Freitag, Oktober 23, 2020
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Hoher Energiebedarf durch Druckverluste der Belüfterelemente

Die meisten Kläranlagen mit Belebungsverfahren benutzen für den Sauerstoffeintrag Druckluft. Um die biologische Reinigung auch wirtschaftlich zu betreiben ist es unerlässlich, sich mit der Leistung des Belüftungssystems zu befassen. Der minimale Aufwand steht in keinem Verhältnis zum Nutzen. Nach einer Umfrage in Baden-Württemberg im Jahre 2005 liegt bei der Hälfte der betrachteten Anlagen der Druckverlust größer 108% gegenüber dem Neuzustand [1]. Im Mittel wird dadurch von einem Mehrverbrauch von 12% an Energie für die Belüftung gerechnet. Bei frühzeitigem Erkennen von steigenden Druckverlusten können Maßnahmen ergriffen werden, um gegenzusteuern.

Eine Plausibilitätsprüfung der abgegebenen Fragebögen aus der zitierten Umfrage  ergab lediglich eine Verwertbarkeit von ca. 30%[1]. Dies lässt den Schluss zu, dass dem Problem der Druckverluste noch nicht allzu groß Aufmerksamkeit geschenkt wurde.

Zu hohe Gegendrücke führen dazu, dass die erforderlichen Luftmengen nicht mehr in die Belebung eingetragen werden. Dies kann bis zu einer unzureichenden Nitrifikation führen. Jedoch schon viel früher geht bei steigenden Druckverlusten der Wirkungsgrad des Belüftungssystems zurück.  

Grafik: Zusammenhang Systemdruck, Luftmenge und Energiebedarf Belüftung

Bild FW-AWT-Druckverluste-1.JPG

Vor der eigentlichen Messung der Druckverluste, ist der hydrostatische Druck der Wassersäule in der Biologie zu ermitteln. Zuerst misst man die Beckentiefe, am einfachsten geht das mit einer langen Stange. Danach muss die Einbauhöhe der Belüfterelemente ermittelt werden. Meist werden dazu vorhandene Pläne oder Zeichnungen herangezogen. Von der Oberkante der Belüfterteller oder -platten wird dann die Einblastiefe bis zum Wasserspiegel berechnet. Die Wasserhöhe in cm wird mit 0,981 multipliziert, um den Wert in mbar zu erhalten.

Der Druck der Einblastiefe muss dann nur noch vom gemessen Druck an den Belüfterelementen abgezogen werden, um den Druckverlust zu ermitteln. Jedoch ist wichtig, dass vor der Messung die Leitung entwässert wurde [2]. Als Messpunkt ist ein Anschluss so nahe wie möglich an den Belüftern zu wählen. Meist wird die Entwässerungsleitung ein geeigneter Messpunkt sein. Auf jeden Fall sollte hinter dem Messpunkt keine Drosseleinrichtung z.B. Regelschieber eingebaut sein. Um verschiedene Messungen vergleichen zu können, müssen die Randbedingungen nahezu identisch sein. Entweder sind immer gleiche Gebläsedrehzahlen erforderlich oder gleiche Regelschiebereinstellungen mit dem gleichen Systemdruck. Durch Wiederholung der Messungen sind Veränderungen sehr schnell ersichtlich. Um Vergleiche mit Herstellerangaben durchzuführen, sollte die Luftmenge entweder über die Gebläseleistung oder mit einer Luftmengenmessung ermittelt werden. Es ist darauf zu achten, dass die Luftmengenangabe in Normkubikmeter angegeben wird.

Weichen die Druckverluste erheblich von den Herstellerangaben ab, zahlt sich schnelles Handeln auf der Kostenseite deutlich aus.

Grafik: Druckverluste im Neuzustand sowie vor und nach Säuerungen

Bild FW-AWT-Druckverluste-2.jpg

In obiger Grafik konnten 16 Jahre alte Keramikdome auf Druckverlustwerte des Herstellers, zwischen Neuzustand und 5 Jahre alter Dome, verbessert werden.

Die Möglichkeiten der Reinigung von Belüfterelementen richten sich nach den Herstellerangaben. Je nach Belüfterelementen ist eine Reinigung im laufenden Betrieb möglich. Im Zweifel ist die Auskunft des Herstellers einzuholen.

Eine Wiederholungsmessung sollte mindestens einmal pro Jahr durchgeführt werden. Beim Betrieb von vielen Belebungsbecken an einer gemeinsamen Luftversorgung kann der Aufwand reduziert werden. Die Kammer mit den größten Druckverlusten bestimmt die Effizienz des Belüftungssystems. Durch Optimierung dieser Kammer, wird auch der Wirkungsgrad des gesamten Belüftungssystems verbessert. Dabei müssen bei einer Mehrstaßigkeit immer die entsprechenden Kammern verglichen werden. Die Kammer deren Luftschieber am weitesten geöffnet ist hat den größten Druckverlust, sofern der Luftbedarf der einzelnen Straßen identisch ist.

Grafik: Vergleich Luftschieberöffnungen bei Mehrstraßigkeit

Bild FW-AWT-Druckverluste-3.JPG

In obiger Grafik ist deutlich zu sehen dass die Regelschieber von Straße 1, 4 und 6 im Tagesdurchschnitt weiter geöffnet sind als alle anderen. Bei Anwendung der Gleitdruckregelung bestimmen diese Kammern den variablen Systemdruck der Luftleitung. Eine Verminderung der Druckverluste bei diesen Kammern bringt den meisten Erfolg für das gesamte Belüftungssystem.

Meist ist für die Druckverlustmessungen lediglich ein tragbares Druckmessgerät mit einer Genauigkeit von 1mbar erforderlich. Die Kosten dafür sind je nach Hersteller unter 300 €. Durch mehrere Messungen in zeitlichen Abständen weiß der Betreiber immer Bescheid über den aktuellen Zustand seines Belüftungssystems. Je nach Anlagengröße und Ausstattung der Messtechnik ist sogar eine permanente Zustandsüberwachung möglich. Mit einem tragbaren Druckmessgerät können zusätzlich die Druckverluste an den Gebläseeinrichtungen (Ansaugfilter und Schalldämpfer) und der Luftleitungen sowie Armaturen ermittelt werden. Diese sollten jedoch bei richtiger Planung und Einbau eine untergeordnete Rolle spielen.

 

Quellen:

[1] Dr. Jörg Krampe, Sabine Kaebert: Stand der Belüftungstechnik in Baden Württemberg, Lehrer- und Obmanntagung DWA 2006

[2] Dr. Wilhelm Frey: Diagnose: zu hoher Druckverlust, KA-Betriebs-Info 2006 (36) Nr. 3:

[3] Dr. Wilhelm Frey: Methoden zur Reinigung feinblasiger Belüftungssysteme, Lehrer- und Obmanntagung DWA 2006

[4] Dr. Wilhelm Frey: Einflüsse auf die Veränderung des Betriebsverhaltens von Membranbelüftern, Belüftertagung in Osnabrück Mai 2006

[5] Dr. Wilhelm Frey: Vergleichende Betrachtung der Betriebsergebnisse von Druck- und Oberflächenbelüftungssystemen in Österreich, Belüftertagung in Osnabrück Mai 2006

 

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Autor: CS

Siehe auch:
Gleitdruckregelung Belüftung
Chemische Reinigung feinblasiger Druckbelüftungselemente
Diagnose: Zu hoher Druckverlust!
Mechanische Reinigung feinblasiger Druckbelüftungselemente

Weitere Informationen finden Sie auch unter:
www.kan.at (dort im Downloadbereich)