Verbesserung der Abscheideleistung des Sandfangs durch Klauen-Kompressor

Maulburg, Germany Belüftete Sandfänge stellen als erste Behandlungsstufe in Kläranlagen einen wichtigen Prozessschritt zur optimalen und wirtschaftlichen Klärung von Abwässern dar. Mit der Abscheidung von Sand und anderen mineralischen Stoffen schützen sie die nachfolgenden Reinigungsstufen vor Schäden durch Abrasion, Verstopfungen und schlussendlich vor Ablagerungen. Im Sandfang der Kläranlage Poppenweiler hat man nun die Abscheideleistung von Sand sowie Fetten und Ölen durch den Einsatz eines frequenzgeregelten Mink Klauen-Kompressors der Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH optimiert. Dies war möglich, ohne dass an der Geometrie des Sandfanges Veränderungen vorgenommen werden mussten.
Fig. 1: Der Sandfang im Klärwerk Poppenweiler ist seit 1976 in Betrieb
Fig. 1: Der Sandfang im Klärwerk Poppenweiler ist seit 1976 in Betrieb

Die Kläranlage Poppenweiler mit einem Einwohnerwert (EW) von 31.000 gehört mit den Kläranlagen Eglosheim (18.500 EW) und Hoheneck (167.000 EW) mit zum Eigenbetrieb Stadtentwässerung Ludwigsburg. 1976 in Betrieb genommen, wurde die Kläranlage in den Jahren 1994 bis 1996 grundlegend erweitert und modernisiert. Die Gründe hierfür waren, dass die alte Kläranlage die Anforderungen an die Reinigungsleistung, vor allem hinsichtlich des Stickstoff- und Phosporabbaus, nicht mehr erfüllen konnte. Außerdem wurden die Gemeinden Affalterbach und Marbach-Siegelhausen zusätzlich an die Kläranlage Poppenweiler angeschlossen. Heute deckt die 31.000-EW-Kläranlage der Größenklasse 4 ein Siedlungsgebiet von 342 Hektar Fläche ab.

Der noch heute benutzte 15 Meter lange Sandfang (Fig. 1) stammt aus dem Jahr 1976. Er wurde bei den Erweiterungs- und Modernisierungsmaßnahmen in den 1990-er Jahren nicht vergrößert und ist somit an seine Leistungsgrenzen gestoßen. Dies machte sich durch Sandablagerungen im Vorklärbecken und in den nachgeschalteten Belebungsbecken bemerkbar. Walter Eichinger, der Betriebsleiter aller drei Kläranlagen der Stadtentwässerung Ludwigsburg, suchte deshalb eine Lösung, wie die Abscheideleistung des Sandfangs möglichst wirtschaftlich optimiert werden könnte. 

Anhand der Richtlinien der DWA (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.) berechnete Helmut Riegraf als Projektleiter der Stadtentwässerung Ludwigsburg die notwendigen Dimensionen für einen Sandfang, der die optimale Trennung von Sand und Schwimmstoffen wie Ölen und Fetten von den organischen Schwebstoffen ermöglicht. Daraus ergab sich, dass der Sandfang mindestens drei Meter länger sein müsste, um die Fließgeschwindigkeit zu verringern und somit eine optimale Separierung zu erreichen. Da eine Verlängerung des Sandfangbeckens mit erheblichen Baukosten und Stillstandzeiten verbunden gewesen wäre, dachten Walter Eichinger und Helmut Riegraf über die Möglichkeit nach, durch die Luftzufuhr die Umwälzung des Abwassers zu optimieren. Durch die Veränderung des Luftvolumenstroms wollten sie die turbulente kinetische Energie, hervorgerufen durch die Walzengeschwindigkeit im Abwasser, verändern. Also die durch den Lufteintrag entstehende vertikale Zirkulation des Abwassers und deren Vorwärtsbewegung durch die Fließgeschwindigkeit beeinflussen. Das bereits installierte Drehkolbengebläse war nicht regelbar, lieferte also einen permanenten Volumenstrom bei einem Überdruck von 0,5 bar. Walter Eichinger nahm daraufhin Kontakt mit der Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH auf. Diese empfahl den Einbau eines Mink Klauen-Kompressors (Fig. 2) mit einem externen Frequenzumrichter. Dieser Kompressor liefert ebenso konstant einen Überdruck von 0,5 bar, der Volumenstrom lässt sich allerdings über einen Frequenzumrichter regeln, so dass er genau auf die Anforderungen im bestehenden Sandfang eingestellt werden kann. Durch das Funktionsprinzip des Klauen-Verdichters ist dieser in einem großen Bereich von 20 bis 60 Hertz ohne Einfluss auf den erzeugten Überdruck stufenlos regelbar.


Fig. 2: Mink Klauen-Kompressor zum Belüften des Sandfangs

Mit dem neuen Mink Klauen-Kompressor (Fig. 2) von Busch fuhr Walter Eichinger mehrwöchige Versuche, um den optimalen Abscheidegrad im Sandfang zu erreichen. Schlussendlich kam er zum Ergebnis, dass bei einem Betrieb des Kompressors bei 35 Hertz die besten Resultate zu erzielen und diese weitestgehend unabhängig von der Abwasserlast beziehungsweise von der Fließgeschwindigkeit sind. Bei hohem Abwasseranfall müssen lediglich die Intervalle zum Absaugen des Sandes erhöht werden. Der Mink Klauen-Kompressor ist in der Schalldämmhaube des alten Drehkolbengebläses eingebaut, obwohl er wesentlich leiser arbeitet. Der Frequenzumrichter ist gut erreichbar an der Wand angebracht, sodass die Drehzahl bei Bedarf einfach per Knopfdruck verändert werden kann.

Durch diese Lösung wird jetzt exakt die benötigte Luftmenge über mehrere Düsen, die auf die Gesamtlänge des Sandfanges (Fig. 3) in einer Tiefe von 2,90 Metern angebracht sind, eingebracht. Die Wälzbewegung, die sie im Abwasser erzeugen ist durch ihre Zirkulationsgeschwindigkeit jetzt so geregelt, dass sich Sand und andere mineralischen Stoffe in der Sandfangrinne des Beckens absetzen. Gleichzeitig bleiben die organischen Stoffe in der Schwebe und gelangen aus dem Sandfang über das Vorklärbecken in die Belebungsbecken, wo sie zur Denitrifikation benötigt werden. Eine zu schwache Wälzbewegung, hervorgerufen durch eine unzureichende Luftzufuhr, könnte zur unerwünschten Ablagerung der organischen Stoffe als Schlamm am Beckenboden und in der Sandfangrinne führen. Auch die Abscheidung von Ölen, Fetten und anderen Schwimmstoffen wurde verbessert, sodass diese im Fettfang oben aufschwimmen und abgeschöpft werden können.


Fig. 3: Schnittzeichnung durch den Sandfang

Somit ist es mit verhältnismäßig geringem Aufwand gelungen, die Leistung des über 40 Jahre alten Sandfangs soweit zu verbessern, dass möglichst wenig Sand und andere mineralische Stoffe in die nachfolgenden mechanischen und biologischen Reinigungsstufen gelangen und sich dort ablagern können. Dadurch konnten auch die Funktionsfähigkeit und die Betriebssicherheit der gesamten Kläranlage verbessert werden. 

Einen weiteren Vorteil konnte Walter Eichinger durch den Betrieb des neuen Mink Klauen-Kompressors ausmachen: Gegenüber dem früheren Drehkolbengebläse arbeitet der mit einem Energiesparmotor IE3 ausgestattete Klauen-Kompressor energieeffizienter, was eine Energieeinsparung von ungefähr 33 Prozent entspricht. Die Wartung beschränkt sich auf einen jährlichen Getriebeölwechsel, der von einem Busch-Techniker durchgeführt wird.


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