Ultrazvočna obdelava odpadkov in blata

Bioplin se pridobiva iz virov, kot so komunalni organski odpadki, blato iz čistilnih naprav, gnojevka ali gnoj. Ultrazvočna obdelava izboljša razgradljivost takšnega organskega materiala, kar omogoča več bioplina in manj preostalega blata.

Bioplin je stranski produkt razgradnje organske snovi z anaerobnimi ali aerobnimi bakterijami. Sestavljajo ga predvsem metan, ogljikov dioksid in vodikov sulfid. Zato je bioplin obnovljiva alternativa fosilnim gorivom, kot je zemeljski plin.

Cene energije, stroški kemikalij in odstranjevanja blata, okoljska zakonodaja ter drugi interesi, kot je zmanjšanje emisij neprijetnih vonjav, od obratov za obdelavo odpadkov zahtevajo izboljšanje učinkovitosti obdelave. Ultrazvočna dezintegracija organskega materiala pred razgradnjo znatno izboljša proizvodnjo bioplina. Poleg tega sonikacija izboljša sposobnost odvodnjavanja blata in zmanjša količino preostalega blata, ki ga je treba odstraniti.

Surovine za proizvodnjo bioplina so mešanice različnih agregiranih in flokuliranih snovi, vlaken, virusov in bakterij, celuloze ter drugih anorganskih snovi. Živilski odpadki ter organski industrijski in komercialni odpadki, kot so maščobe ali vinasa, so dodatne surovine za mezofilne in termofilne digestorje. Ultrazvočna kavitacija razbije agregate in celične strukture. Zaradi vpliva na strukturo sestavnih snovi je blato mogoče lažje odvodnjavati. Poleg tega razbitje agregatov in celičnih sten izboljša biološko razpoložljivost znotrajceličnega materiala za bakterijsko razgradnjo.

Povečan izplen bioplina s sonikacijo

Nedavna študija je preučevala učinke predobdelave blata s sonikacijo v komunalnem obratu za obdelavo blata »Geek«. (Slika na levi prikazuje pilotno postavitev.) Ultrazvočna predobdelava z napravo Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), pri kateri je ultrazvočna obdelava blata trajala 15 min, je pokazala bistveno izboljšanje učinkovitosti anaerobne razgradnje, ki se je odražalo predvsem v povečani proizvodnji bioplina. V primerjavi z neobdelanim blatom se je izplen bioplina povečal s približno 16 ± 2 NL·d⁻¹ na 26 ± 2 NL·d⁻¹, kar ustreza izboljšanju za približno 63%. To izboljšanje pripisujejo ultrazvočni dezintegraciji kosmov blata in celičnih struktur, ki je znatno povečala kemijsko potrebo po kisiku (COD) topne frakcije in koncentracije hlapnih maščobnih kislin ter s tem izboljšala biološko razpoložljivost substrata za metanogene mikroorganizme. Posledično so bili doseženi višji specifični izpleni metana brez spremembe vsebnosti metana, ki je ostala stabilna pri približno 62%. Te ugotovitve potrjujejo, da je ultrazvočna obdelava z nizko frekvenco in visoko močjo učinkovita strategija predobdelave za intenziviranje anaerobne razgradnje s pospeševanjem hidrolize in povečevanjem deleža lahko biološko razgradljive organske snovi. (prim. Gkalipidou et al., 2026)

 
Od leta 1999 Hielscher dobavlja sisteme za ultrazvočno dezintegracijo s posamično močjo do 48kW različnim čistilnim napravam za odpadne vode, vključno s komunalnimi in industrijskimi obrati za obdelavo odpadkov po vsem svetu. Nekateri od teh sistemov so izboljšali izplen bioplina za do 25%.

Ultrazvočna dezintegracija živinskega gnoja pred anaerobno razgradnjo izboljša izplen bioplina.

Spodnja tabela prikazuje značilne potrebe po moči pri različnih volumskih pretokih. Ultrazvočni sistem je običajno vgrajen neposredno v pretočni vod pred dovajanjem v digestor. Druga možnost je kroženje organskega materiala iz digestorja skozi ultrazvočni sistem nazaj v digestor. Zato je stopnjo ultrazvočne obdelave mogoče preprosto naknadno vključiti v obstoječe obrate.

• Povečanje izplena bioplina
• Izboljšana anaerobna razgradnja
• Izboljšanje sedimentacijskih lastnosti zaradi razplinjevanja in dezintegracije kosmov
• Izboljšanje razmerja C/N za denitrifikacijo
• Izboljšanje zgoščevanja presežnega blata
• Izboljšana razgradnja in sposobnost odvodnjavanja
• Zmanjšanje količine flokulantov
• Nižji stroški odstranjevanja zaradi zmanjšanja količine preostalega blata po razgradnji
• Zmanjšanje potrebne količine polimera
• Uničenje nitastih bakterij

Priporočamo izvedbo pilotnih preizkusov, npr. s sistemi z močjo od 1 do 4kW. Ti bodo pokazali splošne učinke in izboljšanje za vaš konkretni procesni tok. Z veseljem se bomo z vami pogovorili o vašem procesu in priporočili nadaljnje korake.