Der BioPush Ultraschallreaktor

Volle Leistung bei hocheingedickten Schlämmen

Inhomogene Substrate mit hohem Trockenrückstand stellen die Ultraschalltechnologie vor eine besondere Herausforderung.

 

1) Der BioPush Reaktor – was macht ihn so besonders?

 

In der Anfangszeit der Ultraschalldesintegration stellte sich bei der damals verwendeten traditionellen Stabschwingertechnologie neben dem enormer Verschleiß der Sonotroden, auch der Einsatz bei Biomasse als problematisch dar.
Diese Erkenntnisse führten  zu einem Umdenken bei Weber Entec.
Eine speziell für die Behandlung von Biomasse ausgelegte Reaktorbauweise wurde entwickelt.

 

Die unter Punkt 2 aufgeführten Probleme der traditionellen Stabschwingertechnologie treten hauptsächlich wegen des direkten Kontaktes des Schlammes mit den Schallgebern auf. Die aggressive Kavitationskraft, welche gewollt und erforderlich ist, um die beabsichtigte Wirkung zu erzielen, führt bei biogenen Schlämmen unweigerlich zu einem instabilen Prozess.

 

Aus diesem Grund hat Weber Entec den BioPush Reaktor entwickelt. Die Neuheit dieses Ansatzes liegt darin, dass der Ultraschall auf der Außenseite des Reaktors angebracht wird.

BioPush Reaktor

Schemenhaftes Abbild des BioPush Reaktors

Die BioPush Durchflusszelle erzeugt durch ihre leistungsstarken Flächenwandler ein homogenes Kavitationsfeld innerhalb des Reaktors. Der rechteckige Reaktorkörper ist mit 6 Ultraschallgebern auf jeder Seite ausgestattet. Da sich alle 24 Elemente zur selben Zeit mit einer Frequenz von etwa 22 kHz ausdehnen oder zusammenziehen, wird die Amplitude nahezu vervierfacht. Die Wirkung auf den Schlamm ist mindestens genauso hoch wie beim Einsatz der herkömmlichen Technologie, jedoch ist der BioPush aufgrund seiner Bauweise zu 100 % wartungsfrei. Auch problematische Substrate wie stark eingedickte Misch­schlämme kommunaler Kläranlagen oder landwirtschaftlicher Vergärungsanlagen werden so mit voller Leistung behandelt. Bei herkömmlichen Ultraschallreaktoren besteht in der Regel ein direkter Kontakt zwischen Sonotrode und Substrat, was zwangsläufig zu einem kontinuierlich schleichenden Verschleiß der Sonotroden führt. Diese Anlagen bringen zu Beginn oft dieselbe Leistung wie der BioPush. Jedoch lässt dies sehr schnell spürbar nach, da sich an den zwangsläufig kavitationsgeschädigten Sonotroden schnell Verzopfungen bilden, die eine Dämpfung bis hin zu einer vollständigen akustischen Isolation bewirken.

Die Homogenität des Schallfeldes beim BioPush wurde mit einem einfachen Aluminiumversuch nachgebildet. Ein viereckiges Gestell wurde mit Aluminiumfolie umwickelt und in das mit Wasser gefüllte Reaktorinnere gehalten. Nach einer Beschallungszeit von 15 Sekunden wurde das Gestell mit der Aluminiumfolie herausgenommen. Die Kavitation hat die Alufolie auf allen vier Seiten zerstört. Die homogene Verteilung der Kavitationsereignisse ist gut sichtbar.

Aluminiumtest

Darstellung des homogenen Schallfeldes



Technische Merkmale des BioPush Reaktors:

–› Bis zu 25 % mehr Biogas (mehrfach nachgewiesen)

–› 2.000 W Ultraschall-Leistung pro Ultraschallreaktor

–› Behandlung von Substraten mit Feststoffgehalten bis 15 % TR

–› Mechanische Vorbehandlung optional

–› einfache Anpassung an veränderte Beschickungsmengen

–› Optimaler Energieeintrag durch homogenes, kontaktfreies Schallfeld

–› Kompakte Bauweise

–› Beliebig kaskadierbar

–› Plug & play

BioPushJPG

Der BioPush Ultraschallreaktor

2) Traditionelle Technologie: Stabschwinger

Bei traditionellen Systemen steigt die Dämpfung der Kavitationsleistung mit zuneh­mender Feststoffkonzentration. Dadurch wird häufig nur Biomasse behandelt, die sich in unmittelbarer Nähe der Ultraschallquelle befindet. Die Lebenszeit von Stabschwingern, welche zur Behandlung des Schlammes eingesetzt werden, beläuft sich auf einen Zeitraum zwischen 6 Monaten und 2 Jahren in Abhängigkeit von den Schlammeigenschaften. Schon nach einer kurzen Laufzeit treten erste umfangreiche Wartungsarbeiten auf. Aufgrund der Kavitationswirkung an der Oberfläche der Schallgeber wird der Schall gedämmt. Besonders faserartige Materialien wie zum Beispiel Haare können signifikante Probleme verursachen. Sobald Material am Schallgeber anhaftet, verstärkt sich das Phänomen der Anlagerung durch nachkommendes Material. Der Schwinger kann nicht die volle Leistung abgeben. Dies kann zur Überhitzung führen und in Folge dessen den Schwinger beschädigen. Um dies zu verhindern, muss der Reaktorkörper, an welchem der Stabschwinger angebracht wird, häufig gereinigt werden. Bei manchen Anwendungen wird gelegentlich Wasser eingespritzt, um Verstopfungen und Verzopfungen zu vermeiden.

Neuer Stabschwinger

neue, ungebrauchte Stabschwinger aus Titan

Stabschwinger

Stabschwinger nach Einsatz bei einer Kläranlage nach etwa 9 Monaten

Auf nachfolgendem Bild ist deutlich erkennbar, dass das Schallfeld bei den Stabschwingern nicht homogen ist. Es gibt Bereiche, welche überhaupt nicht von der Kavitation betroffen sind.

Stabschwinger mit Kavitationsnester

Stabschwinger mit „Kavitationsnestern“