Kläranlage Mikrowellenmesstechnik minimiert Kosten in Klärschlammaufbereitung

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Bei der Fest-Flüssig-Separation in Kläranlagen werden in der Regel verschiedene Fäll- und Flockstoffe zum Abbau von Phosphat oder Kalkmilch eingesetzt. Diese Hilfsstoffe sind jedoch teuer und müssen deshalb optimal dosiert werden. Promtec Theisen hat jetzt ein Mikrowellenmesstechnik entwickelt, mit dessen Hilfe die Dichte und die Konzentration der eingesetzten Materialien gemessen und so eine exakte Dosierung der Hilfsstoffe möglich ist.

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Die exakte Bestimmung der Durchflussmenge ist für eine zuverlässige Steuerung der richtigen Dosierung unerlässlich. Mithilfe des µ-ICC 2.45 Compact-Messgerätes kann die Schlammdichte beziehungsweise die Trockenmasse online erfasst werden.
Die exakte Bestimmung der Durchflussmenge ist für eine zuverlässige Steuerung der richtigen Dosierung unerlässlich. Mithilfe des µ-ICC 2.45 Compact-Messgerätes kann die Schlammdichte beziehungsweise die Trockenmasse online erfasst werden.
(Bild: Promtec Theisen)

Ettlingen – Die Dosierung von kostenintensiven Flockungshilfsmitteln ist in der Klärschlammaufbereitung strikt mit der vorliegenden Feststofffracht im Schlamm zu korrelieren, da andernfalls das Ergebnis der Ausflockung nicht optimal ist und so die nachfolgende mechanische Entwässerungsstufe wie z.B. das Kammerfilter-Pressen oder der Dekanter ineffizient arbeitet.

Sowohl eine Unterdosierung als auch eine Überdosierung der Flockungshilfsmittel in Kläranlagen führt in der Fest-Flüssig-Separation zu einem Fehlergebnis – und ist zusätzlich noch mit hohen Kosten verbunden. Um das zu vermeiden, muss die Schlammdichte bzw. -konzentration präzise erfasst werden. Eine zusätzliche Bestimmung der Durchflussmenge ist für eine zuverlässige Steuerung der richtigen Dosierung zudem unerlässlich.

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Mithilfe des µ-ICC 2.45 Compact-Messgerätes kann die Schlammdichte bzw. Trockenmasse online erfasst werden. Dazu wird es direkt im Hauptstrom installiert, ein Bypass ist dafür nicht nötig. Insbesondere im Fall von höheren Feststofffrachten kann sich das Messgut im Bypass als nicht mehr repräsentativ zum Hauptstrom zeigen, weshalb von einer Flockungshilfsmitteldosierung in Abhängigkeit von einer per Bypass erfassten Schlammdichte eher abzuraten sei, erklärt Karl-Heinz Theisen, Geschäftsführer von Promtec Theisen

Kostenreduzierung durch präzise Messergebnisse

Um ein genaues Messergebnis zu gewährleisten, wird ein Mikrowellenoszillator, der elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz erzeugt, verwendet. Dieses Signal wird über einen Sensor in der Rohrleitung durch den Klärschlamm geführt. Da die Mikrowelle von den im Schlamm eingelagerten, freien Wassermolekülen absorbiert wird, verringert sich zum einen ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit und zum anderen wird sie proportional zum Wassergehalt gedämpft. Mikrowellen-Phasenverschiebung und Dämpfung werden gemessen, bewertet und daraus die Feststoffkonzentration berechnet, sobald die Mikrowelle den Empfangssensor auf der gegenüberliegenden Seite der Messgeometrie erreicht hat.

„Die Mikrowelle reagiert sehr sensitiv auf den Wassergehalt des zu erfassenden Schlamms, wodurch eine exakte Erfassung der Trockenmasse des Mediums möglich wird“, erläutert Theisen die Vorteile dieser Messung. Gerade bei der Klärschlammaufbereitung spielt Wasser eine erhebliche Rolle. Da die Mikrowellen durch das hohe dielektische Verhalten von Wasser stark absorbiert werden, kann die Trockenmasse des Mediums – unabhängig von mechanischer Verschmutzung, optischer Durchlässigkeit und Partikelgrößen der eingebetteten Trockenmassenanteile – exakt erfasst werden.

„Im Gegensatz zu anderen Verfahren wie optischen, Nuklear- oder Coriolis-Messungen sowie Ultraschalllaufzeitverfahren ist die Sensorik der Mikrowellen-Transmission im Stande, trotz Belagsbildung exakte Messergebnisse zu liefern. Trübung, Feststoffe oder Inkrustationen wirken auf die Mikrowelle nicht ein. Aufgrund der praktisch berührungslosen Durchstrahlungstechnologie kann auch die physikalisch-chemische Beschaffenheit die Einstrahlungsfenster der Sensorik nicht beeinflussen“, so Theisen. Damit ist gleichzeitig eine nahezu völlige Verschleißfreiheit gewährleistet.

Robustheit vereint mit Präzision

Aufgrund seiner dynamischen Signalstärkeanpassung ist das Kompaktsystem besonders bei größeren Rohrleitungsquerschnitten von DN 150 bis zu DN 400, wie sie bei Kläranlagen eingesetzt werden, von Vorteil. Verschiedene Sensorvarianten liefern für jede Applikation die passende Lösung: Während Flachsensoren bei Spezialanpassungen und Rohrleitungen mit Nennwerten zwischen DN 50 und DN 400 eingesetzt werden, eignen sich Eintauchsensoren gerade auch für Rohrleitungen mit größeren Nennwerten.

Sie sind ideal für den Einbau in Tanks und anderen Behältern, solange eine vollständige Bedeckung mit dem Produkt gewährleistet ist. Hier zeigt sich auch die Robustheit des Systems: Die Installation aller Komponenten ist auf den jahrelangen Betrieb in der rauen Industrieumgebung ausgelegt. Wo herkömmliche Messverfahren bereits nach wenigen Einsätzen an Genauigkeit verlieren, behalten die Promtec-Messgeräte aufgrund ihrer stabilen Bauweise und der produktberührungslosen Messung auch nach mehrjährigem Betrieb ihre Präzision bei. Aufgrund des Transmissionsprinzips ist eine repräsentative Signalinformation über den gesamten Rohrleitungsquerschnitt garantiert. Ein eingebauter Temperatursensor Pt100 erfasst zudem stetig die Temperatur des Mediums.

In der Wasseraufbereitung spielen meist singuläre Messstellen eine Rolle. Da Schlämme üblicherweise nicht besonders homogen sind, ist es im Zuge der exakten und repräsentativen Messung sinnvoll, das Messgerät am Hauptstrom nach der ersten Eindickung, also noch vor dem Faulturm, anzubringen – insbesondere dann, wenn die Messung des gesamten Rohrquerschnitts per kpl. Transmission erfolgen kann. Durch das strahlende Mikrowellenfeld wird der gesamte Rohrquerschnitt zuverlässig erfasst.

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