Billig-Investition kann teuer werden

Pumpen/Kompressoren Billig-Investition kann teuer werden

08.02.2007Redakteur: Redaktion PROCESS

Beim Aufbereiten industrieller oder kommunaler Abwässer kommen häufig Kammerfilterpressen zum Einsatz. Diese können mit Kolbenmembranpumpen oder auch mit druckluftbetriebenen Pumpen beschickt werden.

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Kolbenmembranpumpen sind wegen ihrer aufwändigeren Konstruktion bei der Beschaffung zwar deutlich teurer; aufgrund des hohen Wirkungsgrads sind ihre Betriebskosten jedoch wesentlich geringer als bei einer druckluftbetriebenen Pumpe. So amortisiert sich eine zunächst höhere Investition in eine Kolbenmembranpumpe bereits nach kurzer Zeit.

Zum Auftrennen der festen von der flüssigen Phase bei Suspensionen oder Schlämmen kommen Filterpressen (statische Druckfilter) zum Einsatz. Dazu wird das zu filternde Medium durch ein Filtertuch gepresst. Die Feststoffe verbleiben im Filterelement, die Trägerflüssigkeit läuft ab. Für den effizienten Betrieb der Filterpresse ist ein gleichmäßiger Aufbau des Filterkuchens erwünscht. Dies muss pumpenseitig erreicht werden durch einen konstanten Förderstrom (entsprechend konstanter Filtrationsgeschwindigkeit). Nach Erreichen des Grenzdruckes sollte der Förderstrom derart abgeregelt werden, dass der Druck konstant bleibt. Pulsierende Strömungen stören den Kuchenaufbau und führen zu einer nicht erwünschten mechanischen Beanspruchung der Filterelemente. Folgende Anforderungen sollte eine Pumpe zur Filterpressenbeschickung erfüllen:

hoher Wirkungsgrad, das ermöglicht niedrige Betriebskosten;
pulsationsfreier Förderstrom;
Unempfindlichkeit gegenüber verchutzten Medien;
Selbstansaugend und trockenlaufsicher;
hohe Lebensdauer;F-Flexibilität (unterschiedliche Werkstoffe verfügbar).

Aufbau einer Kolbenmembranpumpe

Bei einer Kolbenmembranpumpe wird die oszillierende Bewegung des Kolbens über ein Arbeitsmedium auf die Membran übertragen. Die Membran trennt Pumpenkopf und Triebwerk; nur der Pumpenkopf kommt also mit dem verschmutzten Fördermedium in Kontakt. Die Wirkungsweise der Kolbenmembranpumpe kann in ähnlicher Weise wie die einer reinen Kolbenpumpe betrachtet werden. Durch eine konstante Menge an Arbeitsmedium zwischen Kolben und Membran bewirkt die Bewegung des Kolbens einen direkten Ausschlag der Membran und ruft somit Saug- und Druckimpulse hervor.

Zwischen Kolben und Membran befindet sich eine Flüssigkeit; die Membran wird auf diese Weise gleichmäßig und vollflächig belastet. Somit entsteht keine Punktbelastung der Membran wie bei einer reinen Membranpumpe. Der Antrieb des Kolbens erfolgt über eine Kraftmaschine (in der Regel ein Elektromotor). Membranstoßdämpfer in der Druck- und der Saugleitung gewährleisten einen luftfreien Förderstrom und somit einen hohen Liefergrad.

Aufbau einer druckluftbetriebenen Pumpe

Bei der druckluftbetriebenen Membranpumpe werden die Rückseiten der Membranen durch ein Steuersystem wechselseitig mit Druckluft beaufschlagt. In Kombination mit Saug- und Druckventilen ist die Arbeitsweise identisch mit der Kolbenmembranpumpe. Allerdings sind keine Antriebsmaschinen wie Motoren oder Getriebe erforderlich; man erhält eine einfach aufgebaute und somit kostengünstige Pumpe. Der Druckluftantrieb ermöglicht über die Luftmenge eine einfache und gute Regelung. Das Pumpengehäuse ist vollkommen geschlossen, besitzt keine Wellendurchführungen und benötigt somit auch keine Dichtungen.Bei direkt druckluftbetriebenen Pumpen ist der maximale Förderdruck durch die Vorgaben der jeweiligen Druckluftversorgung begrenzt.

Sind höhere Drücke erforderlich, kann ein Stufenkolben zur Ansteuerung der Membranen verwendet werden - und man erreicht eine zusätzliche Übersetzung, die üblicherweise zwischen 2 und 3,5 liegt. Allerdings steigt dadurch auch der Luftbedarf entsprechend. Die Bereitstellung von Druckluft zur technischen Nutzung ist ein sehr aufwändiger Prozess. Die Luft erwärmt sich beim Verdichten im Kolben- oder Schraubenverdichter und scheidet Feuchtigkeit aus; praktisch immer sind eine Kühlung und Trocknung der Druckluft erforderlich. In diesem Gesamtprozess geht der größte Teil der zugeführten elektrischen Energie in nicht nutzbare Wärmeenergie über. Somit ist Druckluft ein sehr teurer Energieträger.

Vergleich der Lebenszykluskosten

Die Lebenszykluskosten einer Pumpe zur Filterpressenbeschickung setzen sich zusammen aus den Investitionskosten, den Energiekosten und den Kosten für Wartung und Verschleißteile. Der Filterpressenbetreiber wird zunächst mit den Investitionskosten konfrontiert - und sieht: Die Kolbenmembranpumpe kostet im Vergleich zu einer druckluftbetriebenen Membranpumpe häufig das Doppelte bis Dreifache. Die Wahl erscheint also auf den ersten Blick einfach (besonders dann, wenn das Argument vom „ohnehin im Betrieb vorhandenen Druckluftnetz“ im Raum steht). Dabei werden jedoch die Kosten für den späteren Betrieb völlig außer Acht gelassen. Zwar können die Kosten für Wartung und Verschleißteile für beide Systeme in etwa gleicher Höhe angenommen werden.

Bei den Energiekosten zeigen sich jedoch deutliche Unterschiede: Während die druckluftbetriebene Pumpe, insbesondere bei höheren Drücken, hohe Betriebskosten verursacht, arbeitet die Kolbenmembranpumpe aufgrund ihres guten Wirkungsgrades sehr wirtschaftlich. Das Diagramm zeigt, dass sich die zunächst hohen Investitionskosten einer Kolbenmembranpumpe bereits nach kurzer Zeit amortisieren. Fazit: Druckluftbetriebene Pumpen eignen sich aufgrund der geringen Investitionskosten für den gelegentlichen Einsatz bei niedrigen Drücken und Fördermengen. Ein industrieller Einsatz (große Fördermengen, hoher Förderdruck) ist mit diesen Aggregaten unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht sinnvoll. In diesen Fällen ist der Einsatz von Kolbenmembranpumpen erheblich kostengünstiger.

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