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Abwasserpumpen zwischen Energieeffizienz und Feuchttüchern

Verzopft nochmal – Abwasserpumpen und ihr Kampf mit Feuchttüchern

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann / Dr. Jörg Kempf

Abwasserpumpen stehen im Zwiespalt zwischen Energieeffizienz und Funktionalität. So zeigt ein aktuelles Projekt in NRW: Mittels hocheffizienter Gesamtsysteme mit optimal aufeinander abgestimmten Komponenten kann der Energieverbrauch für den Abwassertransport um bis zu 40 % gesenkt werden. Unsachgemäß entsorgte Feuchttücher machen aber vielerorts alle Optimierungsansätze zunichte.

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Viel Platz für Feuchttücher und Co.: Das öffentliche deutsche Abwasserkanalnetz ist ca. 562.000 km lang, wobei Mischwasserkanäle überwiegen. Hinzu kommen fast 70.000 Regenentlastungsanlagen. Hier findet man so manches, was dort eigentlich nicht hingehört – Leidtragende sind die Abwasserpumpen.
Viel Platz für Feuchttücher und Co.: Das öffentliche deutsche Abwasserkanalnetz ist ca. 562.000 km lang, wobei Mischwasserkanäle überwiegen. Hinzu kommen fast 70.000 Regenentlastungsanlagen. Hier findet man so manches, was dort eigentlich nicht hingehört – Leidtragende sind die Abwasserpumpen.
(Bild: André Künzelmann/UFZ, Fotolia, Tsurumi)

Das war auch der Bild-Zeitung eine Meldung wert: Falsch entsorgte Feuchttücher entwickeln sich für Abwasserentsorger respektive für Abwasserpumpen zunehmend zum Problem. Immer größere Mengen solcher Vliesprodukte, die etwa als Toilettenpapier oder zur Babypflege verwendet werden, landeten im WC statt im Müll, zitiert das Blatt Ulrike Franzke, die Chefin der Abwasserentsorgung der Berliner Wasserbetriebe. Das Problem: Die Tücher zersetzen sich nicht, sondern bilden meterlange Zöpfe und dicke Klumpen, die u.a. die Abwasserpumpen verstopfen.

Im BMBF-Projekt „Kuras“ (Konzepte für urbane Regenwasserbewirtschaftung und Abwassersysteme) bejahen rund 85 % der beteiligten Abwasserbetriebe, dass sie zunehmend Faserprobleme in der Abwasserinfrastruktur feststellen – praktisch alle bei den Abwasserpumpen, daneben auch bei den Rechenanlagen und im Kanalnetz selbst.

Die probate Problemlösung der Hersteller: Schneidradsysteme oder Laufräder, die weniger zu Verstopfungen neigen. Hier einige Beispiele:

  • Abwasserpumpen mit Auslassdurchmessern zwischen 50 und 100 mm von Tsurumi setzen auf Klingen aus Wolframcarbid: Damit zerkleinern diese Aggregate Kleidungsstücke, Getränkedosen, Zeitschriften oder zähe Kunststofffolien auf ein pumpfähiges Format. Mit einem Härtegrad von 9,5 steht Wolframcarbid dem Diamanten mit dem Referenzwert 10 auf der Mohs-Skala kaum nach. Die 80-mm-Ausführung hat der Hersteller mit gehärteten Saugplatten in Sägezahnform aus Chromgusseisen ausgestattet. Sie wird als CR-Serie geführt und umfasst fünf Modelle, beginnend bei 2,2 kW.
  • Beim Sulzer-Contrablock-System können Objekte mit einer Größe von mindestens 75 mm das Laufrad frei passieren. Doch nicht nur die Größe der Feststoffe muss berücksichtigt werden; auch ihre Form und die Art des Materials sind für das Design der Pumpe von Bedeutung: Lange Faserstoffe sammeln sich bevorzugt an der Laufradvorderkante. Darum entwickelte Sulzer ein Laufrad mit einer speziell profilierten Kante, deren Dicke über die Länge zunimmt. Dies lässt Faserstoffe an der Kante entlang nach unten wandern; die Flüssigkeit reißt die Fasern wieder mit.
  • Die Freistromradpumpe D 8000 von Flygt ist aus Edelstahl AISI 396 gefertigt und kombiniert damit zwei Eigenschaften: sie widersteht korrosiven Medien und verfügt über einen großen freien Durchgang. Die Pumpe wurde für anspruchsvolle und explosionsgefährdete Umgebungen entwickelt – für kommunale Kläranlagen, Industrie-Abwasseranlagen und weitere Anwendungen.
  • Das außenliegende und nachstellbare Abrasit-Schneidwerk der überflutbaren Verdrängerpumpe Wilo-AxumCut PRO zerkleinert Feststoffe im Fördermedium auf eine unbedenkliche Größe und sorgt für deren Verwirbelung. Das vermeidet Ablagerungen – ein Pluspunkt gerade auch in Rohrsystemen mit geringerem Leitungsquerschnitt. Ihre zwischen 1 und 60 m selbstregulierende Hydraulik bleibt stets unter 10 bar und verhindert auf diese Weise, dass kommunale Druckentwässerungssysteme bei einer Rohrleitungsverstopfung Schaden nehmen.

Der Energiebedarf einer Abwasserpumpe hängt entscheidend vom Laufradtyp ab.

Abwasserpumpen – den Energieverbrauch im Blick

Der Energiebedarf einer Abwasserpumpe hängt entscheidend vom Laufradtyp ab, so Prof. Dr.-Ing. Paul Uwe Thamsen von der TU Berlin: Laufräder mit zwei oder drei Schaufeln haben höhere Wirkungsgrade als ein Freistromlaufrad oder Einschaufelrad. Die Effizienz eines Laufradtyps verhalte sich also konträr zur jeweiligen Verstopfungsneigung – ein grundsätzliches Dilemma mit Blick auf die Ökodesign-Richtlinie. Deshalb müsse, betont Thamsen, bei der Wahl der Abwasserpumpe eine deutliche Abwägung zwischen Effizienz und Funktionalität erfolgen, um für einen gegebenen Fall die wirtschaftlichste Abwasserpumpe auszuwählen.

Ein 2013 in Nordrhein-Westfalen angestoßenes Projekt („Entwicklung von Sparmaßnahmen, Optimierungsmöglichkeiten oder neuen energiesparenden Techniken bzw. Konzeptionen der bzw. in der Kanalisation“) ergab: Durch die Optimierung der Steuer- und Regelkreise sowie der richtigen Dimensionierung können deutliche Energieeinsparungen erzielt werden.

Bei der Auswertung der Betriebsdaten zu den Energieverbräuchen von rund 200 Pumpwerken zeigte sich, dass bei vielen Pumpwerken eine Betriebsdatenerfassung nur in Ansätzen oder gar nicht vorhanden ist. Infolgedessen ist keine Bewertung von Betriebszuständen, Energiebedarf und Wirkungsweise möglich. Bei nur einem Drittel der Pumpwerke stehen rudimentäre Daten für eine Energieeffizienzanalyse zur Verfügung. Der spezifische Energiebedarf innerhalb der analysierten Pumpwerke betrug 4 bis 15 Wh je Kubikmeter und Meter Förderhöhe [Wh/(m3·m)]. In Ausnahmefällen lagen die Energiebedarfswerte deutlich darüber. Im Vergleich benötigen effizient arbeitende Pumpwerke zwischen 4 bis 6 Wh/(m3·m).

Die durchgeführten Untersuchungen verdeutlichen, dass durch den Einsatz hoch effizienter Systeme (Motor-Pumpe-Druckrohrleitung) Energieeinsparungen in der Siedlungsentwässerung möglich sind. Mittels hocheffizienter Motoren, Antriebe, Pumpen sowie entsprechender Gesamtsysteme mit optimal aufeinander abgestimmten Komponenten kann der Energieverbrauch für den Abwassertransport um bis zu 40 % gesenkt werden.

In diesem Zusammenhang präsentiert KSB eine neue Ausführung des hocheffizienten Abwassertransportsystems AmaDS3: Es ist dies eine Kombination aus einem patentierten, trocken aufgestellten Feststoff-Trennsystem und zwei Abwasserpumpen in Prozessbauweise. Aufgrund des Erfolges am Markt mit dieser sehr energiesparenden Art des Abwassertransportes wird die Baureihe weiter ausgebaut. Feststoff-Trennsysteme kommen vor allem für Pumpenleistungen bis etwa 50 kW und Anlagenleistungen bis ca. 200 m3/h in Frage.

Warum gelten eigentlich die Vorgaben der Ökodesign-Richtlinie nicht für Abwasserpumpen?

Abwasserpumpen: Motor ist nicht gleich Motor

Warum gelten eigentlich die Vorgaben der Ökodesign-Richtlinie nicht für Abwasserpumpen? Was den Motor einer Abwasserpumpe von einem Normmotor unterscheidet, sind die Lager, Gleitringdichtungen und das Fehlen einer Gebläsekühlung. Daher sei es nicht möglich zu sagen, dass eine Abwassertauchmotorpumpe den Standard IE2 oder IE3 erfülle, berichtet Grundfos.

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Trotzdem hat dieser Anbieter eine Lösung für die Beschreibung der Pumpen- und Motoreffizienz gefunden: Die Abwasserpumpen SE1/SEV und SL1/SLV enthalten elektrische Motorkomponenten (Rotor- bzw. Statoreinheit), die aus einem IE3-Normmotor stammen. Die Rotoren und Statoren sind typgeprüft und zertifiziert in Übereinstimmung mit dem TEFC-Motorstandard und werden durch Messprotokolle gestützt.

Die verwendeten elektrischen Komponenten eines IE3-Motors in einer Abwasserpumpe lassen Rückschlüsse auf die Effizienz der gesamten Motoreinheit zu, so Grundfos. Hingegen könne kein spezifischer Wert ermittelt werden, da sich die Reibungsverluste in einer Abwasserpumpe von denen einer Standardpumpe unterscheiden und unberücksichtigt bleiben.

Fazit: Bei Abwasserpumpen haben die Aspekte Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit gleich hohe Priorität. Deshalb sollte kein Betreiber den Aufwand scheuen, verschiedene Alternativen anhand ihrer Lebenszykluskosten zu vergleichen – das erspart in den Folgejahren nicht nur erhebliche Kosten, sondern auch eine Menge Ärger.

Event-Tipp der Redaktion Das 17. Pumpen-Forum findet auch 2019 wieder im Rahmen der Förderprozessforen statt. Weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie auf unserer Eventseite. Unsere Bildergalerie zur letztjährigen Veranstaltung zeigt Impressionen der Förderprozessforen 2018.

Tipp der Redaktion:

Schwierige Aufgaben für Pumpen und wie diese gelöst werden können – darum dreht sich alles auf dem 17. PROCESS Pumpen-Forum am 19./20. November in Würzburg. Das sollten Pumpenbetreiber nicht versäumen!

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Impressionen vom 16. PROCESS Pumpen-Forum finden Sie hier:

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* Der Autor ist freier Mitarbeiter bei PROCESS.

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