Zusatzdienst

Technik

Effizienz - Die Abwasserreinigung ist energieintensiv. Das bietet viel Spielraum für Verbesserungen. Eine Kläranlage in der Nähe von Stuttgart zeigt, was alles möglich ist. Wärmetauscher in einer Druckluftleitung gewinnen Heizwärme für die Nebengebäude.

28. September 2016

Kläranlagen zählen zu den größten Stromverbrauchern einer Kommune. 2010 verbrauchten die rund 10.000 Anlagen bundesweit insgesamt rund 4.200 GWh Strom. Viele Klärmeister stellen ihre Anlage vom Kopf auf die Füße, um den Verbrauch zu senken oder den Energieeinsatz zu verbessern. Der Energiebedarf hängt vom eingesetzten Reinigungsverfahren, dem Reinigungsziel sowie von den örtlichen Bedingungen und der Energieeffizienz ab.

Sammelleitung angezapft

Als die Kläranlage Filderstadt die Druckluftkompressoren modernisierte, wurde auch gleich eine Wärmerückgewinnung eingebaut. Weil die vier Drehkolbenverdichter in einem Raum installiert sind, kann deren Abstrahlwärme vergleichsweise einfach gesammelt und wiederverwertet werden. Dafür ist in dem Raum eine Absauganlage eingebaut, die die aufgewärmte Luft einsammelt und über einen Verteilerkanal in die weiteren Räume des Technikbereichs bläst. Ein noch größeres Potenzial zur Wärmerückgewinnung bietet die Gebläseluft selbst. Die Wärme resultiert aus dem physikalisch bedingten Effekt, dass die Lufttemperatur beim Verdichten steigt.

Wärmetransfer

Um dieses Potenzial für eine bessere Energieeffizienz zu nutzen, ist direkt nach den Gebläsen ein Rohrbündelwärmetauscher in die Sammelleitung für zwei Belebungsbecken eingebaut.

Durch diesen strömt Wasser, das der warmen Luft ein Delta bis 17 °C entzieht. Das Potenzial ist aufgrund der Förderleistung der Kompressoren von jeweils 20 m3 in der Minute so groß, dass das mit dem Umbau beauftrage Ingenieurbüro die Wärmeleistung mit 14 kW bezifferte.

Diese Leistung nutzt die Kläranlage Filderstadt für die Warmwassererzeugung sowie zur Beheizung eines Betriebsgebäudes, das im Zuge der Modernisierung gebaut wurde. Der Anschluss erfolgt mit einer gut isolierten Fernwärmeleitung, die im Erdboden verlegt ist.

state of the art

»Wärmerückgewinnung wird in Kläranlagen zu einem immer wichtigeren Thema«, sagt Markus Leidinger vom Kompressorenhersteller Aerzen, der die neuen Aggregate in Filderstadt geliefert hat. Wärmerückgewinnung wird nach seinen Worten auch von der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft und Abwasser (DWA) empfohlen. Der Verband hat für die Wärmerückgewinnung eine spezielles Merkblatt mit der Nummer A216 verfasst. Die Montage des Wärmetauschers dauerte einen Tag. Zusätzlich wurde noch ein Wassserkreislauf zum Wärmespeicher installiert, bestehend aus Pumpe und Rohrleitungen. »Am besten installiert man um den Wärmetauscher einen Bypass, das erleichtert später die Revision«, rät Leidinger.

Ertrag je nach Betriebsweise

Bis zu einem Volumenstrom von 11.700 Nm3/h ist ein Wärmetauscher in der Sammelleitung ausreichend. »Somit ist ein möglichst geringer Druckverlust unter 30 mbar über den Kühler gewährleistet«, sagt Leidinger. Dieser niedrige Druckverlust spare wiederum Energiekosten auf der Verdichterseite. Darüber hinaus sollten die Wärmetauscher dezentral, das heißt direkt an den Kompressoren installiert werden, so Leidinger. Bei einem Volllastbetrieb zweier Aggregate mit einem Volumenstrom von 2300 Nm3 / h und einem Druck im Klärbecken von 620 mbar können nach seinen Worten in Filderstadt bis zu 26,2 kW mit dem Wärmetauscher gewonnen werden. Bei einem Teilleistbetrieb mit 30 Hz seien bis zu 16 kW möglich. Umgerechnet auf 6.000 Betriebsstunden im Jahr müsste man bei einem Ölpreis von 60 ct/l rund 10.620 € investieren, um die 26,2 kW mit Ölfeuerung zu erzeugen, hat Aerzen errechnet.

Steuerung

Damit sich der Volumenstrom für die biologischen Becken präzise regeln lässt, sind alle vier Kompressoren in einem Frequenzband zwischen 15 und 50 Hz drehzahlgesteuert mittels Umrichtern. Deren technische Wärme wird gesammelt und über einen Lüftungskanal weitergeleitet in andere Räume des Gebäudes. (hd)

Erschienen in Ausgabe: 08/2016