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Digitales Dosieren bringt Präzision in den Prozess

Dosierpumpen für das Phosphor-Recycling
Digitales Dosieren bringt Präzision in den Prozess

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Die Beschäftigung mit Abwässern und Kläranlagen war lange Zeit ein Geschäft mit einem gewissen Igitt-Charakter. Welch ein Wandel: Heute arbeiten Hochschulen und Industrie daran, Abwasser als wertvolle Ressource zu betrachten, beispielsweise für das Phosphor-Recycling. Digitale Dosierpumpen tragen hier wesentlich dazu bei, Fällungsmittel präzise zu dosieren.

Jährlich fallen in Deutschland bei der Reinigung von Abwasser ca. 7,5 Mio. t entwässerter Klärschlamm an. Fast alle Schadstoffe, die mit dem Abwasser in die Kläranlage gelangen, finden sich in diesem Schlamm wieder – zugleich aber auch wertvolle Rohstoffe, die genutzt werden sollten. Als Wertstoff ist besonders der rare Phosphor interessant, er steht auf der Liste der kritischen Rohstoffe Europas. Die direkte landwirtschaftliche Klärschlammausbringung ist wegen der Schadstoffbelastungen umstritten. Forscher entwickeln deshalb Verfahren, um Phosphor aus Klärschlamm und Abwasser zu recyceln. Theoretisch könnten bis über die Hälfte des deutschen Bedarfs aus dem Klärschlamm gedeckt werden.

Erlöse statt Kosten

Betreiber von Kläranlagen müssen gemäß Wasserhaushaltsgesetz (WHG) je nach Größenklasse bestimmte Grenzwerte für die Phosphoremission einhalten, um die Eutrophierung von Süßwassersystemen zu vermeiden. Im September 2017 haben die Besitzer des Finsterroter Badesees in Wüstenrot (Kreis Heilbronn) die Gemeinde verklagt, weil das Wasser so verschmutzt ist, dass Schwimmen und Planschen nicht mehr erlaubt sind. Schuld sei eine suboptimale Kläranlage, die u. a. zuviel Phosphat in das Gewässer einleite.

Die Minimierung von Phosphoremissionen wirft ganz eigene Probleme auf: Denn Phosphate – Salze, die Phosphor enthalten – bilden zusammen mit Magnesium und Ammonium das Mineral Struvit, eine Verbindung, die Rohrleitungen, Pumpen und anderes technisches Equipment verstopft. Die Folge sind Produktionsstörungen und erhöhte Wartungskosten.

2011 startete Aarhus Water Ltd, ein kommunales Wasserwirtschafts-Unternehmen mit Sitz in Aarhus, Dänemark, zusammen mit Grundfos und Norconsult ein Projekt zur Lösung dieser Probleme. Das Resultat kann sich sehen lassen: Durch den Einsatz eines separaten Reaktors ist die Rückgewinnung von Phosphor und Stickstoff aus Abwasser möglich. Der Reaktor war erforderlich, weil die Konzentration von Phosphor und Stickstoff im Hauptabwasserstrom zu niedrig ist. Um sie zu erhöhen, wird ein Nebenstrom des Abwassers durch den Reaktor geleitet und Magnesiumsalz hinzugefügt. Durch die Fällungsreaktion wird der Phosphor verfeinert; Schwermetalle und umweltschädliche Substanzen werden abgeschieden. Ergebnis ist ein Granulat, das Phosphor, Stickstoff und Magnesium enthält – hervorragend geeignet zur Verwendung als Dünger.

Jeden Tag entfernt die erste Phosphorrückgewinnungsanlage in Dänemark das Mineral Struvit aus dem Abwasser und macht daraus Trockendünger. „Das ist ganz neu für uns – dass wir mit dem, was wir produzieren, tatsächlich noch Geld verdienen können. Gleichzeitig sind unsere Betriebskosten geringer, wir brauchen weniger Energie und die Schlammmenge wird reduziert“, fasst Claus Homann, Generaldirektor des Unternehmens, zusammen.

Dosieren mit Köpfchen

Für die Zugabe von Fällmitteln sind Dosierpumpen die Technik der Wahl. Bei traditionellen Pumpen wird die Dosiermenge über die Hublänge oder die Hubfrequenz eingestellt. Dazu sind häufig komplizierte Berechnungen erforderlich. Bei dem von Grundfos entwickelten Digital-Dosing-Konzept hat es der Betreiber einfacher, kann er doch die gewünschte Dosiermenge exakt über die LCD-Anzeige in ml/h oder l/h einstellen.

In Aarhus erfolgt die Zugabe der Magnesiumsalze zur Flockung über sechs digitale Dosierpumpen der Baureihe DME. Im Gegensatz zu konventionellen Dosierpumpen mit Hublängen-/Hubfrequenzverstellung arbeiten DME-Pumpen stets mit voller Hublänge. Die Veränderung der Dosiermenge erfolgt allein über die Variation der Druckhubgeschwindigkeit mittels Schrittmotorantrieb. Insbesondere im kontinuierlichen Betrieb im untersten Einstellbereich bietet die Schrittmotorsteuerung ein nahezu pulsationsfreies Dosieren ohne Druckspitzen. Aufgrund dieser kontinuierlichen Dosierung wird auch bei kleinsten Dosiermengen das Additiv an der Impfstelle gleichmäßig mit dem zu beaufschlagenden Medium vermischt.

Das so realisierte sanfte Dosieren (Smooth Dosing) ermöglicht eine optimale Dosiergenauigkeit von bis zu ±1 % und aufgrund der geringeren mechanischen Belastung auch eine erhöhte Lebensdauer der Membran und der gesamten Dosieranlage. Herkömmliche Dosierpumpen produzieren hingegen Druckstöße bis zum 2,5-fachen des Betriebsdruckes, was den Membranverschleiß erhöht (typische Ausfallursache).

Wichtig für die alltägliche Praxis ist wie beschrieben das einfache Handling: Das Einstellen der Dosiermenge erfolgt direkt über das mit Drucktasten ausgestattete und menügeführte Bedienfeld. Die eingestellte Dosiermenge entspricht exakt der tatsächlichen geförderten Menge. Um die Genauigkeit noch zu erhöhen, lassen sich die Pumpen auf Knopfdruck vor Ort kalibrieren.

Ein weiterer Vorteil ist der Anti-Kavitations-Modus, der es ermöglicht, die Pumpen bei höherviskosen Additiven und Flüssigkeiten einzusetzen: Eine Reduzierung auf 75, 50 oder 25 % der maximalen Saughubgeschwindigkeit ermöglicht einen optimalen Füllgrad des Dosierkopfs und erleichtert
das korrekte Dosieren auch höherviskoser Medien.

Die Dosierpumpen bewähren sich ganz allgemein in Anlagen zur Behandlung von Betriebs-, Prozess-, Heizungs-, Kesselspeise- und Kühlwasser. Dabei werden alkalisch und sauer reagierende Flockungshilfsmittel dosiert, Phosphate und Silikate oder diverse Chemikalienlösungen. Für die verschiedenen Fördermedien sind sowohl Pumpenköpfe als auch Ventile in den erforderlichen Materialvarianten verfügbar.

Verfahren erst heute rentabel

Die Technologie für die Rückgewinnung von Phosphor gibt es schon seit den 1980er-Jahren, aber sie ist nicht patentiert, berichtet Per Krøyer Kristensen, Business Development Manager bei Grundfos. „Doch nun ist es kommerziell rentabel, Rückgewinnungsanlagen zu bauen“, sagt er. „Der Phosphorpreis ist gestiegen und auf der ganzen Welt gibt es eine grundsätzliche Ausrichtung auf Energieeffizienz und die Wiederverwendung von Nährstoffen.“

Die Rückgewinnungsanlage bedeutet für Aarhus Water ein gutes Geschäft. Geringere Betriebskosten, zusammen mit dem Verkauf von Düngemitteln, führen dazu, dass sich die Investition in weniger als sieben Jahren auszahlt.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0518grundfos

Halle B1, Stand 339


Autor: Rainer Stierle

Vertriebsdirektor

Water Utility,

Grundfos


Vorteile auf einen Blick: Sanfte Dosierpumpen

Smart Digital-Dosierpumpen sind die Lösung für komplexe Dosier-Applikationen in der Wasser- und Abwasserbehandlung und generell in der Prozesstechnik. Die umfassenden Anbindungsmöglichkeiten an die zentrale Leittechnik per Feldbus eröffnen dem Betreiber vielfältige Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten. Die Daten stehen dann auch für vorbeugende Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen zur Verfügung. Die Vorteile auf einen Blick:

  • ein sehr großer Verstellbereich von max. 1:800 bei konstant hoher Dosiergenauigkeit (das ist etwa um den Faktor 10 größer als bei herkömmlichen Dosierpumpen)
  • hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auch bei geringen Dosiermengen; bei hochkonzentrierten und deshalb teuren Additiven senkt ein präziseres Dosieren die Kosten und schont zugleich die Umwelt
  • hohe Anlagenverfügbarkeit durch sichere und zuverlässige Dosiertechnik; durch das kontinuierliche, sanfte Dosieren entfallen insbesondere Stoßbelastungen
  • verbesserte Produktqualität und zuverlässige Prozesskontrolle
  • höhere Produktivität aufgrund der einfachen, exakten Bedienung – Plug & Play mit einfacher Kalibrierung, praxisgerechter Eingabe der Dosiermenge in l/h oder ml/h und einfaches Einstellen der Betriebsmodi
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