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wlb - Wasser, Luft und Boden 1/2015

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TRENDTHEMA I TITEL

TRENDTHEMA I TITEL Turbogebläse verbessert Energie-Effizienz Ein neues Konzept zum Sauerstoffeintrag im Klärwerk Wansdorf Norbert Barlmeyer Seit der Inbetriebnahme des mechanisch-biologisch arbeitenden Klärwerks Wansdorf nordwestlich von Berlin wurde der Luftsauerstoff für das Belebungsbecken zunächst durch drei Turboverdichter erzeugt. Ständig erforderliche und teilweise sehr kostenaufwändige Wartungs- und Reparaturarbeiten führten jedoch im März 2013 zum Austausch des ersten alten Verdichters. Mit dem Bau des Klärwerks Wansdorf wurde 1996 begonnen. Die Gesellschaft ist ein Kooperationsprojekt der Berliner Wasserbetriebe mit vier Kommunen und einem Zweckverband aus Brandenburg. Entsorgt wird das Abwasser von fünf Kommunen aus dem nordwestlichen Berliner Umlandes. Gut die Hälfte des in Wansdorf gereinigten Abwassers stammt aus Brandenburg, der Rest aus Berlin, wobei die Abwassermenge für einen besonders wirtschaftlichen Maximalbetrieb bedarfsabhängig durch Abwasser aus Berlin ergänzt Autor: Norbert Barlmeyer, Fachjournalist für die Drucklufttechnik, Bielefeld wird. Die Anlage wurde für 200 000 EW ausgelegt. Da hauptsächlich kommunales und nur zu einem geringen Anteil industrielles Abwasser gereinigt wird, entspricht die Schmutzfracht bei gleicher Abwassermenge jedoch 300 000 bis 320 000 EW. Die maximale Kapazität des Klärwerks beträgt 40 000 m³ Abwasser pro Tag. Geplant wird eine optimale Abwassermenge von 36 000 m³/Tag. Das neu eintretende Abwasser passiert in der mechanischen Reinigung zunächst eine Rechenanlage und einen Sandfang und danach zwei Vorklärbecken zur Abtrennung der absetzbaren Stoffe. Der biologischen Reinigungsstufe folgt die Nachklärung durch Sedimentation in vier Rundbecken mit einem Gesamtvolumen von 20 000 m³. Nach der zusätzlichen Anreicherung mit Sauerstoff in einer Kaskade wird das gereinigte Abwasser mit einem Reinigungsgrad von 95,85 % über einen 1,4 km langen Graben in den Havelkanal eingeleitet. Der im Klärwerk Wansdorf benötigte Sauerstoff wird aktuell durch zwei Turboverdichter (Inbetriebnahme 1998) und ein Aerzen Turbogebläse (Inbetriebnahme 2013) erzeugt (Leistungsbandbreite je 5000 bis 15 000 Nm³/h). Die Aggregate werden über eine Druckkonstant- und eine Sauerstoff-Regelung gefahren und blasen den Sauerstoff mit einem Druck von max. 0,65 bar in das Rohrleitungssystem ein. Als Regelgröße dient ein Gelöstsauerstoffgehalt in der aeroben Zone von 2,0 bis 2,5 mg/l. „Die alten, bereits 1998 in Betrieb genommenen Turbogebläse wurden regelmäßig vom Hersteller gewartet und instandgesetzt. Da es sich bei diesen Anlagen um Verdichter mit integrierten Vorund Nachleitapparaten handelt, erforderte diese aufwändige Technik bei der Wartung spezielle Kenntnisse. Entsprechend hoch waren die Wartungs- und Instandhaltungskosten. Diese dauerhaft unbefriedigende Situation wollten wir unbedingt beenden“, erklärt Dipl.-Ing. Uwe Klauditz, Mitarbeiter der Berliner Wasserbetriebe und technischer Betriebsführer im Klärwerk Wansdorf.

TITEL I TRENDTHEMA Feldtest-Gebläse Auf der Suche nach einem alternativen Fabrikat fand man jedoch zunächst keinen Hersteller für Anlagen im Leistungsbereich bis 15 000 Nm³/h. Erst ein Kontakt von Dipl.-Ing. Axel Swoboda, Geschäftsführer der Klärwerk Wansdorf GmbH, auf einer Tagung mit einem Mitarbeiter von Aerzen brachte die Wende: die Baureihe Turbogebläse AT Turbo Generation 5 enthielt eine Anlage im geforderten Leistungsbereich. Aerzen stellte das benötigte Gebläse (Typ AT 400-0,8) für einen einjährigen Feldtest ab März 2013 kostenlos zur Verfügung, um auch selbst Erfahrungen mit dieser neuen Baureihe beim Einsatz in Kläranlagen zu sammeln. „Wir haben das Aggregat sofort über die integrierte bedarfsabhängige Steuerung im Dauerbetrieb eingesetzt. Nach wenigen Nachbesserungen zu Beginn der Testphase war das Ergebnis auch für uns insgesamt so positiv, dass wir uns nach einem Jahr zum Kauf der Testanlage entschlossen haben“, berichtet Uwe Klauditz. Bereits während der Testphase konnte Aerzen die Ist-Zustände der Anlage kontinuierlich abfragen. Diese Möglichkeit soll wahrscheinlich auch nach Abschluss des geplanten Wartungsvertrages weiterhin bestehen. Aktuell fährt das neue Gebläse autark über seine eigene Steuerung. Künftig soll die Anlage als Grundlast-Gebläse in die übergeordnete, druckabhängig arbeitende Steuerung der Gesamtstation eingebunden werden, um ihr Verhalten auch im Verbundbetrieb zu studieren. Die verbliebenen zwei Altanlagen decken dann mit bedarfsabhängiger Leistung den Spitzenbedarf. Wegen 01 Das Aerzener Turbogebläse des Typs AT 400-0,8 wurde ab März 2013 zunächst für einen Feldtest kostenlos zur Verfügung gestellt und ein Jahr später von der Kläranlage übernommen fehlender Redundanzleistung wird bei Ausfall eines Aggregates und gleichzeitiger maximaler Beschickung der Kläranlage der Abwasseranteil aus Berlin so weit reduziert, bis die verbliebene Gebläse-Kapazität die erforderliche Sauerstoffmenge produzieren kann. Die reduzierte Abwassermenge wird dann auf die übrigen Berliner Klärwerke verteilt, sodass die Kläranlage Wansdorf immer mit optimaler Auslastung fährt. Hoher Wirkungsgrad 02 Blick auf die Kläranlage in Wansdorf nordwestlich von Berlin; die 1998 in Betrieb genommene Anlage wurde für 200 000 EW und eine maximale Tageskapazität von 40 000 m³ Abwasser ausgelegt Für Turbogebläse in biologisch arbeitenden Groß-Kläranlagen sprechen heute mehrere Argumente: das Verdichtersystem arbeitet zuverlässig, bietet eine hohe Energie-Effizienz, zeichnet sich durch große Fördermengen aus und bietet einen ausreichenden Höchstdruck von 1,0 bar. Die Turbogebläse AT Generation 5 sind drehzahlgeregelte, luftgelagerte Aggregate und haben sich inzwischen für die Belüftung von Belebungsbecken in biologisch arbeitenden Kläranlagen vielerorts durchgesetzt. Durch ihren wirtschaftlichen, zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb ersetzt diese Baureihe zunehmend die klassischen wälz- und auch magnetgelagerten Turboverdichter der alten 80er-Jahre-Technik. Die neuen AT-Turbogebläse werden über Hochgeschwindigkeits-Permanentmagnetmotoren (PM-Motoren) angetrieben und können über einen Frequenzumrichter ohne zusätzliche mechanische Verstelleinrichtungen stufenlos zwischen 40 % und 100 % an schwankenden Luftbedarf angepasst werden. Frequenzumrichter und Netzdrossel mit RFI-Filter sind anschlussfertig in den Anlagen integriert. In diesen luftgekühlten PM-Motoren wird der Elektro magnetismus mit dem Permanentmagnetismus des Rotors kombiniert. Nur der Stator wird elektrisch magnetisiert, der Rotor benötigt für seine Magnetisierung keine Energie. Deshalb zeichnen sich PM- Motoren durch einen höheren Wirkungsgrad aus. Durch das auf der Motorwelle montierte Turbolaufrad ergibt sich eine stufenlos regelbare, wartungsarme Kompakteinheit. Bei Stillstand liegt die Welle auf einer durch Federn gespannten Folie. Nach dem Start baut sich sofort zwischen Folie und Welle ein durch die Rotation der Welle erzeugtes Luftpolster auf. In diesen ölfrei arbeitenden Anlagen gibt es als einziges Medium nur die zu verdichtende Luft, die außer zur Lagerung der Welle auch zur Kühlung des Systems eingesetzt wird. Die Turbogebläse arbeiten mit einem korrosionsbeständigen und robusten Laufrad aus Edelstahl und stehen in folgenden Leistungsbereichen zur Verfügung: n Volumenströme: 20–270 m³/min (1200– 16 200 m³/h) n Druckbereich: 400–1000 mbar, höhere Drücke auf Anfrage n Einsatz für Luft-Überdruck-Erzeuung Deutliche Energie-Einsparung Das neue Turbogebläse im Klärwerk Wansdorf leistet nach Auskunft von Swoboda einen wichtigen Beitrag zu einem gesetzeskonformen Betrieb der Kläranlage durch eine Stabilisierung der vorgegebenen Einlaufwerte des gereinigten Abwassers in das freie Gewässer. Aufgrund der guten Erfahrung würde man deshalb bei weiteren Investitionen in die Sauerstoff-Erzeugung sofort wieder mit Aerzen sprechen. Bei Alternativangeboten entsprechend den Vorgaben des öffentlichen Vergaberechts würde man aber nicht nur die reinen Investitionskosten, sondern auch die zu erwartenden Wartungs- und Energiekosten berücksichtigen. Der Energieverbrauch der Gebläse- Station, mit Abstand größter Energieverbraucher im Klärwerk, lässt sich im Klärwerk Wansdorf zwar nicht separat erfassen. Seit der Inbetriebnahme der Anlage haben sich, laut Swoboda, die Energieaufwendungen für die gesamte Kläranlage im Vergleich zu den Vorjahren jedoch deutlich reduziert. Wasser Berlin: Halle 4.2, Stand 322 www.aerzener.de wlb 1/2015 11