Ультразвуковая обработка отходов и осадка

Биогаз получают из таких источников, как муниципальные органические отходы, осадок сточных вод, навозная жижа или навоз. Обработка ультразвуком улучшает сбраживаемость такого органического материала, что позволяет получать больше биогаза и меньше остаточного осадка.

Биогаз является побочным продуктом разложения органического вещества анаэробными или аэробными бактериями. Он состоит преимущественно из метана, углекислого газа и сероводорода. Это делает биогаз возобновляемой альтернативой ископаемым видам топлива, таким как природный газ.

Цены на энергию, затраты на химикаты и утилизацию осадка, природоохранное законодательство и другие задачи, такие как сокращение выбросов неприятных запахов, требуют от предприятий по переработке отходов повышения эффективности обработки. Ультразвуковая дезинтеграция органического материала перед сбраживанием значительно улучшает производство биогаза. Наряду с этим обработка ультразвуком улучшает способность осадка к обезвоживанию и уменьшает количество остаточного осадка, подлежащего утилизации.

Сырьё для производства биогаза представляет собой смеси различных агрегированных и флокулированных веществ, волокон, вирусов и бактерий, целлюлозы и других неорганических веществ. Пищевые отходы, органические промышленные и коммерческие отходы, такие как жиры или барда, служат дополнительным сырьём для мезофильных и термофильных установок сбраживания. Ультразвуковая кавитация разрушает агрегаты и клеточные структуры. Благодаря воздействию на структуру составляющего материала осадок легче обезвоживается. Кроме того, разрушение агрегатов и клеточных стенок повышает биодоступность внутриклеточного материала для разложения бактериями.

Повышение выхода биогаза благодаря обработке ультразвуком

В недавнем исследовании изучалось влияние предварительной обработки осадка ультразвуком на муниципальном предприятии по обработке осадка «Geek». (На изображении слева показана пилотная установка.) Применение предварительной ультразвуковой обработки с использованием Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), при которой осадок обрабатывали ультразвуком в течение 15 min, продемонстрировало существенное повышение эффективности анаэробного сбраживания, выражавшееся прежде всего в увеличении производства биогаза. По сравнению с необработанным осадком выход биогаза увеличился приблизительно с 16 ± 2 NL·d⁻¹ до 26 ± 2 NL·d⁻¹, что соответствует повышению примерно на 63%. Это улучшение объясняется ультразвуковой дезинтеграцией флокул осадка и клеточных структур, которая значительно повысила химическое потребление кислорода (COD) растворимой фракцией и концентрации летучих жирных кислот, тем самым улучшив биодоступность субстрата для метаногенных микроорганизмов. В результате были достигнуты более высокие удельные выходы метана без изменения его содержания, которое оставалось стабильным на уровне около 62%. Эти результаты подтверждают, что низкочастотная обработка ультразвуком высокой мощности является эффективной стратегией предварительной обработки для интенсификации анаэробного сбраживания за счёт ускорения гидролиза и увеличения доли легко биоразлагаемого органического вещества. (см. Gkalipidou et al., 2026)

 
С 1999 года Hielscher поставляет системы ультразвуковой дезинтеграции с мощностью отдельной системы до 48kW на различные предприятия по очистке сточных вод, включая муниципальные и промышленные предприятия по обработке отходов по всему миру. Некоторые из этих систем повысили выход биогаза на величину до 25%.

 

В таблице ниже приведены типичные требования к мощности при различных объёмных расходах. Ультразвуковую систему обычно встраивают в линию перед подачей материала в установку сбраживания. В качестве альтернативы органический материал можно рециркулировать из установки сбраживания через ультразвуковую систему обратно в установку сбраживания. Поэтому этап обработки ультразвуком можно легко внедрить на существующих объектах.

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

Применение ультразвука для обработки осадка и потоков отходов позволяет достичь различных результатов, таких как:

• Повышение выхода биогаза
• Улучшение анаэробного разложения
• Улучшение характеристик осаждения благодаря дегазации и дезинтеграции флокул
• Улучшение соотношения C/N для денитрификации
• Улучшение сгущения избыточного осадка
• Улучшение сбраживания и способности к обезвоживанию
• Уменьшение количества флокулянтов
• Снижение затрат на утилизацию благодаря уменьшению количества остаточного осадка после сбраживания
• Уменьшение требуемого количества полимера
• Разрушение нитчатых бактерий

Мы рекомендуем проводить пилотные испытания, например с использованием систем мощностью от 1 до 4kW. Это позволит выявить общие эффекты и улучшения для вашего конкретного технологического потока. Мы будем рады обсудить с вами ваш процесс и порекомендовать дальнейшие шаги.