Nach den Bestimmungen des Abwasserabgabengesetzes muss je nach Größe der Kläranlage und Art des Vorfluters, also des Gewässers, in das das geklärte Abwasser eingeleitet wird, die Phosphatkonzentration auf 0,5 bis 1,0 mg P/l reduziert werden. Mithilfe von Fällmitteln werden die Phosphate abgeschieden und als Bestandteil des Klärschlamms aus dem Abwasser entfernt. Um dies zu erreichen, ist die erforderliche Menge an Fällmitteln nach stöchiometrischen Verfahren zu errechnen. Meistens werden die Fällmittel direkt in die biologische Reinigungsstufe zugegeben, manchmal auch in einen Abwasserseitenstrom oder zur Vorfällung bzw. Nachfällung.
Wartungsfreie Messung
Im Klärwerk in Geiselbullach beispielsweise erfolgt eine Simultanfällung am Ende der Belebungsstufe, das heißt, das Fällmittel wird am Ende der biologischen Stufe eingebracht. Herkömmliche, nicht berührungsfrei arbeitende Messsysteme wie MIDs leiden sehr schnell unter Ablagerungen an der Sensorik. Diese Ablagerungen führen zu fehlerhaften Durchflussmessergebnissen und damit zu einer Fehldosierung teurer Fällmittel. Daher wurde in Geiselbullach zunächst zu Testzwecken ein portables DeltawaveC-P-Durchflussmessgerät von Systec Controls für eine Woche installiert, das den Durchfluss berührungslos mit Ultraschall misst. Parallel wurde die Messung per Ausliterversuch kontrolliert: Jede der beiden Fällmittelstraßen wartet nachts pro Straße mit nur 90 l/h, in Zeiten der Spitzenauslastung mit 400 bis 500 l/h auf. Vor allem der geringe Durchfluss und die zur Dosierung eingesetzte Kolbenpumpe, die den Durchfluss pulsieren ließ, erschwerten die Messung. Der Leitungsverlauf der PVC-Leitung mit nur 20 mm Durchmesser bei 1,5 mm Wanddicke in Kombination mit einem Schlauch, der das Fällmittel zum Becken führt, stellte kein Problem dar. Zur genauen Messung genügte ein über 30 cm gerade laufender Messrohrabschnitt, auf dem die Ultraschallwandler außen aufgespannt sind. Was anderen Messverfahren Probleme macht, ist die Neigung des Fällmittels zum Ausfällen eines kalkartigen Niederschlags, der den freien Durchgang von nur 3 mm der bislang installierten MIDs immer wieder zusetzte. Nicht viele Messsysteme können unter diesen Bedingungen auf Dauer wartungsfrei ein genaues Messergebnis erzielen.
Zuverlässige Messdaten
Anlass für die Testinstallation des Ultraschalldurchflussmessers war letztlich die Situation, dass die beiden MIDs, die die Fällmittelzugabe überwachten, nach mehrjährigem Betrieb eine Differenz zwischen tatsächlicher Liefermenge und gemessener Fällmittelmenge fast in Höhe des Faktors 3 aufzeigte. Wie gut die Ultraschallmessung funktioniert und wie belastbar die Messergebnisse sind, kann mittels der im DeltawaveC-P integrierten Oszilloskopfunktion visualisiert und analysiert werden. Der Anwender verfügt über wichtige Erkenntnisse zur Messung sowie zur Qualität der Signalauswertung und damit zur Belastbarkeit der Durchflussmessung auch unter widrigsten Bedingungen. Diese Möglichkeit der direkten visuellen Anzeige der Ultraschallempfangssignale bietet nur das DeltawaveC-P.
Bei einer Ausliterung von 400 l hatte das DeltawaveC-P nur eine Abweichung von etwa 4 % vom tatsächlichen Volumen. Im Vergleich zu anderen Messsystemen ergibt sich damit eine hohe Genauigkeit. Das teure magnetisch-induktiv arbeitende Vergleichsgerät, also ein MID, hatte eine Messabweichung von weit über 40 %.
Das Clamp-on-Ultraschallmesssystem ist ein tragbares Durchflussmessgerät der neuesten Generation. DeltawaveC-P nutzt die Ultraschalllaufzeittechnik. Es ermöglicht Messbereiche von wenigen mm/s bis zu vielen m/s Strömungsgeschwindigkeit. Dank der individuellen Parametriermöglichkeit wäre die Messung auch an das jeweilige Fällmittel problemlos anpassbar, würde man dieses wechseln wollen. Die Messung erfolgt von außen ohne Leitungseingriff. Es gibt keinerlei Mediumsberührung und damit auch keine im Energiebedarf der Pumpe zu Buche schlagenden Druckverluste.
Minutenschnell installiert
Die Installation der Wandler auf der PVC-Leitung dauerte nur wenige Minuten. Dank des optional verfügbaren Wanddickenmessers Deltawave-WD konnten alle relevanten Eingabegrößen für das Messgerät vor Ort bestimmt werden. Sobald die Ultraschallwandler den erforderlichen Kontakt zur Rohroberfläche hatten, die Auto-Windowfunktion für diese Messung am Gerät deaktiviert und die Geräteeinstellungen wie z. B. die gewünschte Verzögerung erfolgt war, konnte die Messung starten. DeltawaveC-P wird mit einem Messkoffer geliefert. So ausgerüstet lässt sich mit diesem Messsystem der Durchfluss in allen Abwasserleitungen praktisch an jeder beliebigen Stelle der Anlage messen. Das große hintergrundbeleuchtete Display mit grafischer Darstellung, die Oszilloskopfunktion, der integrierte Datenlogger und die intuitive Bedienung machen das Handling leicht. So lassen sich nach sehr kurzer Einarbeitungszeit komplexe Messaufgaben sicher und schnell lösen, um die Anlage zu optimieren und letztlich teures Fällungsmittel einzusparen. Das Gerät misst auch Flüssigkeiten bei relativ hoher Feststoff- und Gasbelastung genau. Allein sichtbare Gasblasen können die Messung verfälschen.
Ultraschallmessgeräte fest installiert
Nach den erfolgreichen Testmessungen mit dem mobil einsetzbaren DeltawaveC-P entschied man sich für das fest installierte DeltawaveC-F, ausgerüstet mit zwei Kanälen. Daniel Lingemann, zuständig für die Projektbearbeitung/Anlagenoptimierung beim Amperverband sagt dazu: „Wir haben nach einer zuverlässigen, wirtschaftlichen Lösung für die Fällungsmittelüberwachung gesucht und mehrere Messverfahren und -geräte verglichen. Für uns ist das Ultraschallmessgerät die optimale Lösung. Dank Clamp-on haben wir keinen Wartungsaufwand und können mit dem Gerät Kontrollmessungen bei sehr unterschiedlichen Durchflussmengen vornehmen. Die Abweichungen aus dem Ausliterversuch lagen je nach Frequenz der Pumpen bei bis zu 15 % bei niedrigen Frequenzen, aber auch deutlich darunter bei ca. 1 bis 5 % bei mittlerer bis maximaler Frequenz. Das wurde aber in Kauf genommen, da die höheren Abweichungen nur in den Nachtstunden bei geringer Phosphorlast zu erwarten sind und damit insgesamt nur ein geringes Volumen „falsch“ gemessen wird. Gleichzeitig ist davon auszugehen, dass diese Fehler mehr oder weniger konstant bleiben, da wir die Messstrecke reinigen oder ersetzen können und sich deshalb der Messfehler nicht wie beim MID über die Jahre teils dramatisch verschlechtert.“
Der Amperverband kümmert sich um die Schmutzwasserentsorgung von zehn Städten und Gemeinden im Umland von München.In der Kläranlage in Geiselbullach wird das Schmutzwasser gründlich gereinigt, aufbereitet und sauber in die Amper zurückgeführt.
Systec Controls Meß- und Regeltechnik GmbH, Puchheim
Autor: Lukas Maria Dudkowski
Vertriebsingenieur,
Systec Controls
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