Mini-Luftblasen sorgen für klares Wasser

Dipl.-Ing. Dieter Ulrich

BayFlotech ist eine Druckentspannungsflotation (DAF dissolved air flotation) in runder Behältergeometrie mit patentierter Druckaufsättigung (BayDissolver) und spezieller Strömungsführung in der Entspannungszone. Die Flotatabnahme erfolgt mithilfe eines umlaufenden Saugers (Bild 1). Zur Druckaufsättigung wird der aus dem Klarlauf entnommene Teilstrom in den BayDissolver gefördert, mit Luft beaufschlagt und anschließend dem Flotationsbecken zugeführt. Durch die schlagartige Entspannung wird die zuvor gelöste Luft in Form sehr kleiner Luftblasen frei. Durch die entstehenden Turbulenzen wird eine gleichmäßige Verteilung und intensive Mischung von Blasen und Schlammflocken erreicht. Hierbei lagern sich die Luftblasen an die Schlammflocken an. Das Abwasser-Schlamm-Gemisch steigt in der Kontakt- und Mischzone nach oben und strömt in die Flotationszone. Dort erfolgt die eigentliche Trennung. Aufgrund der größeren Fläche stellt sich in der Flotationszone eine gleichmäßige, langsame Abwärtsströmung des Wassers ein. Die Aufstiegsgeschwindigkeit der Schlammflocken ist dabei prinzipbedingt größer als die relative Strömungsgeschwindigkeit des Wassers.

BayFlotech zeichnet sich gegenüber herkömmlicher Flotationstechnik durch seine platzsparende Turmbauweise mit getrenntem Technikraum und runder Beckengeometrie aus. Weitere Vorteile sind eine spezielle Strömungsführung mit Trennung von turbulenter Blasenkontakt- und beruhigter Flotationszone, eine patentierte Technologie zur Luftaufsättigung, eine einfache und effiziente Düsengeometrie für ein enges Blasenspektrum sowie am Beckenrand rotierende Schlammsauger. Die Regelung von Hydraulik und Trennleistung ist stufenlos.

Dadurch sind konstant gute Klarlaufqualitäten bei hohem Schwebstoffabscheidegrad bis unter 20 mg/l, hohe Feststoffkonzentrationen im Flotatschlamm bis zu 50 g/l, ein kleiner Druckwasserstrom von 10 bis 15 % des Zulaufs und ein niedriger spezifischer Energieeintrag für Druckaufsättigung, Kreislauf- und Schlammpumpe von etwa 10 bis 30 Wh/m³ gewährleistet.

Flotationen werden i. d. R. zur Klärung von Wässern insbesondere im Bereich Umweltschutztechnologien/Abwasseraufbereitung bei einem Feststoffgehalt bis etwa 5 g/l eingesetzt. Vergleichbare Anwendungsgebiete finden sich für herkömmliche Sedimentationstechnik wie Klärbecken sowie für kontinuierlich oder diskontinuierlich betriebene Sandfilter, die als Konkurrenzverfahren betrachtet werden können. Bevorzugte Einsatzbedingungen, bei denen die Flotation gegenüber anderer mechanischer Trenntechnik spezifische Vorteile aufweist, sind:

Das Einsatzgebiet von BayFlotech geht aber noch weit über das der klassischen Flotation hinaus und kann allgemein auf die Klärung von wenig konzentrierten Suspensionen (cSu <10 g/l) erweitert werden. Dabei werden im Klarlauf Feststoffkonzentrationen von wenigen mg/l erreicht. Neben den Anwendungen für statische Sedimenter und Sandfilter kann dieses Verfahren in der Wasser-/Abwasseraufbereitung auch mit aufwendiger Technik wie Schlammdekantern und Membrananwendungen konkurrieren.

Die Tabelle zeigt einen Überblick über die Betriebsbedingungen und die Ablaufwerte einiger ausgewählter Anlagen. Daran lassen sich deutlich die beiden unterschiedlichen Betriebsarten erkennen. Während die Anlage der Currenta in Leverkusen zur Ablaufschönung eingesetzt wird, also zur Nachreinigung bei hydraulischer Überlastung der Nachklärer, wird die Anlage der Currenta in Dormagen anstelle von Nachklärern betrieben. Entsprechend liegt die Feststoffbelastung bezogen auf die Klärfläche in der Anlage Dormagen mehr als 10- mal höher. Für die unterschiedlichen Fahrweisen wurden auf Basis der Betriebspunkte der im Einsatz befindlichen Anlagen die Luftverbräuche ermittelt und über der Feststoffbelastung aufgetragen (Bild 2). Der Luftverbrauch gibt auch einen Anhaltspunkt über den gesamten Energieverbrauch, da die Luftmenge im Recyclingstrom gelöst werden muss. Je höher also der Lufteintrag für ein bestimmtes System sein soll, desto größer muss auch der Recyclingstrom sein, was sich direkt auf die Leistung der Kreislaufpumpe auswirkt.

In Bild 2 ist zu erkennen, dass der benötigte Lufteintrag mit der Feststoffflächenbelastung stetig steigt. Die Betriebsweisen „Ablaufschönung“ und „Schlammrückhaltung“, die derzeit in den Kläranlagen gefahren werden, unterscheiden sich aber deutlich in der Steigung der Geraden, wonach der Luftverbrauch mit der Feststoffbelastung bei der Ablaufschönung stärker steigt, als bei der Schlammrückhaltung.

Trotz dieser völlig unterschiedlichen Anforderungen erzielen beide Anlagen einen Klarlauf mit einem nicht nachweisbaren Feststoffgehalt. Das zeigt besonders eindrucksvoll die große Flexibilität dieser Technologie. Darüber hinaus können diese Anlagen in wenigen Minuten angefahren werden und stehen quasi sofort betriebsbereit zur Verfügung, wenn sie gebraucht werden. Dies kommt besonders bei der Aufgabenstellung Ablaufschönung zum Tragen, da die Anlagen im Hinblick auf Kostenoptimierung nur betrieben werden müssen, wenn beispielsweise ein Starkregen- oder ein Schwimmschlammereignis auftritt. Und selbst wenn eine BayFlotech-Anlage aus hydraulischen Gründen einmal über ihre Auslegungsdaten gefahren wird, zeigt sich noch eine erhebliche Dämpfung im Schlammabtrieb. Während ein Sedimenter bei hydraulischer Überlastung im Sinne des Wortes überläuft, also praktisch seine Klärwirkung verliert, zeigt sich dieser Effekt bei einer BayFlotech-Anlage viel langsamer, d. h. der Feststoffgehalt im Klarlauf steigt langsam entsprechend der Hydraulik an. Eine Klärwirkung bleibt also bei mäßiger Überfrachtung noch erhalten und kann kurzzeitig toleriert werden, um die Zeit für betriebliche Gegenmaßnahmen zu gewinnen und so einen Stillstand zu vermeiden.

Angesichts der genannten Vorteile ist geplant, diese flexible Klärtechnik auch in anderen Bereichen außerhalb der reinen Abwassertechnik stärker einzusetzen. Mit den vergleichsweise kleineren Anlagen der Lanxess ist bereits der Sprung in chemische Produktionsbetriebe gelungen, und für die Papierindustrie liegen vielversprechende Ergebnisse einer Pilotierung vor, wonach zu erwarten ist, dass sich mittelfristig weitere Anwendungsgebiete erschließen lassen.

cav 441