Hohe Energieeinsparung durch Optimierung von Steuerung und Vakuumtechnik

Iffezheim, Germany Hohe Energieeinsparungen konnte das Klärwerk Iffezheim jetzt realisieren. Ein Teil des anfallenden Abwassers wird über ein Vakuumsystem angesaugt, weil kein Freigefälle für den Zufluss zum Klärwerk vorhanden ist. Durch die Optimierung der Steuerung und durch den Einsatz energieeffizienter Vakuumtechnik ist es gelungen, den Energiebedarf für den Betrieb des Vakuumsystems um mehr als die Hälfte zu reduzieren.
Abb. 1: Schematische Darstellung der Abwasser-Ansauganlage von Iffezheim (Source: Busch Dienste GmbH)
Abb. 1: Schematische Darstellung der Abwasser-Ansauganlage von Iffezheim (Source: Busch Dienste GmbH)

Das Klärwerk der Gemeinde Iffezheim ist für einen Einwohnergleichwert von 11.500 ausgelegt. Momentan beträgt die Auslastung ca 5.200 EWG plus einige Industriebetriebe. Das Klärwerk ging 1984 in Betrieb. Neben diesem Klärwerk betreibt die Gemeinde Iffezheim ein Zwischenhebewerk, zwei Regenrückhaltebecken sowie ein Kanalnetz von insgesamt 40 Kilometern Länge. Eine Besonderheit ist die Nutzung eines Vakuumsystems für das Ansaugen der Abwässer aus zwei Ortsteilen. Dies ist aus topografischen Gründen notwendig, da im flachen Gebiet des Oberrheingrabens das Abwasser nicht durch ein natürliches Gefälle zum Klärwerk fließen kann.

Aus den zwei Ortsteilen von Iffezheim, die auf gleicher Höhe wie das Klärwerk liegen, wird das Abwasser über ein Vakuumsystem angesaugt und in Behältern gesammelt (Abb. 1). Die Behälter und das Vakuumsystem sind im Gebäude des Zwischenhebewerks untergebracht, von wo das Abwasser über einen Freigefällelauf mit einer Strecke von 400 Metern dem Klärwerk zugeführt wird. Der größere Ortsteil hat zwei Vakuumstränge, die zu einem der Sammelbehälter führen. Der zweite Ortsteil ist mit einem Vakuumstrang an den zweiten Sammelbehälter angeschlossen. Von diesen zweigen jeweils Stichleitungen zu den einzelnen Häusern ab. Jedes der Häuser hat in einem Schacht in Hausnähe Ventile installiert, die regeln, wann anfallendes Abwasser abgesaugt wird. An das Iffezheimer Abwasser-Absaugsystem sind die Häuser von insgesamt 600 Einwohnern angeschlossen. Das Vakuumleitungsnetz hat eine Länge von sechs Kilometern. Es ist in ungefähr 80 Zentimeter Tiefe, meist entlang von Straßenverläufen, verlegt. Seit der Inbetriebnahme des Klärwerks ist das Vakuumsystem mit drei Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen ausgestattet. Die Steuerung war so ausgelegt, dass zum Erreichen des vorgegebenen Vakuums in den Sammelbehältern eine Vakuumpumpe automatisch anlief. Hat sie den Sollwert von 400 Millibar absolut (-0,6 bar) nicht innerhalb einer Minute erreicht, ist die zweite oder dritte Vakuumpumpe zusätzlich in Betrieb gegangen, so dass oft alle drei Vakuumpumpen gleichzeitig liefen. Im Jahr 2015 übernahm Ralf Peter als Betriebsleiter die Verantwortung für das Klärwerk. Er sah sofort einen Optimierungsbedarf in der Steuerung, da er erkannte, dass die Saugleistung aller drei Vakuumpumpen zusammen eigentlich bei normal anfallender Abwassermenge zu hoch und somit unnötig war. Zuerst suchte er nach möglichen Leckagen am Vakuumsystem beziehungsweise am zugänglichen Leitungsnetz und dichtete diese ab. Danach änderte er die Steuerung, so dass bei einer Druckerhöhung in den Sammelbehältern vom Sollwert 400 auf 480 Millibar absolut (-0,52 bar) die erste Vakuumpumpe startet. Bei Normalbetrieb erreicht diese Vakuumpumpe nach vier bis sieben Minuten wieder den Sollwert und schaltet ab. Nach drei bis sechs Minuten steigt der Druck üblicherweise wieder an und wird dann von der zweiten Vakuumpumpe erneut gesenkt. Das bedeutet, dass in der Praxis alle drei bis sieben Minuten abwechselnd eine der drei Vakuumpumpen für vier bis sieben Minuten in Betrieb ist. Theoretisch können bei plötzlich erhöhtem Abwasseraufkommen zwei oder alle drei Vakuumpumpen in Betrieb gehen - ein Betriebszustand, der allerdings die Ausnahme darstellt.
Hat das Abwasser in einem der Tanks einen gewissen Füllstand erreicht wird es von einer Abwasserpumpe in den Freigefällelauf gepumpt, in dem es dann zum Klärwerk fließt.


Abb. 2: Die neue energieeffiziente Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe Dolphin im Einsatz bei der Abwasseransaugung (Source: Busch Dienste GmbH)

Seit der Inbetriebnahme des Vakuumsystems sind die Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen mehrmals repariert und teilweise ausgetauscht worden. Ende 2016 hat Betriebsleiter Ralf Peter Kontakt mit der Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH aufgenommen, nachdem eine der drei eingesetzten Vakuumpumpen ausgefallen war. Ein Vakuumexperte von Busch hat die Situation vor Ort analysiert und daraufhin eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe Dolphin (Abb. 2) empfohlen. Diese neue Serie von Vakuumpumpen hat Busch entwickelt. Sie zeichnet sich durch eine hohe Energieeffizienz aus. Bei gleicher Leistung wie die bereits vorhandenen Vakuumpumpen hat die Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe einen IE3-Motor mit einer Nennleistung von 5,5 kW montiert. Die bislang eingesetzten Vakuumpumpen sind mit einem 7-kW-Motor ausgestattet. Im Juli 2017 wurde die Dolphin Vakuumpumpe von Busch zu Testzwecken installiert. Nach dem Testbetrieb von sieben Monaten haben sich die errechneten Energieeinsparungen bestätigt. Ralf Peter prüft die Stromaufnahme sowohl der neuen Dolphin Vakuumpumpe als auch der beiden älteren Modelle eines anderen Herstellers täglich. Auch diese Messungen zeigen die deutlich geringere Stromaufnahme der neuen Dolphin Vakuumpumpe. Außerdem zeigt sich Ralf Peter überrascht vom niedrigen Geräuschniveau der Vakuumpumpe von Busch. Aufgrund dieser positiven Erfahrung bestand für ihn auch kein Zweifel daran, dass er die Testpumpe von Busch übernimmt. Bei den nächsten anfallenden Reparaturen an den alten Vakuumpumpen sollen auch diese gegen neue Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen ausgetauscht werden.

Durch die Änderung der Steuerung und durch den Einsatz einer neuen Vakuumpumpe von Busch ist es Ralf Peter (Abb. 3) gelungen, den täglichen Stromverbrauch von 190 kWh auf 90 kWh zu reduzieren. Da das Vakuumsystem das ganze Jahr über durchläuft, summierte sich der Stromverbrauch der Vakuumpumpen früher auf ungefähr 69.000 kWh/Jahr. Heute werden noch knapp 34.000 kWh/Jahr für die Antriebe der Vakuumpumpen benötigt. Sobald die beiden älteren Vakuumpumpen gegen die neuen Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen ausgetauscht worden sind, wird sich der Energieverbrauch noch weiter reduzieren.


Abb. 3: Der Technische Betriebsleiter des Klärwerks Iffezheim Ralf Peter konnte den Energieverbrauch für die Vakuumversorgung bei gleicher Leistung mehr als halbieren (Source: Busch Dienste GmbH)

Dieses Praxisbeispiel zeigt, dass oft mit wenig Investitionen enorme Einsparungen bei der Wirtschaftlichkeit eines Vakuumsystems erreicht werden können. Wichtig dabei ist vor allem die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit des Technikverantwortlichen eines Klärwerks mit einem versierten Vakuumspezialisten.

Die Vakuumspezialisten von Busch haben in diesem speziellen Fall für den Einsatz moderner Dolphin Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen plädiert. Diese benötigen als Betriebsmittel Wasser. Beim Klärwerk Iffezheim wird das Wasser für die Vakuumpumpen im Kreislauf gefördert und dabei gekühlt. Als zusätzliches zugeführtes Frischwasser wird Brauchwasser aus einem nahegelegenen gemeindeeigenen Brunnen verwendet, das kostenneutral bezogen werden kann. In Fällen, in denen das Betriebsmittel Wasser technisch und wirtschaftlich aufwändiger zu beziehen ist oder gar nicht zur Verfügung steht, bietet Busch auch Vakuumlösungen an, die völlig trocken, also frei von jeglichen Betriebsmitteln sind.


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