Explosionsschutz bei Abwasseranlagen

Eines ist sicher: Es ist nahezu unmöglich die Zusammensetzung der Fracht in abwassertechnischen Anlagen von vornherein zu bestimmen. Durch Unfälle oder unbefugtes Einleiten kann es jederzeit zu Verunreinigungen, brennbaren Zusammensetzungen oder chemischen Reaktionen kommen, die zu Ausgasungen führen, welche als gefährliche Atmosphären zu klassifizieren sind. Gelangen leicht oder hochentzündliche Flüssigkeiten wie beispielsweise Benzin in die Kanalisation, schwimmen diese aufgrund ihrer geringeren Dichte auf der Oberfläche. Als sogenannte leicht flüchtige Stoffe verdunsten sie dort schnell und bilden je nach Konzentration ein gesundheitsschädliches oder sogar explosionsfähiges Gemisch. Da die Dämpfe, die dabei entstehen, häufig schwerer sind als Luft, sammeln sie sich zwangsläufig an der tiefsten Stelle des Kanalnetzes. Eben aus diesem Grund wird das Kanalnetz selbst, ebenso wie seine Bauwerke, wie umschlossene Speicherbecken für Abwasser, Stauraumkanäle, Pumpen- oder Dükerbauwerke, bauartbedingt als Zone 1 oder Zone 2 klassifiziert.

Was für das Kanalnetz gilt, gilt ebenso für Abwasseranlagereinigungsanlagen. Sie bestehen häufig aus Abwasserpumpwerk und Einlaufbauwerk, die dazu dienen, die Fracht direkt in die Kläranlage zu führen. Sind diese Bauwerke umschlossen, müssen sie als Zone 1 klassifiziert werden. Diese Notwendigkeit kann sich ebenso für offene Bauwerke ergeben, wenn diese konstruktiv über keine ausreichende Belüftung verfügen. In ihrem Inneren können leicht explosionsfähige Gemische entstehen; beispielsweise durch die völlig üblichen Ausgasungen der Fracht: Denn durch Fäkalien, die einen wesentlichen Bestandteil des Abwassers ausmachen, bilden sich zwangsläufig Faulgase. Weil Faulgas allerdings nur geringfügig leichter ist als Luft, sammelt es sich nicht zwingend in den oberen Bereichen von Räumen und Bauwerken an, sondern mischt sich mit der Luft. Die exakte Zusammensetzung des dadurch entstehenden Luft-Gasgemisches lässt sich nicht bestimmen – auch, weil die ständige Bewegung des Abwassers zu immer neuen Verwirbelungen der Luft führen und damit auch zu einer schwankenden Gas-Konzentration innerhalb des Luft-Gasgemisches.

Zu einer sehr hohen Konzentration von Faulgasen kann es funktionsbedingt im Rechenbauwerk kommen, da hier Grobstoffe und Feinstoffe wie Äste, Textilien aber auch Hygieneartikel zurückgehalten werden. Entsprechend wird dieser Bereich in der Gefährdungsbeurteilung als Zone 1 und angrenzende Bereiche als Zone 2 klassifiziert. Diese Einteilung gilt ebenfalls für Schlammwasserspeicher wie Schächte und Bauwerke der Entschlammung.

Im Faulturm der Kläranlage werden die anaeroben, bakteriellen Prozesse, die bei der Schlammfaulung im Abwasser ablaufen, aktiv zur Gewinnung von Faulgasen genutzt. Diese Faulgase werden durch ein nachgeschaltetes Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme gewandelt und wirken sich positiv auf die Energiebilanz der Abwasserreinigungsanlage aus. Die Prozessbereiche vom Schlammeindicken bis hin zur Schlammfaulung werden darum im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung ebenfalls in Zone 1 und Zone 2 eingeteilt; gleiches gilt für die Außenbereiche um den Faul- und Gasbehälter.

Wegen dieser herausfordernden Rahmenbedingungen sind bei der Planung und dem Betrieb von abwassertechnischen Bauwerken neben den konstruktiven Maßnahmen zur Minderung der Explosionsgefahr auch die einschlägigen Normen und Vorschriften wie Atex oder IECEx zu beachten, sowie die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV). Ihnen zufolge sind die Betreiber von Abwasseranlagen dazu verpflichtet, für die explosionsgefährdeten Bereiche ihrer Anlage, ein Explosionsschutzdokument zu erstellen. In diesem Dokument werden die Explosionsgefahren konkret beurteilt und detaillierte Schutzkonzepte festgelegt. In Deutschland liefert das DWA-Merkblatt 217 (DWA-M 217) „Explosionsschutz für abwassertechnische Anlagen“ (Juli 2014) gute Hinweise für die praktische Umsetzung dieser Vorgaben. Diese einschlägigen Normen und Zulassung sind ebenfalls bei der Auslegung der elektrischen Ausrüstung einer abwassertechnischen Anlage zugrunde zu legen. Dies gilt auch für die Ausrüstung von Schaltschränken.

In der Regel sind Planer wie Betreiber bestrebt, die Anzahl der Komponenten und Systeme, die dabei eingesetzt werden, so gering wie möglich zu halten. Aus gutem Grund: Die vielschichtigen Anforderungen, die abwassertechnische Anlagen an die Steuerungstechnik stellen, wirken sich auch auf die Aufwendungen aus, die Planer wie Betreiber im Rahmen des Engineerings und der späteren Wartung antizipieren müssen. Entsprechend nutzen sie bevorzugt Produkte, die nicht nur in Standardanwendungen eingesetzt werden können, sondern gleichermaßen in Sonderapplikationen, wie beispielsweise explosionsgefährdeten Bereichen oder Umgebungsbedingungen, die für Kläranlagen typisch sind: höchst aggressive beziehungsweise korrosive Atmosphären.

Wago hat sein I/O-System 750 so gestaltet, das in Ex- wie Nicht-Ex-Bereichen keine unterschiedlichen Systemwelten zum Einsatz kommen müssen: Das System ist auf Basis konstruktiver Feinheiten extrem vielseitig, ohne dabei seinen übergeordneten Standard zu verlassen. Auf Basis von über 500 Funktionsmodulen bietet es die Möglichkeit, verschiedenste Sensoren im Feld direkt anzubinden und unterschiedlichste Formen von Analog- oder Digitalsignalen über TCP/IP gebündelt an die Leitwarte zu übertragen. Darüber hinaus ermöglicht das I/O-System von Wago Störmeldungen oder Füllstände von Regenüberlaufbecken aus der Ferne zu erfassen und so den Zulauf zur Kläranlage gezielt zu steuern. Neben der generellen Feldbusunabhängigkeit und der serienmäßigen Verfügbarkeit offener Schnittstellen für die Messtechnik sowie die Integration ganzer Anlagenteile, zählt die HART-Kommunikation bei Wago ebenfalls zum Standard. Schlussendlich erlaubt diese Kommunikationsfreudigkeit, auch Anlagenerweiterungen in der Zukunft vergleichsweise einfach zu integrieren.

Planern ermöglicht das Baukastenprinzip von Wago, Applikationen in Ex- und Nicht-Ex-Bereichen preislich wie funktional passend ausrüsten können, ohne bei der Programmierung von Schnittstellen zeitliche Einbußen in Kauf nehmen zu müssen. Betreiber können auch Sonderlösungen, wie beispielsweise eine partielle Energiemessung inklusive der Speicherung sämtlicher Prozessdaten, mit den Komponenten eines Automatisierungssystems umsetzen. Dadurch kann sowohl ein gezieltes Monitoring aufgebaut werden als auch ein Managementsystem, das historische Werte darstellt. Die funktionalen Vorteile, die das Wago-System für Verfahrenstechniker bereit hält, werden für den Programmierer durch das Angebot kostenloser Funktionsbibliotheken für die Wasser- und Prozesstechnik abgerundet.

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