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23.11.2021

Flottweg Dekanterzentrifuge für weniger Arbeitsaufwand und eine bessere Schlammqualität

Bei einer großen Kläranlage, die fünf große Chemiewerke in West Virginia versorgt, ist der Schlamm täglich unterschiedlich. Dies führt zu einigen Herausforderungen, wenn es darum geht, die Schlammqualität konstant zu halten. Nachdem die Kläranlage in Solvay Jahrzehntelang Kammerfilterpressen im Einsatz hatte, stellt sie nun auf Trenntechnik von Flottweg um. Statt 24/7 konnte die Betriebszeit so auf 12 Stunden pro Tag reduziert werden. Gleichzeitig wurde die Schlammqualität verbessert, die Kosten sowie die Ausbringungsmengen reduziert. Die Kläranlage ist jetzt im Besitz einer effektiven, automatisierten und bedienungsfreundlichen Anlage, welche jährlich etwa 214.000 US-Dollar (netto) einspart.

Die Herausforderung

Der Schlamm des in den Chemiewerken anfallenden Abwassers ist aufgrund seiner Zusammensetzung schwierig zu entwässern. "Der Schlamm ändert sich von Tag zu Tag und von Monat zu Monat ", sagt Brian Smith, Leiter der Instandhaltung und Abwasserbehandlung. "Das macht es schwierig, eine gesunde Biomasse zu erhalten. Die Biomasse ändert sich ständig. Die Vielzahl an verschiedenen verarbeiteten Lebensmitteln macht es schwierig, einen gleichmäßigen Schlamm zu erhalten. An jedem Tag verhält sich der Schlamm anders.“

Dieser Herausforderung sehen sich viele Kläranlagen gegenüber, wenn Abwasser aus verschiedenen Quellen anfällt und nur ein kleiner Teil ausgeglichen werden kann. Die Abwässer aus dem Produktionsbetrieb kommt innerhalb einer Stunde an der Kläranlage und laut Smith verfügt die Kläranlage über keine genügend großen Ausgleichsbecken.

Um einen gleichmäßigen Klärschlamm zu erzeugen, ist ein gleichmäßiger Abfall erforderlich. "Wenn jeder einen gleichbleibenden Abfall schickt, würden sich die Bakterien daran gewöhnen", sagte Smith. "Man könnte gesunde Bakterien züchten, die sich ansiedeln würden. Wenn man aber ständig den pH-Wert und die chemische Zusammensetzung ändert, sterben einige Bakterien ab und andere vermehren sich. Diese Art von Schlamm ist extrem schwierig zu entwässern".

Die Kläranlage Solvay hatte früher zwei Kammerfilterpressen im Einsatz. Diese konnten aber nicht immer die geforderte Kapazität abdecken. Smith war gezwungen, jedes Jahr für 6 Monate eine zusätzliche Kammerfilterpresse anzumieten und alle Pressen 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche laufen zu lassen. Dies machte es notwendig, zusätzliches Bedienpersonal einzusetzen. 

"Das bedeutete eine enorme Belastung für unser Personal", so Smith. "Wir hatten Bediener, die sich ausschließlich auf die Pressen konzentrierten. Da unser Schlamm so schwierig ist, mussten wir für jede Tonne Schlamm, die wir produzierten, eine Tonne Flugasche hinzufügen. Dadurch stiegen auch die Entsorgungsmengen an. Es handelte sich um ein sehr trockenes Material. Wir konnten einen Feststoffgehalt von fast 50 % erreichen, aber wenn man bedenkt, dass man eine große Menge Flugasche hinzufügt, macht das einen großen Teil der Feststoffe aus.“

Die Kammerfilterpressen wurden in den späten 1980er Jahren installiert. Während dieser Zeit nutzte das Unternehmen eine Sondermüllverbrennungsanlage. In den 1990er Jahren schaltete das Unternehmen die Verbrennungsanlage ab und nahm zahlreiche Änderungen an den Produktionsprozessen vor.

"Wir konnten nicht schnell genug entwässern, also haben wir einfach aufgehört zu verschwenden. Dadurch wurde der gesamte Schlamm in die Kläranlage zurückgestaut, was zu Problemen führte", so Smith. "Etwa alle sechs Monate waren wir gezwungen, eine Leihpresse anzuschaffen, die uns half, den Schlammspiegel wieder zu senken. Dadurch wurde die Kläranlage mit einem zusätzlichen Zyklus belastet. So schwankte nicht nur unser Zulauf, sondern auch die Menge der Biomasse in der Kläranlage. Wir haben nichts konstant gehalten."

Smith sagte, seine Anlage habe Polymer hinzugefügt, um den Schlamm im Nachklärbecken abzusetzen. Um zu verhindern, dass die Feststoffe in den Fluss gelangen, wurde mehr teures Polymer zur Eindickung verwendet.

Die Lösung

Smith und sein Team begannen, verschiedene Technologien zu analysieren, unter anderem rotierende Siebfilter, was aber nicht zum gewünschten Ergebnis führte. Die Kläranlage mietete eine Zentrifuge an, jedoch konnte der Hersteller nicht den gewünschten Service liefern, als es Probleme mit der Zentrifuge gab. Somit stand die Kläranlage wieder am Anfang.

 

2017 nahm Smith Kontakt zu Flottweg auf und mietet in Rahmen eines Pilotprogramms eine Zentrifugenanlage an und schloss gleichzeitig einen Servicevertrag ab.

„Die Pilotanlage hatte zunächst eine Schnecke mit festen Schneckekörper, diese wurde aber durch eine Schnecke mit offenen Schneckenkörper getauscht. Die Anlage erreichte Feststoffwerte von 19 bis 20 Prozent und war einfach zu bedienen. Zunächst lief die Zentrifuge mit offenen Schneckenkörper von April bis August. Sie brachte uns ein ganzes Stück nach vorn. Das Produkt war flockig und es war viel einfacher, das Zentrat sauber zu halten. Der Feststoffgehalt lag bei mindestens 21 Prozent. Diese 1 bis 2 Prozent verändern das Aussehen und das Verhalten des Schlamms erheblich.“

Von Anfang an arbeitete Flottweg mit der Kläranlage Solvay auf der Grundlage eines langfristigen Mietvertrags zusammen. Das neue Schneckendesign konnte gleich, sobald es verfügbar war, installiert werden.

"Wir haben es installiert und hatten keinen Moment lang Probleme damit. Es wurde in weniger als 8 Stunden installiert. Es wurde einfach in das gleiche Lagergehäuse eingesetzt. Die Feststoffe sind etwa 1 bis 1,5 Prozent besser. Das Bedienpersonal hat überhaupt keine Probleme. Da unser Schlamm so unterschiedlich ist, legen wir einfach eine Grundlinie für die Polymermenge fest, die wir einbringen und führen so viel Schlamm zu, bis das Zentrat schmutzig wird. Dann drosseln wir die Zufuhr ein wenig.“

Die Kläranlage Solvay nutzt für die Entwässerung Dekanterzentrifugen Die Dekanterzentrifuge ist in einem Container verbaut

Funktionsweise

Je nach Größe der Kläranlage kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Obwohl die Kläranlage Solvay nur Zentrifugen zur Entwässerung einsetzt, ist auch die Eindickung mithilfe von Dekanterzentrifugen möglich.

Alle Kläranlagen verfügen über eine Art von Eindickungsprozess. Dabei wird der in den biologischen Stufen anfallende Schlammüberschuss von 5 bis 10 g/L Gesamttrockenmasse auf 5 bis 8 Prozent konzentriert, bevor er in den Faulturm gepumpt wird. Das Faulvolumen wird bei diesem Verfahren um 90 bis 95 Prozent reduziert. Die Kläranlage Solvay setzt derzeit Absetzbecken ein, könnte aber auch eine Zentrifuge für diesen Schritt verwenden, an den sich dann ein Entwässerungsprozess anschließt.

 

Unabhängig davon, ob die Feststoffe nach der Entwässerung transportiert, als Düngemittel wiederverwendet, auf Deponien entsorgt oder verbrannt werden, ist ein hoher Trockensubstanzwert der wichtigste Faktor. Die anderen Schlüsselfaktoren sind Kosteneffizienz in Bezug auf den Polymer-und Energieverbrauch sowie ein kontinuierlicher, automatischer Betrieb bei minimalen Kosten.

Eine Dekanterzentrifuge kann als eine Art Absetzbecken betrachtet werden, welches sich um eine Achse windet. Im Absetzbecken setzen sich Feststoffpartikel, die schwerer als die Flüssigkeit sind, durch Schwerkraft am Boden ab und bilden eine Sedimentschicht. In der rotierenden Zentrifugentrommel bewegen sich die Feststoffteilchen, die schwerer sind als die Flüssigkeit, durch die Zentrifugalkraft in Richtung Zentrifugentrommel und bilden eine ringförmige Sedimentschicht auf der Innenfläche der Trommel. Da die Zentrifugalkraft im Dekanter etwa 3.000g statt 1g im Absetzbecken beträgt, wird die Abtrennung der Feststoffpartikel aus einer Flüssigkeit in einer Zentrifuge schneller und effizienter.

Der Trommelmantel einer Dekantierzentrifuge hat eine zylindrisch konische Form. Sie rotiert mit hoher Geschwindigkeit und erzeugt so die für die Trennung erforderliche Zentrifugalkraft. Im Inneren der Trommel befindet sich die Dekanterschnecke, die für den kontinuierlichen Austrag des Sediments, zuständig ist. Die Schnecke dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die relativ zur Trommeldrehzahl ist. Diese Differenzdrehzahl wird durch ein rotierendes Getriebe an der Antriebsseite der Trommel erzeugt. Der abzutrennende Schlamm gelangt über ein stationäres Zulaufrohr in die Trommel. Vom Zulaufrohr gelangt er in die Trennzone im Schneckenkörper. In der Trennzone trennt er sich in eine Sedimentschicht und eine Flüssigkeitsschicht. Das Sediment wird über die Dekanterschnecke aus der Maschine gefördert, bevor es über Austragsöffnungen am konischen Ende der Trommel austritt. Die abgeschiedene Flüssigkeit fließt zum zylindrischen Ende der Trommel, wo sie durch Schwerkraft über ein Überlaufwehr abgeleitet wird.

Diese entscheidenden Konstruktionsmerkmale wurden bei der Entwicklung des Flottweg HTS-Dekanter-Portfolio für die Schlammentwässerung berücksichtigt.

Die Zentrifuge ermöglichte es der Kläranlage die Entsorgungsmengen deutlich zu reduzieren Die Zentrifuge ermöglichte es der Kläranlage die Entsorgungsmengen deutlich zu reduzieren

Die Ergebnisse

Dank der Separationslösung von Flottweg konnte die Kläranlage Solvay die für die Entwässerungsanlage benötigten Arbeitsstunden, die Betriebszeit und die zu entsorgende Schlammmenge reduzieren. Gleichzeitig wurde die Schlammqualität verbessert und der Energieverbrauch gesenkt.

"Im Moment ist unsere Anlage noch gemietet, aber wir möchten sie eines Tages kaufen", sagte Smith. "Seitdem wir die Flottweg Zentrifuge im Einsatz haben, könnten wir nie wieder zur alten Technologie zurückkehren. Diese Technologie hat sich seit mindestens 15 Jahren bewährt, und wir sind einfach froh, dass wir sie endlich entdeckt haben.“

Das System ermöglichte es der Kläranlage Solvay, die Betriebszeit von einem 24/7-Betrieb mit vollzeitbeschäftigten Bedienpersonal auf nur eine 12-Stunden-Schicht pro Tag zu reduzieren. Kammerfilterpressen erforderten viel körperliche Arbeit, so Smith. Dies führte zu einigen Verletzungen. Die Zentrifuge von Flottweg reduzierte die Anzahl an zusätzlich benötigten Arbeitskräften und verringerte auch das Verletzungsrisiko für das Bedienpersonal.

"Es war gut, dass wir die Überstunden loswerden konnten", sagte er. "Wir haben die zusätzlichen Arbeitsstunden in andere Bereiche der Kläranlage verlagert und so den Betrieb und die Qualität des Abwassers verbessert. Als wir einmal damit angefangen hatten, war es sehr einfach. Solvay und Willow Island sind ein Wachstumsstandort. Wir wollen expandieren. Früher hatten wir Bedenken, dass die Kläranlage die zusätzliche Belastung nicht verkraften könnte. Jetzt ist das kein Problem mehr. Die Zentrifuge und die Tatsache, dass wir jetzt die Kontrolle über die Kläranlage haben, bestätigen, dass dieser Standort für Wachstum offen ist.“

 

Nun muss der Entwässerungsanlage keine Flugasche mehr zugeführt werden. Das spart die Kosten für die Flugasche, den Transport und Deponiegebühren. Insgesamt hat sich die Anlage bereits nach wenigen Monaten amortisiert. Nach dem ersten Betriebsjahr hat die Anlage seinen Wert bewiesen, denn die Kläranlage Solvay spart jährlich mehr als 214.000 Dollar.

Über den Autor

Daniel Lakovic

Daniel Lakovic ist Business Development Manager bei Flottweg Separation Technology, Inc.

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