Wasser- und Abwasseraufbereitung

Wasser- und Abwasseraufbereitung in einer Kläranlage

Vielfältig wie die Möglichkeiten, Schäden an der Umwelt zu vermeiden, sind die anwendbaren Verfahren. Beim Abwasser z.B. die Belüftung des Sandfanges oder die Druckbelüftung in biologischen Klärsystemen. Egal ob Tiefklärbecken, Kläranlagen mit Belebungsbecken herkömmlicher Art oder mit natürlichen Klärteichen; entscheidend ist der Sauerstoffeintrag.

Sind die Abwässer bereits dem natürlichen Kreislauf zugeflossen, verhindert eine Belüftung von Seen und Flüssen ein weiteres Verschmutzen der Gewässer. Bei der Aufbereitung von Trinkwasser sorgt die Filterspülung durch Druckluft dafür, dass einwandfreies Wasser zur Verfügung steht und die natürlichen Wasservorräte nicht übermäßig in Anspruch genommen werden müssen.

Anfallendes Gas auf Deponien, in Faultürmen oder bei Klärung von Abwässern entstehendes Klärgas entweicht nicht mehr in die Umgebung oder wird nutzlos abgefackelt, sondern wird, um die Umwelt zu entlasten und den Rohstoffmangel zu beheben, nutzbringend zur Energiegewinnung verwandt. Durch die Druckerhöhung von Biogasgebläsen wird das Gas zu BHKW‘s bzw. Generatoren transportiert, wo die umgewandelte Energie dann für die Heizung z.B. von Gebäuden oder Treibhäusern benutzt werden kann.  Gemessen wird das anfallende Gas mittels AERZEN Drehkolbengaszählern.

Bei der Klärschlammtrocknung können AERZEN Drehkolbengebläse für den anschließenden pneumatischen Transport des trockenen Schlamms eingesetzt werden.

Aber nicht nur bei den aufgezeigten Beispielen verrichten Erzeugnisse von AERZEN ihren Dienst, sondern so vielfältig wie die Möglichkeiten des Umweltschutzes, so vielfältig sind die Einsatzbereiche der AERZEN Drehkolbengebläse, Drehkolbenverdichter und Turbogebläse.

Performance3. Lastwechsel exakt bedienen.
Performance3. Lastwechsel exakt bedienen.

Performance3. Lastwechsel exakt bedienen. Für eine neue Effizienz im Belebungsbecken.

Technische und bauliche Besonderheiten und der wechselnde Luftbedarf in den Belebungsbecken fordern die Belüftungstechnik jeder Kläranlage heraus. Folge: extreme Energieverbräuche. Sie können bis zu 80 % der Gesamtkosten ausmachen. Lösung: neuartige Kombinationen aus Blower-, Hybrid- und Turbogebläse von AERZEN. Sie bedienen die Grundlasten höchst energiesparend und fangen Versorgungsspitzen punktgenau ab. Ergebnis: eine bisher nicht gekannte Effizienz im Gesamtbetrieb. Bereits nach 2 Jahren kann sich die Investition rechnen!


AERsmart

Von der besten zur allerbesten Performance im Belebungsbecken

Höchste Wirkungsgrade für Gebläsetechnik und Lastgänge im Einklang, effizientester Betrieb von Kläranlagen – eine neue Maschinensteuerung von AERZEN macht´s möglich.

Skizze der Wärmerückgewinnung

WÄRMERÜCKGEWINNUNG

Kosten senken bei der Drucklufterzeugung

Kläranlagen stellen die größten Stromverbraucher in Städten und Gemeinden dar. Deshalb besteht aufgrund der derzeit herrschenden Unsicherheit bezüglich der künftigen weltweiten Energiematrix und des daraus resultierenden Energiemarktpreises dringender Bedarf zur Steigerung der Energieeffizienz.

Anwendungsberichte

RAUS AUS DER DECKUNG, RUNTER MIT DEN RESERVEN!

EFFIZIENTE LUFT FÜR KLÄRANLAGEN

Stehen Modernisierungen von Kläranlagen an, sind es in der Regel die stetig sinkenden Grenzwerte bei Ammonium, Nitrat und Phosphat, die Investitionsentscheidungen vorantreiben. Geht es ums Budget, lohnt es sich mit Blick auf den Klimaschutz und die eigenen Finanzen, auch die Energieeffizienz in die Planungen zu integrieren.

AERZEN Turbogebläse und Drehkolbengebläse in der Kläranlage Kötz

AERZEN sorgt für energieeffiziente Prozesslufterzeugung

Success Story - Kläranlage Kötz

Die Kläranlage Kötz hat für die Prozesslufterzeugung den „Königsweg“ gewählt: Ein Verbundsystem von AERZEN Turbogebläsen für die Grundlast und AERZEN Drehkolbengebläsen beziehungsweise -verdichtern für die Spitzenlast sorgen für eine störungsfreie und kostenoptimale Versorgung der biologischen Kläranlage.

Abwasseraufbereitung mit Gebläsetechnologien der Aerzener Maschinenfabrik

Wie kann man Energiekosten bei der Abwasseraufbereitung einsparen? Welche Möglichkeiten gibt es bei der Konzeption neuer Anlagen, dem Ersatz von veralteten Maschinen oder bei der Modernisierung? Diese Fragen spielen für alle Betreiber von Kläranlagen eine wichtige Rolle. AERZEN gibt mit seinen vielfältigen und flexiblen Lösungen die richtigen Antworten.

Warum die Auswahl der richtigen Gebläsetechnologie bei der Abwasseraufbereitung so wichtig ist

Die Aerzener Maschinenfabrik ist ein international führender Anbieter auf dem Gebiet der Abwasserbehandlung und -aufbereitung. Die Abwasserreinigung in Kläranlagen ist dabei einer der größten Einsatzbereiche der AERZEN Gebläsetechnologie. Denn Verdichter, Gebläse und Turbogebläse sorgen für die Belüftung der Belebungsbecken in Kläranlagen aller Art. Das Einsatzspektrum reicht von der kleinen biologischen Kläranlage bis zu großen Anlagen, die für das Abwasserhandling mehrerer Gemeinden zuständig sind. Die Maschinen aus AERZEN reichern das Abwasser durch Zuführung von Druckluft mit Sauerstoff an.  Dadurch wird den Bakterien der notwendige Sauerstoff zugeführt, der sie befähigt, Schmutzpartikel im Belebungsbecken abzubauen. Dieser Prozessschritt der Abwasserbehandlung nimmt 60 – 80 % der Gesamtenergiekosten der Kläranlage in Anspruch. Bei einem so hohen Anteil an Energiekosten, kann man sich vorstellen, dass man beim Einsatz der effizientesten Technologie in diesem Bereich eine Menge einsparen kann.

Ein wichtiger Schritt für die Effizienz ist es, tages- und jahreszeitliche Schwankungen energietechnisch optimal auszugleichen. So ist z.B. der Energieaufwand für die Belüftung eines Belebungsbeckens einer Kläranlage in einem gut besuchten Urlaubsort, an einem warmen Sommertag wesentlich höher als an einem kalten Tag im Winter. Gelingt es, die Leistung der Gebläse an diese Schwankungen anzupassen, kann ein erheblicher Anteil der Energiekosten eingespart werden.

Um das zu erreichen, lohnt sich ein genauer Blick auf die jeweils vorhandenen Bedingungen vor Ort. Wie groß ist die Kläranlage, gibt es große Schwankungen oder ist die Auslastung gleichmäßig verteilt? Passt der optimale Leistungsbereich der Gebläse zu dem Regelbereich und der Auslastung der Kläranlage? Wieviel Platz ist für den Einsatz der Gebläse vorhanden? Wie lang ist die Laufzeit der Anlage, soll bald renoviert werden? Kurz gesagt: jede Kläranlage benötigt eine passende, genau abgestimmte Lösung.

Welche Technologien gibt es und welche Vorteile haben sie?

Drehkolbengebläse

Drehkolbengebläse, wie z.B. der AERZEN Delta Blower, sind die Arbeitspferde unter den Gebläselösungen: Mit relativ geringen Anschaffungskosten können sie große Regelbereiche abdecken und bieten dadurch flexible Einsatzmöglichkeiten. Drehkolbengebläse passen sich Druck- und Temperaturschwankungen gut an.
Der Einsatz von Drehkolbengebläsen ist mit Abstand die am weitesten verbreitete Methode in der Abwasseraufbereitung. Die große Flexibilität im Regelbereich kann mittels Frequenzumrichterantriebes einfach realisiert werden. So wird auch bei Kapazitätsschwankungen ein nahezu konstanter Wirkungsgrad erzeugt. Die vergleichsweise geringen Investitionskosten werden in kürzester Zeit amortisiert.

Turbogebläse bzw. Turboverdichter

Die Turbotechnologie ist oftmals die effizienteste Lösung für eine Anwendung mit einem eingeschränkten, konstanten Regelbereich und konstanter Drehzahl. Bei Dauerbetrieb nahe seines Auslegungspunktes ist die Energieeinsparung durch den Turbo im Vergleich zu Drehkolbengebläsen erheblich. Die bei der Anschaffung entstehenden höheren Kosten werden später leicht durch die Effizienz des Turbos ausgeglichen. Weniger geeignet ist der Einsatz eines Turbos bei einer Anlage mit regelmäßigen extremen Druck- und Strömungsschwankungen.

Ein weiterer Vorteil des Turbos ist seine geringere Größe. Er benötigt eine kleinere Aufstellfläche und ermöglicht dadurch eine flexiblere Nutzung von Gebläseräumen, z.B. bei Nachrüstung oder Neuauslegung der Anlage. Das kann zusätzlich Kosten reduzieren. AERZEN liefert den Turbo und auch die anderen Technologien als Paket: Motor, Gebläse und Steuerung werden als komplette Maschine angeliefert und vereinfachen den Einbau.

Hybrid-Gebläse (Drehkolbenverdichter oder Drehkolbenkompressor)

Ein Hybrid-Gebläse vereint die positiven Eigenschaften bzw. Vorteile der Drehkolbengebläse und Schraubenkompressoren mit der Effizienz der Turbogebläse. Der entscheidende konstruktive Unterschied ist der Einsatz eines Niederdruck-Schraubenrotors statt eines geraden oder gelappten Drehkolbenrotors. Dadurch können auch hohe Durchfluss- und Druckschwankungen flexibel und effizient gehandhabt werden. Hybridgebläse bieten einen ähnlich großen Regelbereich wie Drehkolbengebläse und garantieren ein relativ konstantes Volumen bei Druckveränderungen. Ein Hybridgebläse hat einen Regelbereich von 25 bis 100%. Der Vorteil gegenüber Turbogebläsen ist der relativ hohe Wirkungsgrad in den Teillastbereichen der Maschine.

Wann lohnt sich eine Kombination aus verschiedenen Gebläsetechnologien?

Der Einbau einer Kombination der oben vorgestellten Maschinentechnologien lohnt sich vor allem in großen Kläranlagen oder einer Anlage mit hoher Auslastung und großen Schwankungen. So kann z.B. ein Turboverdichter für die Grundlast verwendet und für die Spitzenlast oder bei niedrigen Strömungsbedingungen ein Hybridgebläse hinzugeschaltet werden.

Die verschiedenen Maschinentypen können im Sandfang und im Belebungsbecken gleichermaßen eingesetzt werden. Ein Kombinationsbetrieb bestehend aus Turbogebläse, Drehkolbenverdichter und Drehkolbengebläse kann die Energieeffizienz verbessern und die Betriebskosten der Kläranlage erheblich senken. AERZEN bietet hierfür Lösungen mit seinem Konzept "Performance³".

Wie finde ich die nachhaltigste und kostengünstigste Lösung für meine Anforderungen?

Als allererstes ist hier die intelligente AERZEN Performance³ Software „AERsmart“ zu nennen, die für jeden geforderten Betriebspunkt die energetisch effizienteste Maschinenkombination auswählt und somit garantiert, dass sämtliche Maschinen in Ihrem Optimum mit höchsten Wirkungsgrad gefahren werden.

Die Anwendungen in der Abwassertechnologie sind vielfältig. Um bei der Ermittlung des jeweils passenden und effizientesten Systems zu unterstützen, bietet AERZEN seinen Kunden ein spezielles Audit, das AERaudit an, bei dem Leistungsdaten einer bestehenden Anlage gemessen und ausgewertet werden. Aufgrund dieser Analyse können Verbesserungs- und Energiesparpotentiale für jede Kundenanlage ermittelt werden. Darüber hinaus hat AERZEN für seine Kunden eine umfangreiche Materialsammlung für die Planung von Anlagen zusammengestellt. In der 180 Seiten starken „Planungsmappe Abwasser“ finden Anlagenbauer, Ingenieurbüros und Betreiber von Kläranlagen neben zahlreichen Produkt- und Planungsinformationen auch Hilfe für die Berechnung von Betriebsdaten, wichtige Hinweise für die Maschinenraumgestaltung sowie Tipps für die Möglichkeit der Wärmerückgewinnung bei der Aufbereitung von Abwässern.

Verschiedene Anwendungen – passgenaue Lösungen

Zahlreiche Anwenderberichte im Bereich der Abwasserreinigung verdeutlichen beispielhaft, wie mit dem passgenauen Einsatz verschiedener Gebläsetechnologien effiziente Lösungen für ganz unterschiedliche Anforderungen geschaffen werden.
So konnte in der 1974 erbauten Silverstone Kläranlage in Colorado, USA, die für die Abwasserreinigung und Abwasseraufbereitung mehrerer Kommunen – darunter Urlaubsorten mit hohen Bedarfsschwankungen – verantwortlich ist, durch das Ersetzen der alten Zentrifugalgebläse mit AERZENER Gebläsetechnologie und zusätzlichen Frequenzumrichtern, die Gesamteffizienz der Anlage deutlich gesteigert werden.

Der hier eingesetzte AERZEN Turbo TB 100 ist mit einem Permanent-Magnet-Motor ausgestattet, der speziell für die Hochfrequenz und Hochdrehzahlanforderungen einer direkt angetriebenen Turboanwendung entwickelt wurde. Dadurch konnte der Lärmpegel drastisch reduziert und ein Gehörschutz überflüssig gemacht werden. Darüber hinaus kann die Warmluft aus dem Kühlsystem des Gebläses im Winter zur Wärmerückgewinnung und somit zum Heizen der Anlage verwendet werden.

Aber auch zahlreiche Erfolgsgeschichten aus der näheren Umgebung sprechen für die Qualität und Rentabilität der Produkte aus Aerzen: In der Kläranlage Emsbüren im südlichen Niedersachsen ersetzt seit März 2016 eine luftgelagerte Turbomaschine von AERZEN einen magnetgelagerten Turbo eines Mitbewerbers. Der Turbo der Serie TB50-0.8 S deckt den Mittel- und Hochlastbetrieb der für 16.000 EWG ausgelegten Anlage ab. Der Schwachlastbetrieb in der Nacht wird mit einem Drehkolbengebläse abgedeckt.   Der AERZENER Turbo wird im intermittierenden Betrieb gefahren. Beim Anfahren fährt der luftgelagerte Turbo zunächst in den Volllastbetrieb hoch, hält diesen Betriebszustand für 10 Minuten. Anschließend wird für einen Zeitraum von 60 – 80 Minuten auf 60% – 70% des maximalen Volumenstroms heruntergefahren. Ist der erforderliche Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken erreicht, wird der Turbo zunächst auf Leerlauf und danach ganz abgeschaltet. Durch den intermittierenden Betrieb mit bedarfsgerechten Abschaltungsphasen wurde es möglich, flexibel auf unterschiedliche Auslastungsanforderungen zu reagieren und Energie zu sparen. Aufgrund der guten Erfahrungen mit dem luftgelagerten Turbo aus AERZEN wurde innerhalb des zuständigen Wasserverbandes Lingener Land entschieden, auch in der Kläranlage Spelle eine magnetgelagerte Maschine durch einen luftgelagerten Turbo von AERZEN zu ersetzen.

Eine weitere AERZEN Erfolgsgeschichte im Inland stellt die Kläranlage Holzkirchen bei München dar. 80% der Gesamtenergiekosten der Kläranlage entstehen hier für den Antrieb der Gebläse. Daher rechneten sich hier eine passgenaue Auslegung und Wirkungsgradsteigerungen besonders schnell. Für den wechselnden Luftbedarf in den Belebungsbecken wurde eine genaue Luft-Dimensionierung mithilfe einer genauen Regelung benötigt. In der AERsmart Steuerung von AERZEN fand man eine geeignete Lösung. Diese koordiniert auf Grundlage des benötigten Luftbedarfs unterschiedliche Gebläsetypen miteinander. Vergleichbar mit einem Autopiloten übernimmt der AERsmart das Steuer- und Regelmanagement der Aggregate mit unterschiedlichen Wirkprinzipien und setzt sie bedarfsgerecht ein. Die Grundlast leistet ein Turboverdichter des Typs TB75-0.8S. Bei Spitzenlasten wird zusätzlich ein Drehkolbenverdichter der Reihe Delta Hybrid eingesetzt, bei niedrigerer Belastung, also Unterforderung des Grundlast-Turbos übernehmen zwei Delta-Blower älteren Typs die Luftversorgung. Teilauslastungen innerhalb der Anlage werden durch die zielgenaue Steuerung und den differenzierten Einsatz der einzelnen Maschinen weitgehend vermieden. Gleichzeitig wird die Energieeffizienz gesteigert.

Einen ausführlichen Referenzbericht über die AERZENER Belüftungssysteme in der Kläranlage Holzkirchen bei München finden Sie unter diesem Link.

Weiterführende Informationen zur Auswahl der effektivsten Gebläsetechnologie finden Sie in unserem Whitepaper.