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wlb - Wasser, Luft und Boden 2/2016

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IFAT I SPECIAL Wie

IFAT I SPECIAL Wie geschmiert Speziell ausgelegte Pumpe fördert nicht-fließfähige Dickschlämme Michael Groth Mehr als 1,8 Millionen Tonnen Klärschlamm fielen 2012 in kommunalen Kläranlagen an. Allen Entsorgungswegen gemeinsam ist die sukzessive Eindickung und Trocknung des Klärschlammes. Für das Klärwerk selbst ist der Dickschlamm allerdings problematisch, da er leicht Fördersysteme verstopfen kann. Die Stadtwerke einer kleinen Stadt in Südhessen nutzen daher spezielle Pumpen, die zusätzlich mit einem Brückenbrecher und einer Gleitmitteleindüsung ausgestattet wurden, um Verklumpungen zuverlässig zu verhindern. Autor: Michael Groth, Leiter Geschäftsfeld Umwelt & Energie, Netzsch Pumpen & Systeme GmbH, Waldkraiburg Voreindickung, Nacheindickung, Entwässerung – der Aufwand, den Kläranlagen in der Schlammbehandlung betreiben, ist enorm. Dabei geht es zum einen darum, die Mengen an Reststoffen zu reduzieren und logistisch besser beherrschbar zu machen. Zum anderen wird der Klärschlamm so auf die Entsorgung vorbereitet: Was nach dem Abbau im Faulturm noch übrig ist, kann nach der Behandlung beispielsweise in Müllverbrennungsanlagen thermisch verwertet werden. Dazu wird der Faulschlamm in Zentrifugen oder Filterpressen von einem Teil des noch enthaltenen Wassers befreit. In einem hessischen Klärwerk entstand dadurch ein Dickstoff mit einem TS-Anteil von 25–27 %, der nicht mehr fließfähig war, jedoch zur Abholung per LKW zu einem Schneckenförderer transportiert werden musste. Die Stadtwerke ließen dafür zwei spezielle Exzenterschneckenpumpen installieren, die unabhängig von der Konsistenz oder Viskosität des Mediums eine druck- und volumenstabile Förderung gewährleisten. Grundlage dafür ist ihr Förderprinzip, das auf einem Rotor basiert, der sich oszillierend in einem feststehenden Stator dreht. Aus der Geometriepaarung beider Komponenten ergeben sich zwischen Rotor und Stator Förderkammern, in denen das Medium mit der Drehbewegung des Rotors von der Saug- zur Druckseite transportiert wird. Die verwendete Nemo BF Trichterpumpe verfügt zudem über eine lagepositionierte Transportschnecke um die Kuppelstange und über einen abnehmbaren, konisch angeformten Stopfraum, die zusammen die Einleitung des schwierigen Substrats in die eigentlichen Förderelemente verbessern. Die Befüllung erfolgt über einen eigens für derartige Einsatzfelder vergrößerten Einlauftrichter. Damit erreicht dieser Pumpentyp je nach Baugröße Förderleistungen bis 200 m³/h und Drücke bis 48 bar. Brückenbildung und Verzopfungen verhindern Allerdings bestand bei dieser Anwendung die Gefahr, dass sich die im Dickschlamm enthaltenen Feststoffe schon im oberen Teil des Trichters verzopfen oder verschränken und somit die Zuführung verstopfen. Um das zu verhindern wurden die Pumpen zusätzlich mit patentierten Brückenbrechern ausgestattet. Diese „asynchronous Bridge Preventing“ Einheit besteht aus einem Edelstahl-Schachtaufsatz, der an seinen Langseiten innen jeweils ein großes Speichenrad trägt. Um den Schlammeintritt nicht zu behindern, liegen die Räder sehr eng an der Wandung, gleichzeitig sind sie so angeordnet, dass bei ihrer Drehung die Wirkung einer bewegten Schachtwand entsteht. Dadurch werden Brückenbildungen verhindert beziehungsweise schon im Entstehen aufgelöst. Verstärkt wird dieser Effekt noch dadurch, dass die beiden Laufräder jeweils mittels eigener 0,18 kW Getriebemotoren mit Frequenzumrichter angetrieben werden. Auf diese Weise können sie mit einer variablen Differenzdrehzahl versetzt rotieren, sodass die dabei erzeugten Scherkräfte alle Verklumpungen zuverlässig zerreißen. Die strukturierte Stahloberfläche der Radscheiben unterstützt zudem die Umwälzung des Mediums. Neben der Beschickung der Pumpe war jedoch auch der Weitertransport des nichtfließfähigen Schlammgemischs in die anschließende 10 m lange und 5 m hohe DN250-Rohrleitung problematisch: Die Exzenterschneckenpumpen im Klärwerk fördern durchschnittlich bis zu 7 m³ Dickschlamm pro Stunde. Durch starke Schwankungen in der Durchsatzmenge kann das zu fördernde Volumen jedoch auch bis auf 1 m³/h absinken, was zur Überhitzung des Motors hätte führen können. Um dies zu vermeiden, wurden direkt an die Pumpen- 26 wlb 2/2016

motoren Fremdlüfter angebaut, die sie permanent kühlen, wie langsam sie auch drehen. Betrieben werden die Lüfter über einen separaten, sehr kleinen Motor. Zusätzlich erhielten die Förderanlagen ein Trockenlaufschutz-System, das die Komponenten im Ernstfall vor Schäden bewahrt. Polymereindüsung verhindert Druckanstiege Gleichzeitig stellten unerwartete Druckanstiege für die Aggregate und das gesamte Fördersystem eine weitere mögliche Gefahr dar. Gründe für solche Vorfälle gibt es viele, etwa wenn der Schlamm, um Gewichtskosten zu sparen, noch stärker entwässert wird, was ihn schwergängiger macht, oder wenn ein Substratpfropfen die Druckleitung verstopft. Die daraus resultierenden hohen Drücke können im schlimmsten Fall die Rohrleitung platzen lassen oder die Pumpe erleidet einen schweren Defekt. Zum Schutz gegen solche Überraschungen wurde daher die Dickschlammförderung des Klärwerks um eine Gleitmitteleindüsung sowie um Überdrucksicherungen an den Druckstutzen der Schlammpumpen ergänzt. Die Eindüsung selbst sitzt dagegen nicht direkt am Druckstutzen, sondern wurde am Beginn des DN250-Rohres eingebaut, um eine möglichst gute Ausbildung des Gleitfilms zu gewährleisten: Bei einer Vermengung der 0,1-prozentigen Polymerlösung mit dem Medium würde sie ihre schmie- 02 Querschnitt durch die Pumpeneinheit mit Transportschnecke und Brückenbrecher rende Wirkung verlieren. Durch die weitere Verdichtung des Schlamms im ersten Meter nach der Pumpe bildet sich dagegen eine sehr feste Oberfläche aus, die eine Vermischung verhindert. Die Lösung kann sich daher gleichmäßig auf der Innenwandung des Rohrs verteilen. Dazu trägt auch die spezielle Ringdüse des Einspritzsystems bei, die mit ihrem umlaufenden Ringspalt die vollständige Benetzung der Leitungsoberfläche sicherstellt. Zur Einbringung des Polymergemisches wird eine Nemo BY-Exzenterschneckenpumpe mit einer Förderleistung von bis zu 100 l/h verwendet, die dank des volumenstabilen, drehzahlgeregelten Förderprinzips sehr exakt dosieren kann. Reibungswiderstände lassen sich mit diesem Verfahren um bis zu 70 % reduzieren. Gleichzeitig kann damit der Förderdruck verringert werden, im konkreten Fall auf etwa 8 bar. Dies erlaubt einen wesentlich wirtschaft licheren Transport des Dickschlamms, was letztlich den kommunalen Haushalt entlastet. Halle A6, Stand 151/250 www.netzsch.com 01 Verwendet werden Exzenterschneckenpumpen, die Medien unabhängig von ihrer Konsistenz und Viskosität fördern können Ihr AEROSTRIP ® Partner in Deutschland UD UMWELT-DIENSTE GmbH Hauptstraße 16, D-76857 Rinnthal, Telefon: +49 (0) 63 46 / 96 594-40 www.umwelt-dienste.de aquaconsult.indd 1 26.04.2016 08:51:26 wlb 2/2016 27