Semiempirischer Ansatz zur Schallfeld- und Strömungssimulation eines kavitierenden, nicht-newtonschen Mediums in einem Ultraschalldurchflussreaktor

Die mechanische Desintegration mit Ultraschall von kommunalen Schlämmen auf Kläranlagen vor der anaeroben Stufe gehört zu den in die Praxis eingeführten Verfahren zur Klärschlammbehandlung. Ziele sind dabei, die Menge an zu entsorgendem Faulschlamm zu reduzieren sowie die Biogasausbeute zu erhöhen. In dem Verfahren wird das zu behandelnde Medium, üblicherweise eingedickter Überschussschlamm (ÜSS), unter anderem durch die ultraschall-induzierte Kavitation in zwangsdurchströmten Durchflusszellen mechanisch beansprucht. Im Gegensatz zu anderen Fluiden weist ÜSS sehr spezielle Eigenschaften auf. Sowohl die extreme Inhomogenität des dreiphasigen Fluids, die Lichtundurchlässigkeit als auch die nicht-newtonsche Viskosität des Mediums führen dazu, dass der Prozess, insbesondere die sich im Reaktor ausbildende Strömung, durch Experimente, wie z.B. die Particle Image Velocimetry (PIV) oder Tracer Methoden nicht oder nur unzureichend genau zu beschreiben sind. Bisherige Untersuchungen der Klärschlammdesintegration mit Ultraschall beschränkten sich darauf, den Prozess über Parameter der Zu- und Abflussströme auszulegen und diese für die Optimerung der Durchflusszellen heranzuziehen. In diesem Artikel wird ein semiempirischer Ansatz zur Modellierung des Schallfeldes in einem kavitierenden, nicht-newtonschen Medium vorgestellt.