Ultraljudsbehandling av avfall och slam

Biogas genereras från källor som kommunalt organiskt avfall, avloppsslam, muck eller gödsel. Ultraljudbehandling förbättrar smältbarheten hos sådant organiskt material vilket leder till mer biogas och mindre restslam.

Biogas är en biprodukt av nedbrytning av organiskt material av anaeroba eller aeroba bakterier. Består främst av metan, koldioxid och vätesulfid. Detta gör biogas till ett förnybart alternativ till fossila bränslen, till exempel naturgas.

Energipriserna och kostnaderna för bortskaffande av kemikalier och slam, miljölagstiftning och andra intressen, såsom minskning av luktutsläpp, kräver att avfallsbehandlingsanläggningarna effektiviserar sin processeffektivitet. Ultraljudssönderdelningen av det organiska materialet före rötning förbättrar biogasproduktionen avsevärt. Tillsammans med att ultraljudsbehandling förbättrar avvattningsförmågan hos slammet och det minskar mängden kvarvarande slam som ska bortskaffas.

Råvaror för produktion av biogas är blandningar av olika aggregerade och flockade ämnen, fibrer, virus och bakterier, cellulosa och andra oorganiska ämnen. Matavfall, organiskt industri- och handelsavfall, t.ex. fett eller vinass, är kompletterande råvaror för mesofila och termofila rötkammare. Ultraljudskavitation förstör aggregat och cellulära strukturer. På grund av effekten på de ingående materialens struktur kan slammet avvattnas lättare. Förstörelsen av aggregat och cellväggar förbättrar dessutom biotillgängligheten av intracellulärt material för nedbrytning av bakterier.

Ökat biogasutbyte genom ultraljudsbehandling

I en nyligen genomförd studie undersöktes effekterna av ultraljudsbaserad slamförbehandling i ett kommunalt slambehandlingsverk i Geek. (Bilden till vänster visar pilotskaleuppställningen.) Tillämpningen av ultraljudsförbehandling med en Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W) som behandlade slammet med ultraljud i 15 minuter visade en betydande förbättring av den anaeroba rötningsprestandan, vilket främst återspeglades i 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 med cirka 63%. Denna förbättring tillskrivs ultraljudsupplösningen av slamflockar och cellstrukturer, vilket avsevärt ökade löslig kemisk syreförbrukning (COD) och flyktiga fettsyrakoncentrationer, vilket förbättrar substratets biotillgänglighet för metanogena mikroorganismer. Som ett resultat uppnåddes högre specifika metanutbyten utan att metaninnehållet ändrades, vilket förblev stabilt på cirka 62%. Dessa resultat bekräftar att lågfrekvent, högeffekts ultraljud är en effektiv förbehandlingsstrategi för att intensifiera anaerob nedbrytning genom att påskynda hydrolys och öka fraktionen av lätt biologiskt nedbrytbart organiskt material. (jfr Gkalipidou et al., 2026)

 
Sedan 1999 har Hielscher levererat ultraljudsdesintegrationssystem med upp till 48 kW individuell effekt till olika avloppsreningsverk, inklusive kommunala och industriella avfallsbehandlingsanläggningar över hela världen. Några av dessa system har förbättrat biogasutbytet med upp till 25%.

 

Tabellen nedan visar typiska effektkrav för olika volymflöden. Ultraljudssystemet är i allmänhet integrerat i linjen före inmatningen till rötkammaren. Alternativt kan det organiska materialet recirkuleras från rötkammaren genom ultraljudssystemet tillbaka till rötkammaren. Därför kan ultraljudssteget enkelt eftermonteras i befintliga anläggningar.

Flöde Utrustning 50 – 200L/timme UIP1000hd 200 – 800L/timme 4xUIP1000hd 1 – 3 m³/timme 4xUIP4000 5 – 20 m³/timme 6xUIP16000 50 – 200 m³/timme 62xUIP16000

Tillämpningen av ultraljud för bearbetning av slam- och avfallsströmmar kan uppnå olika resultat, såsom:

• Ökad biogasskörd
• Förbättrad anaerob nedbrytning
• Förbättring av sedimentationsbeteendet på grund av avgasning och flingsönderfall
• Förbättring av C/N-tal för denitrifikation
• Förbättring av förtjockning av överskottsslam
• Förbättrad rötning och avvattningsförmåga
• Minskning av mängden flockningsmedel
• Lägre deponeringskostnader tack vare minskning av restslam efter rötning
• Minskning av erforderlig polymer
• Destruktion av filamentösa bakterier

Vi rekommenderar att försök i pilotskala genomförs, t.ex. med system på 1 till 4 kW. Detta kommer att visa de allmänna effekterna och förbättringen för just din processström. Vi diskuterar gärna din process med dig och rekommenderar ytterligare steg.