Biogastemadag 5. April 2016 V/ Kaj Stjernholm Stjernholm A/S. Ultralydsbehandling. en mulig teknologi til åbning af celler

Transkript

1 Biogastemadag 5. April 2016 V/ Kaj Stjernholm Stjernholm A/S Ultralydsbehandling en mulig teknologi til åbning af celler

2 DAGES PROGRAM: Præsentation Slambehandling Hvad er disintegration af slam Ultralydsbehandlings virkemåde Forventet udbytte ved ultralydsbehandling af slam Tekniske data for STJERHOLM Ultralydsanlæg K

5 Struvitanlæg - Herning Vand Investering på 4,9 mdkk Årlige besparelser på ca. 0,7-0,9 mdkk => Tilbagebetaling på 5-7 år

6 Hvad er en god investering? Total økonomi i forhold til Billigste investering her og nu Mål: Bæredygtighed Reduceret pris pr. m3 vand eller andet hvor der kan måles!

7

8 SLAMBEHADLIG øgleord i fremtidens slambehandling er : Minimering af slammængderne Bedre afvanding Øget aerob omsætning Øget anaerob omsætning Minimering af slammængderne kan gøres ved disintegration.. K

9 HVAD ER DISITEGRATIO? Ændring af partikulært stof til opløst stof (ved sprængning af cellevæg og omdannelse af organisk stof til lavmolekylære forbindelser). Dette opløste stof kan så i princippet omsættes aerobt i vandprocessen eller anaerobt i rådnetank, med en reduktion af slamproduktionen til følge. K

10 10 Disintegration af biomasse med High-Power Ultrasound (HPUS)

11 Hvordan kan disintegration udføres. TYPE Biologisk Termisk Kemisk Mekanisk Biokemisk Proces / Apparatur Slammineraliseringsanlæg Varme/tryk behandling af slam Syre behandling Base behandling Kemisk oxidation (Ozon, brintperoxid m.v.) Kugle mølle Højtryks homogenisator Lysat-centrifuge Væske-jet kontakt teknologi Puls energi teknologi Høj energi ultralyds teknologi Tilsætning af enzymer ++ : Ingen restprodukt produktion -- : Produktion af restprodukter som inert COD, toxic stoffer m.v. -- : Produktion af restprodukter som inert COD, toxic stoffer m.v. ++ : Ingen restprodukt produktion + : Ingen/ringe restprodukt produktion

12 SLAMMIERALISERIG Slammineralisering er umiddelbar attraktiv, såfremt man har arealerne til rådighed, men det koster at tømme dem, og så lever de ofte ikke op til det lovede. Fremtidens metoder vil være teknologier, der på timer eller dage kan gøre ved slammet, hvad naturen er år om.

13 TERMISK BEHADLIG Cambi-Processen Celler ødelægges under høj tryk og høj temperatur Fredericia RA æstved RA

14 KEMISK BEHADLIG OZO behandling En kraftig oxidation af returslammet, en sidestrøm heraf eller overskudsslammet, slår slammet i stykker (nedbryder cellevæggen), så nedbrydeligheden øges.

15 Hvordan kan disintegration udføres. TYPE Biologisk Termisk Kemisk Mekanisk Biokemisk Proces / Apparatur Slammineraliseringsanlæg Varme/tryk behandling af slam Syre behandling Base behandling Kemisk oxidation (Ozon, brintperoxid m.v.) Kugle mølle Højtryks homogenisator Lysat-centrifuge Væske-jet kontakt teknologi Puls energi teknologi Høj energi ultralyds teknologi Tilsætning af enzymer ++ : Ingen restprodukt produktion -- : Produktion af restprodukter som inert COD, toxic stoffer m.v. -- : Produktion af restprodukter som inert COD, toxic stoffer m.v. ++ : Ingen restprodukt produktion + : Ingen/ringe restprodukt produktion

16 Kuglemølle MEKAISK BEHADLIG Slam tilgang Agitator Slam afgang Separation of formalingskugler Drev Formalings cylinder

17 MEKAISK BEHADLIG Højtryks homogenisator Ventilsæde Slag ring Ventilkrop Homogenisator spalte Slam tilgang Kraft Slam afgang

18 MEKAISK BEHADLIG Lysat-Centrifuge

19 MEKAISK BEHADLIG Væske-jet kontakt teknologi Slag plade Slam tilgang

20 MEKAISK BEHADLIG Puls energi teknologi Slam tilgang Udladningskammer Høj energi pulsgenerator

21 MEKAISK BEHADLIG Høj energi ultralydsteknologi Slam afgang Outflow Ablauf Slam tilgang Inflow Zulauf Ultraschall- Ultrasonic Generator Ultralydsgenerator Ultraschall-Schwinger Sonotrode

22 MEKAISK BEHADLIG Høj energi ultralydsteknologi Reaktor volume: 29 L El forbrug: 5 kw Kontinuert drift Antal sonotroner: 5 Frekvens: 20 khz Effekt: 25 to 50 W/cm² Sonication time: 1 til 3 min Sonication dose: 3 til 9 kwh/m³

23 MEKAISK BEHADLIG Høj energi ultralydsteknologi Anvendelsen af ultralyd til minimering af slammængderne, både ved aerob behandling i aktiv slam og ved udrådning, skyldes ødelæggelse af cellerne som slammet består af. Cellevæggene ødelægges ved en høj intensiv ultralyd frekvens på Hz (20 khz). år cellevæggen brister, frigøres enzymer, som meget aktivt forøger nedbrydningen af slammet. Hvis disse enzymer bare frigøres fra en mindre del af cellerne, vil det over tid have samme effekt som hvis alle celler blev nedbrudt. Derfor er der i dag 2 principper for behandling -behandling af hele slamstrømmen (alt overskudsslam) -behandling af delstrøm % af overskudsslammet % af bioslammet).

24 MEKAISK BEHADLIG Høj energi ultralydsteknologi Ultralydsbehandling af slam frigøre polysaccharider og exoenzymer hvorved omsætningshastigheden øges.

25 Sammenstilling af disintegrationsmetoder Kuglemølle Højtryks homogenisator Lysatcentrifuge Væske-jet kontakt teknologi Puls energi teknologi Ultralyds teknologi Driftserfaringer - Laboratorie - Pilot anlæg Fuld skala test - Kontinuert drift ) Stabilitet i forhold til systemblokering Teknisk niveau af udvikling i forhold til anvendelse på renseanlæg. +/- 1) (Source: ATV-expert group AK 1.6 Sewage Sludge disintegration )

26 BIOSOATOR COMPACT: P&P-SYSTEM 26

27 HVAD ER ULTRALYD Ultralyd defineres som lyd, hvis frekvens ligger over Hz (18 khz) og op til 1 GHz. Ultralyd bruges bl.a. til: Rensning af emner i et væskebad Svejsning af plast og metal Medicinsk brug Alarmapparater Måleapparater i industrien Disintegration af slam

28 HVAD GØR ULTRALYD VED SLAMMET Det udnyttes at ultralyd genererer kavitation. 20 khz Ultraschall-Freque nz 10 khz 100 khz 1 MHz Hörschal l nie drig mi ttel hoch Kavitation Mikrost römungen Scherkräfte Son ochemie Den virksomme effekt afhænger af amplituden højden af sinuskurven ved forsøg har det vist sig at slam fint behandles ved en amplitude på mm.

29 HVAD ER ULTRALYDSKAVITATIO Den virksomme effekt afhænger af amplituden højden af sinuskurven ved forsøg har det vist sig at slam fint behandles ved en amplitude på mm

30 HVAD ER ULTRALYDSKAVITATIO

31 HVAD ER ULTRALYDSKAVITATIO år væske udsættes for ultralyd opstår der et fænomen kaldet ultralydskavitation. Ultralydskavitationen skaber en kogning i mediet som danner gasbobler disse gasbobler tvinges umiddelbart efter af energien i området til implodering ( indadrettet sammenfald med eksplosiv hastighed).

32 HVORDA FREMBRIGES ULTRALYD Ultralyd frembringes af Piezokeramiske elementer. Elementerne består af to sammenboltede ens rettet ladede flader som ved påtrykning af veksel spænding udlader en sinusformet energibølge.

33 HVORDA FREMBRIGES ULTRALYD Piezokeramiske elementer ulpunkt for montage Sonotrode Frekvensen : khz Intensiteten : Tilført effekt / oscillator overflade (W/cm2) Amplituden: Max. for keramiske transducere µm Behandlingstid: Fra sek. til timer

34 HVORDA FREMBRIGES ULTRALYD Kavitation omkring sonotroden.

35 STJERHOLM-ULTRAWAVES ALÆG outflow inflow converter ultrasound generator sonotrode

36 Disintegration af bioslam Slam flokke Supernatant energi energi bakterie inert partikler extracellular polymerer

37 Disintegration af bioslam Lys-mikroskopiel analyse energi energi Ubehandlet bioslam 30s sonicated 90s sonicated

38 Organisk stofomsætning, (VS) reduktion, ved anaerob udrådning af bioslam VS omsætning [%] Ubehandlet slam Disintegrated slam Opholdstid i rådnetank [d]

39 Forventet udbytte ved ultralydsbehandling af slam 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 slam giver potentialer for følgende: forøget omsætning af organisk stof (glødetab) på mellem % i rådnetanken. øgning af biogasproduktonen => 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 reducerende glødetab også vil medfører, at der frigives mere ammonium i rejektet. K

40 Driftsøkonomiske forhold: Positiv økonomisk påvirkning: Forøget gasproduktion (forøget el og varmeproduktion) ved anlæg med rådnetanke. Reduktion af slammængder, både reduceret TS indhold og forbedret afvanding. Reduktion af polymerforbrug Ved anlæg uden rådnetank forbedret Bio-P og denitrifikation. K

41 Driftsøkonomiske forhold egativ økonomisk påvirkning: Vedligehold (pris og levetid på sonotroder, pumpe, installation) Direkte el- forbrug (sonotroder, pumpe Indirekte el-forbrug, til blæsere p.g.a forøget belastning med H4- i rejektvandet. Forbrug af intern kulstof til denitrifikation af forøget O3- K

42 ULTRALYDSALÆGGET 1 Reaktor 2 Indløb 3 Udløb 4 Kølerør (monteret uden på oscillationsenheder, sonotroder) kølerør på venstre side (4a) er forskellige fra kølerør på højre side (4b). 4a kølerør fører køleluft ind i lydkappen mens 4b kølerør fører køleluft ud af lydkappen, hvis denne er monteret. 5 Elektrisk box med stik for HF og styrekabler. K

43 Tekniske data Reaktor indkapsling uden lydkappe: Vægt (tom, uden sonotrode-enhed), Materiale tykkelse 101 Kg 4-6 mm Materiale V2A (1.4301) Dimensioner (LxBxH) 1450mm x 250mm x 1126mm Procesvolumen 0,025 m 3 Antal af sonotroder 5 Kølemedie Luft Amplitude ved 100% ydelse µm Konstant effekt output på hver sonotrode 1000 Watt Konstant effekt output på hele reaktoren 5000 Watt Tilladt overtryk 0,5 til 1,5 bar afhængigt af mediet Anbefalet flow 1,25 m 3 /h Dimension på indløb og udløb udvendigt gevind Omgivelsestemperatur 5 o C 35 o C Luftfugtighed 30% 90% Indkapsling IP20, op til IP44 hvis udstyret med lydkappe Krav til køleluft Ren ikke aggressiv luft K

44 Tekniske data Generatormodul KS1000/2000 (5x) Vægt 3,5 kg Spændingsforsyning 230V 50-60Hz Strøm ved 1000 W output 4,8A Udgangseffekt 800 til 1000 Watt, afhængigt af mediet Driftstid 100% OP Regulering Konstant amplitude Luftfugtighed 30% - 90% Omgivelsestemperatur 5 o C 40 o C Indkapsling Afhængig af kabinet Front Bag K

45

46 Der er dem, der får ting til at ske! Der er dem, der ser ting ske! og der er dem, der spørger sig selv: HVAD SKETE DER LIGE??

47 Den rigtige cocktail.. med det rigtige indhold: Tak for opmærksomheden

48