Seitenkanalverdichter durchmischen Abwasserbecken mit Prozessluft

SKVTechnik informiert:

In Abwasserbehandlungsanlagen müssen Inhaltsstoffe häufig über längere Zeit möglichst gleichmäßig im Becken verteilt bleiben. Ohne ausreichende Bewegung können Feststoffe sedimentieren, Schwimmschichten entstehen oder Bereiche mit unterschiedlichen Konzentrationen und Sauerstoffbedingungen auftreten.

Eine luftgestützte Durchmischung kann den Beckeninhalt in Bewegung halten. Dazu stellt ein Seitenkanalverdichter einen kontinuierlichen Luftstrom bereit. Die angesaugte Umgebungsluft wird über Rohrleitungen und Verteiler zu Düsen, Diffusoren oder Belüftungsrohren am Beckenboden geführt.

Die austretende Luft steigt in Form von Blasen durch das Abwasser auf. Dabei wird Wasser aus tieferen Bereichen mit nach oben bewegt. Gleichzeitig strömt anderes Wasser nach unten. Die entstehenden vertikalen Strömungen unterstützen eine großräumige Bewegung des Beckeninhalts.

Luftblasen erzeugen Bewegung im Becken

Die Durchmischungswirkung beruht nicht allein auf der unmittelbar eingebrachten Luftmenge. Entscheidend ist vor allem die durch die aufsteigenden Blasen erzeugte Wasserströmung.

Je nach Beckenform, Wassertiefe und Anordnung der Belüftungselemente entstehen unterschiedliche Strömungsbilder. Gut platzierte Einblasstellen können dazu beitragen, größere Bereiche des Beckens zu erfassen und strömungsarme Zonen zu reduzieren.

Die erforderliche Luftverteilung hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:

– Beckenvolumen und Beckengeometrie,
– minimale und maximale Wassertiefe,
– Einblastiefe,
– Art und Konzentration der Feststoffe,
– Viskosität des Mediums,
– Anzahl und Anordnung der Belüftungselemente,
– gewünschte Durchmischungswirkung sowie
– kontinuierliche oder intermittierende Betriebsweise.

Eine pauschale Dimensionierung allein anhand des Beckenvolumens reicht deshalb nicht aus. Die Strömung muss an den konkreten Prozess angepasst werden.

Feststoffe länger in Bewegung halten

In schlecht durchströmten Bereichen können sich Feststoffe am Beckenboden ablagern. Solche Ablagerungen verringern das nutzbare Beckenvolumen und können den Reinigungsaufwand erhöhen.

Die luftgestützte Bewegung kann Feststoffe länger in Schwebe halten und ihre Verteilung im Becken verbessern. Ob eine Sedimentation ausreichend begrenzt wird, hängt jedoch von Größe, Dichte und Konzentration der Partikel sowie von der tatsächlich erzeugten Strömung ab.

Eine vollständige Verhinderung von Ablagerungen kann nicht pauschal zugesichert werden. Besonders schwere oder grobe Bestandteile können sich trotz Belüftung absetzen. Für solche Medien muss geprüft werden, ob die luftgestützte Durchmischung allein ausreicht oder weitere technische Maßnahmen erforderlich sind.

Unterschiedliche Belastungen gleichmäßiger verteilen

Abwasser kann zeitlich und räumlich unterschiedliche Stoffkonzentrationen aufweisen. Ein punktueller Zulauf, schwankende Chargen oder wechselnde Feststoffgehalte können zu ungleichmäßigen Bedingungen führen.

Durch die erzeugte Beckenströmung werden unterschiedliche Bereiche miteinander vermischt. Dadurch können Konzentrationsunterschiede reduziert und nachfolgende Prozessstufen gleichmäßiger beschickt werden.

Die luftgestützte Durchmischung ersetzt keine analytische Prozesskontrolle. Bei relevanten Schwankungen sollten weiterhin geeignete Mess- und Probenahmekonzepte vorgesehen werden.

Sauerstoffeintrag als zusätzliche Wirkung

Beim Einbringen von Umgebungsluft wird neben der Durchmischung auch Sauerstoff in das Abwasser übertragen. Die Intensität des Sauerstoffeintrags hängt unter anderem von Blasengröße, Einblastiefe, Kontaktzeit, Temperatur, Abwasserzusammensetzung und Belüftertyp ab.

Ob dieser Sauerstoffeintrag erwünscht, erforderlich oder für den Prozess nur eine Nebenwirkung ist, muss anwendungsbezogen beurteilt werden.

Soll das Becken überwiegend durchmischt werden, kann eine andere Anordnung oder Luftverteilung sinnvoll sein als bei einer Anlage, deren Hauptziel die biologische Sauerstoffversorgung ist. Prozessziel und Belüftungssystem müssen deshalb aufeinander abgestimmt werden.

Keine mechanischen Rührwerksteile im Becken

Bei der luftgestützten Durchmischung befinden sich im Abwasserbecken keine motorisch angetriebenen Rührwerksteile. Die Bewegung wird durch die eingeblasene Luft und die daraus entstehenden Wasserströmungen erzeugt.

Das kann insbesondere bei schwer zugänglichen Becken oder korrosiven Umgebungsbedingungen vorteilhaft sein. Wartungsrelevante Komponenten wie Seitenkanalverdichter, Ansaugfilter, Ventile und Messgeräte lassen sich außerhalb des Beckens anordnen.

Die Belüftungselemente und Rohrleitungen innerhalb des Beckens bleiben dennoch prüf- und wartungsbedürftig. Ablagerungen, Verstopfungen oder beschädigte Membranen können die Luftverteilung verändern.

Luftmenge und Betriebsdruck gemeinsam auslegen

Der Seitenkanalverdichter muss den erforderlichen Luftvolumenstrom am tatsächlichen Gegendruck des Systems bereitstellen.

Den größten Anteil am Gegendruck bildet häufig die Wassersäule über den Belüftungselementen. Als technische Orientierung entsprechen ein Meter Einblastiefe ungefähr 100 Millibar hydrostatischem Druck.

Hinzu kommen Druckverluste durch:

– Ansaugfilter,
– Schalldämpfer,
– Rohrleitungen und Schläuche,
– Bögen und Abzweige,
– Regel- und Absperrarmaturen,
– Rückschlagarmaturen,
– Luftverteiler sowie
– Düsen oder Belüftungselemente.

Der maximale Volumenstrom und der maximale Überdruck eines Seitenkanalverdichters stehen nicht gleichzeitig zur Verfügung. Entscheidend ist der Betriebspunkt auf der Maschinenkennlinie.

Eine übermäßige Drosselung oder ein dauerhaft ungeeigneter Betriebspunkt kann zu erhöhter Leistungsaufnahme und Temperaturentwicklung führen. Maschine und Luftverteilung sollten deshalb gemeinsam ausgelegt werden.

Belüftungszonen pneumatisch abgleichen

Bei größeren Becken kann es sinnvoll sein, die Luftverteilung in mehrere Zonen aufzuteilen. Über einen Hauptverteiler werden einzelne Leitungen oder Belüfterstränge versorgt.

Unterschiedliche Leitungslängen, Rohrdurchmesser, Einblastiefen und Belüfterwiderstände können dazu führen, dass einzelne Zonen mehr Luft erhalten als andere. Der Luftstrom folgt bevorzugt dem Weg mit dem geringsten Widerstand.

Für eine gleichmäßigere Versorgung können geeignete Regelarmaturen, Durchflussmessungen oder ein pneumatischer Abgleich vorgesehen werden. Die Einstellung sollte unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen erfolgen.

Wird eine Zone abgeschaltet, kann sich die Luftmenge in den übrigen Strängen erhöhen. Deshalb muss die Steuerung so ausgelegt sein, dass weder Belüftungselemente noch Seitenkanalverdichter außerhalb ihrer zulässigen Betriebsbereiche arbeiten.

Rückfluss von Abwasser verhindern

Die Belüftungselemente liegen unterhalb des Wasserspiegels. Bei Stillstand oder ungünstigen Druckverhältnissen kann Wasser in die Luftleitung zurückströmen.

Abwasser darf nicht bis zum Seitenkanalverdichter gelangen. Je nach Anlage können geeignete Rückschlagarmaturen, hochgeführte Leitungsabschnitte oder zusätzliche Absperreinrichtungen erforderlich sein.

Die konkrete Absicherung richtet sich nach der Einbausituation, dem maximalen Wasserstand und den möglichen Druckzuständen. Rückschlagarmaturen müssen regelmäßig auf Funktion und Verschmutzung geprüft werden.

Wirtschaftliche Nicht-ATEX-Ausführungen einsetzen

Bei der Durchmischung gewöhnlicher Abwasserbecken fördert der Seitenkanalverdichter normalerweise Umgebungsluft. Befindet sich der Aufstellort außerhalb eines explosionsgefährdeten Bereichs, kann häufig eine wirtschaftliche Nicht-ATEX-Standardausführung eingesetzt werden.

Ob tatsächlich keine explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann, muss durch Betreiber oder Anlagenplaner im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung festgestellt werden. Die Förderung von Umgebungsluft allein ersetzt diese Prüfung nicht.

Nicht-ATEX-Seitenkanalverdichter sind bei vergleichbarer Leistung in der Regel günstiger als ATEX-Ausführungen. Nach aktueller Erfahrung von SKVTechnik können geeignete Standardgeräte vielfach innerhalb von etwa zwei bis drei Wochen bereitgestellt werden.

Damit kann ihre Lieferzeit ungefähr drei bis fünf Wochen kürzer ausfallen als bei einer vergleichbaren ATEX-Ausführung. Die tatsächliche Verfügbarkeit hängt von Baugröße, Motorleistung, Ausstattung und aktueller Liefersituation ab.

Aufstellung und Überwachung

Der Seitenkanalverdichter sollte auf einem trockenen, ausreichend tragfähigen und möglichst schwingungsarmen Untergrund installiert werden. Bei einer Außenaufstellung ist ein geeigneter Witterungsschutz erforderlich. Die Kühlluftwege der Maschine müssen dabei frei bleiben.

Ein Ansaugfilter schützt Maschine und Belüftungssystem vor Staub und Partikeln. Ein verschmutzter Filter erhöht den Ansaugwiderstand und kann den erreichbaren Luftvolumenstrom reduzieren.

Für die betriebliche Überwachung können unter anderem folgende Einrichtungen sinnvoll sein:

– Druckmessung in der Hauptluftleitung,
– Durchflussmessung für einzelne Zonen,
– Motorschutz,
– Temperaturüberwachung,
– Betriebsstundenerfassung,
– Filterkontrolle sowie
– Störmeldung bei Ausfall des Verdichters.

Welche Überwachung erforderlich ist, richtet sich nach der Bedeutung der Durchmischung für den Gesamtprozess.

Technische Vorauswahl durch SKVTechnik

SKVTechnik unterstützt Betreiber, Planer und Anlagenbauer bei der Vorauswahl geeigneter Seitenkanalverdichter für die Durchmischung von Abwasserbecken.

Für eine technische Vorauswahl sind insbesondere folgende Angaben hilfreich:

– Einsatzfall und Prozessziel,
– Abmessungen und Volumen des Beckens,
– minimale und maximale Wassertiefe,
– vorgesehene Einblastiefe,
– Art und Konzentration der Feststoffe,
– Anzahl und Typ der Belüftungselemente,
– erforderlicher Luftvolumenstrom,
– Rohrdurchmesser und Leitungslängen,
– Anzahl der Verteiler und Armaturen,
– kontinuierliche oder intermittierende Betriebsweise,
– Aufstellort des Seitenkanalverdichters,
– Umgebungstemperatur,
– gewünschte Schutz- und Überwachungseinrichtungen sowie
– Ergebnis der ATEX-Gefährdungsbeurteilung.

Auf Grundlage dieser Angaben kann der benötigte Betriebspunkt bestimmt und eine geeignete Maschinenausführung geprüft werden.

Weitere Informationen:

https://www.skvtechnik.de/wasseraufbereitung-seitenkanalverdichter/durchmischung-von-abwasserbecken/

Übersicht Wasseraufbereitung:

https://www.skvtechnik.de/wasseraufbereitung-seitenkanalverdichter/