Verbesserung der Abscheideleistung des Sandfangs

Belüftete Sand­fänge stellen als erste Behand­lungsstufe in Kläran­la­gen einen wichti­gen Prozesss­chritt zur opti­malen und wirtschaftlichen Klärung von Abwässern dar. Mit der Abschei­dung von Sand und anderen min­er­alis­chen Stof­fen schützen sie die nach­fol­gen­den Reini­gungsstufen vor Schä­den durch Abra­sion, Ver­stop­fun­gen und schlussendlich vor Ablagerun­gen. Im Sand­fang der Kläran­lage Pop­pen­weil­er hat man nun die Abschei­deleis­tung von Sand sowie Fet­ten und Ölen durch den Ein­satz eines fre­quen­zgeregel­ten Mink Klauen-Kom­pres­sors von Dr.-Ing. K. Busch opti­miert. Dies war möglich, ohne dass an der Geome­trie des Sand­fanges Verän­derun­gen vorgenom­men wer­den mussten.

Die Kläran­lage Pop­pen­weil­er mit einem Ein­wohn­er­w­ert (EW) von 31.000 gehört mit den Kläran­la­gen Eglosheim (18.500 EW) und Hohe­neck (167.000 EW) mit zum Eigen­be­trieb Stad­ten­twässerung Lud­wigs­burg. 1976 in Betrieb genom­men, wurde die Kläran­lage in den Jahren 1994 bis 1996 grundle­gend erweit­ert und mod­ernisiert. Die Gründe hier­für waren, dass die alte Kläran­lage die Anforderun­gen an die Reini­gungsleis­tung, vor allem hin­sichtlich des Stick­stoff- und Phosporab­baus, nicht mehr erfüllen kon­nte. Außer­dem wur­den die Gemein­den Affal­ter­bach und Mar­bach-Siegel­hausen zusät­zlich an die Kläran­lage Pop­pen­weil­er angeschlossen. Heute deckt die 31.000-EW-Kläranlage der Größen­klasse 4 ein Sied­lungs­ge­bi­et von 342 Hek­tar Fläche ab.

Der noch heute benutzte 15 Meter lange Sand­fang stammt aus dem Jahr 1976. Er wurde bei den Erweiterungs- und Mod­ernisierungs­maß­nah­men in den 1990-er Jahren nicht ver­größert und ist somit an seine Leis­tungs­gren­zen gestoßen. Dies machte sich durch Sand­ablagerun­gen im Vork­lär­beck­en und in den nachgeschal­teten Bele­bungs­beck­en bemerk­bar. Wal­ter Eichinger, der Betrieb­sleit­er aller drei Kläran­la­gen der Stad­ten­twässerung Lud­wigs­burg, suchte deshalb eine Lösung, wie die Abschei­deleis­tung des Sand­fangs möglichst wirtschaftlich opti­miert wer­den könnte.

Anhand der Richtlin­ien der DWA (Deutsche Vere­ini­gung für Wasser­wirtschaft, Abwass­er und Abfall) berech­nete Hel­mut Riegraf als Pro­jek­tleit­er der Stad­ten­twässerung Lud­wigs­burg die notwendi­gen Dimen­sio­nen für einen Sand­fang, der die opti­male Tren­nung von Sand und Schwimm­stof­fen wie Ölen und Fet­ten von den organ­is­chen Schweb­stof­fen ermöglicht. Daraus ergab sich, dass der Sand­fang min­destens drei Meter länger sein müsste, um die Fließgeschwindigkeit zu ver­ringern und somit eine opti­male Separierung zu erre­ichen. Da eine Ver­längerung des Sand­fang­beck­ens mit erhe­blichen Baukosten und Still­standzeit­en ver­bun­den gewe­sen wäre, dacht­en Wal­ter Eichinger und Hel­mut Riegraf über die Möglichkeit nach, durch die Luftzu­fuhr die Umwälzung des Abwassers zu optimieren.

Durch die Verän­derung des Luftvol­u­men­stroms woll­ten sie die tur­bu­lente kinetis­che Energie, her­vorgerufen durch die Walzengeschwindigkeit im Abwass­er, verän­dern. Also die durch den Luftein­trag entste­hende ver­tikale Zirku­la­tion des Abwassers und deren Vor­wärts­be­we­gung durch die Fließgeschwindigkeit beeinflussen.

Das bere­its instal­lierte Drehkol­benge­bläse war nicht regel­bar, lieferte also einen per­ma­nen­ten Vol­u­men­strom bei einem Über­druck von 0,5 bar. Wal­ter Eichinger nahm daraufhin Kon­takt mit Dr.-Ing. K. Busch auf. Diese emp­fahl den Ein­bau eines Mink Klauen-Kom­pres­sors mit einem exter­nen Fre­quen­zum­richter. Dieser Kom­pres­sor liefert eben­so kon­stant einen Über­druck von 0,5 bar, der Vol­u­men­strom lässt sich allerd­ings über einen Fre­quen­zum­richter regeln, so dass er genau auf die Anforderun­gen im beste­hen­den Sand­fang eingestellt wer­den kann. Durch das Funk­tion­sprinzip des Klauen-Verdichters ist dieser in einem großen Bere­ich von 20 bis 60 Hertz ohne Ein­fluss auf den erzeugten Über­druck stufen­los regelbar.

Mit dem neuen Mink Klauen-Kom­pres­sor von Busch fuhr Wal­ter Eichinger mehrwöchige Ver­suche, um den opti­malen Abschei­de­grad im Sand­fang zu erre­ichen. Schlussendlich kam er zum Ergeb­nis, dass bei einem Betrieb des Kom­pres­sors bei 35 Hertz die besten Resul­tate zu erzie­len und diese weitest­ge­hend unab­hängig von der Abwasser­last beziehungsweise von der Fließgeschwindigkeit sind. Bei hohem Abwasser­an­fall müssen lediglich die Inter­valle zum Absaugen des Sandes erhöht wer­den. Der Mink Klauen-Kom­pres­sor ist in der Schalldämmhaube des alten Drehkol­benge­bläs­es einge­baut, obwohl er wesentlich leis­er arbeit­et. Der Fre­quen­zum­richter ist gut erre­ich­bar an der Wand ange­bracht, sodass die Drehzahl bei Bedarf ein­fach per Knopf­druck verän­dert wer­den kann.

Durch diese Lösung wird jet­zt exakt die benötigte Luft­menge über mehrere Düsen, die auf die Gesamtlänge des Sand­fanges (Fig. 3) in ein­er Tiefe von 2,90 Metern ange­bracht sind, einge­bracht. Die Wälzbe­we­gung, die sie im Abwass­er erzeu­gen ist durch ihre Zirku­la­tion­s­geschwindigkeit jet­zt so geregelt, dass sich Sand und andere min­er­alis­chen Stoffe in der Sand­fan­grinne des Beck­ens abset­zen. Gle­ichzeit­ig bleiben die organ­is­chen Stoffe in der Schwebe und gelan­gen aus dem Sand­fang über das Vork­lär­beck­en in die Bele­bungs­beck­en, wo sie zur Den­i­tri­fika­tion benötigt wer­den. Eine zu schwache Wälzbe­we­gung, her­vorgerufen durch eine unzure­ichende Luftzu­fuhr, kön­nte zur uner­wün­scht­en Ablagerung der organ­is­chen Stoffe als Schlamm am Beck­en­bo­den und in der Sand­fan­grinne führen. Auch die Abschei­dung von Ölen, Fet­ten und anderen Schwimm­stof­fen wurde verbessert, sodass diese im Fet­tfang oben auf­schwim­men und abgeschöpft wer­den können.

Somit ist es mit ver­hält­nis­mäßig geringem Aufwand gelun­gen, die Leis­tung des über 40 Jahre alten Sand­fangs soweit zu verbessern, dass möglichst wenig Sand und andere min­er­alis­che Stoffe in die nach­fol­gen­den mech­a­nis­chen und biol­o­gis­chen Reini­gungsstufen gelan­gen und sich dort ablagern kön­nen. Dadurch kon­nten auch die Funk­tions­fähigkeit und die Betrieb­ssicher­heit der gesamten Kläran­lage verbessert werden.

Einen weit­eren Vorteil kon­nte Wal­ter Eichinger durch den Betrieb des neuen Mink Klauen-Kom­pres­sors aus­machen: Gegenüber dem früheren Drehkol­benge­bläse arbeit­et der mit einem Energies­par­mo­tor IE3 aus­ges­tat­tete Klauen-Kom­pres­sor energieef­fizien­ter, was eine Energieeinsparung von unge­fähr 33 Prozent entspricht. Die Wartung beschränkt sich auf einen jährlichen Getriebeöl­wech­sel, der von einem Busch-Tech­niker durchge­führt wird.