Ультразвуковая обработка отходов и осадка

Биогаз образуется из таких источников, как бытовые органические отходы, осадок сточных вод, навоз или навоз. Ультразвуковое воздействие улучшает перевариваемость таких органических материалов, что позволяет получить больше биогаза и меньше остаточного осадка.

Биогаз является побочным продуктом разложения органических веществ анаэробными или аэробными бактериями. Он состоит в основном из метана, углекислого газа и сероводорода. Это делает биогаз возобновляемой альтернативой ископаемому топливу, такому как природный газ.

Цены на энергоносители и затраты на утилизацию химикатов и осадка, экологическое законодательство и другие интересы, такие как сокращение выбросов запахов, требуют от очистных сооружений повышения эффективности их переработки. Ультразвуковое разложение органического материала перед сбраживанием значительно улучшает производство биогаза. Наряду с этим ультразвуковая обработка улучшает обезвоживаемость осадка и уменьшает количество остаточного осадка, подлежащего утилизации.

Сырьем для производства биогаза служат 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 винасса, являются дополнительным сырьем для мезофильных и термофильных метантенков. Ультразвуковая кавитация разрушает агрегаты и клеточные структуры. Благодаря воздействию на структуру материала осадок легче обезвоживается. Кроме того, разрушение агрегатов и клеточных стенок повышает биодоступность внутриклеточного материала для разложения бактериями.

Увеличение выхода биогаза с помощью соникации

В недавнем исследовании изучался эффект предварительной обработки осадка с помощью ультразвука на городской станции обработки осадка Geek. (Применение ультразвуковой предварительной обработки с использованием установки Hielscher UIP1000hdT (20 кГц, 1000 Вт), обрабатывающей осадок ультразвуком в течение 15 минут, продемонстрировало значительное повышение эффективности анаэробного сбраживания, что в первую очередь выразилось в увеличении производства биогаза. По сравнению с необработанным осадком выход биогаза увеличился с примерно 16 ± 2 нл-д-¹ до 26 ± 2 нл-д-¹, что соответствует улучшению примерно на 63 %. Это увеличение объясняется ультразвуковой дезинтеграцией флокул осадка и клеточных структур, что значительно повысило растворимую химическую потребность в кислороде (ХПК) и концентрацию летучих жирных кислот, тем самым улучшив биодоступность субстрата для метаногенных микроорганизмов. В результате был достигнут более высокий удельный выход метана без изменения его содержания, которое оставалось стабильным на уровне около 62 %. Полученные результаты подтверждают, что низкочастотное и мощное ультразвуковое воздействие является эффективной стратегией предварительной обработки для интенсификации анаэробного сбраживания путем ускорения гидролиза и увеличения доли легко разлагаемого органического вещества. (см. Gkalipidou et al., 2026)

 
С 1999 года компания Hielscher поставляет системы ультразвуковой дезинтеграции индивидуальной мощностью до 48 кВт на различные очистные сооружения, в том числе муниципальные и промышленные, по всему миру. Некоторые из этих систем повышают выход биогаза до 25 %.

 

В таблице ниже приведены типичные требования к мощности для различных объемных потоков. Ультразвуковая система обычно встраивается в линию перед подачей в метантенк. В качестве альтернативы органический материал может рециркулировать из метантенка через ультразвуковую систему обратно в метантенк. Таким образом, этап ультразвуковой обработки можно легко модернизировать в существующих установках.

Расход Оборудование 50 – 200 л/ч УИП1000HD 200 – 800 л/ч 4xUIP1000hd 1 – 3м³/ч 4xUIP4000 5 – 20 м³/ч 6хУИП16000 50 – 200 м³/ч 62xUIP16000

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

• Увеличение выхода биогаза
• Улучшенное анаэробное разложение
• Улучшение седиментационных свойств за счет дегазации и распада чешуек
• Улучшение соотношения C/N для денитрификации
• Улучшение сгущения избыточного осадка
• Улучшенное пищеварение и обезвоживаемость
• Уменьшение количества флокулянтов
• Снижение затрат на утилизацию благодаря уменьшению остаточного осадка после сбраживания
• Уменьшение необходимого полимера
• Уничтожение нитчатых бактерий

Мы рекомендуем проводить опытно-промышленные испытания, например, с использованием систем мощностью от 1 до 4 кВт. Это покажет общие эффекты и улучшения для вашего конкретного технологического потока. Мы будем рады обсудить с вами ваш процесс и порекомендовать дальнейшие шаги.