Kläranlage mit TRN-Tauchbelüftern auf neuesten Stand gebracht

DÜSSELDORF, 23.7.2019 – Im Pilotprojekt eines mittelgroßen Klärwerks haben sich japanische TRN-Tauchbelüfter bewährt. Nach Abschluss platzierte der Betreiber sogleich einen Folgeauftrag und rüstete die Anlage um: Umfangreiche Wartungen gehören der Vergangenheit an und die Energiebilanz verbessert sich deutlich. Interessant ist der Blick auf den technischen Hintergrund des Vorgangs.

Einer der ausgemusterten Tauchbelüfter samt Zuluftrohr vor einem der beiden Belüftungsbecken mit 5.000 m3 Volumen
Einer der ausgemusterten Tauchbelüfter samt Zuluftrohr vor einem der beiden Belüftungsbecken mit 5.000 m3 Volumen | Fotos: Tsurumi

Das Klärwerk des Abwasserverbands Klettgau reinigt die häuslichen, gewerblichen und industriellen Abwässer von neun Gemeinden im deutsch-schweizerischen Grenzgebiet. Es befindet sich außerhalb der Ortschaft Hallau im Kanton Schaffhausen, westlich des Odensees. Nach 36 Betriebsjahren entschloss man sich zur Totalsanierung. „Die Anlage musste umfassend erneuert, erweitert und an die Vorschriften angepasst werden“, sagt Betriebsleiter Werner Bringolf. Ausgelegt wurde sie einst für 14.000 Einwohner. Heute ist sie auf 21.000 Einwohnergleichwerte dimensioniert. Ein Mischkanalsystem mit 26 km Gesamtlänge sorgt für einen Trockenwetterzulauf von 6.400 m3 pro Tag. Im Jahr 2014 wurde die Modernisierung abgeschlossen.

Rundsandfang mit Fettabscheider

Vorhanden ist ein belüfteter Sandfang, der dem Abwasser Sediment und anorganische Inhaltsstoffe entzieht. Dieser ist mit einem Fettfang zum Ausflotieren von Fett, Öl und weiteren Schwimmstoffen kombiniert. Das Bauelement wurde als Rundbecken konzipiert, in das zur stofflichen Trennung Außenluft per Tauchbelüfter eingetragen wird. Die Feststoffe setzen sich unten im Separatorkegel ab, die Leichtstoffe suspendieren in der Festrinne. Diese Kombi-Lösung ist in vielen kommunalen Kläranlagen anzutreffen.

Blick in den Sandfang: Der Tsurumi-Tauchbelüfter ist hängend montiert.
Blick in den Sandfang: Der Tsurumi-Tauchbelüfter ist hängend
montiert.

Französische Tauchbelüfter weichen japanischen

„Mit den französischen Tauchbelüftern waren wir nicht vollends zufrieden“, berichtet Bringolf. „Sie mussten oft gewartet werden“. Das abrasive Abwasser habe insbesondere Undichtigkeiten bei der Gleitringdichtung hervorgerufen. „Wir stellten allerdings auch die Leistungsaufnahme des Motors zur Diskussion“. Sie sei ein wichtiger Faktor angesichts der Betriebszeit der Anlage, die rund um die Uhr läuft und somit keinen Stillstand kennt.

Auf der IFAT wandte man sich an den Pumpenhersteller Tsurumi. Das japanische Unternehmen mit Europa-Sitz in Düsseldorf ist im Abwasserbereich durch seine TRN-Tauchbelüfter bekannt. Zehn Modelle mit Motorleistungen von 0,75 bis 40 kW finden sich im Portfolio. Tauchbelüfter arbeiten nach dem Prinzip einer Pumpe, bewegen aber Luft statt Wasser. Das macht sie generell ausfallsicherer selbst im langen Dauerbetrieb. Ihre feinen Luftbläschen erzeugen sie nach dem Venturi-Prinzip, was auch den Beckeninhalt in Bewegung versetzt. Die Belüfter benötigen keinen Kompressor und keine bauliche Befestigung, da sie lediglich auf den Boden freistehend abgesenkt oder eingehängt getaucht werden. Einzig Netzkabel, Luftzufuhr und Haltekette sind erforderlich.
Noch auf der Messe errechneten die Experten den Bedarf und schlugen ein vergleichsweise kleines Ersatzmodell vor. „Wir stimmten einer Testinstallation zu“.

Eindrucksvolles Wartungsbild

In Hallau betreibt man zwei Flotationsbecken mit je 70 m3 Inhalt. Der von Tsurumi ausgewählte Tauchbelüfter vom Typ 50TRN42.2 hat eine Nennleistung von 2,2 kW, dreht mit 1.450 U/min und wiegt freistehend 140 kg. Montiert wurde er im Sandfang (210 cm Durchmesser) hängend in 2 Metern Tauchtiefe. Um die Eigenbewegung des Aggregats durch das Drehmoment des Rotors zu kompensieren, wurde das Rohr der Luftzufuhr am Becken fixiert, und insofern auch der Tauchbelüfter.

Nach Entfernen der Schleißplatte präsentiert sich der Belüfter im Bestzustand. Von Verstopfungen keine Spur, lediglich leichte Verschmutzungen sind sichtbar.
Nach Entfernen der Schleißplatte präsentiert sich der Belüfter im Bestzustand. Von Verstopfungen keine Spur, lediglich leichte Verschmutzungen sind sichtbar.

Tsurumi arbeitet bei diesem Aggregat mit einer angepassten Hydraulik (60 Hz), die vergleichsweise kleine Luftbläschen erzeugt. Ein TRN bietet hier einiges an Leistungsreserve im Vergleich zu Standardbelüftern.
Nach knapp einem Jahr Dauerbetrieb folgte eine vorgezogene Wartung, um den Zustand des Aggregats prüfen zu können. Parallel lief das Wettbewerbsprodukt im zweiten Becken.
Verblüfft war der Betreiber über den Zustand des herausgeholten Austauschgeräts: „Der Belüfter zeigte sich im absoluten Neuzustand“, unterstreicht Bringolf. Es sei keinerlei Verschleiß oder Abrieb festgestellt worden. „Die mechanische Freigängigkeit war gegeben, das Öl wie neu und auch Kabel und Wicklung waren nach Messung durchgängig und fehlerfrei“. Selbst der Verschmutzungsgrad sei unerheblich gewesen: „Das hatte keiner erwartet“, offenbart er.
In diesem Punkt vermuten Experten eine Schwachstelle des beanstandeten Belüfters. Habe die Gleitringdichtung direkten Kontakt mit dem rauen Abwasser, so könnten kleine Partikel in den Dichtspalt eindringen und die Gleitflächen zerstören, teilte Tsurumi mit. Der Hersteller setzt deshalb bei seinen Tauchbelüftern und Pumpen auf ein anderes Konzept: Die doppelte Gleitringdichtung liegt innen und wird während des Betriebs durch ein Luftpolster vom abrasiven Medium abgeschirmt.

27 Prozent Energieeinsparung

Die Reinigungsleistung des TRN entspricht der des Konkurrenzproduktes, weil beide passend für den Bedarf des Betreibers ausgelegt wurden. Trotzdem überrascht dieser Punkt, denn der japanische Belüfter begnügt sich mit 2,2 kW Motorleistung im Gegensatz zum Kontrahenten mit 3,0 kW. Für die Flotation in Hallau ergibt sich daraus eine Einsparung von etwa 2.400 Euro pro Jahr.
Für den Abwasserverband stand fest, dass man die gesamte Klärstufe auf Tsurumi-Gerät umstellen wollte. Die Entscheidung fiel noch während des Wartungs-Checks.

Das Laufrad zeigt nach oberflächlicher Reinigung keinerlei Abrasion.
Das Laufrad zeigt nach oberflächlicher Reinigung keinerlei Abrasion.

Luftpolster schützt Dichtung

Die technische Akribie des weltgrößten Baupumpenherstellers zeigt sich in Detaillösungen wie den einzeln vergossenen elektrischen Leitern oder der vorgenannten innenliegenden doppelten Gleitringdichtung. Maßgeblich für den Schutz seiner Gleitringdichtung ist eine zentrifugal wirkende Ölhebevorrichtung, eine patentierte Eigenentwicklung zur Schmierung und Kühlung. Dort wird die Dichtung vom Abwasser gekühlt, wodurch sie Kontakt mit dem Medium hat. Bei Tsurumi hingegen befindet sich im Belüfterbetrieb immer ein Luftpolster vor der empfindlichen Dichtung, welches das aggressive Abwasser fernhält. Chemische Substanzen, körnige Partikel, synthetische Fasern: Sie können nur sehr bedingt die Gleitringdichtung erreichen.
Oft machen Fasern dem Laufrad des Belüfters zu schaffen. Die zuvor in Hallau eingesetzte Konstruktion verfügte über ein außenliegendes Laufrad. Eine solche Bauart ist anfällig für Verunreinigungen und Anlagerungen, die zu Unwuchten führen, deren typische Folge ausgeschlagene Lager sind. Auch hier geht Tsurumi einen anderen Weg, da die Laufräder innen geschützt hinter einer Schleißplatte liegen. Eine insgesamt in puncto Verschleiß, Verstopfungen und Verzopfungen weniger anfällige Konstruktion, befand man in Hallau.