In der Belebung belüftet der Turbo

  • Mit dem Turbogebläse von AERZEN vorsorgen sie in Emsbüren die komplette Belebung.
  • Kurze Leitung: Der Turbo steht heute in einem kleinen, schallisolierten Raum direkt neben dem Belebungsbecken
  • Kurze Leitung: Der Turbo steht heute in einem kleinen, schallisolierten Raum direkt neben dem Belebungsbecken
  • In der auf 16.000 Einwohnergleichwerte ausgelegten Biologie wechseln sich die aeroben und anaeroben Phasen zum Stickstoffabbau zyklisch ab.
  • Hermann Schräer: „Der Turbo läuft super.“
  • Dank des robusten Aufbaus des AERZEN Turbos lässt sich dieser auch zyklisch betreiben.

Robust im Einsatz: In Emsbüren spart der Turbo von AERZEN ordentlich Energie ein
Autor: Thorsten Sienk, freier Fachredakteur, Bodenwerder, www.sienk.de

„Kläranlagen gehören zu den größten Energieverbrauchern einer Kommune“, bringt es Stefan Wenzel auf den Punkt. Niedersachsens Umweltminister sieht dabei viele Möglichkeiten, Energie effizienter zu nutzen. Hierzu zählt die Eigenstromerzeugung mit Blockheizkraftwerken genauso, wie die Erschließung von Abwärme oder der Einsatz technischer Systeme, die mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. In der Kläranlage Emsbüren hat der Wasserverband Lingener Land jetzt in neue Gebläsetechnik für das Belebungsbecken investiert. Das Turbogebläse von AERZEN spart im Vergleich zum alten Aggregat täglich zwischen 100 und 200 Kilowattstunden ein. Die energetische Modernisierung von Kläranlagen kommt der gesamten Bevölkerung zugute.
Vier Kläranlagen zählt der Wasserverband in den Orten Lengerich, Freren, Spelle und Emsbüren. Angeschlossen sind rund 35.000 Bürger in knapp 12.000 Haushalten. Die Kläranlage in Emsbüren ist mit einer Kapazität von 16.000 Einwohnergleichwerten die größte und erhielt jetzt im Zuge einer Modernisierung ein Turbogebläse von AERZEN. Die kompakte Einheit versorgt das Belebungsbecken zyklisch mit Sauerstoff für die Oxidation von Ammonium zu Nitrat. Vorausgegangen war bereits 2015 die Ausrüstung des sechs Meter tiefen Beckens mit modernen Streifenbelüftern eines Herstellers aus Österreich. Die Energieeinsparungen der Kläranlage von – bezogen auf den Gesamtbetrieb – 30 Prozent sind nach Einschätzung von Hermann Schräer, Klärfacharbeiter vor Ort, vor allem auf das neue Belüftungskonzept zurückzuführen.

Modernisierung mit großer Wirkung
„Wir sind bei der Reinigung jetzt so produktiv, dass wir von unseren zwei Belebungsbecken eines außer Betrieb nehmen konnten.“ Und diese Steigerung der Effektivität verbessert direkt die Ressourceneffizienz – zum Beispiel auch, weil jetzt nur noch ein Tauchmotorrührwerk laufen muss und nicht mehr zwei. „Das Rührwerk hat zwar nur 3 kW Leistung. Aber diese 3 Kilowatt rechnen sich eben auch über die lange Betriebszeit“, betont Schräer. Schließlich sind die Rührwerke rund um die Uhr in Betrieb, weil in Emsbüren die Belüftung der Biologie nicht in unterschiedlichen Zonen eines Beckens erfolgt, sondern intermittierend in einem Becken. Dieses hat bei einem Durchmesser von 24 Metern eine Kapazität von 2500 Kubikmetern.
Das AERZEN Turbogebläse vom Typ TB 50-0.8S liefert mit seiner elektrischen Motorleistung von 42 kW und der Maximaldrehzahl von 42.000 U/min einen Volumenstrom bis 2000 Kubikmeter in der Stunde. Das in Emsbüren direkt neben dem Belebungsbecken in einem Kompaktgebäude aufgestellte Turbogebläse überwindet in dieser Leistungsklasse bis zu 800 Millibar Differenzdruck. Dieser Wert reicht aus, weil der maximale Gegendruck am Boden der Biologie mit sechs Metern Wassertiefe 600 Millibar beträgt. Weil die Luftversorgung nur wenige Meter vom Becken entfernt platziert ist, erhöht sich der Wirkungsgrad ein weiteres Mal. Die kürzeren Rohrleitungen senken die Reibungsverluste und sorgen damit für einen geringeren Strömungswiderstand im Netz.

Energetisch optimierter Turbo
Der zyklische Abbau des im Abwasser in Ammonium- und Nitratverbindungen gebundenen Stickstoffs macht es notwendig, dass sich belüftete und unbelüftete Phasen zeitlich abwechseln. Aktuell ist der Tagesbetrieb von neun solcher Belüftungszyklen bestimmt. Die Leistung des AERZEN Turbogebläses wird dabei innerhalb der Redox-Kurve über den aktuellen Ist-Wert der Sauerstoffsättigung im Wasser gesteuert. „Für die Nitrifikationsphase hat sich bei uns eine Sauerstoffkonzentration von 2 mg/l bewährt. „Wenn dieser Wert erreicht ist, reduziert die SPS die Leistung des Turbos“, erklärt Hermann Schräer. Würde der Abwasserbetrieb mehr Luft einblasen und die Sauerstoffkonzentration etwa auf 3 mg/l erhöhen, sei dieses einerseits Geldverschwendung und andererseits würde sich die Zeit bis zum anaeroben Nitratabbau verlängern. Generell gilt für Emsbüren, dass die Kläranlage einen CSB Wert von 70 mg/l einhalten muss, im Durchschnitt aber bei 40 mg/l liegt. Die jetzt verfügbare Technik bewertet Schräer deshalb auch „als sehr gute Lösung vor allem für kleine Kläranlagen“.
Während eines Belüftungszyklusses startet das Turbogebläse dafür zunächst einige Minuten mit 100 Prozent Leistung, um Bewegung ins Becken zu bekommen. Den Rest der Zeit läuft die Einheit dann energetisch optimiert mit etwa 60 Prozent der Maximalleistung. Die Zeitfenster der aeroben und anaeroben Phasen sind aktuell auf etwa zwei Stunden fixiert. Während der Nachtzeit mit geringen Zuläufen gelten längere Zeiträume und der deutlich niedrigere Luftbedarf wird von einem kleinen Drehkolbengebläse gedeckt.
Das Turbogebläse bildet beim Wasserverband Lingener Land den Kern der Biologie „und läuft super“, sagt der Klärfacharbeiter. Der Betrieb gestaltet sich dabei gegenüber der ausgetauschten Technik mit einem Turbogebläse älteren Baujahres überaus sicher und energieeffizient. Der Aerzen Turbo Typ TB 50-0.8S startet mit 42 kW Leistung und regelt dann herunter auf 23 kW. Weil Energieeffizienz immer auch eine richtige Auslegung zum notwendigen Luftbedarf bedeutet, ist die Gebläsekapazität exakt für dieses Becken ausgelegt. Das Altgebläse aus dem Jahr 2001 war wiederum recht üppig dimensioniert und hatte eine Anschlussleistung von mehr als 70 kW – zu viel für die 2500 Kubikmeter messende Belebung mit ihrem Becken, dass sechs Meter in der Tiefe und 24 Meter im Durchmesser misst.
Ohne Frage: Turbogebläse stellen in der Abwasserbehandlung eine der energieeffizientesten Techniken dar, um Belebungsbecken mit Sauerstoff zu versorgen. Damit Kapazitäts- und Leistungsschwankungen nicht auf Kosten des Wirkungsgrads gehen, bewährt sich in der Praxis die Kombination mit Drehkolbengebläsen und -verdichtern. AERZEN führt deshalb mit Performance³ energetische Optimierungen nicht auf Einzelgeräteebene durch, sondern konzipiert optimierte Verbundsysteme mit Geräten unterschiedlicher Wirkprinzipien.
Generell gilt, dass das Wirkprinzip und der Aufbau eines Turbogebläse zwar einfach und effektiv zugleich ist, die hohen Drehzahlen des Schaufelrades in einem Bereich zwischen 20.000 und 60.000 U/min aber konstruktiv einige Herausforderungen mit sich bringen. In der Branche wird dabei zum Beispiel über die Lagerung der Motorwelle diskutiert, auf der das Schaufeldrad sitzt. Während Magnetlagerungen eine überaus komplexe Regelung und Funktionsüberwachung nach sich ziehen, arbeiten die AERZEN Turbos mit einer simplen wie wirkungsvollen Luftlagerung. Kritiker dieser Lösung bemängeln den theoretisch auftretenden Verschleiß beim Starten der Anlage, weil die Welle kurzzeitig Kontakt zum Lager hat.
AERZEN begegnet diesem vermeindlichen Nachteil mit einer innovativen und robusten Luftfolienlagerung. Dafür verwendet der Spezialist für Gebläse- und Verdichtertechnik als wartungsfreien Reibpartner eine 2 Komponenten-Beschichtung, einer dieser Werkstoffe ist Polytetrafluorethylen. PTFE zählt zu den Thermoplasten, die aufgrund ihres sehr geringen Reibungskoeffizienten als Antihaftbeschichtung Verwendung finden.

Fazit
Die Kläranlagen des WVLL in Emsbüren zeigt, welchen energetischen Vorteil Turbogebläse auch in vergleichsweise kleinen biologischen Becken bieten. Der robuste Aufbau der Turbo-Baureihe TB macht es zudem möglich, den sonst üblichen Dauerbetrieb zu verlassen und den Turbo stattdessen auch zyklisch zu betreiben. Dieses Verfahren schafft damit die Grundlage für eine einfache und effektive Modernisierung kleinerer kommunaler Kläranlagen auf dem Land. Beim Wasserverband Lingener Land planen sie schon die nächsten Projekte.

AERZEN AUF DER IFAT 2018
AERZEN stellt mit „The next generation“ nicht nur die neuen Turbo- und Gebläsebaureihen vor, sondern bietet gleichzeitig auch innovative und maßgeschneiderte Lösungen auf dem Weg zu Wasser 4.0!
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www.aerzen.com