ULTRAWAVES
Wasser- & Umwelttechnologien GmbH
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Vorteile der Ultraschalltechnologie auf Kläranlagen

Mehr Strom und weniger Reststoffe dadurch geringere Entsorgungskosten!

Mit der Einbindung eines Hochleistungs-Ultraschall-Systems BIOSONATOR in bestehende Systeme von Kläranlagen wird die Wirtschaftlichkeit und das Ergebnis der Kläranlagen verbessert. Durch die Behandlung der Klärschlämme mit Ultraschall (Klärschlammdesintegration) werden aerobe und anaerobe Prozesse intensiviert. Dadurch reduziert sich die Restschlammmenge und es entsteht gleichzeitig Biogas, das zur Energieversorgung der Anlage verwendet werden kann.

Die Hochleistungs-Ultraschallsyteme von ULTRAWAVES können sowohl in kommunalen als auch in industriellen Kläranlagen bei einer Vielzahl von Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Dazu gehören in erster Linie die Schlammbehandlung, aber auch die Abwasserreinigung in Form der Bekämpfung von Blähschlamm und Schäumen sowie eine bessere Stickstoff-Elimination durch Bereitstellung interner Kohlenstoffträger.






BIOSONATOR: Hochleistungs-Ultraschallsystem zur Behandlung von Klärschlämmen

Das effiziente Ultraschallgerät wurde als Plug & Play-System entwickelt, um erste Probeläufe auf Kläranlagen vor der Kaufentscheidung zu testen. Bevor sich kommunale und industrielle Kläranlagenbetreiber entscheiden, ihren Klärschlamm auch langfristig mit Ultraschall zu behandeln, wird die Technologie in der Regel mehrere Monate im Vorfeld getestet. Um Betreibern nun eine noch praxisgerechtere und vor allem optimierte Lösung zu bieten, hat ULTRAWAVES in Zusammenarbeit mit den Kollegen von SONOTRONIC das Ultraschallsystem zu einem Plug & Play-System, dem BIOSONATOR, weiterentwickelt.

Durch die im BIOSONATOR eingebundene, optimal auf das Ultraschall-Gerät abgestimmte Peripherie, bestehend aus Pumpe, Rohrleitungen und Durchflussmessung kann die Technologie von jetzt an direkt und einfach in den laufenden Anlagenbetrieb integriert werden. Der Betreiber muss für den Probelauf keine weiteren Aggregate anschaffen und spart somit Zeit und Kosten.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass das Ultraschall-System mit zu 100 Prozent darauf abgestimmten Komponenten von unseren Servicetechnikern in weniger als einem Tag eingebaut werden kann und schon in der Testphase eine optimale Wirkung zeigt. Durch die Aufteilung in drei miteinander verbundene Plattformen (Pumpe, Ultraschall-System und Schaltschrank) lässt es sich zudem in jeden Raum einfach aufbauen und ist sehr leicht bedienbar.

 

Ultraschall-Desintegration ist auf Kläranlagen vielschichtig einsetzbar

Je nach Anwendungsfall werden eingedickter Überschuss- oder Rücklaufschlamm beschallt und damit z.B. eine Steigerung der Biogasproduktion, eine Reduktion der zu entsorgenden Restschlammmengen, eine Verkürzung der Faulzeit oder auch die Beseitigung von Betriebsproblemen erreicht. Die positiven Effekte von Ultraschall stellen sich mit dem BIOSONATOR innerhalb weniger Wochen ein. 

Wo kann der BIOSONATOR eingesetzt werden?

  • Biogasanlagen
  • NawaRo-Anlagen
  • Abfallvergärungsanlagen
  • Kofermenter-Anlagen
  • Anlagen mit Trockensubstanz bis max. 15 %
  • Kläranlagen

Wofür wird der BIOSONATOR eingesetzt?

  • Maximierung der Biogasmenge
  • Reduzierung der Viskosität
  • Stabilisierung der Biologie
  • Verlängerung der Lebensdauer der Rührwerke und Pumpen
  • Senkung der Entsorgungsmengen und -kosten

Was wird mit dem BIOSONATOR erreicht?

  • Erhöhung der Gasproduktion, bis zu 20 %
  • Erhöhung des Methangehalts im Biogas
  • Einsparungen bei der Fütterung
  • Verbesserung der Fließeigenschaften
  • Ersatz durch günstigere Substrate
  • Verringerung von Entsorgungskosten
  • Verringerung des Eigenstrombedarfs
  • Verbesserung der Bioverfügbarkeit
  • Intensivierung der Fermentation
  • Steigerung der Biogaserzeugung
  • Einsparung bei dem Einkauf von Substraten
  • Fütterung von alternativen, rauen, faserigen Substraten
  • Reduzierung von Gärresten

Welche Ziele verfolgt der BIOSONATOR?

  • Verbesserung der Bioverfügbarkeit in Kläranlagen und Biogasanlagen
  • Steigerung der Biogaserzeugung
  • Einsparung bei dem Einkauf von Substraten
  • Und/oder Fütterung von alternativen, rauen, faserigen Substraten
  • Reduzierung von Gärresten





Schlammbehandlung mit Ultraschall

Erleichterung beim Durchmischung des Fermenterinhalts

Ultrawaves Ultraschall auf Klaeranalgen

Die konventionelle Ausfaulung des Klärschlammes wird durch den Hydrolyseschritt begrenzt (technische Faulgrenze). Eine Behandlung des Überschuss-Schlammes mit Ultraschall führt zur Überwindung dieser Grenze. Der Faulprozess wird intensiviert und ein weitergehender Abbau erzielt. Dadurch reduziert sich die Menge des ausgefaulten Restschlammes, während sich die Biogasproduktion erhöht.

Der Abbau der organischen Schlammfraktion in der konventionellen anaeroben Schlammstabilisierung wird durch den geschwindigkeitsbestimmenden Hydrolyseschritt begrenzt. Selten werden Abbaugrade von 50 % erzielt. Die Ursache hierfür liegt in der schwer zugänglichen Bakterien-Biomasse des Überschussschlammes. Diese wird durch Beschallung mit der ULTRAWAVES-Ultraschalltechnik aufgeschlossen (desintegriert) und ist damit für den anschließenden biologisch-enzymatischen Abbauprozess besser verfügbar.

Bereits bei geringen Energieeinträgen wird durch Ultraschall eine Zerlegung der Flockenstruktur und die Freisetzung von Exoenzymen bewirkt. Dadurch wird die Grenzfläche zwischen der festen und flüssigen Phase vergrößert und somit der enzymatische Angriff der aktiven Mikroorganismen erleichtert. Ein höherer Energieeintrag führt zum Aufschluss von Bakterienzellen, wodurch Zellinhaltsstoffe und Endoenzyme freigesetzt werden. Diese Enzyme beschleunigen den Abbauprozess weiter.

Gesteigerte Produktion von Biogas und Reduktion der Restschlammmenge

Ultraschall Wasser Kläranlagen

Der limitierende Hydrolyseschritt wird überwunden, der gesamte Faulprozess intensiviert und die organische Fraktion weitergehend abgebaut. Als wesentlicher Vorteil ergibt sich daraus eine deutlich gesteigerte Produktion von Biogas und eine Reduktion der zu entsorgenden Restschlammmenge. Infolge der geringeren Restorganik wird zusätzlich die Entwässerbarkeit des Faulschlammes erleichtert (geringere Flockungsmittelzugabe) und gesteigert (höherer Entwässerungsgrad). Durch diese Desintegration des Schlammes wird seine Viskosität verringert. Dies ist für die betriebliche Praxis von Bedeutung, da damit die Durchmischung des Fermenterinhalts erleichtert wird, was zu einer merkbaren Energieeinsparung führt.

Faulbehälter, die an der Grenze ihrer Belastung sind, können mithilfe der Ultraschalltechnologie langfristig problemlos weiterbetrieben werden. Bei Neubauten könnten die Faulbehälter mit einer geringeren Verweildauer bemessen werden.






Abwasserreinigung mit Ultraschall

Mit Ultraschall chemische Reaktionen erzeugen – ganz ohne Chemie!

Bei der biologischen Stickstoffelimination muss Kohlenstoff für die Denitrifikationsstufe bereitgestellt werden. Normalerweise müssen hierfür Methanol oder andere Chemikalien eingekauft werden. Ultraschall schließt hingegen überschüssige Bakterien ­Biomasse (Überschussschlamm) auf, wodurch Zellinhaltsstoffe als Kohlenstoffträger verfügbar gemacht und der Denitrifikation zugeführt werden. Gleichzeitig steigert sich der Stickstoffabbau.

Stickstoffabbau mit Ultraschall steigern

Der biologische Stickstoffabbau geschieht über Nitrifikation und Denitrifikation. Für einen erfolgreichen Abbauprozess ist es nötig, eine zusätzliche Kohlenstoffzufuhr zur Deni-Stufe sicherzustellen. Normalerweise wird hierfür Methanol oder eine andere externe Kohlenstoffquelle eingekauft und zu dosiert. Durch die Beschallung des Überschussschlammes mit Ultraschall wird Biomasse aufgeschlossen. Damit werden Zellinhaltsstoffe freigesetzt – also ideale Kohlenstoffträger – die dann als interne Kohlenstoffquelle in der Deni-Stufe zur Verfügung stehen. Somit kann der biologische Stickstoffabbau in der Kläranlage aufrechterhalten oder sogar intensiviert werden. Führt man eine beschallte Teilmenge zurück in die Biologie, reduziert sich automatisch die zu entsorgende Schlammmenge. Die Anwendung von Ultraschall beim Abbau von Stickstoff hat sich in der Praxis bewährt und ist seit 2006 beispielsweise auf der Kläranlage Bünde in Betrieb.

Belastetes Wasser mit Ultraschall umweltfreundlich entkeimen

Behandlung von Klärschlamm mit Ultraschall

Ultraschall bietet sich weiterhin zur Entkeimung von trüben und hoch konzentrierten Medien an, wie zum Beispiel Prozess- und Abwässer, wo die Standardverfahren Chlor und UV versagen. Keime lagern sich an suspendierte Partikel oder Flocken an und entgehen somit leicht einer Entkeimung durch UV. Mittels Ultraschall können diese Agglomerate aufgebrochen werden, sodass die Keime vereinzelt und resuspendiert vorliegen. Damit werden sie wieder für die klassischen Verfahren zugänglich und können erfolgreich angegriffen werden. Ob Ultraschall alleine oder in Kombination mit konventionellen Varianten – eine effektive Entkeimung ist gesichert.






Ultraschall verhindert Blähschlämme und Schäume

Unterdrückung des Wachstums fadenförmiger Bakterien durch das Ultraschallverfahren

Reduktion der Restschlammmenge durch Ultraschall-Behandlung

Die Entstehung von Blähschlamm und Schäumen durch die Massenentwicklung fadenförmiger Mikroorganismen ist ein weit verbreitetes Problem in Kläranlagen. Schaumbildung tritt oftmals auch als eigenständiges Phänomen im Faulbehälter auf. Stetige Beschallung eines geringen Teilstroms des Rücklaufschlammes mittels Ultraschall erzeugt Dauerstress auf die aktive Belebtschlamm ­Biomasse. Als Folge werden die filamentösen Mikroorganismen dauerhaft eliminiert.

Häufig treten in Kläranlagen saisonal Blähschlammprobleme auf. In der Regel sind Fadenorganismen die Ursache. Schaumbildung in Faulbehältern ist ebenfalls bekannt und kann zu erheblichen betrieblichen Problemen führen. Durch Beschallung einer geringen Teilmenge des Rücklaufschlammes oder rückgeführten Überschussschlammes wird diese Bakterien-Biomasse einem Dauerstress durch Kavitation und Wechseldruck im flüssigen Medium ausgesetzt. ULTRAWAVES hat nachgewiesen, dass durch diese Verfahrensweise insbesondere Faden bildende Mikroorganismen leiden und so dauerhaft eliminiert werden. Durch den Einsatz von Ultraschall kann die Blähschlammbildung somit verhindert und ein stabiler Kläranlagenbetrieb erneut ermöglicht werden.






Referenzen: Kläranlagen weltweit im Einsatz

Die Vorteile der Intensivierung der anaeroben Schlammstabilisierung mit Ultraschall

  • Steigerung des oTR-Abbaus um 15 % bis 25 %
  • Steigerung der Biogasproduktion um 15 % bis 30 %
  • Reduktion der Faulzeit um 50 %
  • Verbesserung der Schlammentwässerung um 5 % rel.
  • Verbesserung der Entwässerbarkeit des Faulschlammes um 5 % bis 10 % rel.
  • Steigerung des Methangehaltes um 2 % und damit erhöhte Stromproduktion

Kläranlage Ahrensburg

Kläranlage Arrudas

  • Brasilien
  • 2.000.000 Einwohner
  • seit 2010

Kläranlage Bad Lippspringe

  • Deutschland
  • 30.000 Einwohner
  • seit 2019

Kläranlage Bamberg

Kläranlage Bargteheide

Kläranlage Bünde

Kläranlage Dabrowa-Górnicza

Kläranlage Heide

  • Deutschland
  • 40.000 Einwohner
  • seit 2016

Kläranlage Jockgrim

  • Deutschland
  • 21.000 Einwohner
  • seit 2011

Kläranlage Kleinsteinbach

Kläranlage Ratheim

  • Deutschland
  • 45.000 Einwohner
  • seit 2014

Kläranlage Ratzeburg

  • Deutschland
  • 34.000 Einwohner
  • seit 2015

Kläranlage Schleswig

Kläranlage Shek Wu Hui

  • Hongkong
  • 350.000 Einwohner
  • seit 2014

Kläranlage Trier

  • Deutschland
  • 170.000 Einwohner
  • seit 2015

Kläranlage Yanzhou

  • China
  • 750.000 Einwohner
  • seit 2016





Die Vorteile der Intensivierung der aeroben Schlammstabilisierung

  • Bekämpfung des Bläh- und Schwimmschlammes
  • Reduktion von Überschussschlamm bis zu 20 %

Kläranlage Leinetal






Die Vorteile der Intensivierung der anaeroben Schlammfermentation/Bläh- und Schwimmschlammbekämpfung

  • Steigerung des oTR-Abbaus bis zu 26 % und der Biogasproduktion bis zu 26 %
  • Beseitigung von Schaumproblemen und Fadenorgansimen im Faulbehälter

Kläranlage Meldorf






Die Vorteile der Bläh- und Schwimmschlammbekämpfung

  • Reduktion des Schlammvolumenindex SVI
  • Kein Schwimmschlamm im Belebungsbecken

Kläranlage Schleswig






Die Vorteile der Installationen auf Destillerien - Intensivierung der Alkoholfermentation

  • Steigerung der Alkoholausbeute um bis zu 20 %

Pearl Distillery

  • Ongole, Indien
  • seit 2012