ULTRAWAVES
Wasser- & Umwelttechnologien GmbH
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Ultraschall

Umweltfreundliche Technologie steigert die Effizienz und senkt Kosten

Durch die Hochleistungs-Ultraschalltechnik von ULTRAWAVES ist es möglich, einen Aufschluss der Biomasse durch Kavitation zu bewirken, deren freigesetzten Kräfte jede robuste Oberfläche zerstören können.

Bei allen am Markt verfügbaren Anlagentechniken zur Desintegration mit Ultraschall sind einzig die Hochleistungs-Ultraschallsysteme von Ultrawaves imstande, eine harte Kavitation zu erzeugen. Nur durch harte Kavitation werden Biomasse-Agglomerate aufgeschlossen und eine Intensivierung der Fermentation erreicht.






Ultraschalldesintegration

Ultraschall ist Schall mit Frequenzen jenseits des Hörschalls, also von 20 kHz bis in den Megahertzbereich. In wässrigen Medien bewirken Ultraschallwellen eine periodische Kompression (Druck) und Dehnung (Zug, Unterdruck) des beschallten Mediums.

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Ultraschall hoher Intensität führt in der Phase des Unterdrucks zum Aufreißen der Wasserphase, was zur Bildung von mikroskopisch kleinen Hohlräumen in der Flüssigkeit führt. Diese Bläschen füllen sich mit Wasserdampf oder Gas. Sie wachsen in Zugphasen und schrumpfen in Druckphasen, bis sie implodieren. Dieses Ereignis wird als Kavitation bezeichnet, ein Vorgang unter extremen (adiabatischen) Bedingungen. Im Mikromaßstab entstehen dabei Drücke von 500 bar und eine Temperatur von 5.000 °C. Im Frequenzbereich von 20 bis 100 kHz werden besonders große Kavitationsblasen erzeugt, die beim Zerfall extreme mechanische Scherkräfte hervorrufen. Diese durch Ultraschall erzeugten Kräfte sind in der Lage, jede noch so robuste Oberfläche zu zerstören.

 

 

Wirkung auf Bakterien-, Algen- und pflanzliche Biomasse

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Desintegration von Biomasse in Kläranlagen

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Desintegration von Biomasse in Biogasanlagen

 

Ultraschall höherer Intensität bewirkt einen Aufschluss von Biomasse. Unsere neu entwickelten Ultraschallsysteme zerlegen bei kurzer Beschallzeit zunächst Agglomerate von Biomassen. Die Gesamtoberfläche der Biomassesuspension wird vergrößert. Weitergehende Beschallung öffnet die Biomassezellen, sodass die Zellinhaltsstoffe austreten und in Lösung gehen. In Bakterien-­Biomassen werden dabei Enzyme freigesetzt. Die beschallte Biomasse ist als Substrat für aktive Mikroorganismen leichter verfügbar und wird im biologischen Abbauprozess besser abgebaut.

Biologische Abbauprozesse werden intensiviert, das heißt, es entstehen durch den Einsatz von Ultraschall ein größerer Ertrag des Endproduktes und weniger Reststoffe. Als Folge davon ergibt sich beispielsweise bei der anaeroben Schlammbehandlung eine erhöhte Biogasproduktion und weniger Restschlamm.






ULTRAWAVES Hochleistungs-Ultraschalltechnologie

Das Standardgerät von ULTRAWAVES ist mit fünf Schwinggebilden, bestehend aus Booster, Konverter und Sonotrode, ausgestattet. Die Anzahl der Schwinggebilde kann entsprechend des zu behandelnden Volumenstroms variabel gewählt werden. Des Weiteren ist es möglich, die Zahl der eingesetzten Ultraschallsysteme beliebig zu erweitern und damit auf jede Anlagengröße anzupassen.

Die Ultraschallkomponenten

Ultraschall-Schwingeinheit

Nominell wird jedes Schwinggebilde mit 1 kW Leistung betrieben. In der Praxis wird diese Leistung jedoch nicht permanent abgerufen. Die äußerst robusten Geräte laufen in der Regel im Dauerbetrieb (24/7). Der Wartungsaufwand ist gering, lediglich die Sonotroden, die direkt mit dem beschallten Medium in Kontakt kommen, sind einfach austauschbare Verschleißteile.

Die Funktionsweise

Umfangreiche empirische Untersuchungen haben zur Entwicklung eines patentierten Hochleistungs-­Ultraschallsystems geführt, das optimal auf die Desintegration von Biomasse abgestimmt ist. Unsere Ultraschallsysteme arbeiten als Durchlaufsystem mit hoher Intensität und Amplitude im unteren Frequenzbereich (20 und 35 kHz). Das wässrige Medium wird darin mit einer extrem kurzen Verweildauer von nur einer Minute beschallt. Eine Rezirkulation des Mediums ist nicht nötig. Die Ultraschallsysteme können für Volumenströme von bis zu 2 m3/h eingesetzt werden. Für weniger feststoffkonzentrierte Suspensionen kann der Durchsatz höher liegen.

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  1. Zulauf
    Zulauf des Biofeststoffes durch eine vorgeschaltete Pumpe aus dem Eindicker (Kläranlage). Zulauf des Biofeststoffes durch eine vorgeschaltete Pumpe aus dem Fermenter als Bypass (Biogasanlage).
  2. Ultraschall-Geber
    Erzeugung des Kavitationsfeldes im Biofeststoff durch mehrere Ultraschall-Geber (Schwinggebilde = Sonotrode, Booster, Konverter) mit 20 kHz.
  3. Kavitationsfeld
    Aufspalten von organi­schen Zellen, Bakterien und Pilzen im Biofeststoff durch hohe Scherkräfte. Freisetzung von Zellinhaltsstoffen.
  4. Durchlauf
    Schlingenförmiger Durchlauf des Biofeststoffes durch den Ultraschall-Reaktor, so dass jede Flocke beschallt und durch das Kavitationsfeld geleitet wird. Austragen von Gas und Luft nach oben.
  5. Ablauf
    Abführen des beschallten Biofeststoffes in den Faulturm (Kläranlage). 
    Zurückführen des beschallten Biofeststoffes in den Fermenter (Biogasanlage).

 






ULTRAWAVES Hochleistungs-Ultraschallsystem BIOSONATOR

Neue Bauweise mit variabler Anzahl an Modulen

Die patentierten ULTRAWAVES Hochleistungs-Ultraschallsysteme verfügen über eine kompakte Bauweise und steigern die Effizienz bei der Produktion umweltfreundlicher Energie. Damit sind sie einfach und unkompliziert in bestehende Anlagen integrierbar.

Das Hochleistungs-Ultraschallsystem ist so aufgebaut, dass die Biomasse von links nach rechts frontal auf die Sonotroden trifft und in Schleifen an ihnen vorbeigeführt wird. Dies verhindert zum einen Ablagerungen innerhalb der einzelnen Kammern. Zum anderen können die Schwinggebilde effizienter arbeiten und müssen seltener gewartet werden, da die Biomasse nicht an den Sonotrodenspitzen anhaftet. Durch die modulare Bauweise ist das neue Hochleistungs-Ultraschallsystem flexibel auf die Anlagengröße anpassbar. In der Regel besteht es aus drei bis fünf hintereinander gereihten Modulen – je nach Volumenstrom, der behandelt werden soll.

Da das Medium selbst nur kurz in dem Ultraschallsystem verweilt, ist die Baugröße sehr kompakt. Über ein Zulauf­ und ein Ablaufrohr kann es einfach und unkompliziert in bestehende Anlagen eingebunden werden (Plug & Play).

 

Technische Daten

Maße (L*B*H) [mm] 1.330 * 750 * 1.500
Gewicht [kg] 120
Volumen [m3] 0,030
Anschlussleistung [kW] 5
Material V2A-Stahl
Hochleistungs-Ultraschallsystem BIOSONATOR Steigerung der Effizienz in Kläranlagen, Biogasanlagen und Industrie

Hochleistungs-Ultraschall-System BIOSONATOR

Mehr Output durch harte Kavitation

Am Verfahren selbst hat sich jedoch nichts geändert: Bei allen am Markt verfügbaren Anlagentechniken zur Desintegration mit Ultraschall sind einzig die Hochleistungs-Ultraschallsysteme von ULTRAWAVES imstande, eine harte Kavitation zu erzeugen. Das bedeutet, die Biomasse wird direkt beschallt – im Gegensatz zu konkurrierenden Systemen, welche das Äußere des Behälters in Schwingung versetzen, ähnlich wie bei einem Ultraschall-Reinigungsbad. Die Biomasse wird zunächst in ihre Agglomerate aufgespalten und dann in weitere, kleinere Strukturen aufgeschlossen. Diese sind später besser bioverfügbar, wodurch ein höherer Output erzielt wird. Wofür die Natur z. B. auf Biogasanlagen in der Regel 30 bis 40 Tage benötigt, schafft das Hochleistungs-Ultraschallsystem dies in wenigen Sekunden.

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Hochleistungs-Ultraschall-System BIOSONATOR