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WEBER ENTEC GMBH & CO. KG

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Die Innovative Technologie von Weber Entec

DesiUS – Der „Turbo“ für Ihre Biogasanlage

Aufbau Anlagentechnik

Hohe Ansprüche an Effektivität und Betriebssicherheit
Der Begriff DesiUS steht für Desintegration Ultraschall System. Der der DesiUS zugrunde liegende Desintegrationsprozess wurde von Weber Ultrasonics in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut entwickelt und von Weber Entec durch den Einsatz des BioPush Reaktors optimiert. Die DesiUS steht für energieeffiziente und prozessrobuste Aufschlusstechnik mit außergewöhnlich hohem Wirkungsgrad. Der robuste und völlig wartungsfreie Aufbau des BioPush Reaktors erlaubt eine einfache und unkomplizierte Anlagenbauweise.

Die Ultraschallreaktoren der schlüsselfertig gebauten Anlage werden durch eine Exzenterschneckenpumpe beschickt. Das Substrat wird mit spezifischer Geschwindigkeit so durch das Schallfeld geführt, dass der für die Behandlung des Substrats ideale spezifische Energieeintrag erzielt wird. Ein Mazerator schützt die Anlage vor Fremdkörpern und homogenisiert grob vor, um eine optimale Ankopplung des Ultraschalls zu erreichen. Eine SPS gestützte Steuerung ermöglicht einen robusten und störungsarmen Betrieb. Die Anlage ist zudem mit Temperatur-, Druck- und Volumenstromsensorik ausgestattet.

Technische Vorteile

  • Sehr hohe Energieeffizienz – 50% Ersparnis gegenüber­ anderen Desintegrations­systemen
  • Sehr wartungsarme Anlagentechnik
  • Hohe Betriebssicherheit
  • Lange Standzeiten
  • Optimale Anpassung an die jeweiligen Anforderungen
  • Geringer Platzbedarf durch kompakte Bauweise, einfache Installation – Plug & Play
  • Schnelle Amortisation

Mögliche Einbindung

an Biogasanlagen

Vorteile BioPush

LANGE LEBENSDAUER, WARTUNGSFREIHEIT & BETRIEBSSICHERHEIT

Im Fokus der Entwicklungsarbeit zur DesiUS (Desintegration Ultraschallsystem) stand die Forderung nach maximaler Kavitationsleistung bei maximaler Betriebssicherheit. Die DesiUS berücksichtigt spezifische Biomasseeigenschaften und ist zudem anderen Desintegrationsverfahren hinsichtlich Betriebssicherheit sowie Kosten- und Energieeffizienz überlegen.

Da Biomassen mit einem typischen Feststoffanteil zwischen 8% und 13% eine relativ hohe Viskosität aufweisen, ist bei herkömmlichen Desintegrationsanlagen ein hoher Aufwand notwendig, um ein effektives Ankoppeln des Ultraschalls am Medium sicherzustellen. Da die Kavitationsleistung des Ultraschalls mit erhöhter Viskosität des Mediums in zunehmendem Maße gedämpft wird, muss das Medium also möglichst nah an der Sonotrode vorbeigeführt werden. Dies könnte zwar durch einen hinreichend geringen Leitungsquerschnitt baulich erreicht werden, kann aber so nicht umgesetzt werden, da sowohl Substrate von NAWARO Biogasanlagen wie auch Klärschlämme durch faserartige Bestandteile zu Verstopfungen und Verzopfungen um die Sonotroden neigen. Eine hohe Schalldämpfung und somit geringe Energieeffizienz sind die Folge.

Der von Weber Entec eigens für die Behandlung von Biomassen entwickelte Reaktor BioPush trägt dieser Problematik Rechnung.

Eine homogene und direkte Ultraschallbehandlung der Biomasse über den gesamten Durchflussreaktor wird gewährleistet, ohne dabei mit den Schwingelementen in Kontakt zu geraten. Verstopfungen und Verzopfungen sind durch die Bauweise praktisch ausgeschlossen. Auch ist die Lebensdauer des BioPush Reaktors um ein vielfaches höher als bei den klassischen Stabsonotroden im Biomassebereich.

Der BioPush Reaktor

Was macht ihn so besonders?

Kerntechnologie der DesiUS ist die Ultraschalltechnik von Weber Ultrasonics. Der eigens für die Behandlung biogener Schlämme entwickelte Reaktor BioPush trägt den hohen Anforderungen an den Desintegrationsprozess Rechnung und eignet sich in mehrfacher Hinsicht deutlich besser als die herkömmliche Stabschwinger- oder Sonotrodentechnik.

In der Anfangszeit der Ultraschalldesintegration stellte sich bei der damals verwendeten traditionellen Stabschwingertechnologie neben dem enormen Verschleiß der Sonotroden auch der Einsatz bei Biomasse als problematisch dar.

Diese Erkenntnisse führten zu einem Umdenken bei Weber Entec und Weber Ultrasonics.
Eine speziell für die Behandlung von Biomasse ausgelegte Reaktorbauweise wurde entwickelt.

Die unten 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 und somit kein Störkörper mehr im zu behandelnden Medium steckt.

Schemenhaftes Abbild des BioPush Reaktors

Die BioPush Durchflusszelle

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.

Technische Vorteile des BioPush Reaktors:

  • Bis zu 25 % mehr Biogas (mehrfach nachgewiesen)
  • homogene Behandlung des Substrates
  • Durchflussreaktor
  • kaum Verschleiß des Reaktors
  • absolut wartungsfrei
  • gesamte Reaktoroberfläche wirkt als Schwingkörper
  • 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

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.

Anlagensteuerung und Fernzugriff

Mit Hilfe des Siemens Touch-Panels können auf benutzerfreundliche Weise unter anderem Temperaturen, Drücke, Volumenstrom und Zeiten eingestellt bzw. eingesehen werden.
Ein Fernzugriff kann ebenfalls über die SPS-Steuerung ermöglicht werden.

Im Falle einer auftretenden Störung werden der Anlagenbesitzer sowie Weber Entec unmittelbar informiert. Sollte beispielsweise eine Verstopfung, durch Ansaugen einer Schwimmschicht, an der Anbindungsstelle zwischen Fermenter und Desintegrationsanlage auftreten, startet eine automatische Wiederanlauflogik, die die Verstopfung selbstständig beseitigt.

Der Betrieb der Biogasanlage wird zu keiner Zeit behindert, da die Ultraschall-desintegrationsanlage über einen Teilstrom betrieben wird.

Siemens SPS Steuerung

Ein Rückblick

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.

 

Stabschwinger nach Einsatz bei einer Kläranlage nach etwa 9 Monaten
2. Stabschwinger nach Einsatz bei einer Kläranlage nach etwa 9 Monaten

1. Anfang des Kavitationsfraßes bei der traditionellen Stabschwingertechnik

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