de deshidratare îmbunătățite
- Reducerea cantității de floculanți
- Costuri de eliminare mai mici datorită reducerii nămolului rezidual după digestie
- Reducerea necesarului de polimer
- Distrugerea bacteriilor filamentoase
Vă recomandăm efectuarea unor teste la scară pilot, de exemplu folosind sisteme de 1 până la 4kW. Acestea vor arăta efectele generale și îmbunătățirea pentru fluxul dumneavoastră de proces specific. Vom fi bucuroși să discutăm cu dumneavoastră procesul dumneavoastră și să vă recomandăm pașii următori.
UIP6000hdT, un sonicator puternic de 6000 de wați, cu reactor cu celulă de flux cu ultrasunete.
Literatură / Referințe
- Evdokia Gkalipidou, Asimina Koukoura, Ioanna Savvanidou, Marios G. Kostakis, Dimitrios Triantafyllos Gerokonstantis, Petros Mastoras, Georgia Gatidou, Michail S. Fountoulakis, Stergios Vakalis, Olga S. Arvaniti, Nikolaos S. Thomaidis, Olga-Ioanna Kalantzi, Athanasios S. Stasinakis (2026): Evaluation of a pilot system coupling thermal and ultrasound pretreatment, anaerobic digestion and hydrothermal carbonization for sewage sludge treatment and per- and polyfluoroalkyl substances removal. Chemical Engineering Journal, Volume 532, 2026.
- Antonio-Abdu Sami M. Magomnang and Sergio C. Capareda (2018): Effects of Sequential Sodium Hydroxide Ultrasonication and Hot Water Treatment of Rice Straw and Coconut Shell on Biogas Production. Indian Journal of Science and Technology Vol. 11 (18), 2018. 1-12.
- Yasuo Tanaka (2002): A dual purpose packed-bed reactor for biogas scrubbing and methane-dependent water quality improvement applying to a wastewater treatment system consisting of UASB reactor and trickling filter. Bioresource Technology, Volume 84, Issue 1, 2002. 21-28.
- Pérez-Elvira S, Fdz-Polanco M, Plaza FI, Garralón G, Fdz-Polanco F. (2009): Ultrasound pre-treatment for anaerobic digestion improvement. Water Science Technology 60(6), 2009. 525-32.
- Lisa A. Davies, Andrew Dargue, John R. Dean, Michael E. Deary (2015): Use of 24kHz ultrasound to improve sulfate precipitation from wastewater. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 23, 2015.
Întrebări frecvente
Ce este tratarea deșeurilor și a nămolului pentru producția de biogaz?
Tratarea deșeurilor și a nămolului pentru producția de biogaz implică digestia anaerobă a materialelor organice, precum deșeurile agricole, nămolul de epurare și deșeurile alimentare, în medii controlate. În timpul acestui proces, microorganismele descompun materia organică în absența oxigenului, producând biogaz – un amestec compus în principal din metan și dioxid de carbon. Acest biogaz poate fi utilizat ca sursă de energie regenerabilă. Procesul de tratare are ca rezultat și un produs secundar bogat în nutrienți, cunoscut sub numele de digestat, care poate fi folosit ca îngrășământ, sporind sustenabilitatea practicilor de gestionare a deșeurilor.
Ce este reciclarea fosforului din nămol?
Reciclarea fosforului din nămol implică recuperarea fosforului, un nutrient esențial, din nămolul de epurare, care este adesea procesat în stațiile de epurare a apelor uzate. Sonicarea este utilizată în acest proces prin aplicarea asupra nămolului a undelor sonore de înaltă frecvență, care dezintegrează pereții celulari ai microorganismelor și intensifică eliberarea fosforului din materialul organic. Acest lucru îmbunătățește eficiența recuperării fosforului, făcându-l mai accesibil pentru extracția și purificarea ulterioare, contribuind în final la reutilizarea durabilă a fosforului în agricultură. Aflați mai multe despre modul în care sonicarea crește recuperarea fosforului din nămol!