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Wärmerückgewinnung in Kläranlagen

Gebläsetechnik – So bringen Sie effizient Luft ins Klärbecken

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Effizienzsteigerung durch optimierte Prozesse

Diese beiden Elemente sind maßgeblich für die Prozessleittechnik, weil sie die bestimmenden Größen sind, wie viel Luft in die Becken zu blasen ist. Damit sich der Volumenstrom für die biologischen Becken präzise regeln lässt, sind alle vier Delta Hybrids in einem Frequenzband zwischen 21 und 50 Hz drehzahlgesteuert.

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Mit einer Motornennleistung von je 30 kW sind die Einheiten räumlich im Technikgebäude zusammengefasst, ihre Gebläseleistung mit einem maximalen Enddruck von 1,6 bar (abs.) ist aber aufgeteilt: Ein Aggregat versorgt als Grundversorgung die Biologie 1 und die weiteren drei das neu gebaute Belebungsbecken. Indem die vier Drehkolbenverdichter in einem Raum installiert sind, kann die Kläranlage die Abstrahlwärme der Einheiten auf recht einfache Weise nutzen. Dafür ist in dem Raum eine Absauganlage eingebaut, die die aufgewärmte Luft einsammelt und über einen Verteilerkanal in die weiteren Räume des Technikbereichs bläst.

Ein noch größeres Potenzial zur Wärmerückgewinnung bietet die Gebläseluft selbst. Die Wärme resultiert aus dem physikalisch bedingten Effekt, dass die Lufttemperatur beim Verdichten steigt. Um dieses Potenzial für eine bessere Energieeffizienz zu nutzen, ist in die Hauptleitung direkt nach den Gebläsen ein Rohrbündelwärmetauscher eingebaut. Durch diesen strömt Wasser, das der warmen Luft ein Delta bis 17 °C entzieht.

Hierfür stehen dem System drei Delta Hybrids zur Verfügung. Das Potenzial ist aufgrund der Förderleistung von jeweils 20 Kubikmetern in der Minute so groß, dass das mit dem Umbau beauftragte Ingenieurbüro die Wärmleistung mit 14 kW bezifferte. Diese Leistung wird von der Kläranlage Filderstadt in erster Linie für die Warmwassererzeugung genutzt sowie zur Beheizung des neu gebauten Betriebsgebäudes. Der Anschluss erfolgt mit einer gut isolierten Fernwärmeleitung, die im Erdboden verlegt ist.

„Wärmerückgewinnung wird in Kläranlagen zu einem immer wichtigeren Thema“, berichtet Betriebsleiter May. Es gelte die Devise, die eingesetzte Energie möglichst effektiv zu nutzen. Die größten Einspareffekte lassen sich jedoch erzielen, indem Energie erst gar nicht verbraucht wird. Folglich sind Prozessoptimierungen immer noch effektiver als die Wiedergewinnung eingebrachter Energie – vor allem auch mit Blick auf teure Spitzenlasten. Die Stadt Filderstadt hat die Umbauarbeiten deshalb intensiv dafür genutzt, Prozesse so zu definieren, dass sie das Abwasser effektiv und energiesparend reinigen.

Nur so viel Luft, wie wirklich nötig

Wie so ein Ansatz in der Praxis aussehen kann, zeigen die Abläufe in der neuen Biologie 2. Hier bauen die Mikroorganismen ganz gezielt in einer anaeroben Umgebung Nitrat ab. Sven Gayring vergleicht diese beiden Prozesse gerne mit dem Verzehr von Äpfeln und Schokolade. Der Entzug von Sauerstoff zwingt die Bakterien dazu, sich mit Äpfeln zu begnügen. Ist ausreichend Sauerstoff vorhanden, stürzen sich die Bakterien am liebsten auf Ammoniumverbindungen (Schokolade).

Damit sich diese beiden Abbauprozesse auf dem Weg zu molekularem Stickstoff (der schließlich als Gas aus dem Wasser entweicht) in einem Becken steuern lassen, ist die Luftzufuhr in Zonen aufgeteilt. Folglich lässt sich der Sauerstoffgehalt entsprechend der herrschenden Nitrat- und Ammoniumkonzentrationen über die Drehzahl der Delta Hybrids präzise steuern. Flankiert wird dieser bedarfsgerechte Betrieb von Siebplatten am Boden des Becken, die mit exakt berechneten Poren optimale Luftblasen in das Abwasser abgeben. „Haben wir die passende Blasengröße, können die Bakterien den kompletten Sauerstoff veratmen, bevor die Luftblase an der Oberfläche angekommen ist“, erklärt Sven Gayring.

Fazit: Mit einem kaskadierten Betrieb von drehzahlvariablen Gebläsen und Verdichtern können Abwasserbetriebe den für die mikrobiologische Reinigung notwendigen Sauerstoffgehalt auch aus dem energetischen Blickwinkel heraus optimal einstellen. Mit vergleichsweise einfachen technischen Lösungen lässt sich zudem die bei der Gebläseluft entstehende Wärme effektiv nutzen. Kläranlagen können damit ohne fossile Brennstoffe autark ihren Warmwasserbedarf decken. In Filderstadt kombiniert die Kläranlage die Rückgewinnung per Rohrbündelrekuperator in Zukunft noch mit einer kompakten Solarthermieanlage auf dem Dach des neuen Betriebsgebäudes.

* Der Autor arbeitet als Freier Fachredakteur.

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