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Fachbeitrag von Thomas Bleif

In Kläranlagen mit Belebtschlammverfahren werden bis zu 60 % des gesamten Energiebedarfs für den Luftsauerstoffeintrag in die Belebungsbecken benötigt. Hier besteht auf vielen Anlagen ein hohes Potential zur Energieeinsparung und Prozessoptimierung.

Abb 1: Neuer Iris Blenden-Regulierschieber IBS

Der Iris Blenden-Regulierschieber hat sich in den letzten Jahrzehnten auf Hunderten von Kläranlagen als Regelarmatur bewährt und wird dort vor allem zum wirtschaftlichen Luftmengeneintrag in die Belebungsbecken eingesetzt. Im Jahr 1958 wurde der Iris Blendenschieber vom Firmengründer Emile Egger entwickelt und auf den Markt gebracht, wo er vorwiegend für die Papierstoffregelung in Papierfabriken eingesetzt wurde. Anfang der 80er Jahre brachte Egger eine weiterentwickelte Version heraus und seitdem werden diese Schieber vor allem auf Kläranlagen in Belebungsbecken eingesetzt.

Luftmengen können damit präzise und reproduzierbar geregelt werden. Somit lassen sich die biologischen Prozesse stabil betreiben und Sauerstoffeintragswerte können extrem niedrig angesetzt und präzise eingehalten werden. Daraus resultieren eine hohe Energieeffizienz sowie eine grosse Stabilität das gesamte Belebtschlammverfahren.

Abb.2: Spindelantrieb IBS mit mechanischem Positionsanzeiger

Dank systematischer Weiterentwicklung bringt Egger mit Stolz einen komplett neudesignten und technisch überarbeiteten Iris Blenden-Regulierschieber IBS auf den Markt.

Der neue IBS wird erstmal an der diesjährigen Ifat in München präsentiert

Der neue IBS baut kompakt. Für den Anlagenbetreiber ist es von Vorteil zu wissen, in welcher Stellung sich eine Regelarmatur befindet. Aus diesem Grund wurde die visuelle Stellungsanzeige komplett überarbeitet und ist von drei Seiten aus grosser Entfernung deutlich sichtbar, zusätzlich zur elektronischen Stellungsrückmeldung des Regelantriebs an die Leitwarte.

Abb.3: Spül-/Sperranschlüsse des IBS

Der neue IBS ist als Allrounder in vielen Industrieapplikationen einsetzbar, seine gasdichte Ausführung ohne Spindeldurchführung eröffnet viele neue Einsatzmöglichkeiten für die Regelung von Chemie- und Industriegasen. Des Weiteren ist der Schieber für Monitoringsysteme vorbereitet und kann mit Druck beaufschlagt werden, sowie mit einer Gas- oder Flüssigkeitsspülung versehen werden. Dichtheitsüberwachungen und Spülungen lassen sich ohne Änderung der Konstruktion anbringen.

Aber auch für Rohabwässer oder Schlämme ist die Armatur mit ihrer robusten Konstruktion und selbstreinigenden Segmenten ein zuverlässiges Regelinstrument. So sind Iris Blenden-Regulierschieber zur Regelung von Rohabwasser, Betriebswasser, Primär- und Belebtschlamm oder auch zur Zentrifugenbeschickung mit Faulschlamm im Einsatz.

Die drei Sperr- und Spülanschlüsse des neuen IBS sind in 90° versetzt und dienen auch als Drainage- und Kondensatentleerung, was bei periodisch ausser Betrieb gesetzten Anlagen einen Vorteil darstellt.

Die selbstschmierende Spindelmutterausführung des IBS erlaubt einen wartungsfreien und kostengünstigen Betrieb, was den Einsatz des Schiebers an schwer zugänglichen Stellen vereinfacht. Ein weiterer Vorteil für den Betreiber ist der Tausch des Antriebssupports oder Teilen davon, ohne den Schieber aus der Rohrleitung ausbauen zu müssen.

Fallbeispiel Upper Blackstone

Die Kläranlage Upper Blackstone im Bundestaat Massachusetts (USA) wurde im Jahr 2018 mit dem Ziel der Prozessoptimierung und Energieeinsparung gesamt erneuert. Die Anlage mit einem durchschnittlichen Durchsatz von 30 Megagallonen/Tag, was hydraulisch in etwa 670.000 Einwohnerwerten entspricht, besteht aus 4 Belebungsstrassen mit jeweils 7 Regelschiebern. Im Zuge der Umbaumassnahmen wurden die handbetriebenen Regelklappen durch Iris Blenden-Regulierschieber ersetzt, um mithilfe einer Gleitdruckregelung einen präzisen Sauerstoffeintrag in die Becken zu ermöglichen und die Energiekosten zu reduzieren. Jede Belüftungszone wurde vor dem Schieber mit einem Massendurchlussmessgerät vom Typ ABB Sensyflow ausgestattet, um die Iris Blenden über die tatsächlich durchfliessende Menge regeln zu können und in möglichst offener Stellung betreiben zu können.

Abb. 4: Linke Diagrammhälfte: Sauerstoff-Istwerte mit Regelklappen (vor Umbau)
Rechte Hälfte: Sauerstoff-Istwerte mit Iris Blenden-Regulierschiebern vor dem „Tuning“ der Gleitdruckregelung

Schon nach wenigen Wochen des Betriebs zeigten sich markante Verbesserungen durch die gefahrene Gleitdruckregelung mit den Egger-Schiebern. Die Sollwerte der verschiedenen Beckenzonen konnten ohne Tuning sehr genau eingehalten werden mit minimalen Schwankungen um den O2-Sollwert (siehe Abb. 4 Results & Achievement).

Anfang 2019 wurde dann die Gleitdruckregelung mit den Iris-Schiebern noch weiter optimiert und die Ergebnisse sind selbsterklärend: In Abbildung 5 ist deutlich die hohe Regelgüte der Iris-Schieber zu erkennen, schwanken doch die tatsächlich realisierten O2-Werte nur geringfügig um den Soll-Wert und dies bei sich ständig änderndem Luftmengeneintrag, in Abhängigkeit der aktuellen Schmutzfracht der Kläranlage. Die Luftmengen sind in der unteren Diagrammhälfte in „Standard Cubic Feet per Minute“ (SCFM) dargestellt.

Abb. 5: Sauerstoff-Istwerte auf der Kläranlage Upper Blackstone mit Iris Blenden-Regulierschiebern und optimierter Gleitdruckregelung

Dank dieses hochpräzisen Regelkonzepts sowie der neuen Maschinentechnik konnten schon nach kurzer Zeit beträchtliche Energiemengen eingespart werden, was ein Vergleich des täglichen Energiebedarfs für die Belüftung der Belebungsbecken zeigt. Im Jahresschnitt konnte der Energiebedarf um 10 % gesenkt werden (Abb. 6), siehe rote Kurve aus dem Jahr 2019 (Betrieb mit Iris Blenden-Regulierschiebern). Des Weiteren konnten die Ablaufwerte deutlich verbessert werden und der Einsatz von zusätzlichen Chemikalien wie Karbon massiv gesenkt werden.

Abb. 6: Energieverbrauch der Kläranlage Upper Blackstone für die Belüftung der Belebungsbecken vor und nach der Optimierung (Regelklappen 2016 & 2017 / Iris Blenden-Regulierschieber 2019)

www.eggerpumps.com

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