Abwasserbelüftung mit mehr Wirtschaftlichkeit
Ejektoren zur Abwasserbelüftung
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Ideal für Anlagen mit hochbelastetem Abwasser
Der Ejektor entspricht in seinem Aufbau der Strahlpumpe; die von ihm einzutragende Luft wird vorher verdichtet. Aufgrund des hohen Sauerstoffbedarfs organisch belasteter Abwässer und der zunehmenden Bauhöhe moderner biologischer Abwasserreinigungsanlagen ist es energetisch günstiger, Luft auf den hydrostatischen Druck am Einbauort des Ejektors mechanisch vorzuverdichten und dem Sauganschluss zuzuführen.
Dieser Verzicht auf einen nennenswerten Druckgewinn im Ejektor reduziert den notwendigen Treibdruck. Gleichzeitig werden günstigere Mischungsverhältnisse (Saugstrom : Treibstrom) erzielt. Die Treibdüse des Körting Ejektors wird mit einem verstopfungsfreien Dralleinsatz ausgerüstet. So zerteilt der Treibstrahl bereits bei niedrigem Treibdruck die Luft in feine Blasen, die in der Mischstrecke intensiv mit dem Treibstrom vermischt werden.
Das Luft-Wasser-Gemisch wird mit hoher Turbulenz ins Belebungsbecken eingespeist. Der Ejektor gewährleistet so eine optimale Sauerstoffzufuhr bei vollständiger Durchmischung. Auch bei hoher Biomasse-Konzentration im Abwasser werden Strömungsgeschwindigkeiten erreicht, die Ablagerungen am Boden des Belebungsbeckens verhindern.
Vorteile der Körting Ejektoren
- wartungsfrei - keine bewegten Maschinenelemente
- hohe Sauerstoffausnutzung - Feine Blasen schaffen grosse Grenzflächen zwischen Luft und Wasser und hohe Turbulenz führt zu Grenzschichterneuerung.
- Vermeidung von Ablagerungen - Durch eine intensive Anströmung des Bodens werden Ablagerungen von Biomasse verhindert.
- einfache Regelung der Sauerstoffzufuhr
- verstopfungssicher - Der engste Strömungsquerschnitt wird durch den Durchmesser der Treibdüsen bestimmt.
- keine Dichtungsprobleme - Das Wasser kann bei Anlagenstillstand ohne negative Auswirkung in die Luftleitung eindringen. Beim Wiederanfahren unterstützt die Förderwirkung des Ejektors ihre Entwässerung.
- bedarfsgerechte Dimensionierung - individuelle Anpassung der Baugröße
Mehrstrahlige Ejektoren im Belebungsbecken
Installation von außen durch die Beckenwand
Bei einer Ausrüstung des Belebungsbeckens mit Körting Ejektoren befinden sich keine bewegten Maschinenelemente im Becken, die zur Wartung Anlass geben könnten. Die mechanische Beanspruchung der Ejektoren entspricht der einer mit hoher Geschwindigkeit durchflossenen Rohrleitung. Drehkolbengebläse/Verdichter und Pumpen können der Wartung gut zugänglich außerhalb des Beckens angeordnet werden.
Installation im Belebungsbecken
In Kenntnis der Beckengeometrie, der Wassertiefe und des Sauerstoffbedarfs werden Anzahl, Anordnung und Ausführung der mehrstrahligen Ejektoren auf den jeweiligen Bedarfsfall abgestimmt. Ihr Einbau erfolgt einfach durch zwei Flansche an die Rohrleitungen für Treibstrom und Druckluft. Die Installation der kompakten Apparate am Boden des Belebungsbeckens gewährleistet eine flächendeckende Begasung und vollständige Durchmischung des Abwassers.
Ausführung
Die relativ kurzen Einzelejektoren werden lösbar mit einem Verteilergehäuse verbunden, von unten mit dem Treibstrom und von oben mit Druckluft versorgt. Der Strahlaustritt ist schräg nach unten zum Boden gerichtet. Der Austrittswinkel wird den Einbauverhältnissen individuell angepasst. Als Gehäusewerkstoff wird das chemisch hervorragend beständige Polypropylen verwendet. Für besonders anspruchsvolle Einsatzbedingungen können sowohl die Treibdüsen als auch die Mischstrecken aus Chromnickelstahl ausgeführt werden. Immer wenn hohe Kalziumkarbonat-Konzentrationen im Belebungsbecken vorliegen, muss die Materialwahl den Betriebsbedingungen angepasst werden.
Sauerstoffausnutzung
Da der Sauerstoffeintrag nicht nur von der Blasengröße (Grenzfläche zwischen Gas und Wasser), sondern im gleichen Maße von der Erneuerung der Grenzschicht der Gasblasen infolge der Turbulenz des Abwassers abhängig ist, erreichen Ejektoren durch die permanente Abwasserumwälzung eine sehr viel größere Sauerstoffausnutzung im Abwasser als andere Druckbelüfter. Durch seine schräg zum Boden geneigte Strömungsrichtung nutzt der Körting Ejektor die jeweilige Beckentiefe vollständig als Eintragstiefe aus. Umfangreiche Sauerstoffzufuhrversuche in Reinwasser (ATV M-209) nach dem Sauerstoffadsorptionsverfahren bilden die Datenbasis zur Auslegung der Körting Ejektoren. Alle Messungen wurden im großtechnischen Maßstab durchgeführt und in zahlreichen Abnahmeversuchen bestätigt.
Regelbereich und Sauerstoffertrag
Die Regelung der Sauerstoffzufuhr erfolgt ausschließlich durch Änderung des Luftvolumenstroms. Eine verringerte Luftzufuhr senkt den Eintrittsdruck in den Ejektor und reduziert somit zusätzlich die Leistungsaufnahme der Drehkolbengebläse/Verdichter. Gleichzeitig steigt die spezifische Sauerstoffausnutzung. Das Ergebnis ist ein nahezu konstant hoher Sauerstoffertrag über den gesamten Regelbereich des Sauerstoffeintragssystems mit seinem Maximalwert im Teillastbetrieb nahe dem Auslegungspunkt. Die Auslegung der Ejektoren erfolgt - in Abhängigkeit der rheologischen Eigenschaften des Belebtschlamms (Temperatur, TS-Gehalt...) - für ein geeignetes Luft/Wasser-Verhältnis. Sowohl eine Leistungssteigerung des Sauerstoffeintragssystems durch einfache Erhöhung der Luftzufuhr, als auch dessen optimaler Sauerstoffertrag im Teillastbetrieb sind somit jederzeit gewährleistet.
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Der abgebildete Ejektor aus Cr-Ni-Stahl wird von außen in der Behälterwand montiert. Seine Anschlüsse für Treibstrom und Druckluft liegen außerhalb des Belebungsbeckens. Die vergleichsweise großen Apparate werden mit einer zweiten nachgeschalteten Mischstrecke ausgestattet, in der zusätzlich Flüssigkeit angesaugt und so die Durchmischung im Becken intensiviert wird. Auf Wunsch wird der Ejektor mit einer Absperrmöglichkeit (in Strömungsrichtung hinter der Treibdüse) ausgeführt, so dass die Treibdüse jederzeit kontrolliert werden kann, ohne das Becken dafür entleeren zu müssen. |
Diese Ausführungsvariante ermöglicht den permanenten Einsatz des Sauerstoffeintragssystems auch bei extremen Kalziumkarbonat-Konzentrationen im Abwasser. Obwohl die relativ großen Ejektoren hinsichtlich der Sauerstoffausnutzung unseren mehrstrahligen Ejektoren mit den feineren Luftblasen unterlegen sind, ist deren 100%ige Verfügbarkeit oftmals das Entscheidungskriterium unserer Kunden. Es ist daher nicht verwunderlich, dass viele Anlagen in der Papierindustrie realisiert worden sind – manche auch als Nachrüstung im Austausch gegen unzulängliche Installationen.
Sauerstoffausnutzung
Bei üblichen Einblastiefen von 5...8 m wird eine Sauerstoffausnutzung SOTR in Reinwasser von 11 g O2/Nm³ • m erreicht. Im Teillastbetrieb – bei reduzierter Luftmenge – kann die Sauerstoffausnutzung über diesen Wert hinaus bis auf 14 g O2/Nm³ • m gesteigert werden. Je nach Einblastiefe und Sauerstoffbedarf werden ca. 400-500 Nm³/h Druckluft von einem einzelnen Ejektor eingetragen.
Ejektoren in SBR Anlagen
Ejektoren eignen sich hervorragend zur Belüftung und Durchmischung sogenannter „SBR“-Anlagen (Sequenced Batch Reactor). Diese Belebungsanlagen (mit Aufstaubetrieb), in denen unter anderem die biologischen Prozesse der Nitrifikation und Denitrifikation in einem Becken zeitlich nacheinander ablaufen, bedürfen der vollständigen Durchmischung des Beckeninhaltes mit und ohne Luftzufuhr. Durch den Einbau spezieller, für dieses Verfahren entwickelter Ejektoren und deren besonderer Anordnung im SBR-Reaktor werden Ejektoren sowohl zur gleichzeitigen Abwasserbelüftung und -durchmischung während der Belüftungsphase als auch zur gezielten Umwälzung - ohne Luftzufuhr - während der Mischphase eingesetzt.
Die Rezirkulation des Abwassers durch die Ejektoren findet nach Abschluss der Belüftungsphase automatisch statt. Der Wechsel beider Phasen kann beliebig oft erfolgen, so dass die beim SBR-Verfahren erreichte Entkopplung des Abwasserreinigungsprozesses von den Zulaufbedingungen noch unterstützt wird.
Die für die vollständige Durchmischung des Beckeninhaltes während der Mischphase zuständigen Ejektoren werden mit denselben, auch während der Belüftungsphase eingesetzten Umwälzpumpen betrieben. Durch die Flüssigkeitsförderung der Ejektoren wird die Leistungsaufnahme der Umwälzpumpen auch während der Mischphase optimal genutzt.
Bedarfsgerechte Dimensionierung
Die zahlreichen Ausführungs- und Anordnungsmöglichkeiten der Ejektoren und deren unterschiedliche Betriebsweisen mit atmosphärischer Luftansaugung oder Druckluft schaffen ideale Voraussetzungen für deren Einsatz in großen und kleinen Abwasserreinigungsanlagen.
Durch individuelle Anpassung der Strömungskanäle (Treibdüse, Mischstrecke und Diffusor) wird jeder atmosphärisch ansaugende Wasserstrahl-Luftverdichter für seine Einsatzbedingungen (Füllhöhe, Sauerstoffeintrag) maßgeschneidert. Der
maximale Sauerstoffeintrag bei optimaler Energieausnutzung ist dadurch immer gewährleistet.
Sein Einbau kann sowohl im Belebungsbecken als auch von außen durch die Beckenwand erfolgen. Die Treibseite des Wasserstrahl-Luftverdichters wird durch eine kurze Rohrleitung mit einer für den Betrieb geeigneten Umwälzpumpe verbunden. Die Saugseite wird durch eine Rohr- oder Schlauchleitung über den Füllstand hinausgeführt.
Kompaktbelüfter
Der sogenannte „Kompaktbelüfter“ ist eine Kombination aus Wasserstrahl-Luftverdichter und Abwassertauchmotorpumpe auf einem gemeinsamen Grundrahmen. Der Installationsaufwand für diese kompakte Einheit ist äußerst gering.
Kompaktbelüfter werden vorwiegend eingesetzt:
- zur kostengünstigen Nach rüstung von Belebungsbecken
- zum Einbau in Mischund Ausgleichsbecken
- während des Umbaus oder zur Spitzenlastabdeckung in Belebungsbecken
Referenzprojekte
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Anlagenbeschreibung
Sauerstoffeintragssystem bestehend aus 8 achtstrahligen Ejektoren aus PP für das 4450 m³ Belebungsbecken einer Hefefabrik in Belgien. In Kenntnis der Beckengeometrie, der Wassertiefe und des Sauerstoffbedarfs wurden Anzahl, Anordnung und Ausführung der mehrstrahligen Ejektoren auf den Bedarfsfall abgestimmt. Ihr Einbau erfolgte einfach durch zwei Flansche an die Rohrleitungen für Treibstrom und Druckluft.
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Anlagenbeschreibung
Sauerstoffmangel und ungenügende Durchmischung des Beckeninhalts können mit einer Technik gelöst werden.
Bei der Herstellung von Wellpappenrohpapier aus 100% Altpapier fallen in einer Papierfabrik in Deutschland täglich 4000 m3 Abwasser an, die am Standort der Kläranlage behandelt werden müssen. Der aerobe Teil der Abwasserreinigungsanlage besteht aus einem kombinierten Belebungsbecken mit innenliegendem Nachklärbecken. Das Nutzvolumen der Belebungsstufe beträgt 2800 m3 bei einer Wassertiefe on 3,40 m.
Quelle
Meyer, Mathias/Dzedzig, Bernd: "Ejektoren. Belüftung verbessern und Schlammablagerungen vermeiden". In: wwt modernisierungs report, 2013/14, S. 82-83.
Co-Autor
DAS Environmental Expert GmbH
Bernd Dzedzig
Goppelner Straße 44
01219 Dresden
Tel.: 0351/40494-146
E-Mail: b.dzedzig@das-europe.com
Web: www.das-deutschland.de
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Anlagenbeschreibung
Am 17. Januar 2011 erhielt Körting Trading (Beijing) Ltd. den Auftrag, für das Belebungsbecken einer Kläranlage in China: Ein Sauerstoffeintrags- und Mischsystem sollte entwickelt werden, das für den Sauerstofftransfer in insgesamt 8 Belebungsbecken zuständig ist. Um hier eine flächendeckende Belüftung und Durchmischung zu gewährleisten, hat Körting ein System entwickelt, das insgesamt aus 200 mehrstrahligen Ejektoren besteht, die aus hochbeständigem Polypropylen sind. Die Installation garantiert einen optimierten Sauerstoffertrag vor der Einleitung ins Gelbe Meer.
Bislang wurden in diesem Industriebereich lokale Produkte als Sauerstoffeintragssystem verwendet. In China wird jedoch immer mehr der Aspekt des Energieverbrauchs berücksichtigt, seitdem die Regierung im aktuellen 5-Jahres-Plan zu Umweltschutz und Energieeffizienz aufgefordert habe. Das zeigt sich unter anderem an der enorm wachsenden Auftragslage, die Körting im Bereich Abwasserbehandlung in China verzeichnet – speziell im Bereich Deponiesickerwasser, Abwasser aus der Petrochemie und der Papierindustrie.
Die Inbetriebnahme beim Endkunden Hengli Petrochemical (Dalian) Ltd. Co. erfolgte Ende 2012.
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