In der KA Betriebsinfo 2/2004 wurden Methoden zur mechanischen Reinigung von Belüfte-
relementen besprochen. Diese Maßnahme erfordert eine Beckenentleerung. In vielen Fäl-
len ist eine Außerbetriebnahme von Becken nicht möglich.

Eine auf Abwasserreinigungsanlagen etablierte Methode, das Eindüsen von Ameisensäu-
re, ist in [1] und [2] ausführlich dargestellt. Die Methode wird vorzugsweise bei säurelösli-
chen Ablagerungen eingesetzt. Wichtig für die Wirkung ist, dass die Säure mit dem Luft-
strom zu den Verstopfungen transportiert wird. Sind die Belüfter weitgehend verstopft,
strömt keine Luft mehr durch die Poren und es tritt keine Verbesserung ein. Die Säureein-
düsung wird daher schon bei geringen Druckanstiegen und auch als vorbeugende Maß-
nahme eingesetzt.

Der folgende Beitrag beschreibt Erfahrungen mit einem Verfahren, das es ermöglicht eine
Reinigung von stark verstopften Belüfterelementen auch ohne Beckenleerung bzw. Be-
triebsunterbrechung durchzuführen. Es konnten säurelösliche aber auch nicht säurelösli-
che Verstopfungen entfernt werden.

Methodik
Zur Reinigung der Belüfterelemente wird das Rohrleitungssystem an der Beckensohle mit
einer auf die Ablagerungen abgestimmten Reinigungslösung gefüllt. Die Befüllung der Be-
lüfterfelder erfolgt zeitlich hintereinander, so dass der Abwasserreinigungsprozess mög-
lichst wenig beeinträchtigt wird.

Die Reinigungslösung besteht in der Regel aus zwei Komponenten die in getrennten Be-
hältern vorgelegt werden. Die Flüssigkeiten werden gleichzeitig über die Luftleitung in die
Verrohrung am Beckenboden gepumpt. Anschließend wird mit der Druckluft die Reini-
gungslösung durch die Poren der Belüftermembranen gedrückt. Dieser Vorgang wird
mehrmals wiederholt um eine ausreichende Einwirkzeit zu erzielen. Nach entsprechender
Aufenthaltszeit muss die Reinigungslösung aus dem Rohrsystem entfernt werden. Dies
kann durch ,,Ausblasen“ oder Abpumpen über die Entwässerungsleitungen erfolgen. An-
schließend ist das Rohrsystem mit Wasser zu spülen und wieder zu entleeren.

Die Reinigungslösung löst nicht nur Bestandteile der Ablagerungen auf, sondern unter-
wandert diese auch und sprengt Teile ab. Diese Wirkung wird durch Tenside und eine
gasbildende Komponente der Reinigungslösung erreicht. Auch eingedrungene Biomasse
(Schlamm) wird von der Reinigungslösung ab- und aufgelöst und kann so aus den Belüf-
tern und Rohrleitungen entfernt werden. Die Auswahl der Reinigungschemikalien erfolgt
so, dass keine negativen Auswirkungen auf den Reinigungsprozess und/oder die Ablauf-
qualität auftreten. Es kommen die gleichen Grundstoffe, wie sie auch zur Reinigung von
Anlagen in der Lebensmittelindustrie und Getränkeherstellung verwendet werden, zum
Einsatz. Eine genaue Beschreibung des Verfahrens findet man in [3] und [4].

An Installationen sind mindestens ½“ besser 1″ Stutzen mit Kugelhähnen am Luftleitungs-
system erforderlich. Die günstigste Position der Befüllöffnungen ist in den Fallrohren zu
den einzelnen Belüfterfeldern. In vielen Fällen sind keine oder nur geringe zusätzliche In-
stallationen am Belüftungssystem erforderlich. Die Methode nutzt die bestehenden Anla-
genteile wie die Fallleitungen, die Entwässerungsleitungen und die Gebläse.

Anwendungsbeispiele
Die Reinigung von Belüfterelementen wurde bis zum Frühjahr 2004 auf fünf Kläranlagen
mit Ausbaugrößen zwischen 11.000 EW bis 4,0 Mio EW eingesetzt. Im Folgenden wird
über Erfahrungen und Ergebnisse auf zwei ausgewählten Anlagen berichtet. In der folgen-
den Tabelle 1 sind einige Anlagendaten zusammengestellt.

Tabelle 1: Anlagenbeschreibungen Chemische Reinigung

Fallbeispiel Anlage 1
Auf der Anlage 1 war nach ca. einem Jahr Betrieb ein unregelmäßiges Blasenbild aufge-
treten. Man konnte deutlich erkennen, dass an vielen Stellen große Luftmengen ausgetre-
ten sind. Bei einer Beckenleerung hat man festgestellt, dass viele Belüftermembranen aus
den Halteringen geschlüpft waren. Nach Behebung der mechanischen Schäden wurde
eine Reinigung der Belüfterelemente bei entleertem Becken durchgeführt.
Die Abbildung 1 zeigt das Ausströmen der Reinigungsflüssigkeit aus den Belüftern. Zur
Überprüfung der Reinigungswirkung wurden Membranen entnommen und mit einer Elekt-
ronenstrahlmikrosonde untersucht.

Abbildung 1: Ausströmen der Reinigungsflüssigkeit

In Abbildung 2 ist eine ungereinigte Pore zu sehen, man erkennt die verstopfenden Abla-
gerungen aus anorganischem Material (vor allem Silizium / Kieselsäure). Abbildung 3 zeigt
eine Pore nach einer sauren Reinigung mit 1 molarer Salzsäure. Hier ist eindeutig eine
Verbesserung zu erkennen, aber es sind auch noch deutlich säureunlösliche Reste der
verstopfenden Ablagerungen zu sehen. Die letzte Abbildung 4 zeigt eine Pore nach Reini-
gung mit der alkalischen und oxidierenden Zweikomponenten-Reinigungslösung. Die Pore
ist praktisch frei von verstopfenden Ablagerungen und der Druckverlust entspricht demje-
nigen einer unbenutzten Membran.

Abbildung 2: Ungereinigte Membranpore

Abbildung 3: Sauer gereinigte Membranpore

Abbildung 4: Alkalisch gereinigte Membranpore

Zur Feststellung des Reinigungsergebnisses wurde der Druck vor und nach der Reinigung
gemessen. Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, ist es erforderlich einen bekannten Luftvolumenstrom durch die Belüfterfelder zu leiten. Im vorliegenden Anwendungsfall musste eine Messstrecke für die Luftvolumenstrommessung in die Rohrleitung eingebaut
werden. In Abbildung 5 ist die Einbausituation dargestellt.

Abbildung 5: ,,Mobile“ Luftvolumenstrommessung

Durch das Fluten mit Reinigungslösung konnte bei einer Luftbeaufschlagung von ca.
7 m³/(Belüfter h) durchschnittlich eine Reduktion des Druckes von 2.0 – 2.5 kPa erreicht
werden. Nachdem nun die Wirksamkeit der Methode nachgewiesen war, wurden, im Rahmen der Anlagenwartung, die Belüfter der in Betrieb befindlichen Becken ohne Entleerung gereinigt. Nach bisherigen Erfahrungen ist ein Reinigungsintervall von ca. 1,5 Jahren ausreichend. 

Fallbeispiel Anlage 2
Auf der Kläranlage 2 war der Druckverlust der Belüfterelemente in 2 Jahren um ca. 4 kPa
angestiegen. Die installierte Ameisensäuredosierung, zur Reduktion des Druckanstieges,
brachte zu Beginn eine geringfügige Verbesserung, zeigte aber nach einigen Monaten
praktisch keine Wirkung mehr.

An den Membranen wurden optische und nasschemische Untersuchungen ausgeführt,
außerdem wurde die Membran einer Elektronenstrahl-Mikrosondenuntersuchung unterzo-
gen. Die Ergebnisse bestätigten die Beobachtung, dass die Ablagerungen nur in sehr ge-
ringem Umfang von Säure angegriffen wurden. Mit Natronlauge konnte eine sehr gute
Ablösung der Verstopfungen und Reinigung der Poren erreicht werden.

Aufgrund dieser Ergebnisse hat sich der Betreiber dazu entschlossen, zu prüfen, ob die
chemische Reinigung wirksam und praktikabel ist und in regelmäßigen Abständen durch-
geführt werden soll. Die Reinigung wurde im Vollbetrieb der Kläranlage durchgeführt, es
wurde lediglich kurzzeitig die Luftversorgung je eines Feldes unterbrochen.

Die Belüfter sind je Becken in 10 Felder unterteilt. Das Rohrleitungsvolumen am Becken-
boden hatte ein Volumen von ca. 1000 Liter. Das Fluten mit Reinigungslösung, war durch
die große Feldzahl entsprechend arbeitsintensiv und zeitaufwändig.

Die Reinigungslösungen wurden in zwei Containern mit je 960 Liter Fassungsvermögen
angemischt. Es wurden je Komponente 800 Liter Lösung angesetzt. In den Container 1
wurden ca. 400 Liter Brauchwasser vorgelegt und danach die Reinigungschemikalien, im
wesentlichen Kaliumhydroxidlösung, zugegeben. Abschließend wurde das Volumen auf
800 Liter mit Wasser ergänzt. In den Container 2 wurden ebenfalls 400 Liter Wasser vor-
gelegt, danach 100 Liter 30%-iges Wasserstoffperoxid zugegeben und mit Brauchwasser
ebenfalls auf 800 Liter Gesamtvolumen ergänzt. Es hat sich bewährt das 1,5 – 2,0 fache
des Rohrleitungsvolumens an Reinigungslösung einzusetzen. Wichtig ist eine gute Mi-
schung der Chemikalien in den Behältern. Zur Kontrolle, ob die Komponenten in den Con-
tainern gut gemischt waren, wurden Analysen und Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt.

Die erforderlichen Behälter, Pumpen und verbindenden Rohrleitungen samt elektrischem
Schaltschrank waren in einem Anhänger untergebracht. Die Beschickung und Entleerung
der Container erfolgte mit den eingebauten Exzenterschneckenpumpen. In Abbildung 6 ist
der Anhänger mit Einbauten zu sehen.

Abbildung 6: Aufbau der mobilen Reinigungsanlage

Die Reinigungslösungen wurden in getrennten Schläuchen bis kurz vor die Einleitestelle
gefördert und dort in einem T-Stück gemischt. Die Einleitung in die Fallleitung ist in Abbil-
dung 7 zu sehen. Es wurden beide Pumpen gleichzeitig in Betrieb genommen und darauf geachtet, dass die Zugabe möglichst gleichmäßig erfolgte. Die Luftklappen in den Fallroh-
ren waren geschlossen, um ein Abfließen der Reinigungslösung in die Hauptluftleitung zu
verhindern.

Abbildung 7: Anschlussstutzen zur Einbringung der Reinigungslösung

Nach der Befüllung des Feldes wurde in Abständen die Luftzufuhr geöffnet und wieder
geschlossen, um die Reinigungslösung in und durch die Membranporen zu drücken. Nach
ca. 15 Minuten wurden ca. 20 % des Rohrvolumens nachgepumpt. Der Vorgang wurde
noch zweimal wiederholt. Hier ist es wichtig, dass kein Überströmen der Reinigungslösun-
gen von Container 1 nach 2 bzw. umgekehrt erfolgt. Dazu waren Rückschlagarmaturen in
die Schlauchleitungen eingebaut.

In Abbildung 8 ist der zeitliche Ablauf der Befüllung mit Reinigungslösung, der Einwirkzei-
ten und der Luftbeaufschlagung dargestellt.

Abbildung 8: Zeitliche Abfolge eines Reinigungsvorganges

Nach mehr als einer Stunde Einwirkzeit wurde mit der Entleerung der Feldverrohrung über
die Entwässerungsleitung begonnen. Zuletzt wurde das Rohrleitungssystem mit 1600 Liter
Wasser nachgewaschen. Dem Wasser wurden 30 Liter 80% ige Essigsäure zugesetzt, um
Kalkausfällungen zu verhindern.

Durch das Fluten mit Reinigungslösung konnte bei einer Luftbeaufschlagung von ca.
5 m³/(Belüfter h) eine Reduktion des Druckes um 2,6 kPa erreicht werden. Der Druckan-
stieg erfolgt auf der Anlage 2 vergleichsweise langsam. Die Wartung der Belüftungsele-
mente, durch chemische Reinigung, in einem Zeitraum von zwei Jahren ist für den Betrei-
ber eine praktikable und günstige Lösung. 

Hinweise zum Einsatz der Methode
Das Befüllen der Luftleitungen mit Reinigungslösung bietet sich speziell bei großen Anla-
gen oder bei Anlagen, wo eine Entleerung nicht möglich ist an. Die Kosten für die erforder-
lichen Behälter, Pumpen und verbindenden Leitungen sind in der Regel nicht hoch und als
einmalige Investition zu betrachten. Alternativ besteht auch die Möglichkeit eine mobile
Reinigungseinheit zu mieten.

Die Kosten für die Reinigungslösung(en) sind abhängig von den erforderlichen Chemika-
lien (abhängig von der Art der Ablagerungen) und dem zu befüllenden Rohrleitungsvolu-
men. Als Richtwert kann mit 400,– je Kubikmeter Reinigungslösung gerechnet werden.
Vor dem ersten Einsatz sind chemische und mikroskopische Voruntersuchungen zur Fest-
legung der Rezeptur der Reinigungslösung erforderlich bzw. in Hinblick auf eine Minimie-
rung des Chemikalieneinsatzes sinnvoll. Dazu werden mindestens zwei Belüfterelemente
aus dem Becken benötigt (Tauchereinsatz).

Je nach Geschwindigkeit des Anstieges des Druckverlustes muss entschieden werden, ob
eine Reinigung wirtschaftlich und betrieblich sinnvoll ist und in den Wartungsplan über-
nommen werden kann. Erfolgt die Bildung der verstopfenden Ablagerungen rasch, d.h. die
Zeitspanne zwischen zwei Reinigungen ist kurz (wenige Monate), so ist langfristig nach
anderen Möglichkeiten zur Begrenzung des Druckanstieges zu suchen.

Literatur

Dipl.-Ing. Dr. Wilhelm Frey
Ingenieurkonsulent für Maschinenbau
Abwassertechnische Ausbildung und Beratung
Leobendorf / Hofgartenstraße 4/2
A-2100 Korneuburg
Telefon : ++43 (0) 2262 68 173
Fax: ++43 (0) 2262 66 385
e-mail: aab.frey@aon.at

Im Jahre 2003 wurde in Österreich im Rahmen der Kläranlagen-Nachbarschaften eine Umfrage
über Probleme mit steigendem Druckverlust bei feinblasigen Belüftungssystemen durchgeführt.
Insgesamt 321 ausgefüllte Fragebögen von Anlagen mit feinblasiger Druckbelüftung konnten dabei
ausgewertet werden. Von diesen 321 Anlagen waren 131 mit Rohrbelüftern, 110 mit Plattenbelüf-
tern und 80 mit Tellerbelüftern ausgerüstet. Von 117 Betreibern wurden auch Druckmesswerte an-
gegeben. Mit der jeweiligen Einblastiefe wurde daraus auf Basis von Erfahrungswerten ein zulässi-
ger Bereich für den Gegendruck ermittelt. Die Auswertung dieser Fragebogenaktion zeigte, dass auf
einer großen Anzahl von Anlagen deutlich größere Systemdrücke auftraten, als zu erwarten gewe-
sen wäre. Weitere Resultate dieser Umfrage wurden beim Sprechertag der österreichischen Kläran-
lagennachbarschaften 2003 vorgestellt [1].

Auffällig war, dass von einigen Betreibern angegeben wurde, dass auf ihrer Anlage Probleme mit
steigendem Gegendruck auftreten, obwohl dies anhand der angegebenen Messwerte nicht der Fall
war. Umgekehrt erklärten aber auch einige Teilnehmer, deren Druckwerte deutlich erhöht waren,
dass sie keine Probleme mit steigendem Gegendruck haben.

Aufgrund der z.T. widersprüchlichen Ergebnisse der Umfrage wurde sodann ein Projekt gestartet,
dessen Ziel es war, eine einfache, praktikable und aussagekräftige Arbeitsanleitung zu erarbeiten,
die es den Kläranlagenbetreibern ermöglicht, einen erhöhten Systemdruck im Druckluftbelüftungs-
system zu erkennen und zu bewerten.

Das Projekt wurde mit Mitteln der Kläranlagen-Nachbarschaften finanziell unterstützt.

Aus den Teilnehmern der Fragebogenaktion wurden zunächst einige Anlagen ausgewählt und auf
diesen Messungen mit einem umfangreichen Messprogramm vorgenommen. Anschließend wurden
die ermittelten Daten einmal unter Verwendung aller Informationen [2] und einmal unter Verwen-
dung eines reduzierten Datensatzes mit Erfahrungswerten ausgewertet. Dabei zeigte es sich, dass
auch mit einer vereinfachten Vorgangsweise ein erhöhter Druckverlust der Belüfterelemente er-
kannt werden kann. Nach Adaptation des Messprogramms wurden insgesamt 30 Anlagen besucht
und Druckmessungen durchgeführt.

Hinweis: Die Methode wurde an abstellbaren (Membran-) Belüftern entwickelt und sollte in der
vorliegenden Form nicht für starrporöse Belüfterelemente angewendet werden.

ARBEITSANLEITUNG ZUR ERMITTLUNG DES DRUCKVERLUSTES VON BELÜFTERELEMENTEN

Zur Ermittlung des Druckverlustes und Bewertung der Ergebnisse sind mindestens folgende In-
formationen erforderlich:

Einblastiefe
Die Einblastiefe kann man, je nach vorhandenen Informationen, wie folgt berechnen:

Die Bezeichnungen für die Beckengeometrie der Anlage ist aus der Abbildung 1 ersichtlich

Abbildung 1: Beckenschnitt – Bezeichnungen

Ermittlung der Wassertiefe:

Ermittlung der Einbauhöhe der Belüfterelemente
Die Einbauhöhe ist in der Regel aus Plänen zu entnehmen oder nach Angaben in der Anlagendo-
kumentation zu berechnen. Falls solche Pläne nicht existieren kann man sich mit Erfahrungswer-
ten behelfen (siehe Berechnungsbeispiel). Bei Tellern und Platten wird der Abstand von der O-
berkante und bei Rohren von der Rohrmitte bis zur Wasseroberfläche ermittelt.

Berechnung des hydrostatischen Druckes
Aus der ermittelten Einblastiefe kann der durch die Einblastiefe hervorgerufene hydrostatische
Druck berechnet werden. Es gilt

Da die Einheit Pascal ,,unhandlich“ ist und viele Fachleute ihren Erfahrungsschatz in Bar oder
Millibar im Kopf haben ist die folgende Umrechnungen hilfreich: 1 mWS = 98,1 hPa = 98,1
mbar

Druckmessung
In der folgenden Abbildung 2 ist das Gebläse und der Rohrleitungsverlauf schematisch dargestellt.
P0 ist der aktuelle Luftdruck. P1 ist der Differenzdruck (gegen den aktuellen Luftdruck) vor der
Gebläsestufe (direkt am Saugstutzen), er stellt den Druckverlust der saugseitigen Einbauten dar. P2
ist der Differenzdruck nach der Gebläsestufe (direkt am Druckstutzen) und P3 ist der Differenz-
druck nach der Gebläsestation (z. B. an der Beckenkrone). Der Druck P4 ist der Druck im Verteil-
rohrsystem am Beckenboden gemessen an der Entwässerungsleitung. Er enthält die Druckverluste
der Verteilrohre an der Beckensohle, den Austrittsdruckverlust der Belüfter und den hydrostati-
schen Druck. Die vom Gebläse aufzubringende Drucksteigerung ist P2-P1.

Abbildung 2: Gebläse- und Rohrleitungsschema

Zur Beurteilung des Druckverlustes der Belüfterelemente ist vorzugsweise der Druck P4 an einer
Entwässerungsleitung an der Beckenkrone zu messen. Wird ein Differenzdruckmessgerät einge-
setzt, ist der abgelesene Druck P4 der Überdruck in der Rohrleitung gegenüber dem Luftdruck. Die-
ser Überdruck resultiert aus der Einblastiefe, dem Druckverlust in der Rohrleitung von der Mess-
stelle bis zum Belüfterkörper, dem Druckverlust des Belüfterkörpers (Düsenöffnungen, Drosselboh-
rungen, Schutzkappen, Rückschlagsicherungen, usw.) und dem Druckverlust der Membran. Die
Summe aus dem Druckverlust des Belüfterkörpers und der Membran ist der Druckverlust des Be-
lüfterelementes. Der anzusetzende Druckverlust der Rohrleitung variiert je nach Messort. Liegen
keine Messwerte vor können die angegebenen Erfahrungswerte (siehe nächstes Kapitel) verwendet
werden.

Die Gebläse sollen während der Messung mit konstanter Drehzahl laufen. Die Drehzahl soll dem
mittleren Betriebszustand entsprechen. Bei Wiederholung der Messung ist immer der gleiche Be-
triebszustand einzustellen.

Alle Entwässerungsleitung sind vor der Druckmessung zu öffnen um vorhandenes Wasser zu ent-
fernen. Wenn weder Wasser noch Luft austritt, so ist die Leitung verlegt und kann für die Druck-
messung nicht verwendet werden.

Voraussetzung für eine aussagekräftige Messung ist auch, dass keine Schäden an den Verteilrohren,
den Entwässerungsleitungen und den Belüfterelementen vorhanden sind. Falls Belüftermembranen
gerissen oder z.B. Endkappen abgesprengt wurden tritt dort in der Regel viel Luft aus, so dass der
gemessene Druck nicht für eine Beurteilung herangezogen werden kann.

Durch Umformen der Gleichung 4 kann der Druckverlust der Belüfterelemente im derzeitigen Zu-
stand berechnet werden:

Der so ermittelte Wert entspricht dem Druckverlust der Belüfterelemente im aktuellen Zustand. Zur
Vereinfachung wird der aktuelle Druckverlust im folgenden Text mit paktuell bezeichnet. Dieser
Druckverlust ist nun mit dem Druckverlust eines neuen Belüfterelementes (im weitern pneu genannt)
zu vergleichen.

Leider sind nur auf sehr wenigen Anlagen Druckmesswerte der Belüfterelemente im Neuzustand
verfügbar. Praktisch keine Messwerte gibt es über die Abhängigkeit des Druckverlustes vom Luft-
durchsatz. Für die Beurteilung des gemessenen Druckverlustes muss daher fast immer auf Erfah-
rungswerte und die Angaben der Hersteller zurückgegriffen werden.

Auf Basis der erhobenen Umfragedaten und den Erfahrungen bei den Messungen im Rahmen des
Projektes hat sich folgende Einteilung als brauchbar erwiesen:

Erfahrungswerte
In der Tabelle 1 sind Erfahrungswerte für die Einbauhöhe und den Druckverlust von Belüfterele-
menten im Neuzustand pneu zusammengestellt. Die Druckverlustwerte gelten für die üblicherweise
auftretenden Luftbeaufschlagungen. Die Abweichungen überschreiten selten
10%. Durch die Verwendung dieser Werte wird der Vergleich mit dem messtechnisch ermittelten Druckverlust wesentlich einfacher. Es entfällt die Luftvolumenstromermittlung sowie die Beschaffung und Auswertung der Datenblätter der Belüfterelemente.

Tabelle 1: Erfahrungswerte

Für den Rohleitungsverlust pRohrleitung können folgende Werte verwendet werden:
Bei Messung an einer Entwässerungsleitung: p_Rohrleitung = 2 bis 5 hPa
Bei Messung im Gebläsehaus: p_Rohrleitung = 10 bis 20 hPa.

BERECHNUNGSBEISPIEL
Die im Vorangegangenen beschriebene Methode soll nun an einer Anlage mit Tellerbelüftern de-
monstriert werden. Folgende Daten wurden ermittelt bzw. gemessen:

Bei einer Beckentiefe von 7,0 m, einem Freibord von 0,8 m und einer Einbauhöhe von 0,3 m
errechnet man die Einblastiefe mit Gleichung 1 und Gleichung 2 zu (7,00 ­; 0,80 ­ ; 0,30) = 5,90
m.
Den hydrostatischen Druck berechnet man mit Gleichung 3 zu: p_Einblastiefe = 5,9 m x 98,1 =
579 hPa

An der Entwässerungsleitung beim Becken wurde der Differenzdruck pMessung = 683 hPa gemes-
sen. Mit Gleichung 5 und den Erfahrungswerten ergibt sich der aktuelle Druckverlust zu:
p_aktuell = 683hPa ­ – 579hPar ­ – 3hPa = 101 hPa

Verwendet man zu Vergleichszwecken nun den Druckverlust eines neuen Tellerbelüfters bei
üblicher Luftbeaufschlagung von pneu = 35 hPa so errechnet man ein Verhältnis von
p_aktuell/p_neu =101h Pa/35 hPa = 2,9 

Nach dem vorgeschlagenen Bewertungsschema bedeutet ein Druckverhältnis größer als 2,5, dass
bereits deutlicher Handlungsbedarf besteht. Es sind Maßnahmen zu setzen um ein weiteres Ansteigen des Druckes zu verhindern bzw. den bestehenden Druckverlust zu reduzieren. Es wird
empfohlen mit dem Lieferanten bzw. Hersteller der Belüfterelemente Kontakt aufzunehmen um
die zu setzenden Maßnahmen abzustimmen. Mögliche Maßnahmen zur Reduktion des Druckver-
lustes wurden schon mehrfach vorgestellt [3], [4] und [5] 

ERGEBNISSE DER DRUCKMESSUNGEN
Im Rahmen des Projektes wurden 30 Kläranlagen mit Druckbelüftungssystem besucht. Auf 26
Anlagen konnten verwertbare Messungen durchgeführt und Resultate erhalten werden. 14 Anla-
gen waren mit Tellerbelüftern, 3 mit Rohrbelüftern und 9 mit Streifen bzw. Plattenbelüftern aus-
gerüstet. Die Auswertung der Messungen hat ergeben, dass auf mehr als der Hälfte aller Anlagen
der aktuelle Druckverlust mindestens das 2,5 fache des Druckverlustes neuer Belüfter beträgt.
Der vollständige Bericht über das Projekt, die Arbeitsanleitung für die Druckmessung sowie die
betreffenden Präsentationen der Vorträge an den Sprechertagen stehen auf der Hompage der
ÖWAV – Kläranlagen-Nachbarschaften (www.kan.at unter Download – Berichte) kostenlos zur
Verfügung.

DANK
An dieser Stelle möchte ich den ÖWAV ­ Kläranlagen-Nachbarschaften für die finanzielle Un-
terstützung danken. Ohne diese Unterstützung wären die Besuche auf den Anlagen und die dar-
aus resultierende praktische Erprobung der Messanleitung nicht möglich gewesen. 

LITERATUR

Dipl.-Ing. Dr. Wilhelm Frey
Ingenieurkonsulent für Maschinenbau
Abwassertechnische Ausbildung und Beratung
Leobendorf / Hofgartenstraße 4/2
A-2100 Korneuburg
Telefon : ++43 (0) 2262 68 173
Fax: ++43 (0) 2262 66 385
e-mail: aab.frey@aon.at

Eine Umfrage im Rahmen der ÖWAV-Kläranlagennachbarschaften im Jahr 2003 hat ergeben, dass von 321 Anlagen mit Druckbelüftungssystemen 117 Anlagen (100%) den Druck messen und notieren. Von diesen 117 Anlagenbetreibern geben 40 (34 %) an Probleme mit steigendem Druck zu haben. Führt man eine Druckberechnung mit den Einblastiefen und auf Basis von Erfahrungswerten durch, zeigt sich, dass bei mindestens 63 Anlagen (54%) erhöhte Druckverluste vorliegen. Details sind in [1] enthalten.

Die Tatsache, dass feinblasige Belüfter aus ,,starrporösem“ Material während der Einsatzdauer einen steigenden Druckverlust aufweisen ist seit langem bekannt [2], [3]. Wie Beobachtungen in den letzten Jahren gezeigt haben, treten auch bei Belüftern aus Elastomeren, zum Teil nach kurzer Betriebszeit (wenige Wochen), deutlich erhöhte Druckverluste auf.

Allgemeine Hinweise für die Messung des Druckverlustes
Auf jeder Anlage mit einem Druckbelüftungssystem sollte zumindest ein mobiles Druckmessgerät (mit einer Auflösung von mindestens 0,1 kPa = 1 hPa = 1 mbar) zur Überprüfung der Druckverhältnisse zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme und der laufenden Kontrolle der Drücke vorhanden sein. Damit kann die zeitliche Entwicklung des Druckverlustes der Belüfter dokumentiert werden. Diese Daten sind, wenn es Probleme mit steigenden Druckverlusten gibt, für die Beurteilung der Situation und Entscheidungsfindung
für die weitere Vorgangsweise von entscheidender Bedeutung.

Für die Druckmessungen sind im Rohrleitungssystem (bevorzugt an jedem Belüfterfeld) Anschlussstutzen (z.B. ½“) vorzusehen.

Hinweis: Die Druckmessungen sind nur aussagefähig, wenn ein definierter Luftvolumenstrom (z.B. ein Gebläse volle Drehzahl) eingestellt und die Einblastiefe (1mWS entspricht ca. 98 mbar) im Belebungsbecken, ohne Luftbeaufschlagung, gemessen und notiert wurde!

Ursachen für steigenden Druckverlust

Veränderungen des Membranmaterials: Es ist bekannt, dass nach einigen Jahren Betrieb ein Verlust von Inhaltsstoffen (z. B. Weichmacher) und damit Veränderungen der Materialeigenschaften (z.B. Zugfestigkeit, Reißdehnung, IRHD, etc.) auftreten können.

Mikroorganismen – EPS (Extrazelluläre Polymere Substanz): Es wird auch die Theorie verfolgt, dass durch bestimmte Mangelerscheinungen (Sauerstoff, Nährstoffe, ….) vermehrt sogenannter ,,Zwischenraumschleim“ – EPS gebildet wird, der in der Folge die Poren verklebt [4].

Bildung von verstopfenden Ablagerungen in den Poren:
Durch die Verschiebung der des Kalk­Kohlensäure­Gleichgewichts im Bereich der Poren kann die Abscheidung von Kalk auftreten. Neueste Versuchsergebnisse zeigen, dass in den Poren häufig auch Phosphor und Silizium gefunden wird. Es gibt Hinweise, dass für die Bildung dieser mineralischen, nicht kalkhältigen, Verbindungen neben dem Löslichkeitsprodukt der Stoffe auch das Vorhandensein von Abwasserinhaltsstoffen (z.B. Ammonium, Nitrat, Aluminium, Eisen, …) aber auch das Auftreten von elektrischen Ladungen von Bedeutung sind. Hervor- zuheben ist in diesem Zusammenhang auch der Einfluss der Luftfeuchte in den Luftleitungen, speziell beim Austritt aus der Pore. Je trockener die Luft ist, umso stärker werden Abwasserinhaltsstoffe aufkonzentriert und desto eher kommt es zu Ausfällungen. Außerdem treten in Luftströmungen unter ca. 60% relativer Feuchte statische Aufladungen auf, die wiederum die Bildung von verstopfenden Ablagerungen beeinflussen. Details dazu findet man in [5] und [6].

Eine detaillierte Betrachtung der möglichen Ursachen für ansteigende Druckverluste bei
feinblasigen Druckbelüftungssystemen ist z.B. in [7] und [8] zu finden.

Reinigungsmethoden
Grundsätzlich ist zwischen Reinigungsmethoden bei denen das Belebungsbecken außer Betrieb genommen werden muss, und jenen, wo der Anlagenbetrieb aufrechterhalten werden kann, zu unterscheiden. Die Verfahren mit entleertem Becken können weiter aufgetrennt werden in solche, wo die Belüfter ausgebaut werden und solche, wo die Belüfter nicht ausgebaut werden müssen. Häufig angewendete Methoden sind :

Weiter Informationen über unterschiedliche Reinigungsmethoden findet man in [2] und [9].

Anwendungsbeispiele
Die mechanische Reinigung ist als Wartungsmaßnahme zu sehen. Je nach Geschwindigkeit des Anstieges des Druckverlustes muss entschieden werden, ob eine Reinigung als einzige Maßnahme sinnvoll ist oder nicht. Ist die Zeitspanne zwischen zwei Reinigungen kurz (wenige Monate), so ist langfristig nach anderen Möglichkeiten zur Begrenzung des Druckanstieges zu suchen.

Im Folgenden wir über Erfahrungen und Ergebnisse mit der Reinigung mittels Hochdruckreinigungsgerät berichtet.

In den beschriebenen Anwendungsfällen konnte durch die Reinigung der Druckverlust der Belüfterelemente deutlich reduziert werden. Im laufenden Betrieb wurde über sehr unterschiedliche Zeitspannen wieder ein Anstieg des Druckes beobachtet.

Mechanische Reinigung mit Dreckfräse
Vor der Reinigung muss das Becken bis zu den Belüftern entleert werden. Vorteilhaft ist, dass für die Reinigung die Belüfter nicht demontiert werden müssen. Wichtig ist, dass mit einer Dreckfräse (rotierender Wasserstrahl) gearbeitet wird. Bei leistungsstarken Hochdruckreinigungsgeräten empfiehlt es sich die Belüfterelemente gering mit Wasser überdeckt zu lassen (z.B. 10cm).

Die Methode kann für Platten und Tellerbelüfter mit nach oben gerichteter Abgasungsfläche eingesetzt werden. Bei Rohrbelüftern ist die Zugänglichkeit an der Unterseite schlecht und die Reinigung mit dem Hochdruckreiniger daher weniger empfehlenswert.

In der Vergangenheit wurden die Belüfterelemente häufig zerlegt und versucht die Membranen von beiden Seiten mit dem Hochdruckreinigungsgerät sauber zu machen. Der Effekt waren blanke Oberflächen, aber die verstopfenden Ablagerungen in den Poren wurden durch diese Vorgangsweise nicht entfernt. Lässt man die Belüfter montiert, beaufschlagt sie gering mit Luft (Falls mehrere Becken mit einem Gebläse beschickt werden, muss die Luft zum entleerten Becken eingedrosselt werden!) und behandelt die abgasenden Flächen mit dem rotierenden Wasserstrahl der Dreckfräse, werden die verstopfenden Ablagerungen aus den Poren herausgewaschen.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Daten von Anlagen, auf denen die Methode eingesetzt wurde, zusammengestellt.

Tabelle 1: Anlagendaten – Mechanische Reinigung mit Dreckfräse

Fallbeispiel Anlage 1
Auf der Anlage 1 ist der Druckverlust innerhalb des ersten Betriebsjahres von ca. 7,0 kPa
auf 14,0 kPa angewachsen. Durch den hohen Druckverlust der Membranen kamen die
Turboverdichter an die Leistungsgrenze (Pumpbetrieb) und die erforderliche Sauerstoffversorgung konnte nicht sichergestellt werden. Um die Anlage betreiben zu können musste daher rasch gehandelt werden. Man entschloss sich die Becken nacheinander zu entleeren und die Belüfter mechanisch, mittels Schmutzfräse, zu reinigen.

Die Entleerung erfolgte bis ca. 10 cm oberhalb der Belüfter. Die Belüfter wurden während
der Reinigung gering mit Luft beaufschlagt. Nun wurde die abgasende Oberfläche der Be-
lüfterplatten mehrmals mit einem rotierenden Hochdruckwasserstrahl (Dreckfräse) über-
strichen.

Bei einer mittleren Luftbeaufschlagung konnte der Druckverlust der Membran von 14.0
kPa vor der Reinigung auf 7.0 kPa nach der Reinigung gesenkt werden. Vom Hersteller
wurde für die gewählte Luftbeaufschlagung der Druckverlust für einen neuen Belüfter mit
ca. 6.5 kPa angegeben. Eine anschließend durchgeführte mikroskopische Untersuchung
an der gereinigten Membran hat gezeigt, dass eine geringe Restverschmutzung verblie-
ben ist. Der Zeitaufwand für die Reinigung der Belüfterplatten eines Beckens (ca. 330
Stück), ohne Entleeren und Befüllen, betrug ca. 5 Tage. 

Fallbeispiel Anlage 2
Auf der Anlage 2 wurde versucht den Unterschied zwischen einer Reinigung mit und ohne
rotierendem Wasserstrahl zu zeigen. Dazu wurde an einem Tellerbelüfter eine Testreini-
gung im ausgebauten Zustand durchgeführt. Die Abbildung 1 zeigt den Druckverlust in
Abhängigkeit des Luftdurchsatzes vor der Reinigung, nach der Reinigung mit ,,normalem
Fächerstrahl“ und nach der zusätzlichen Reinigung mit rotierendem Wasserstrahl. Nach-
dem der Beweis der Wirksamkeit der Methode auch bei EPDM Tellerbelüftern erbracht
war, wurden alle Belüfter in beiden Becken mit rotierendem Wasserstrahl gereinigt. Der
Zeitaufwand für die Reinigung der Belüfterelemente beider Becken, mit Entleeren und Be-
füllen, betrug ca. 2 Tage.

Abbildung 1: Druckverlust einer Membran der Anlage 2 in Abhängigkeit des Luftdurchsatzes durch einen Belüfter

Fallbeispiel Anlage 3
Die Belüfterelemente auf der Anlage 3 waren ca. 10 Jahre im Einsatz und in dieser Zeit 2
mal mit einem Hochdruckreinigungsgerät gereinigt worden. Im Zuge des anstehenden
Ausbaues der Kläranlage wurden die Belüfterplatten getestet. Dazu wurde eine Platte ent-
nommen und über einen externen Seitenkanalverdichter mit Luft versorgt. Der Luftvolu-
menstrom zur Platte wurde mit einem Schwebekörperdurchflussmesser ermittelt. Die Rei-
nigung erfolgte mittels Hochdruckreinigungsgerät mit Dreckfräse (siehe Abbildung 2). Da
mit der Platte noch weitere Untersuchungen angestellt wurden, wurde nur ca. 75% der
abgasenden Fläche gereinigt. Zur Dokumentation der Wirkung wurde der Differenzdruck in
Abhängigkeit des Luftdurchsatzes vor und nach der Reinigung ermittelt (siehe Abbildung
3).

Abbildung 2: Plattenreinigung auf der Anlage 3

Abbildung 3: Druckverlust der Belüfterplatte vor und nach der Reinigung von 75 % der Oberfläche

Vom Hersteller wurde für den Neuzustand bei einer Luftbeaufschlagung von 10 mN³/m²/h
ein Druckverlust von 5,5 kPa angegeben.

Wirtschaftliche Betrachtungen
Bei Problemen mit verstopften Belüftern empfiehlt es sich jedenfalls die Kosten für die ge-
planten Maßnahmen abzuschätzen und dem Nutzen gegenüberzustellen.

In der Regel am einfachsten und schnellsten ist der Austausch der Belüftermembranen
durchzuführen. Diese Maßnahme ist jedoch nur dann empfehlenswert, wenn die Belüfter
beschädigt sind, bereits ein gewisses Alter (z.B. 3 Jahre) haben oder nur geringen Stück-
zahlen benötigt werden. Außerdem sollte sichergestellt sein , dass das vorhandene Prob-
lem damit gelöst werden kann und nicht in kurzer Zeit, auch mit den getauschten Belüf-
tern, wieder auftritt.

Der Nutzen der aus der Reduktion des Druckverlustes zu ziehen ist, liegt in geringeren
Energiekosten für die Belüftung, in der geringeren Beanspruchung der Gebläse aber ganz
wesentlich im Gewinn an Betriebssicherheit (kein Ausfall der Gebläse durch Überlast;
keine beschädigten Belüfter).

Die Energiekostenersparnis ist näherungsweise gleich dem prozentuellen Anteil der
Druckerhöhung im Gesamtsystem. Am Beispiel der Anlage 2 wurde durch die Reinigung
eine Reduktion des Systemdrucks von 46,2 auf 42,5 kPa erreicht. Daraus ergibt sich eine
Reduktion von ca. 9 %, dementsprechend geht auch der Energieverbrauch der Belüftung
um ca. 9% zurück.

Literatur 

Dipl.-Ing. Dr. Wilhelm Frey
Ingenieurkonsulent für Maschinenbau
Abwassertechnische Ausbildung und Beratung
Leobendorf / Hofgartenstraße 4/2
A-2100 Korneuburg
Telefon : ++43 (0) 2262 68 173
Fax: ++43 (0) 2262 66 385
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