12 TECHNIK IN DER
12 TECHNIK IN DER KLÄRANLAGE UmweltJournal /November 2017 Die besondere Lebensgemeinschaft: Biozönose in Klärwerken Über einen Zeitraum von mehr als drei Jahren hat Filderstadt das Klärwerk Bombach im Ortsteil Bonlanden saniert und modernisiert. Die Anlage reinigt heute dank einer neuen Biologie vor allem beim Stickstoff und Phosphor deutlich effektiver. Ein weiteres Ziel des 11,5-Millionen-Euro-Projektes bestand darin, die Energieeffizienz zu verbessern – was unter anderem darin mündete, die Delta Hybrid Drehkolbenverdichter von Aerzen mit einer Wärmerückgewinnung zu kombinieren. Autor: Thorsten Sienk sienk.de Die Biologie gilt als das Herzstück jeder Kläranlage – und die darin aktive Biozönose hat in Fachkreisen den Ruf, eine „besondere Lebensgemeinschaft“ zu sein. Auch wenn die Prozessleittechnik heute immer ausgefeilter ist, die biologischen Abläufe einer Kläranlage lassen sich nicht wie eine Rezeptur einfach so auf andere Betriebe übertragen, getreu dem Motto: Einmal eingestellt und läuft. „Wir sind ständig am Optimieren“, unterstreicht Sven Gayring, stellvertretender Betriebsleiter in Filderstadt-Bonlanden. Auch wenn die biochemischen Prozesse beim Ammonium- und Phosphatabbau bekannt sind, „die Biozönose reagiert sehr empfindlich auf Veränderungen“, weiß Gayring zu berichten. Während in modernen Anlagen zur Abwasserreinigung die Prozessleittechnik einen immer wichtigeren Stellenwert einnimmt, steigen zeitgleich die Ansprüche, die Prozesse so sparsam wie möglich zu fahren. „Wir wollen Vorbild und Vorreiter sein. Energieeffizienz ist dabei ein ganz großes Thema“, erklärt Betriebsleiter Martin May und spricht von einem bundesweiten Benchmark der Kläranlagen. „Wir vergleichen uns gegenseitig, um daraus weitere Optimierung ableiten zu können.“ Gebläseluft sparsamer erzeugen Auslöser der umfangreichen Sanierungs- und Modernisierungsarbeiten der Kläranlage vor den Toren Stuttgarts war eine in die Jahre gekommene Technik. Die Kläranlage Bombach – eine von zwei Anlagen der Stadt Filderstadt – wurde Mitte der 1960er- Jahre gebaut und immer wieder angepasst. Durch immer schär- fere Umweltauflagen war jedoch in der jüngeren Vergangenheit der Punkt erreicht, dass sich die immer strengeren Grenzwerte bei Ammonium und Phosphor nicht mehr einhalten ließen. Nur mit einer grundlegenden Modernisierung war der Nährstoffeintrag in den Bombach wirksam reduzierbar. Eine neue Biologie bildete dafür das Herzstück – und nimmt auch den Löwenanteil der Betriebsaufwendungen ein. Rund zwei Drittel der Energiekosten entfallen auf die Biologie, verursacht vor allem durch die Gebläse, die die Mikroorganismen wohl dosiert mit der richtigen Menge Sauerstoff versorgen. Folglich lohnt es sich gerade hier, an Maßnahmen zur Besserung der Energieeffizienz zu arbeiten. Geräteseitig setzt die Stadt Filderstadt vier Aggregate vom Typ Delta Hybrid (D 24 S, 1005 m³/h, 30 kW) von Aerzen ein. Die Aggregatstechnologie, die die Vorzüge von Gebläsetechnologie und Verdichtertechnologie Einsparungen bei der Gebläsetechnik lohnen sich gerade deshalb, weil die damit verbundenen Betriebskosten zwei Drittel einer Kläranlage ausmachen. in einem System vereint, ist nicht nur eine sehr energiesparende Lösung. Sie bietet dem Kunden auch einen 100 prozentigen Schutz zur Prozesssicherheit, da die Aggregate ölfreie und absorptionsmaterialfreie Luft zur Verfügung stellen. Für die Kläranlage in Baden Württemberg bedeutet dieser Zusammenhang, dass die Aggregate sowohl bei niedrigem Luftbedarf als auch unter höherer Last energetisch optimal arbeiten. Schwankungen im Luftbedarf resultieren aus natürlichen Schwankungen beim Abwasserzulauf in die Kläranlagen – sowohl im Volumen als auch in der Konzentration der Schmutzfracht pro Kubikmeter beziehungsweise dem Anteil von Stickstoff und Phosphat. Effizienzsteigerung durch optimierte Prozesse Diese beiden Elemente sind maßgeblich für die Prozessleittechnik, weil sie die bestimmenden Größen sind, wie viel Luft in die Becken zu blasen ist. Damit sich der Volumenstrom für die biologischen Becken präzise regeln lässt, sind alle vier Delta Hybrids in einem Frequenzband zwischen 21 und 50 Hertz drehzahlgesteuert. Mit einer Motornennleistung von je 30 Kilowatt sind die Einheiten räumlich im Technikgebäude zusammengefasst, ihre Gebläseleistung mit einem maximalen Enddruck von 1,6 bar ist aber aufgeteilt: Ein Aggregat versorgt als Grundversorgung die Biologie Eins und die weiteren drei das neu gebaute Belebungsbecken. Indem die vier Drehkolbenverdichter in einem ÖWAV-Veranstaltungstermine Wasserkraft und Ökologie – Ein gemeinsamer Weg 9. November 2017, Universität Innsbruck UVP-Recht in der Praxis 22. November 2017, Bundesamtsgebäude, Wien Abwasserwirtschaft im ländlichen Raum 28. November 2017, Universität für Bodenkultur Wien Abfallrecht für die Praxis 30. November 2017, Bundesamtsgebäude, Wien Der Bundes-Abfallwirtschaftsplan 2017 18. Jänner 2018, Bundesamtsgebäude, Wien Kurs „Projektmanagement im wasserbaulichen Planungsprozess“ 22.-23. Jänner 2018, Hotel Heffterhof, Salzburg Versickerung von Niederschlagswässern – ÖWAV-Regelblatt 45: Rahmenbedingungen, Bemessung und Betrieb von Versickerungsanlagen 24. Jänner 2018, Wirtschaftskammer Salzburg Recht der Wasserkraft – Im Spannungsfeld von Nutzung und Ökologie 31. Jänner 2018, Wirtschaftskammer Salzburg Innsbrucker Abfall- und Ressourcentag 2018: „Co-Vergärung und Klärschlammstrategien“ 8. Februar 2018, Universität Innsbruck Die Baustelle – Rechtliche Rahmenbedingungen zur erfolgreichen Abwicklung von Baustellen 15. Februar 2018, Bundesamtsgebäude, Wien Vergaberecht für die Praxis 8. März 2018, Kommunalkredit Austria AG, Wien Kanalmanagement 2018 5. April 2018, Universität für Bodenkultur Wien Österreichische Abfallwirtschaftstagung 2018: „TrenntWende“, mit Verleihung des Abfallwirtschaftspreises „Phönix – Einfall statt Abfall“ 17.-19. April 2017, Salzburg Congress Informationen, Anmeldung und Auskünfte für Aussteller: Irene Vorauer, Tel. +43-1-535 57 20-88, vorauer@oewav.at Martin Waschak, Tel. +43-1-535 57 20-75, waschak@oewav.at www.oewav.at Sujet UJ 6_17_270x200.indd 1 12.10.2017 15:34:04
November 2017/ UmweltJournal TECHNIK IN DER KLÄRANLAGE 13 otos: Aerzen Perfekte Blasenbildung: Mit einer ausgeklügelten Belüftungstechnik lassen sich die Mikroorganismen energieeffizient mit Sauerstoff versorgen. Die Gebläseluft wird aus einem zentralen Betriebsbereich heraus über Edelstahlrohrleitungen in die Belebungsbecken verteilt. Im kleinen, schwarzen Rohrabschnitt im oberen Bildbereich befindet sich ein Rohrbündelwärmetauscher, mit die der warmen Gebläseluft Wärme entzieht, um damit einen Wärmetauscher für Warmwasser und Heizung zu speisen. Vier Einheiten vom Typ Delta Hybrid von Aerzen liefern drehzahlgesteuert die für die Reinigung notwendige Luft. Gesteuert wird der Verbund über aktuelle Ammonium- und Nitratkonzentrationen im Abwasser. Strengere Grenzwerte haben für gesorgt, dass Filderstadt aktuell die komplette Kläranlage Bonlanden modernisiert. Raum installiert sind, hat die Kläranlage die Möglichkeit, die Abstrahlwärme der Einheiten auf recht einfache Weise zu nutzen. Dafür ist in dem Raum eine Absauganlage eingebaut, die die aufgewärmte Luft einsammelt und über einen Verteilerkanal in die weiteren Räume des Technikbereichs bläst. Ein noch größeres Potenzial zur Wärmerückgewinnung bietet die Gebläseluft selbst. Die Wärme resultiert aus dem physikalisch bedingten Effekt, dass die Lufttemperatur beim Verdichten steigt. Um dieses Potenzial für eine bessere Energieeffizienz zu nutzen, ist in die Hauptleitung direkt nach den Gebläsen ein Rohrbündelwärmetauscher eingebaut. Durch diesen strömt Wasser, das der warmen Luft ein Delta bis 17 Grad Celsius entzieht. Hierfür stehen dem System drei Delta Hybrids zur Verfügung. Das Potenzial ist aufgrund der Förderleistung von jeweils 20 Kubikmetern in der Minute so groß, dass das mit dem Umbau beauftrage Ingenieurbüro die Wärmleistung mit 14 Kilowatt bezifferte. „Wärmerückgewinnung wird in Kläranlagen zu einem immer wichtigeren Thema“, berichtet Betriebsleiter Martin May. Die Stadt Filderstadt hat die Umbauarbeiten deshalb intensiv dafür genutzt, Prozesse so zu definieren, dass sie das Abwasser effektiv und energiesparend reinigen. Nur so viel Luft wie nötig Wie so ein Ansatz in der Praxis aussehen kann, zeigen die Abläufe in der neuen Biologie Zwei. Hier bauen die Mikroorganismen ganz gezielt in einer anaeroben Umgebung Nitrat ab. Sven Gayring vergleicht diese beiden Prozesse gerne mit dem Verzehr von Äpfeln und Schokolade. Der Entzug von Sauerstoff zwingt die Bakterien dazu, sich mit Äpfeln zu begnügen. Ist ausreichend Sauerstoff vorhanden, stürzen sich die Bakterien am liebsten auf Ammoniumverbindungen (Schokolade). Damit sich diese beiden Abbauprozesse auf dem Weg zu molekularen Stickstoff (der schließlich als Gas aus dem Wasser entweicht) in einem Becken steuern lassen, ist die Luftzufuhr in Zonen aufgeteilt. Folglich lässt sich der Sauerstoffgehalt entsprechend der herrschenden Nitrat- und Ammoniumkonzentrationen über die Drehzahl der Delta Hybrids von Aerzen präzise steuern. Flankiert wird dieser bedarfsgerechte Betrieb von Siebplatten am Boden des Becken, die mit exakt berechneten Poren optimale Luftblasen in das Abwasser abgeben. „Haben wir die passende Blasengröße, können die Bakterien den kompletten Sauerstoff veratmen, bevor die Luftblase an der Oberfläche angekommen ist“, erklärt Sven Gayring. Fazit: Mit einem kaskadierten Betrieb von drehzahlvariablen Gebläsen und Verdichtern können Abwasserbetriebe den für die mikrobiologische Reinigung notwendigen Sauerstoffgehalt also auch aus dem energetischen Blickwinkel heraus optimal einstellen. Mit vergleichsweise einfachen technischen Lösungen lässt sich zudem, die bei der Gebläseluft entstehende Wärme, effektiv nutzen. MIT DER NEUEN TIEFTEICH-VERSION DER FLOTTWEG DEKANTER C-BAUREIHE bei der Entwässerung und Schlammeindickung in Kläranlagen Energie sparen Eine kompromisslose Umsetzung unserer neuesten Erkenntnisse für die Trommel- und Schneckengeometrie, hohe Drehmomente an der Schnecke und ein hoher Beschleunigungsfaktor (g-Zahl) sichern für Sie beste Trennergebnisse bei minimiertem Energiebedarf. Flottweg – Ihr zuverlässiger Partner bei der Entwässerung und Eindickung von Klärschlamm Flottweg SE • Industriestraße 6-8 • 84137 Vilsbiburg • Germany • Tel.: + 49 8741 301-0 • Fax: + 49 8741 301-300 • mail@flottweg.com • www.flottweg.com
