Sonntag, Oktober 24, 2021
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Optimierungspotenzial bei belüfteten Langsandfängen

Die Suche nach permanenten Verbesserungen im täglichen Betrieb ist heutzutage ein Selbstverständnis auf Kläranlagen. Dem Sandfang wird meist keine allzu große Aufmerksamkeit geschenkt und wenn man in der Literatur nach Optimierungsmöglichkeiten sucht, dann findet man meist nur pauschale Angaben zur Luftmenge ohne die variable Wassermenge zu berücksichtigen. Aber gerade diese Verknüpfung ist von Bedeutung, da ein angepasster Lufteintrag der Sandfanggebläse eine Stromeinsparung darstellt, insbesondere da die Gebläse permanent in Betrieb sind. Zusätzlich kann eine Reduktion des Sandanteils im Rohschlamm bzw. weniger Organik im Sandgut erreicht werden.

Sandfänge dienen dazu, den im Abwasser mitgeführten Sand vor der weiteren Abwasserbehandlung zu entfernen. Üblicherweise sollen im Sandfang ungelöste anorganische Stoffe deren Korndurchmesser größer 0,1 bis 0,2 mm sind, und eine mittlere Dichte über 1,5 g/cm³ haben sedimentiert werden [1].

Erreicht wird dies, indem die Fließgeschwindigkeit im Sandfang auf ca. 20 cm/s herabgesetzt wird. Hierbei ist zu beachten, dass eine zu große Verminderung der Fließgeschwindigkeit ein Absetzen von fäulnisfähigen organischen Abwasserinhaltstoffen zur Folge hat, während eine zu hohe Fließgeschwindigkeit zur Verschleppung von Sand in nach geschaltete Anlagenteile führt.

Belüftete Langsandfänge stellen eine Möglichkeit dar die Fließgeschwindigkeit, auch bei wechselnden Abwassermengen, nahezu konstant halten zu können. Dies wird erreicht, indem zusätzlich zur horizontalen Fließgeschwindigkeit durch den Abwasserzulauf eine vertikale Strömung durch Lufteinblasung erzeugt wird. Aus beiden Fließgeschwindigkeiten resultiert eine schraubenförmige Bewegung des Abwassers durch den Sandfang. Hierbei sollte die Walzengeschwindigkeit durch den Lufteintrag ca. 30 cm/s betragen. Die Luftmenge ist entsprechend der Abwassermenge anzupassen bzw. evtl. sogar ganz abzuschalten.

Zunächst ist die horizontale Fließgeschwindigkeit im Sandfang ohne Belüftung zu berechnen [2].

Formel: v = Q/A
Q = Durchfluss in m³/h
A = Querschnittsfläche in m² (senkrecht zur Fließrichtung)

Grafik: Horizontale Fließgeschwindigkeit ohne Lufteintrag

Bild FW-AWT-Langsandfang-1.JPG

In der Grafik ist ersichtlich, dass ab einer Abwasserzulaufmenge von ca. 14.100 m³/h die Fließgeschwindigkeit von 20 cm/s erreicht wird und die Belüftung komplett
abgestellt werden kann. Jedoch ist bei geringeren Abwasserzuläufen eine Lufteinblasung notwendig, um eine Walzengeschwindigkeit von ca. 30 cm/s zu erreichen. Die Walzengeschwindigkeit wird am besten messtechnisch mit Messgeräten zur Fließgeschwindigkeit ermittelt (Messung mit hydrometrischen Flügel oder Geräte mit Doppler Effekt).

Entlang des Sandfangs sollten mehrere Messpunkte festgelegt werden um ein Längsprofil zu erhalten. Grobe Abweichungen sind auch schon optisch am Blasenbild zu erkennen.

Grafik: Walzengeschwindigkeiten mit Gebläse 3:

Bild FW-AWT-Langsandfang-2.JPG

Das Beispiel zeigt an Messpunkt v3 einen deutlichen Einbruch der Walzengeschwindigkeit, hier muss in diesem Bereich die Lufteinblasung erhöht werden. Es zeigt sich auch, dass bei einer Abwasserzulaufmenge von ca. 3.000 m³/h das Gebläse 3 mit seiner Leistung alleine nicht ausreicht um eine Walzengeschwindigkeit von 30 cm/s zu erreichen, hier ist ein Gebläse mit höherer Leistung zu wählen. Bei einer Abwasserzulaufmenge von 11.000 m³/h ist sogar das Gebläse 3 noch zu groß, es sollte mittels Frequenzumformer in der Luftleistung heruntergefahren werden bzw. kann sogar ganz abgeschaltet werden.
Hier ist zu unterscheiden zwischen Walzengeschwindigkeit und Fließgeschwindigkeit, auch wenn bei 11.000 m³/h die Werte (bei gleicher Verteilung der Luftauslässe an den Messpunkten) um die 40 cm/s liegen, so liegt die Fliessgeschwindigkeit bei Abschalten des Gebläses 3 unter 20 cm/s.

Grafik: Walzengeschwindigkeiten bei verschiedenen Gebläsekombinationen

Bild FW-AWT-Langsandfang-3.JPG

Das Beispiel zeigt bei konstanter Abwasserzulaufmenge und verschiedenen Gebläsezuschaltungen die Walzengeschwindigkeit. Es ist ersichtlich, dass bei der Abwasserzulaufmenge von ca. 5.000 m³/h die Luftleistung von Gebläse 3 oder 2 vollkommen ausreicht. Durch Messungen der Fließgeschwindigkeit bei verschiedenen Abwasserzulaufmengen kann daraus dann eine sinnvolle Gebläseschaltung ermittelt werden.
Die optimale Walzen- bzw. Fließgeschwindigkeit ermittelt man aus der Menge des organischen Anteils im Sandgut und einem Aufschlämmversuch des Rohschlammes im Vorklärbecken. Durch Erhöhung der Fließgeschwindigkeit wird der organische Anteil im Sandgut vermindert. Durch Verminderung der Fließgeschwindigkeit wird der Sandanteil im Rohschlamm vermindert.

Das Variieren der Luftleistung der Sandfanggebläse kann mittels Frequenzumrichter oder durch Zu- und Abschalten mehrerer Gebläse erfolgen.
Zusätzlichen Augenmerk ist auf undichte Luftleitungen sowie den Druckverlust zu legen um Energie einzusparen. In aller Regel sind große Luftauslässe vorhanden, so dass eine Verstopfung selten vorkommt. Da sich die elektrische Leistung für die Gebläse proportional zum Druckverlust erhöht, schadet es nicht in regelmäßigen Zeitabständen diesen zu überprüfen. Eine Zunahme von 10% mehr Druckverlust bedeutet auch eine Zunahme von ca. 10% mehr elektrischer Energie.

Ein Optimieren der Gebläsesteuerung kann sich neben den Vorteilen im verfahrenstechnischen Betrieb vor allem auf der Kostenseite lohnen, da die Gebläse in der Regel 24h in Betrieb sind.

Quellen:
[1] Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik Band III (ATV)
[2] Einrichtungen zur Abwasserreinigung Heft 12 (ATV)

 

 

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Autor: CS