05.05.2021
Gleichmäßiger Feststoffaustrag
Innerhalb von nur zwei Jahren Betriebsjahren installierte die Stadt Middletown (Ohio) in ihrer Kläranlage eine Dekanterzentrifuge, die die Betriebszeit um zwei Tage pro Woche reduzierte, die Effizienz erhöhte und eine erhebliche Menge an Chemikalien einsparte.
Kevin Glidewell, Maschinenführer am WWTP Middletown, führt die Wartung der Zentrifugenanlage durch.
Hintergrund
Die Abteilung Abwasserbehandlung der Stadt Middletown, Ohio, betreibt und wartet die Kläranlage der Stadt mit einer Durchflussmenge von 98 Millionen Liter pro Tag.. Der Geschäftsbereich schützt die Gesundheit der Bürger und die Umwelt, indem täglich durchschnittlich 54 Millionen Liter Abwasser aus allen Wohn-, Gewerbe- und Industriequellen aufbereitet werden. Bei diesem Prozess entstehen zwei Recyclingprodukte: sauberes Wasser , das in den Great Miami River eingeleitet wird, und pro Jahr ca. 1.500 t verarbeiteter Biofeststoffe, die aufgrund ihres Nährstoffgehalts und zur Bodenverbesserung auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht werden.
Die Wasseraufbereitungsanlage ist auf eine Durchflussmenge von 98 Millionen Liter ausgelegt und versorgt eine Bevölkerung von 48.000 bis 50.000 Personen. Aufgrund des großen Einzugsgebiets sind in Spitzenzeiten Durchflussmengen von bis zu 190 Millionen Liter möglich.
Herausforderung und Lösung
Die Wasseraufbereitungsanlage verwendete bislang eine Bandpresse und eine Zentrifuge. Dieses System funktionierte nicht zufriedenstellend. 2018 nahm das Versorgungsunternehmen die Bandpresse aus dem Prozess, da sie zum einen schwierig zu bedienen war und zum anderen einen Feststoffgehalt von nur 15 bis 18 % erzielte. Die Zentrifuge erreichte einen Feststoffgehalt von 30 %. „Wir wollten eine gleichmäßigere Trockensubstanz erhalten, um die Transportkosten zu verringern“, sagte WRF-Manager Gerry Burris.„Wir suchten eine Maschine ähnlich der, die wir bereits im Einsatz hatten. Unsere Maschine hatte allerdings zahlreiche mechanische Probleme. Zudem waren wir mit dem Kundendienst des Herstellers nicht zufrieden.“
2018 entschied sich die Kläranlage für eine Flottweg Xelletor Zentrifuge. Dadurch konnte die Betriebszeit von fünf Tagen in der Woche auf drei Tage in der Woche (8 bis 10 Stunden pro Tag) reduziert werden. Die ältere Zentrifuge behielt die Kläranlage zur Sicherheit und ersetzt nun die Bandpresse. „Durch die reduzierten Laufzeiten blieben wir weiterhin produktiv, aber ohne die Kosten für einen Fünf-Tage-Betrieb“, erklärte Burris. „Wir arbeiten heute effektiver und effizienter als früher in unserer Fünftagewoche.“
Die Stadt nahm die Maschine selbstständig in Betrieb, wodurch sie Kosten sparen konnte. Die Inbetriebnahmen lief dennoch reibungslos.„Wir hatten einige Startschwierigkeiten, weil die Bediener versuchten, die neue Maschine wie die alte zu bedienen“, sagte er. „Das Bedienpersonal war an die Steuerungen der anderen Maschine gewöhnt, aber Flottweg hat sehr gute Arbeit geleistet und die Bildschirme so integriert, dass sie den vorherigen Maschinen möglichst ähnlich sahen. Das machte den Übergang einfach.“
Darüber hinaus bot die neue Maschine der Anlage die Möglichkeit, den Einsatz von Chemikalien zu regulieren. „Es war ein Unterschied wie Tag und Nacht“, sagte Burris. „Flottweg hat uns eine Tonne Chemikalien eingespart. Wir verwenden bei Weitem nicht mehr so viel Polymer oder Eisenchlorid.“ In den Jahren 2016 und 2017 verbrauchte die Anlage circa 270.000 Liter Eisenchlorid pro Jahr, 2018 sogar 420.000 Liter. In dieser Zeit waren noch die Bandpresse und die ältere Zentrifuge im Einsatz. Im Jahr 2019 wurden nur 185.000 Liter Eisenchlorid verbraucht – somit ein deutlicher Rückgang des Chemikalienverbrauchs. Stand November 2020 wurden nur knapp 150.000 Liter verwendet. Eisenchlorid ist ein Sedimentationsbeschleuniger und Fällmittel. „Wir setzen ein aerobes thermophiles autothermisches Aufschlussverfahren oder ATAD ein, bei dem wir durch Mischprozesse und hohe Temperaturen von bis zu 140 Grad Krankheitserreger im Abfallstrom beseitigen“, so Burris. „Der Abfallstrom wird dann durch einen Wärmetauscher geleitet, wieder auf etwa 100 Grad abgekühlt und zur Zentrifuge geleitet. Die Entwässerungsleistung entspricht beim Einsatz von Polymer aufgrund der hohen Temperaturen nicht den Erwartungen, sodass stattdessen Eisenchlorid zugegeben wird. So erreichen wir die benötigte Entwässerungsleistung.“ In der Anlage wurde der Eisenchloridbedarf halbiert, auch bei der Polymermenge wurde ein deutlicher Rückgang verzeichnet. 2017 verbrauchte die Anlage 385.000 Liter Polymer. Im Jahr 2018 wurden 220.000 Liter verbraucht, und 2020 in 11 Monaten nur 150.000 Liter.
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So funktionieren Dekanterzentrifugen
Die Klärschlammentwässerung bietet für den Kläranlagenbetreiber ein enormes Einsparpotential. Die Kosten für Transport und Entsorgung des entwässerten Klärschlamms machen häufig 80 % der Betriebskosten aus. Je nach Kapazität der Anlage kann 1 % mehr Trockensubstanz im entwässerten Klärschlamm Kosteneinsparungen im fünf- bis sechsstelligen Bereich pro Jahr erzielen.
Bei einer herkömmlichen Zentrifuge fließt das zu trennende Flüssigkeitsgemisch zentral über ein Zulaufrohr in die Trommel. Durch den Schneckenkörper gelangt das Gemisch in den zylindrischen Teil der Trommel und wird beschleunigt. Durch die Zentrifugalkraft bildet sich im Inneren der Maschine ein Flüssigkeitsring. Die Tiefe der Flüssigkeitsschicht wird als Teichtiefe bezeichnet. Die Feststoffe – oder die schwere Phase – lagern sich an der Trommelinnenwand an. Die Feststoffe werden von der Schnecke am konischen Ende der Trommel ausgetragen. Die abgeschiedene Flüssigkeit fließt am entgegengesetzten Trommelende über ein Wehr ab.
Der Konuswinkel, das Wehr und der Schneckenkörper sind für die Tiefe des „Flüssigkeitsteichs“ maßgeblich. Eine geringe Teichtiefe eignet sich optimal für die Entwässerung von Gemischen mit körnigen Feststoffen, während ein steilerer Kegel besser für auftriebsneutrale Materialien geeignet ist, die für die Trennung eine längere Verweildauer benötigen. Die meisten Abwasseranwendungen sind für eine hohe Teichtiefe optimiert.
Die Öffnungen im Schneckenkörper, durch die das Flüssigkeitsgemisch in die Zentrifuge gelangt, verfügen über eine gehärtete Schutzbeschichtung, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Die angepasste Bohrungsgeometrie gewährleistet einen möglichst schonenden Eintrag der Flüssigkeit, allerdings verringert die auf das Gemisch wirkende Scherkraft die Wirksamkeit des Polymers und damit auch die Trennleistung.
Bei konventionellen Dekanterzentrifugen limitiert der Schneckenkörper die Teichtiefe. Die Konstruktion von Modellen wie der Xelletor-Baureihe hebt diese Beschränkungen auf. Erstmals ist ein Supertiefteich möglich, der sich positiv auf Kompression, Klärzone und letztlich Trennleistung auswirkt.
Speziell für die Hochentwässerung von Klärschlamm hat Flottweg ein bislang einzigartiges Zentrifugenkonzept entwickelt. Inspiriert von den Hochleistungssportwagen und -motorrädern in Leichtbauweise entwickelte das deutsche Maschinenbauunternehmen die Idee einer Zentrifugenkonstruktion und nannte sie Xelletor. Das Herzstück des neuen Designs – Rotor und Dekanterschnecke — wurde von Grund auf neu konzipiert. Das Ergebnis ist eine Schnecke ohne Schneckenkörper.
Im Xelletor-System wird die Flüssigkeit direkt in den Teich in der Zentrifugentrommel eingeleitet. Die Flüssigkeit wird mit deutlich weniger Scherkräften beschleunigt, was zu einem geringeren Flockungsmittelverbrauch führt.
Die vollautomatische Anpassung der Trommelgeschwindigkeit und Differenzgeschwindigkeiten liefert jederzeit optimale Trockensubstanzanteile in den entwässerten Feststoffen, auch bei schwankenden Bedingungen im Zulauf.
Die Flottweg Dekanterzentrifuge zur Klärschlammentwässerung
Die Ergebnisse
Die Stadt Middletown setzt seit 2018 eine Xelletor-Zentrifuge ein und darf sich über Kosteneinsparungen freuen und einen Feststoffkuchen mit einem günstigen Trockensubstanzgehalt von 28 % bis 30 %.
„Wir hatten schon einige Schwierigkeiten, aber das Flottweg Team war sehr hilfsbereit“, sagte Burris und erinnert an eine Situation, in der das Versorgungsunternehmen ein spezielles Teil benötigte. „Wir riefen am Morgen bei Flottweg an und hatten innerhalb einer Stunde einen Techniker hier. Dieser installierte das neue Teil und die Maschine lief noch am gleichen Tag wieder. Davon waren wir sehr beeindruckt.“
Über den Autor
Robert Rhea
Robert Rhea ist Vertriebsleiter bei Flottweg Separation Technology Inc.
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