Ультразвукова обробка відходів і шламів
Біогаз виробляється з таких джерел, як муніципальні органічні відходи, каналізаційний шлам, мул або гній. Ультразвукова обробка покращує перетравність такого органічного матеріалу, що призводить до більшої кількості біогазу та меншої кількості залишкового шламів.
Біогаз є побічним продуктом розкладання органічної речовини анаеробними або аеробними бактеріями. Він складається переважно з метану, діоксиду вуглецю та сірководню. Це робить біогаз відновлюваною альтернативою викопному паливу, наприклад, природному газу.
Ціни на енергію, витрати на хімікати та утилізацію шламів, екологічне законодавство та інші інтереси, такі як зменшення викидів запаху, вимагають від установок з переробки відходів підвищувати ефективність своїх процесів. Ультразвукова дезінтеграція органічного матеріалу перед переробкою значно покращує виробництво біогазу. Крім того, ультразвукова обробка покращує зневоднюваність шламів і зменшує кількість залишкових шламів, які підлягають утилізації.
Сировина для виробництва біогазу – це суміші різних агрегованих і флокульованих речовин, волокон, вірусів і бактерій, целюлози та інших неорганічних речовин. Харчові відходи, органічні промислові та комерційні відходи, такі як жири або барда, є додатковою сировиною для мезофільних і термофільних реакторів. Ультразвукова кавітація руйнує агрегати та клітинні структури. Завдяки впливу на структуру складового матеріалу шлам можна легше зневоднити. Крім того, руйнування агрегатів і клітинних стінок покращує біодоступність внутрішньоклітинного матеріалу для розкладання бактеріями.
4x 4kW потужний ультразвук для дезінтеграції шламів
Збільшення виходу біогазу за допомогою ультразвукової обробки
Нещодавнє дослідження вивчило вплив попередньої обробки шламів за допомогою ультразвуку на муніципальній установці з переробки шламів «Geek». (На фото ліворуч показано пілотну установку.) Застосування попередньої ультразвукової обробки з використанням Hielscher UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W) протягом 15 хв продемонструвало суттєве покращення ефективності анаеробного зброджування, що переважно проявилося у збільшенні виробництва біогазу. Порівняно з необробленими шламами, вихід біогазу збільшився приблизно з 16 ± 2 NL·d⁻¹ до 26 ± 2 NL·d⁻¹, що відповідає покращенню приблизно на 63%. Це покращення пояснюється ультразвуковою дезінтеграцією шламівих пластівців і клітинних структур, що значно збільшило розчинну хімічну потребу в кисні (ХПК) і концентрації летких жирних кислот, покращивши таким чином біодоступність субстрату для метаногенних мікроорганізмів. В результаті були досягнуті вищі питомі виходи метану без зміни вмісту метану, який залишався стабільним на рівні близько 62%. Ці результати підтверджують, що низькочастотна високоефективна ультразвукова обробка є ефективною стратегією попередньої обробки для інтенсифікації анаеробного зброджування шляхом прискорення гідролізу та збільшення частки легкобіорозкладної органічної речовини. (див. Gkalipidou et al., 2026)
З 1999 року Hielscher постачає системи ультразвукової дезінтеграції з індивідуальною потужністю до 48kW для різних установок з очищення стічних вод, включаючи муніципальні та промислові об’єкти з переробки відходів по всьому світу. Деякі з цих систем покращили вихід біогазу до 25%.
Ультразвукова дезінтеграція гною тварин перед анаеробним зброджуванням покращує вихід біогазу.
У таблиці нижче наведено типові вимоги до потужності для різних об’ємних потоків. Ультразвукова система зазвичай інтегрується в лінію перед подачею в реактор. Альтернативно, органічний матеріал можна рециркулювати з реактора через ультразвукову систему назад у реактор. Тому етап ультразвукової обробки можна легко додати до існуючих установок.
|
48kW потужний ультразвуковий процесор для дезінтеграції шламів
- Збільшення виходу біогазу
- Покращене анаеробне розкладання
- Покращення поведінки при седиментації завдяки дегазації та дезінтеграції пластівців
- Покращення співвідношення C/N для денітрифікації
- Покращення ущільнення надлишкового шламів
- Покращене зброджування та зневоднюваність
- Зменшення кількості флокулянтів
- Зниження витрат на утилізацію завдяки зменшенню кількості залишкових шламів після зброджування
- Зменшення необхідної кількості полімеру
- Руйнування нитчастих бактерій
Ми рекомендуємо проводити пілотні випробування, наприклад, з використанням систем потужністю від 1 до 4kW. Це покаже загальні ефекти та покращення для вашого конкретного технологічного потоку. Ми будемо раді обговорити з вами ваш процес і порекомендувати подальші кроки.
UIP6000hdT, потужний 6000-ватний сонікатор, з ультразвуковим проточним комірковим реактором.
Література / Посилання
- 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.
Часто задавані питання
Що таке обробка відходів і шламів для виробництва біогазу?
Обробка відходів і шламів для виробництва біогазу включає анаеробне зброджування органічних матеріалів, таких як сільськогосподарські відходи, каналізаційні шлами та харчові відходи, в контрольованих умовах. Під час цього процесу мікроорганізми розкладають органічну речовину в відсутності кисню, виробляючи біогаз – суміш, що складається переважно з метану та діоксиду вуглецю. Цей біогаз можна використовувати як відновлюване джерело енергії. Процес обробки також призводить до утворення багатого на поживні речовини побічного продукту, відомого як дигестат, який можна використовувати як добриво, підвищуючи стійкість практик управління відходами.
Що таке рециклінг фосфору зі шламів?
Рециклінг фосфору зі шламів включає відновлення фосфору, необхідного поживного елемента, з каналізаційних шламів, які часто обробляються на установках з очищення стічних вод. Ультразвукова обробка використовується в цьому процесі шляхом застосування високочастотних звукових хвиль до шламів, що руйнує клітинні стінки мікроорганізмів і покращує вивільнення фосфору з органічного матеріалу. Це покращує ефективність відновлення фосфору, роблячи його більш доступним для подальшого вилучення та очищення, що в кінцевому підсумку сприяє стійкому повторному використанню фосфору в сільському господарстві. Читайте більше про те, як ультразвукова обробка збільшує відновлення фосфору зі шламів!