Ultraljudsbehandling av avfall och slam
Biogas framställs från källor som kommunalt organiskt avfall, avloppsslam, dynga eller stallgödsel. Ultraljudsbehandling förbättrar rötbarheten hos sådant organiskt material, vilket ger mer biogas och mindre restslam.
Biogas är en biprodukt från nedbrytning av organiskt material genom anaeroba eller aeroba bakterier. Den består främst av metan, koldioxid och svavelväte. Detta gör biogas till ett förnybart alternativ till fossila bränslen, såsom naturgas.
Energipriser, kostnader för kemikalier och slamhantering, miljölagstiftning och andra intressen, såsom minskade luktutsläpp, kräver att avfallsbehandlingsanläggningar förbättrar sin processeffektivitet. Ultraljudsdisintegrering av det organiska materialet före rötning förbättrar biogasproduktionen avsevärt. Samtidigt förbättrar ultraljudsbehandlingen slammets avvattningsbarhet och minskar mängden restslam som måste omhändertas.
Råvaror för biogasproduktion är blandningar av olika aggregerade och flockade ämnen, fibrer, virus och bakterier, cellulosa och andra oorganiska ämnen. Matavfall samt organiskt industri- och verksamhetsavfall, såsom fetter eller vinass, är kompletterande råvaror för mesofila och termofila rötkammare. Ultraljudskavitation bryter sönder aggregat och cellstrukturer. Genom påverkan på strukturen hos det ingående materialet kan slammet avvattnas lättare. Dessutom gör nedbrytningen av aggregaten och cellväggarna det intracellulära materialet mer biotillgängligt för bakteriell nedbrytning.
4x 4kW effektultraljud för slamdisintegrering
Ökat biogasutbyte genom ultraljudsbehandling
En aktuell studie undersökte effekterna av ultraljudsbaserad förbehandling av slam i en grekisk kommunal slambehandlingsanläggning. (Bilden till vänster visar försöksuppställningen i pilotskala.) Förbehandling med ultraljud med en Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W), där slammet ultraljudsbehandlades i 15 min, visade en avsevärd förbättring av den anaeroba rötningens prestanda, främst i form av ökad biogasproduktion. Jämfört med obehandlat slam ökade biogasutbytet från cirka 16 ± 2 NL·d⁻¹ till 26 ± 2 NL·d⁻¹, vilket motsvarar en förbättring på cirka 63%. Denna förbättring tillskrivs ultraljudsdisintegreringen av slamflockar och cellstrukturer, som avsevärt ökade den lösliga kemiska syreförbrukningen (COD) och koncentrationerna av flyktiga fettsyror, vilket förbättrade substratets biotillgänglighet för metanogena mikroorganismer. Därigenom uppnåddes högre specifika metanutbyten utan att metanhalten ändrades, vilken låg stabilt på omkring 62%. Dessa resultat bekräftar att lågfrekvent ultraljudsbehandling med hög effekt är en effektiv förbehandlingsstrategi för att intensifiera anaerob rötning genom att påskynda hydrolysen och öka andelen lätt biologiskt nedbrytbart organiskt material. (jfr Gkalipidou et al., 2026)
Sedan 1999 levererar Hielscher system för ultraljudsdisintegrering med en individuell effekt på upp till 48kW till olika avloppsreningsverk, inklusive kommunala och industriella avfallsbehandlingsanläggningar över hela världen. Vissa av dessa system förbättrade biogasutbytet med upp till 25%.
Ultraljudsdisintegrering av stallgödsel före anaerob rötning förbättrar biogasutbytet.
Tabellen nedan visar typiska effektbehov för olika volymflöden. Ultraljudssystemet integreras i allmänhet direkt i processledningen före inmatningen till rötkammaren. Alternativt kan det organiska materialet återcirkuleras från rötkammaren genom ultraljudssystemet och tillbaka till rötkammaren. Därför kan ultraljudssteget enkelt eftermonteras i befintliga anläggningar.
|
Ultraljudsprocessor med en effekt på 48kW för slamdisintegrering
- Ökat biogasutbyte
- Förbättrad anaerob nedbrytning
- Förbättrade sedimenteringsegenskaper genom avgasning och flockdisintegrering
- Förbättrat C/N-förhållande för denitrifikation
- Förbättrad förtjockning av överskottsslam
- Förbättrad rötning och avvattningsbarhet
- Minskad mängd flockningsmedel
- Lägre kostnader för omhändertagande genom minskad mängd restslam efter rötning
- Minskat polymerbehov
- Destruktion av filamentösa bakterier
Vi rekommenderar att försök genomförs i pilotskala, exempelvis med system på 1 till 4kW. Detta visar de allmänna effekterna och förbättringen för just din processström. Vi diskuterar gärna din process med dig och rekommenderar ytterligare steg.
UIP6000hdT, en ultraljudsbehandlare med en effekt på 6000 watt, med ultraljudsflödescellsreaktor.
Litteratur / Referenser
- 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.
Vanliga frågor
Vad är avfalls- och slambehandling för biogasproduktion?
Avfalls- och slambehandling för biogasproduktion omfattar anaerob rötning av organiska material, såsom jordbruksavfall, avloppsslam och matavfall, under kontrollerade förhållanden. Under denna process bryter mikroorganismer ner det organiska materialet i frånvaro av syre och producerar biogas – en blandning som främst består av metan och koldioxid. Denna biogas kan användas som en förnybar energikälla. Behandlingsprocessen ger också en näringsrik biprodukt, kallad rötrest, som kan användas som gödselmedel och därmed förbättra hållbarheten i avfallshanteringen.
Vad är fosforåtervinning från slam?
Fosforåtervinning från slam innebär att fosfor, ett viktigt näringsämne, återvinns från avloppsslam, som ofta behandlas i avloppsreningsverk. Ultraljudsbehandling används i denna process genom att högfrekventa ljudvågor tillförs slammet, vilket bryter sönder mikroorganismernas cellväggar och ökar frisättningen av fosfor från det organiska materialet. Detta effektiviserar fosforåtervinningen genom att göra fosforn mer tillgänglig för efterföljande extraktion och rening, vilket i slutändan bidrar till hållbar återanvändning av fosfor inom jordbruket. Läs mer om hur ultraljudsbehandling ökar fosforåtervinningen från slam!