Biologisch und energetisch effizienter

Der Autor: Thorsten Poggenmöller Systemspezialist Niederdruck, Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik, Essen

Nach 40 Jahren Betrieb musste die Beckenbiologie im Gemeinschaftsklärwerk Leverkusen von Grund auf erneuert werden. „Die Entsorgung biologisch abbaubarer Gewässer, die hier nicht nur aus den chemischen Prozessen, sondern auch aus den Haushalten kommen, ist eine wichtige Aufgabe von Currenta“, erläutert Norbert Meier-Külschbach, der bei Currenta als Abteilungsingenieur Abwasser für die Technik dreier Kläranlagen in Leverkusen, Dormagen und Uerdingen verantwortlich ist. „Doch unsere Anlage ist weder mit klassischen Industrie-, noch mit typischen kommunalen Kläranlagen vergleichbar“, sagt Meier-Külschbach. Daher sei es schwierig, die biologische Reinigungsleistung oder den Energieverbrauch mit anderen Anlagen zu vergleichen.

In Leverkusen befinden sich vier geschlossene Klärtürme sowie zwei offene Klärbecken. Die Becken waren 3 m tief und wurden mit großen Rührwerken belüftet. Das war in den siebziger Jahren Stand der Technik, betont Meier-Külschbach. Da im Jahr 2007 eine Instandsetzung der vorhandenen Anlage nötig war, nutzte Currenta die Gelegenheit, in zwei neue Kaskadenbecken zu investieren. Die neuen Becken haben eine Tiefe von 8 m. Dadurch verringert sich der Platzbedarf, und gleichzeitig steigt der Druck am Boden der Becken. Bei einer Belüftung des Beckens von unten kann sich die Luft somit besser im Wasser lösen. In der Turmbiologie, die für die Chemieabwässer ausgelegt war, wurde dies schon vor 25 Jahren mit einem von Bayer patentierten Düsensystem ausgenutzt. Damals war es notwendig, die Ablüfte der Chemieabwasserreinigung im geschlossenen System zu sammeln und zentral zu verbrennen.

Bei den neuen Kaskaden entschied sich Currenta für die innovativen Niederdruck-Turbokompressoren von Atlas Copco. Aufgrund des Sauerstoffbedarfs wurden vier ZB-Maschinen installiert, von denen zwei oder drei in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad des Abwassers rund um die Uhr laufen, während die vierte als Sicherheitsreserve dient. „Wir fahren hier an 365 Tagen im Jahr einen 24-Stunden-Betrieb“, betont Meier-Külschbach. „Und die Bakterien können nur wenige Stunden ohne Sauerstoff ihre Aktivität aufrechterhalten, da ist die Verfügbarkeit extrem wichtig.“ Folglich hat Currenta mit Atlas Copco auch einen fünfjährigen Wartungsvertrag abgeschlossen und das Fernwartungssystem Air-Connect installiert. Etwaige Störungen an der Anlage werden sofort an die Zentrale bei Atlas Copco übermittelt, die von außen auf die Steuerung zugreifen kann oder bei Bedarf sofort einen Techniker in die Anlage schickt.

Bei den Turbokompressoren handelt es sich um einstufige, drehzahlgeregelte Maschinen des Typs ZB 160 VSD, die über die übergeordnete Steuerung ES 130T energieoptimiert gesteuert werden. Mit dieser separat erhältlichen Steuerung können übrigens auch bestehende Anlagen nachgerüstet werden. Die Motoren sind kontaktlos elektromagnetisch gelagert, wodurch nach Aussage von Thorsten Poggenmöller, Produktmanager für Niederdrucksysteme bei der Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH in Essen, „Verschleißfreiheit“ sichergestellt werde. „Außerdem liegt das Laufrad direkt auf der Motorwelle“, betont Poggenmöller, „damit entfällt das Getriebe komplett, was einen hervorragenden Wirkungsgrad ermöglicht.“ Zudem seien bei diesem Antriebskonzept überhaupt keine Schmierstoffe mehr nötig, so dass auch kein Öl in den Verdichter gelangen kann. Gegenüber herkömmlichen Drehkolbengebläsen ist mit diesem Antrieb eine Energieersparnis von 30 bis 40 % möglich, in Einzelfällen sogar noch deutlich mehr.

Die Turbinentechnik benötigt Currenta nach Aussage Meier-Külschbachs auch, weil normale Drehkolbengebläse nur 1 bar Überdruck liefern können. In der Kläranlage ist wegen der Wassertiefe und des speziellen Membranrohrsystems am Beckenboden aber ein deutlich höherer Druck erforderlich. „Außerdem war uns – speziell mit Blick auf die bauliche Situation in Uerdingen, wo wir auch neue Kompressoren einsetzen wollten – die kompakte Bauform der Maschinen wichtig“, sagt Norbert Meier-Külschbach, „und wir wollten, dass ein Lieferant beide Standorte ausstattet.“

Der erste Bauabschnitt der neuen Kaskadenbiologie wurde im November 2007 in Betrieb genommen. Eine energetische Analyse steht noch aus: „Wir wollen den Stromverbrauch möglichst bald erfassen, um eine Einschätzung der Situation zu bekommen“, sagt der Abteilungsingenieur Abwasser für die Technik. Denn die Luft wird über Silikonmembran-Rohre am Boden des Beckens eingeblasen, und Meier-Külschbach vermutet, dass sich die Belüftungseinrichtungen mit den Jahren zusetzen. Eine Erfahrung, die andere Kläranlagenbetreiber schon gemacht haben. Das würde bedeuten, dass die Kompressoren gegen einen höheren Widerstand arbeiten müssten und der Strombedarf stiege. Sicher ist dies zum Glück aber nicht.

Angestrebt wird, die Kompressoren optimal mit dem bei Currenta eingesetzten Prozessleitsystem zu vernetzen. Damit käme man dem Ziel eines konstanten Sauerstoffgehaltes im Becken sehr nahe. Der wird zwar kontinuierlich gemessen, doch derzeit wird noch über eine Regelarmatur die ins Becken eingeblasene Luftmenge variiert. „Die ZB-Kompressoren passen sich aber erst zeitversetzt an“, sagt Meier-Külschbach. Sobald das Signal des Sauerstoff-Messsystems ans PLS geleitet und von dort direkt von der Kompressorensteuerung abgegriffen werden kann, wäre die Anpassung an die Leverkusener Gegebenheiten „vorerst perfekt“.