Ultraschallbehandlung fir den aeroben Ofbau vun aktivéiertem Iwwerschossschlamm
Ultraschall mat héijer Leeschtung desintegréiert aktivéierten Iwwerschossschlamm (WAS) virum oder wärend dem aeroben Ofbau. Akustesch Kavitatioun brécht Schlammflacken op, zerstéiert extrazellulär polymer Substanzen a mécht mikrobiell Zellen op. Doduerch gëtt virdru geschützt organescht Material fir den aerobe Schlammreakter méi zougänglech.
Bei engem aerobe Prozess ass d’Zil keng erhéicht Biogasproduktioun. D’Erhéijung vun der Methanproduktioun ass fir den anaeroben Ofbau relevant. An engem aerobe Schlammreakter sinn déi relevant Leeschtungsindikatoren den Ofbau vu flüchtege Feststoffer, de Sauerstoffverbrauch, d’Ofbauzäit, déi verbleiwend dréche Feststoffer, d’Entwässerbarkeet an déi gesamt Betribskäschten.
Industriell Ultraschallapparater vun Hielscher loossen sech an eng WAS-Leedung mat Pompel oder an e Rezirkulatiounskreeslaf vum Schlammreakter integréieren. Ultraschall-Duerchflosszellreaktere konzentréieren d’Behandlung op e definéierte Schlammstroum an erlaben et, de Prozess iwwer d’Leeschtung, den Duerchfloss, d’Feststoffkonzentratioun, den Drock an d’Temperatur ze iwwerwaachen. D’Resultat ass eng kompakt Norëschtung, déi eng Ultraschall-Schlammdesintegratioun ergänze kann, ouni de bestoenden aerobe Schlammreakter ze ersetzen.
Industriellt Ultraschall-Inline-Duerchflosssystem vun Hielscher, op engem Gestell montéiert, fir d’Veraarbechtung vun agedécktem WAS
Firwat aktivéierten Iwwerschossschlamm schwéier ofzebauen ass
Aktivéierten Iwwerschossschlamm besteet aus den iwwerschëssege biologesche Feststoffer, déi bei der Ofwaasserbehandlung mam Aktivschlammverfaren ewechgeholl ginn. E enthält Mikroorganismen, extrazellulär polymer Substanzen (EPS), opgefaangent organescht Material an inert Feststoffer.
Am Nokläerbecke gëtt den ofgesaten aktivéierte Schlamm an zwee Stréim opgedeelt:
- De Récklafschlamm (RAS) gëtt an d’Belëftungsbecken zeréckgefouert, fir déi néideg Biomassekonzentratioun oprechtzeerhalen.
- Den aktivéierten Iwwerschossschlamm (WAS) gëtt aus dem Prozess vun der Flëssegkeetsbehandlung ewechgeholl an der Andéckung, Stabiliséierung, dem Ofbau oder der Entwässerung zougefouert.
WAS enthält en héijen Undeel u mikrobiellem Zellmaterial. E groussen Deel vu sengem biologesch ofbaubaren organeschen Inhalt ass vun Zellwänn ëmschloss oder am Banneschte vu kompakte Schlammflacke gebonnen. Dëse physesche Schutz verlangsamt déi natierlech Zelllys an Hydrolys.
Wärend dem aeroben Ofbau gëtt Sauerstoff zougefouert, wärend wéineg nei Närung disponibel ass. D’Mikroorganisme ginn an d’endogen Otemung iwwer a verbrauche gespäichert Material, dout Zellen an aner biologesch ofbaubar Schlammbestanddeeler. D’Zil ass et, de Schlamm ze stabiliséieren, d’Potenzial fir Gerochsbildung ze reduzéieren an d’Quantitéit u flüchtege Feststoffer ze verréngeren, déi entwässert an entsuergt musse ginn.
D’Ofbaugeschwindegkeet gëtt dacks duerch den Zougang zum Substrat limitéiert. E Schlammreakter kann aktiv Mikroorganismen an eng genuch laang Openthaltszäit hunn, mee dat organescht Material am Banneschte vun intakten Zellen an dichte Flacke bleift schwéier zougänglech.
Verglach vun onbehandelte Flacke mat ultraschallbehandeltem Schlamm: D’Ultraschallbehandlung verklengert d’Flacken däitlech.
Etüd a Biller: ©Chu et al. 2001
Wéi Ultraschallkavitatioun WAS fir den aeroben Ofbau opschléisst
Industriell Ultraschallapparater vun Hielscher schaffen op 20kHz an erzeuge staark akustesch Kavitatioun a Flëssegkeets- a Suspensiounsstréim. Kavitatiounsblosen entstinn, wuessen a kollabéieren am Schlamm. Hire Kollaps erzeugt staark lokal Schéierkräften, déi direkt op Flacken, EPS a mikrobiell Zelle wierken.
D’Ultraschallbehandlung bewierkt dräi wichteg Verännerungen am WAS:
Desintegratioun vu Flacken
D’Kavitatioun brécht Schlammaggregater op a leet Uewerfläche fräi, déi virdru vun extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) ëmschloss waren. De behandelte Schlamm enthält méi kleng Partikelen an huet eng méi grouss zougänglech Uewerfläch.
Opbrieche vun EPS an Zellen
Duerch Ultraschall ënnerstëtzt Desintegratioun erhéicht déi aerob biologesch Ofbaubarkeet vu kommunalem aktivéiertem Iwwerschossschlamm, andeems si resistent Schlammflacken opbrécht an ageschlossent organescht Material fräisetzt. Ultraschallkavitatioun brécht Zellmembranen an Zellwänn op. Proteinnen a Kuelenhydrater souwéi aner intrazellulär Verbindunge ginn an déi flësseg Phas iwwer.
Erhéicht Bioverfügbarkeet
Aerob Mikroorganisme kënne geléist a reng verdeelt organescht Material méi einfach verwäerte wéi intakt mikrobiell Zellen a kompakt Flocken. D’Ultraschallbehandlung iwwerhëlt dofir en Deel vun der Lys an der Hydrolys op mechanesch Aart virum biologeschen Oxidatiounsschrëtt.
D’Ultraschallbehandlung wierkt geziilt op déi déck Schutzmatrix vum Klärschlamm, fir de mikrobiellen Ofbau vill méi séier a méi effizient ze maachen. Dëst gëtt allgemeng als eng Erhéijung vum geléiste cheemesche Sauerstoffbedarf (SCOD) observéiert.
Industriellen Ultraschall-Duerchflossreakter fir e verbesserten aeroben Ofbau vu WAS
Virdeeler vun der Ultraschallbehandlung an Anlage fir den aeroben Ofbau
Den Effekt hänkt vum Schlamm a vun der Ultraschalldosis of. Wann d’Ultraschallbehandlung déi aerob biologesch Ofbaubarkeet erhéicht, kann eng Kläranlag follgend Virdeeler erreechen:
- Méi Ofbau vu flüchtege Feststoffer bei der bestoender Ofbauzäit
- Vergläichbar Schlammstabiliséierung bei enger méi kuerzer Openthaltszäit
- Manner Produktioun vu verbleiwenden Dréchefeststoffer
- Zousätzlech effektiv Kapazitéit vun engem bestoende Reakter fir den aeroben Ofbau
- Manner Oftransport an Entsuergung vu biologesche Feststoffer
- Verbessert Prozessstabilitéit a Phase mat héijer Feststoffbelaaschtung
- Besser Kontroll vu fuedemfërmegen Organismen duerch d’Zerleeë vu Flocken an d’Opbrieche vun Zellen
Inline-Ultraschallapparater vun Hielscher fir eng einfach Norëschtung
Am industrielle Moossstaf ass et am Allgemenge méi effizient, e konzentréierte Schlammstroum mat Ultraschall ze behandelen ewéi de ganze Volume vum Reakter fir den aeroben Ofbau. Hielscher Ultraschall-Duerchflosszellreakteren ënnerstëtzen zwou praktesch Konfiguratiounen.
Virbehandlung an der WAS-Zouféierungsleitung
Den Ultraschallsystem gëtt no der Andéckung vum WAS a virum Reakter fir den aeroben Ofbau installéiert:
Agedéckte WAS -> Zouféierungspompel -> Hielscher Ultraschall-Duerchflosszell -> Reakter fir den aeroben Ofbau
Dës Uerdnung behandelt e definéierte Massestroum vun Dréchefeststoffer a bitt eng kloer Basis fir d’Reegelung vum spezifeschen Ultraschallenergieasaz.
Flossdiagramm: Agedéckte WAS -> Zouféierungspompel -> Hielscher industriellen Inline-Ultraschallapparat UIP6000hdT -> Reakter fir den aeroben Ofbau
Rezirkulatioun am Reakter oder Behandlung an engem Niewestroum
E kontrolléierten Undeel vum Schlamm gëtt aus dem Reakter oder der Schlammleitung duerch den Ultraschallapparat gepompelt an an de Prozess zeréckgefouert. Dës Konfiguratioun ass nëtzlech, wann déi bestoend Zouféierungsleitung schwéier ze änneren ass oder wann nëmmen e gewielten Undeel vum Schlamm behandelt soll ginn.
Béid Uerdnunge kënnen als kompakt Anlagen op engem Montagerumm mat enger Pompel, enger Ultraschall-Duerchflosszell, Ofspärventiller, engem Ëmleedungskrees fir Ënnerhaltsaarbechten, Drock- an Temperaturmiessung, Proufentnamstellen a Prozesssteierungen installéiert ginn. De bestoende Reakterbehälter bleift onverännert.
Doduerch eegent sech d’Ultraschallbehandlung besonnesch fir d’Norëschte vu bestoende Kläranlagen. D’Ultraschallanlag um Montagerumm kann an enger Leitung mat Pompelfërderung installéiert, onofhängeg bedriwwen a wärend Inspektiounen oder Ënnerhaltsaarbechten ëmgaange ginn.
Verbessert déi aerob Schlammzerleeung mat Héichleeschtungsultraschall!
Industriell Ultraschallapparater vun Hielscher bidden eng kompakt a skaléierbar Method, fir Héichleeschtungsultraschall an eng bestoend WAS-Behandlungslinn z’integréieren. D’Inline-Behandlung an Duerchflosszelle konzentréiert d’Ultraschallenergie op de Schlammstroum, ënnerstëtzt eng reproduzéierbar Dosisreegelung a ka fir en zouverlässegen 24/7-Dauerbetrib ënner héijer Belaaschtung ausgeluecht ginn.
Entwécklung, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit aus Däitschland
Hielscher Ultraschallapparater si fir hir héchst Qualitéits- an Entwécklungsstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen eng reiwungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. Hielscher Ultraschallapparater kommen ouni Schwieregkeete mat haarde Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfeld eens.
Hielscher Ultrasonics ass en ISO-zertifizéiert Betrib a leet besonnesche Wäert op héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater mat modernster Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Selbstverständlech sinn Hielscher Ultraschallapparater CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.
Hielscher Ultrasonics produzéiert héichleeschtungsfäeg Ultraschallhomogenisateure fir Mëschuwendungen, Dispersioun, Emulgéierung an Extraktioun am Labo-, Pilot- an industrielle Moossstaf.
Heefeg gestallte Froen
Produzéiert d’Ultraschallbehandlung méi Biogas an engem Reakter fir den aeroben Ofbau?
Nee. E méi héije Methan- oder Biogasertrag ass e Virdeel vum anaerobe Schlammofbau. Beim aerobe Schlammofbau soll d’Ultraschallbehandlung unhand vum Ofbau vu liichtflüchtege Feststoffer (VS), dem Sauerstoffverbrauch, der Ofbauzäit, de verbleiwenden dréchene Feststoffer, der Entwässerbarkeet an de Gesamtkäschte bewäert ginn.
Wou gëtt den Ultraschallsystem installéiert?
De System gëtt normalerweis inline no der Andéckung vum WAS a virum Reakter fir den aerobe Schlammofbau installéiert. E kann och an engem kontrolléierten Niewestroum oder an enger Rezirkulatiounsschleef vum Reakter bedriwwe ginn. E Maintenance-Bypass erlaabt et, de Schlamm wärend der Maintenance weiderzefërderen.
Firwat en industriellen Ultraschallapparat mat 20kHz benotzen?
Nidderfrequenten Ultraschall mat héijer Leeschtung erzeugt intensiv Kavitatioun a mechanesch Scherung. Dat ass wierksam, fir Schlammflacken opzebriechen, EPS ze zerstéieren a mikrobiell Zellen a Flëssegkeet-Feststoff-Stréim opzemaachen.
Kann en Hielscher Ultraschallapparat kontinuéierlech bedriwwe ginn?
Jo. Déi industriell hdT-Ultraschallapparater vun Hielscher si fir de kontinuéierleche Betrib ënner héijer Belaaschtung konzipéiert a fir hir Laangliewegkeet bekannt. Duerchflosszellereakteren erméiglechen eng kontrolléiert Inline- oder Rezirkulatiounsveraarbechtung, wärend déi automatesch Dateprotokolléierung d’Prozessiwwerwaachung an d’Reproduzéierbarkeet ënnerstëtzt.
Wéi eng Date si fir d’Dimensionéierung vun engem Ultraschallsystem fir Schlamm néideg?
Déi wichtegst Aganksdate sinn de WAS-Duerchfloss, d’TS- an d’VS-Konzentratioun, d’Schlammviskositéit, déi ugestriefte spezifesch Energie, den erfuerderleche Behandlungseffekt, d’Betribsstonnen an de verfügbaren Drock. Pilotversich gi recommandéiert, fir déi sënnvoll Dosis virun der Dimensionéierung am industrielle Moossstaf ze bestëmmen.
Verbessert d’Ultraschallbehandlung d’Schlammentwässerung?
D’Resultat hänkt vun de Schlammeegenschaften an der Dosis of. Eng moderat Behandlung kann d’Feststoffveraarbechtung verbesseren, wärend eng iwwerméisseg Desintegratioun fein Partikelen a léislech Polymere produzéiere kann, déi de Feststoffréckhalt oder de Feststoffgehalt vum Filterkuch beeinträchtegen. Entwässerungsversich sinn dofir e wesentlechen Deel vun der Prozessoptimiséierung.
Wat soe wëssenschaftlech Studien iwwer den Ultraschall-ënnerstëtzte WAS-Ofbau?
Labostudien ënnerstëtzen den Asaz vun Ultraschall, fir d’Zougänglechkeet an d’aerob biologesch Ofbaubarkeet vu WAS ze erhéijen.
An enger Studie iwwer eng kombinéiert alkalesch an Ultraschallvirbehandlung virum aerobe Schlammofbau gouf bei der selwechter Ofbauzäit en Ofbau vun organescher Matière vun 38,0% fir onbehandelte Schlamm a vu 42,5% fir mat Ultraschall virbehandelte Schlamm gemellt. Déi kombinéiert alkalesch an Ultraschallvirbehandlung huet den Ofbau op 50,7% erhéicht. D’Resultat weist, datt Ultraschall eleng den aeroben Ofbau verbessere kann, a gläichzäiteg, datt déi erreechbar Verbesserung vun der Virbehandlungsstrategie an de Schlammeegenschaften ofhänkt. (cf. Jin et al., 2009)
Eng aner Ënnersichung vu kommunalem WAS huet no enger duerch Ultraschall ënnerstëtzter bakterieller Desintegratioun eng erhéicht Schlammsolubiliséierung an aerob biologesch Ofbaubarkeet gemellt. De virbehandelte Schlamm huet eng méi héich biologesch Ofbau- oder Zerfallsquot gewisen ewéi déi onbehandelt Kontrollprouf. (cf. Kavitha et al. 2016)
Ënnerstëtzt d’Ultraschallbehandlung aner Schlammprozesser?
Jo. D’Ultraschallbehandlung ënnerstëtzt verschidde Schlammbehandlungsprozesser, andeems si Flacken, EPS a mikrobiell Zellen zerstéiert:
Anaerobe Schlammofbau/Biogasproduktioun: beschleunegt d’Hydrolys, erhéicht de léisleche cheemesche Sauerstoffbedarf (COD) a kann den VS-Ofbau an de Methanertrag verbesseren.
Phosphorréckgewënnung: setzt zellgebonnenen an organesche Phosphor an d’Flëssegkeetsphas fräi a verbessert domat seng Disponibilitéit fir eng uschléissend Struvit- oder Vivianitausfällung; Ultraschall kann och d’Auslauge vu Phosphor aus Schlammasche verstäerken.
Literatur / Referenzen
- Jin Y., Li H., Mahar R.B., Wang Z., Nie Y. (2009): Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion. Journal of Environmental Science 2009;21(3):279-284.
- Kavitha S., Jessin Brindha G.M., Sally Gloriana A., Rajashankar K., Yeom I.T., Rajesh Banu J. (2016): Enhancement of aerobic biodegradability potential of municipal waste activated sludge by ultrasonic aided bacterial disintegration. Bioresource Technology 2016 Jan;200:161-169.
- C. M. Braguglia, G. Mininni, A. Gianico (2008): Is sonication effective to improve biogas production and solids reduction in excess sludge digestion? Water Science Technology 1 March 2008; 57 (4): 479–483.
Hielscher Ultrasonics produzéiert Ultraschallhomogenisateure mat héijer Leeschtung vum Labo bis zur Industriegréisst.