DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit

Präsentation zum Thema: "DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit"—  Präsentation transkript:

1 DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit
Vortrag (Langfassung) zum Fortbildungsmodul der Kläranlagen-Nachbarschaften: Sauerstoffeintrag beim Belebungsverfahren September 2012 © DWA: Kursmaterialien dienen ausschließlich zur Schulung und Unterweisung

2 Aufgaben der Belüftung
Vermeidung von Schlammablagerungen (Umwälzung) Energie-Eintrag (Empfehlung): Belüftung: W/m³ Rührwerke: W/m³ „Sauerstoffzufuhr“ entsprechend „Sauerstoffbedarf“: Endogene Atmung der Mikroorganismen und Abbau organischer Verbindungen ca. 0,65 bis 1,90 kgO2/kgBSB5 (abhängig von Schlammalter und Abwassertemperatur) Nitrifikation: 4,57 kgO2/kgNH4 (aus Stöchiometrie) Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

3 Ermittlung spez. Sauerstoffbedarf OVd,C gemäß DWA A131
Einfluss von Schlammalter, Abwassertemperatur und Belastung (Frachtspitzen) Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

4 m³N = Nm³ : Normkubikmeter hD in mET : Meter Eintragstiefe
m³N = Nm³ : Normkubikmeter hD in mET : Meter Eintragstiefe QL,N : Lufteintrag in Nm³ / h Quelle: DWA-A229 Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

5 Abwasserinhaltsstoffe beeinflussen O2-Übergang
Zu unterscheiden ist zwischen Sauerstoffeintrag in Belebtschlamm/Abwasser und in Reinwasser. Warum? Feststoffe (Belebtschlamm, TS-Gehalt!) und grenzflächenaktive Stoffe (z. B. Waschmitteltenside) sowie Salze beeinflussen die Blasenbildung/-stabilität, die Aufstiegsbewegung der Blasen im Wasser und die Blasenkoaleszenz Bei erhöhten Salz-Gehalten ist die Koaleszenzneigung der Blasen sogar vermindert, d.h. die Sauerstoffzufuhr wird verbessert! Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

6 Grenzflächenfaktor α-Wert: Faktor der den Unterschied eines Belüftungssystems in Belebtschlamm/Abwasser bzw. in Reinwasser ausdrückt αSOTR αSAE αSSOTR SOTR SOTR (kg O2/h) aSOTR QL,i QL (Nm³ / h) Reinwasser Abwasser Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

7 Oberflächenbelüftung
Typische Sauerstoffertragswerte SAE nach Frey, 2011 Druckbelüftung Oberflächenbelüftung Reinwasser Betrieb Sauerstoffertrag SAE [kg/kWh] (früher OP) 3,6 2,2 1,8 1,6 Quelle: Frey, 2011 Im Abwasser werden bei feinblasige Belüftung nur etwa 40 – 70 % der Sauerstoffzufuhr in Reinwasser erreicht Bei grobblasige Belüftung: ca. 80 – 90 % Bei Oberflächenbelüfter: ca %  a-Wert = 0,4 bis 0,95 Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

8 DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit
Arten von Belüftungssystemen Oberflächenbelüfter Druckbelüftung Quelle: P.J. Kantert Quelle: Frey, 2011 Sauerstoffübergang an Grenzfläche Wasseroberfläche - Luft Sauerstoffübergang beim Aufsteigen von Luftblasen im Wasser Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff © DWA: Kursmaterialien dienen ausschließlich zur Schulung und Unterweisung

9 DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit
Oberflächenbelüftung: Walzenbelüftung O2-Eintrag über Turbulenz an der Wasseroberfläche (Bewegung von Wasserteilchen in der Luft) Einsatz in Umlaufbecken Durchmesser 700 – mm Länge bis 9 m Umfangsgeschwindigkeit 3-4 m/s Senkrecht zur Strömung in Becken mit gerichteter Strömung (Leit-/Bremswände erforderlich) Schematische Darstellung (DWA-M229) Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff © DWA: Kursmaterialien dienen ausschließlich zur Schulung und Unterweisung

10 DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit
Oberflächenbelüftung: Kreiselbelüftung O2-Eintrag über Turbulenz an der Wasseroberfläche, zusätzlich werden Luftblasen direkt am Kreisel eingetragen und in Richtung Beckensohle transportiert Vertikale Achse Ausbildung Walzenströmung Kreiseldurchmesser 1,5 - 4 m Umfangsgeschwindigkeit 4-6 m/s v.a. in quadratischen Becken oder Umlaufbecken Schematische Darstellung (DWA-M229) Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff © DWA: Kursmaterialien dienen ausschließlich zur Schulung und Unterweisung

11 DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit
Oberflächenbelüftung Kreisel- oder Walzenbelüfter (Rotoren) Halterung/Erreichbarkeit: z.B. Brücke, Pontons max. 2 m Wassertiefe, da O2-Eintrag v.a. über Wasseroberfläche Achtung: Beckengeometrie (Strömungsbleche) Hauptmerkmal: robust / wenig Wartung / lange Standzeiten Maßnahmen gegen Geräusch- und Aerosolemissionen empfehlenswert! Betriebskosten (Strom) i.d.R. erhöht wegen geringerem Sauerstoffertragswert SAE (kgO2 / kWh) Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff © DWA: Kursmaterialien dienen ausschließlich zur Schulung und Unterweisung

12 Druckbelüftungssystem Drucklufterzeuger
Druckluftleitungen (Verteilung) Belüftungssystem Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

13 Drucklufterzeugungssysteme
Drehkolben-gebläse Drehkolben-verdichter Schrauben-verdichter Turbo-verdichter Max. Druck-differenz ca. 1 bar ca. 1,5 bar ca. 3,5 bar Luftvolumen-strom (max.) 3.000 m³/h 4.000 m³/h 8.000 m³/h m³/h magnet-, folien- oder luftgelagertes Laufrad Kombination Drehkolbengebläse/ Schrauben-verdichter Hohe Drücke Große Mengen Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

14 Senkung der Stromaufnahme durch kühlere Ansaugluft – warum?
T1 (= TND) und m1 (= V1 x Dichte r1) gehen direkt proportional in die Formel ein, d.h. wenn die Temperatur um 10 % steigt so sinkt die Dichte um 10% durch die Ausdehnung (wenn der Luftdruck gleich bleibt) und gleicht dies wiederum in der Formel aus. ABER da die Ansaugluft dünner wird (im gleichen Volumen ist dann weniger O2 enthalten) muss mehr V1 gefördert werden um den gleichen Sauerstoff zu transportieren, d.h. die Verdichtungsarbeit steigt. Aus diesem Grund sollten bei der Auslegung des Belüftungssystems unterschiedliche Ansaugtemperaturen (passend zu den Abwassertem-peraturen, z.B. LF Winter bzw. Sommer) berechnet werden. Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

15 Zusammenhang zwischen SSOTR und der Luftbeaufschlagung eines Belüfters
qL (Nm³/Stück x h) Reduzierung Luftmenge pro Belüfterelement SSOTR (gO2/Nm³ x h) SSOTR steigt mit geringerer spezifischer Beaufschlagung qL, da Belüftung feinblasiger bleibt. Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

16 DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit
Regelung Gebläse bzw. Sauerstoffeintrag (Hinweise) Sauerstoffbedarf abhängig v.a. von Belastung (CSB- bzw. NH4-N-Frachten) Wassertemperatur und Schlammalter In Abhängigkeit des Sauerstoffgehalts werden die Gebläse geregelt. Anpassung an O2-Bedarf über Drehzahlregulierung führt zu Energie- Einsparungen (Stromaufnahme  Luftmenge QL). Eine Senkung der spezifischen Luftmenge pro Belüfter qL führt zu verbessertem spezifischen Sauerstoffeintrag aSSOTR durch reduzierte Beaufschlagung (siehe Folie 15) Achtung auf Messfehler von Sonden (Messbereiche!) und unterschiedliche Sauerstoffprofile im Becken (Einbauort/-tiefe, große Becken, Geometrie) Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff © DWA: Kursmaterialien dienen ausschließlich zur Schulung und Unterweisung

17 DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit
Es wird immer nur ein Teil des O2 aus der Luft übertragen! Feinblasige Belüftung Blasengröße: 2-5 mm 1 m³ Luft ~ m² Oberfläche Grobblasige Belüftung Blasengröße: ca. 10 mm 1 m³ Luft ~ 600 m² Oberfläche Wassertiefe O2-Übertragung: 1 m³ Luft ~ 300 gO2 Wassertiefe 1m 25 gO2 werden übertragen (O2-freies Reinwasser) O2-Übertragung: 1 m³ Luft ~ 300 gO2 Wassertiefe 1m ~ 5 gO2 werden übertragen (O2-freies Reinwasser) Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff Bedingt durch die feineren Blasen entsteht eine 3-4-fach größere Oberfläche. Dadurch kann bei gleichem Ausgangsgehalt an Sauerstoff im der Luft in etwa die 5-fache menge an Sauerstoff in Reinwasser gelöst werden. © DWA: Kursmaterialien dienen ausschließlich zur Schulung und Unterweisung

18 Auswirkung von Strömungen im Belebungsbecken
Verkürzung der Aufenthaltszeit durch Wasserwalzen (erhöhte Aufstiegsgeschwindigkeit), d.h. keine zu großen Abstände zwischen Belüfterelementen lassen. ! geringere Aufwärtsströmung = hoher O2-Ertrag Quelle: Frey, 1998 Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

19 DWA Abteilung Bildung und Internationale Zusammenarbeit
Weitere Einflussfaktoren auf Belüftungssysteme Temperatur: je kälter das Abwasser, desto mehr Sauerstoff kann im Wasser gelöst werden (Sättigungswert), je wärmer, desto weniger Sauerstoff löst sich, gleichzeitig steigt der Sauerstoff- bedarf wegen höherer Umsatzleistungen. Gelöster O2: je niedriger der O2-Gehalt (Sollwert) im Wasser, desto besser die Sauerstoff- zufuhr (Sättigungsdefizit) und umgekehrt, Ziel daher: O2-Gehalt BB ≤ 2 mg/l Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff © DWA: Kursmaterialien dienen ausschließlich zur Schulung und Unterweisung

20 Katzenzungeneffekt Bei Rohrbelüftern besteht aufgrund ihrer gekrümmten Oberfläche das Problem der Koaleszenz (= Vereinigung der austretenden Luftblasen). Einschnürung Dp1 Dp2 Quelle: Ott System GmbH & Co Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff

21 Zusammenfassung Sauerstoffeintrag durch Oberflächen- oder Druckbelüftung. System muss mit Beckengeometrie sinnvoll abgestimmt sein. Sauerstoffbedarf hängt maßgeblich vom Reinigungsziel und damit von Schlammalter ab. Bei Druckluftsystemen: Drucklufterzeugung, Luftverteilung und Belüfterelemente müssen abgestimmt sein, um effizient zu sein. Belastungsschwankungen führen zu Unterschieden im Sauerstoffbedarf. Erhöhte Luft- und Wassertemperatur verschlechtern die Sauerstoffzufuhr und den Sauerstoffertrag. Gleichzeitig ist der Sauerstoffbedarf erhöht. Belüftungssysteme  Dr.-Ing. Schreff