Ultralydsanlæg

Ultralydsbehandling af slam øger biogasproduktionen med 20% og reducerer slammængden væsentligt

Behandling af slam kan være en tung økonomisk post på mange renseanlæg, men med en tilbagebetalingstid på blot et par år, er installation af Ultrawave til ultralydsbehandling af slam en særdeles attraktiv investering.

Ultralyd er lyd, hvis svingninger ligger over 'det hørbare' område. Ultralyd bruges med stor succes til en række forskellige formål - og nu også til behandling af slam.

Du kan læse meget mere om UltraWave og ultralydsbehandling herunder:

UltraWave high-power ultralydsreaktor til disintegration af spildevandsslam
Ultralydsbehandling af slam med Ultrawaves high-power ultralydsreaktor designet til disintegration af spildevandsslam

Lyd er svingninger i forskellige materialer f.eks. luft. Ultralyd er lyd, hvis frekvens (antal svingninger/sekund) ligger over det 'hørbare område'. Lyd med frekvens over 18.000 Hz defineres som ultralyd. Ultralyd kan brede sig i faste stoffer, væsker og luftarter.

Ultralyd anvendes til følgende ting:

  • rensning af emner i væskebade
  • svejsning af plast og metal
  • medicinsk brug
  • alarmapparater
  • måleapparater i industrien
  • oplukning af bakterieceller



Billedet viser Stjernholm´s agentur på Ultralydsbehandling af biologisk spildevandsslam. Ultrawaves Wasser & Umwelttrchnologien GmbH er et tysk firma tæt knyttet til Hamburg Harburg Tekniske Universitet. Ultrawaves er meget anerkendt for sin forskning og store viden omkring ultralydsbehandling af slam.

Information om ultralydsreaktoren

5-kW ultralyd reaktor i en rustfri stålboks

Udstyr:
· 5 1-kW sonotroder (overflademateriale: titanium)
· 5 luftkølet ultralyd konverterer
· 5 2-kW luftkølet automatiske generatorer (230 V, 50 Hz, 3 faser) 
i separat 48 cm boks.

Reaktor størrelse: 130 cm x 110 cm x 130 cm, vægt 130 kg.

Valgfri: Lydkappe til isolation af lyden fra ultralyds reaktoren. Lydisoleringen går ned til 90 dB. Lydkappe størrelse: 150 cm x 120 cm x 150 cm.

Billedet viser ultralydsreaktoren indvendig. Ultrawaves-reaktoren har en volumen på 29 liter, og er udstyret med 5 20 kHz sonotroder (lydgivere). Hver sonotrode er forsynet med en 2 kW generator. Intensiteten af generatoren kan justeres i et område fra 25 til 50 W/cm2.



Det biologiske slam pumpes opflow gennem reaktoren, og ud foroven af denne for at forhindre akkumulation af gasbobler produceret ved afgasning til slamvandfasen.

Sonotroderne er designet som 1-2 kW sonotroder, der har en konverter (transducer lavet af piezo-keramik) i enden af gennemløbskanalerne. Ultralyd skabes ved at sende elektrisk energi til konverteren, der laver den elektriske energi om til mekanisk energi. Den mekaniske energi går videre til en booster og videre fra den til selve sonotroden, der er  designet som et horn i Ultrawaves tilfælde. Hornet transmitterer ultralyd-energien til mediet/bioslammet. Når der sendes elektrisk energi gennem keramikken begynder denne at bevæge sig. Keramikken kan ikke tåle alt for høje temperaturer. For at imødegå dette problem har Ultrawaves designet reaktoren således, at sonotroderne er omgivet af luftkøling. Overfladematerialet på sonotroderne er lavet af titanium.

Generatorens opgave er at holde amplituden nogenlunde konstant. Amplituden er svingninger i lyden (udsvinget fra hvilestillingen/0-punktet). Generatorens opgave er hele tiden at sende den 'power' ind, der behøves for at holde amplituden. Amplituden ligger på 15 til 20 µm.

Fænomenet - kavitation med ultralydenergi

Når ultralydssvingninger forplanter sig i slammet dannes små ustabile luftbobler (kavitation). Luftboblerne kollapser under frigivelse af meget høje lokale energimængder, temperatur og trykstigninger, (se ovenstående figur). På denne måde udsættes bioslammet for stærke mekaniske kræfter, der medfører, at bakterieceller ødelægges og store molekyler nedbrydes. Herved frigøres og øges mængden af tilgængeligt og omsætteligt COD. Dette bevirker, at den hastighedsbegrænsende hydrolysetrin i den efterfølgende udrådningsproces accelereres, hvorved der erfaringsmæssigt kan omsættes omkring 20% mere organisk materiale (glødetab) i rådnetanken.

Ultralyd er karakteriseret ved et bredt spektrum af frekvens og intensitet, dog kun et snævert område af ultralyds-parametre er velegnet til at knække mikrobiologiske celler, så det organiske materiale inde i cellerne bliver tilgængeligt.

Grænserne for ultralydsteknologien:Grænserne for effektiviteten af denne teknologi afhænger stærkt af flere ting. Det er absolut nødvendigt at følge nedenstående vejledninger for at opnå en optimal effekt af ultralydsbehandlingen af slammet.

  • Vær opmærksom på, der ikke må komme over 2 bars tryk gennem ultralydsreaktoren. Der opnås ikke dannelse af kavitations bobler, hvis trykket i reaktoren kommer over 2 bar. Sonotroderne vil desuden blive beskadiget, hvis trykket bliver for højt.
  • Mediet til ultralydsreaktoren skal kunne flyde frit.
  • Viskositeten må ikke overskride 0,5 Pas.
  • Mediets TS-koncentration må ikke overskride 9%. Optimal amplitude og dermed effekten opnås ved forafvandet biologisk slam med en TS på 4-5%.
  • Mediet skal være neutral med en pH mellem 6 og 8.
  • Det er vigtigt, at grove fibre, korn, frø m.v. er fjernet fra mediet inden det ultralydsbehandles for at undgå blokering i reaktoren.
  • Flowet skal være højt nok, så der ikke sker sedimentation inde i reaktoren. Flowet må ikke blive mindre end 0,5 m3/h af hensyn til for kraftig varmeudvikling i reaktoren og dermed beskadeligelse af sonotroderne.

Hvis ovenstående retningslinier ikke følges kan ultralydsreaktoren beskadiges.

Vigtige service-hints i hverdagen:
For hver 24 timers driftstid bør ultralydsreaktoren rengøres ved skylning for at undgå aflejringer og blokeringer af fast materiale. Til denne procedure skal der anvendes vand med et højt flow (svarende til 5 m3/h i 10 min.) - ultralyden skal være tændt, imens skylningen foregår.

Det er nødvendigt at øge intervallet for skylning, hvis der kræves mere ultralyd power for at holde amplituden. Hvis den oftere skylning ikke hjælper, check ovenstående vejledninger.

Det anbefales at køre kontinuerlig drift (24 timer/dag) for at opnå en høj grad af celle disintegration.

Parametre for Ultrawaves 5-kW ultralydsanlæg

Beskrivelse:
Fra nr.1 til 7: Baseret på systematisk undersøgelse på Hamburg-Harburg Tekniske Universitet, hvor undersøgelser har vist, at lav-frekvens, høj-intensitet sonication er det optimale område for disintegration af spildevandsslam. Ultrawaves har udviklet en speciel sonotrode, der opererer ved 20 kHz, og med en ultralyds-intensitet på mellem 25-50 W/cm2, hvilket er det mest velegnede område for at bryde den biologiske slamcellevæg.

Nr.9: Sonotrodens optimale amplitude ligger i området fra 15 til 20 µm for forafvandet slam med et TS på 4-5%. Den optimale amplitude afhænger af slamtypen, og må bestemmes ved en ultralydstest på Ultrawaves laboratorium.

Nr.11: Den gennemsnitlige opholdstid skal være på mindst 1 minut, således kavitationsboblerne kan blive fordelt homogent indeni reaktoren. Opholdstiden og reaktoren design er baseret på en matematisk kavitationsmodel, således det bedste resultat opnås for disintergration af spildevandsslam.

Beskrivelse af parameter

Laboratorietest

Laboratorietest:
For at undersøge om et renseanlæg kan have udbytte af, at ultralydsbehandle deres slam, sendes en slamprøve til testning hos Ultrawaves på Hamburg/Harburgs Universitet´s laboratorium. Der medsendes en massebalance over renseanlægget sammen med slamprøven til universitet. Undersøgelsen skal vise, om det pågældende slam via ultralydsbehandling kan nedbrydes mere, således der kan ske en forøgelse af gasproduktionen, og en minimering af slammængderne. Undersøgelsens resultater gengives i en rapport.

Fordele med ultralyd:
Behandling af slam på renseanlæg kan være en økonomisk dyr post. I den forbindelse kan behandling af slam med ultralyd være en attraktiv løsning til reducering af mængden af slutslam. Ultralydsbehandlingen af salm giver potientialer for følgende:

  • forøget omsætning af organisk stof ( glødetab ) på mellem 20-25% i rådnetanken
  • øgning af biogasproduktionen=> omkring 20-25%
  • reduktion af polymerforbruget ved slutafvandingen
  • forbedring af slutafvandingen=> slammet kan afvandes til et højere TS svarende til mellem 3-5% højere TS
  • bekæmpelse af trådformede bakterier og dermed skumdannelsesproblemer i rådnetanken

Der skal dog bemærkes, at det reducerede glødetab også vil medføre, at der frigives mere ammonium i rejektet.
Disintegration kan også foregå på andre måder nemlig som mekanisk, termisk og kemisk disintegration. Ultralydsappikationen viser dog signifikante fordele specielt med hensyn til operationelle forhold: Ultrrasonic/Ultrawaves reaktoren er meget kompakt, simpel at installere og let at operere med.

Når du samarbejder med os kan du regne med at der er sat fokus på at levere dig en løsning som tilfører anlægget merværdi.

ULTRAWAVES ULTRALYDSANLÆG

ØKONOMI

  • Typisk 3-5% højere TS på slutafvanding.
  • Biogasproduktion øges med 20%.
  • Rest slammængde reduceres med 10-15%.
  • Polymerforbrug 15-25% mindre.

MILJØ

  • Bedre udnyttelse af ressourcer p.g.a. højere gasproduktion.
  • Mindre slammængde - mindre deponi, og dermed mindre transport, er med til at sænke anlæggets CO2 udledning.
  • Ingen spildproduktion som ved eks. varmebehandling af slammet. Bedre virkningsgrad- mindre tab.

CSR

  • Servicevenlig og driftssikker.
  • Lukket system - hygiejniske forhold for personalet. 
  • Udnyttelse af ressourcer som ellers ville gå til spilde.

Ultralydsanlæg

Øgning af biogasproduktionen
Reduktion af polymerforbruget ved slutafvanding
Forbedring af slutafvanding
Bekæmpelse af trådformede bakterier og dermed skumdannelse i rådnetanke

 Kontakt os

Søren Weber

Mobil: 30 73 50 75
sow@stjernholm.dk

Birkmosevej 1
6950 Ringkøbing

Stjernholm@stjernholm.dk
+45 70 20 25 05

CVR: 28 88 49 66