การบำบัดของเสียและตะกอนด้วยอัลตราโซนิก

ก๊าซชีวภาพผลิตได้จากแหล่งต่าง ๆ เช่น ขยะอินทรีย์จากชุมชน ตะกอนน้ำเสีย โคลนตม หรือมูลสัตว์ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยให้วัสดุอินทรีย์เหล่านี้ย่อยได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้ได้ก๊าซชีวภาพมากขึ้นและมีตะกอนตกค้างน้อยลง

ก๊าซชีวภาพเป็นผลพลอยได้จากการย่อยสลายสารอินทรีย์โดยแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนหรือใช้ออกซิเจน โดยมีองค์ประกอบหลักคือมีเทน คาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจนซัลไฟด์ จึงทำให้ก๊าซชีวภาพเป็นทางเลือกพลังงานหมุนเวียนที่ใช้ทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ก๊าซธรรมชาติได้

ราคาพลังงาน ต้นทุนสารเคมีและการกำจัดตะกอน กฎหมายสิ่งแวดล้อม และประเด็นอื่น ๆ เช่น การลดการปล่อยกลิ่น ทำให้โรงบำบัดของเสียต้องปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการ การสลายวัสดุอินทรีย์ด้วยอัลตราโซนิกก่อนการย่อยช่วยเพิ่มการผลิตก๊าซชีวภาพอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกยังช่วยให้ตะกอนแยกน้ำออกได้ง่ายขึ้น และลดปริมาณตะกอนตกค้างที่ต้องกำจัด

วัตถุดิบสำหรับการผลิตก๊าซชีวภาพเป็นส่วนผสมของสารต่าง ๆ ที่รวมตัวเป็นกลุ่มและจับตัวเป็นฟล็อก เส้นใย ไวรัสและแบคทีเรีย เซลลูโลส และสารอนินทรีย์อื่น ๆ เศษอาหารและของเสียอินทรีย์จากภาคอุตสาหกรรมและพาณิชยกรรม เช่น ไขมันหรือกากน้ำจากการกลั่นแอลกอฮอล์ เป็นวัตถุดิบเสริมสำหรับถังย่อยที่ทำงานในช่วงอุณหภูมิปานกลางและช่วงอุณหภูมิสูง คาวิเทชันจากคลื่นอัลตราโซนิกทำลายกลุ่มสารที่รวมตัวกันและโครงสร้างเซลล์ ผลที่เกิดขึ้นต่อโครงสร้างของวัสดุองค์ประกอบทำให้แยกน้ำออกจากตะกอนได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ การทำลายกลุ่มสารที่รวมตัวกันและผนังเซลล์ยังช่วยให้แบคทีเรียเข้าถึงและย่อยสลายสารภายในเซลล์ได้ดีขึ้น

เพิ่มผลผลิตก๊าซชีวภาพด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิก

งานวิจัยล่าสุดศึกษาผลของการปรับสภาพตะกอนล่วงหน้าด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในโรงบำบัดตะกอนของเทศบาล “Geek” (ภาพด้านซ้ายแสดงระบบทดลองระดับนำร่อง) การปรับสภาพล่วงหน้าด้วยอัลตราโซนิกโดยใช้ Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W) บำบัดตะกอนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นเวลา 15 min แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนดีขึ้นอย่างมาก โดยสะท้อนให้เห็นเป็นหลักจากการผลิตก๊าซชีวภาพที่เพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับตะกอนที่ไม่ได้ผ่านการบำบัด ผลผลิตก๊าซชีวภาพเพิ่มขึ้นจากประมาณ 16 ± 2 NL·d⁻¹ เป็น 26 ± 2 NL·d⁻¹ ซึ่งเท่ากับการเพิ่มขึ้นประมาณ 63% การเพิ่มขึ้นนี้เป็นผลจากการสลายฟล็อกของตะกอนและโครงสร้างเซลล์ด้วยอัลตราโซนิก ซึ่งทำให้ค่าความต้องการออกซิเจนทางเคมีของส่วนที่ละลายน้ำ (COD) และความเข้มข้นของกรดไขมันระเหยง่ายเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ จึงช่วยให้จุลินทรีย์ที่สร้างมีเทนเข้าถึงและใช้สารตั้งต้นได้ดีขึ้น ส่งผลให้ได้ผลผลิตมีเทนจำเพาะสูงขึ้นโดยสัดส่วนมีเทนไม่เปลี่ยนแปลง และยังคงอยู่ที่ประมาณ 62% ผลการศึกษานี้ยืนยันว่าการใช้คลื่นอัลตราโซนิกความถี่ต่ำกำลังสูงเป็นกลยุทธ์การปรับสภาพล่วงหน้าที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มประสิทธิภาพการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน โดยเร่งปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสและเพิ่มสัดส่วนของสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายทางชีวภาพได้ง่าย (ดู Gkalipidou et al., 2026)

 
ตั้งแต่ปี 1999 Hielscher จัดหาระบบสลายด้วยอัลตราโซนิกที่มีกำลังต่อระบบสูงถึง 48kW ให้แก่โรงบำบัดน้ำเสียต่าง ๆ รวมถึงสถานบำบัดของเสียจากชุมชนและอุตสาหกรรมทั่วโลก ระบบเหล่านี้บางระบบช่วยเพิ่มผลผลิตก๊าซชีวภาพได้สูงถึง 25%

การสลายมูลสัตว์ด้วยอัลตราโซนิกก่อนการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนช่วยเพิ่มผลผลิตก๊าซชีวภาพ

ตารางด้านล่างแสดงกำลังที่ต้องใช้โดยทั่วไปสำหรับอัตราการไหลเชิงปริมาตรต่าง ๆ โดยทั่วไป ระบบอัลตราโซนิกจะติดตั้งในสายการไหลก่อนป้อนวัสดุเข้าสู่ถังย่อย อีกทางเลือกหนึ่งคือหมุนเวียนวัสดุอินทรีย์จากถังย่อยผ่านระบบอัลตราโซนิกแล้วส่งกลับเข้าสู่ถังย่อย ดังนั้น จึงสามารถติดตั้งขั้นตอนการใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพิ่มเติมในสถานบำบัดที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย

• เพิ่มผลผลิตก๊าซชีวภาพ
• ปรับปรุงการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน
• ปรับปรุงพฤติกรรมการตกตะกอนด้วยการไล่ก๊าซและการสลายฟล็อก
• ปรับปรุงอัตราส่วน C/N สำหรับกระบวนการดีไนตริฟิเคชัน
• ปรับปรุงการทำให้ตะกอนส่วนเกินข้นขึ้น
• ปรับปรุงการย่อยและความสามารถในการแยกน้ำออก
• ลดปริมาณสารช่วยสร้างฟล็อก
• ลดต้นทุนการกำจัดเนื่องจากปริมาณตะกอนตกค้างหลังการย่อยลดลง
• ลดปริมาณพอลิเมอร์ที่ต้องใช้
• ทำลายแบคทีเรียชนิดเส้นใย

เราแนะนำให้ดำเนินการทดลองระดับนำร่อง เช่น ใช้ระบบขนาด 1 ถึง 4kW ซึ่งจะแสดงให้เห็นผลโดยทั่วไปและการปรับปรุงที่เกิดขึ้นกับกระแสวัสดุในกระบวนการของคุณโดยเฉพาะ เรายินดีหารือเกี่ยวกับกระบวนการของคุณและแนะนำขั้นตอนต่อไป