Die Aerzener Maschinenfabrik ist ein international führender Anbieter auf dem Gebiet der Abwasserbehandlung und -aufbereitung. Die Abwasserreinigung in Kläranlagen ist dabei einer der größten Einsatzbereiche der AERZEN Gebläsetechnologie. Verdichter, Gebläse und Turbogebläse sorgen für die Belüftung der Belebungsbecken in Kläranlagen aller Art. Das Einsatzspektrum reicht von der kleinen biologischen Kläranlage bis zu großen Anlagen, die für die Abwasserbehandlung mehrerer Gemeinden zuständig sind. Die Maschinen aus AERZEN reichern das Abwasser durch Zuführung von Druckluft mit Sauerstoff an. Dadurch wird den Bakterien der notwendige Sauerstoff zugeführt, der sie befähigt, Schmutzpartikel im Belebungsbecken abzubauen. Auf diese Stufe der Abwasserbehandlung entfallen 60 bis 80 % der gesamten Energiekosten der Kläranlage. Bei einem so hohen Anteil an Energiekosten kann man sich vorstellen, dass man beim Einsatz der effizientesten Technologie in diesem Bereich eine Menge einsparen kann.

Ein wichtiger Schritt für die Effizienz ist es, tages- und jahreszeitliche Schwankungen energietechnisch optimal auszugleichen. So ist z.B. der Energieaufwand für die Belüftung eines Belebungsbeckens einer Kläranlage in einem gut besuchten Urlaubsort an einem warmen Sommertag wesentlich höher als an einem kalten Tag im Winter. Gelingt es, die Leistung der Gebläse an diese Schwankungen anzupassen, kann ein erheblicher Anteil der Energiekosten eingespart werden. Um das zu erreichen, lohnt sich ein genauer Blick auf die jeweils vorhandenen Bedingungen vor Ort. Wie groß ist die Kläranlage, gibt es große Schwankungen oder ist die Auslastung gleichmäßig verteilt? Passt der optimale Leistungsbereich der Gebläse zu dem Regelbereich und der Auslastung der Kläranlage? Wie viel Platz ist für den Einsatz der Gebläse vorhanden? Wie lang ist die Laufzeit der Anlage, soll bald renoviert werden? Kurz gesagt: jede Kläranlage benötigt eine passende, genau abgestimmte Lösung.

Drehkolbengebläse

Drehkolbengebläse, wie z.B. der AERZEN Delta Blower, sind die Arbeitspferde unter den Gebläselösungen: Mit relativ geringen Anschaffungskosten können sie große Regelbereiche abdecken und bieten dadurch flexible Einsatzmöglichkeiten. Drehkolbengebläse passen sich Druck- und Temperaturschwankungen gut an.

Der Einsatz von Drehkolbengebläsen ist mit Abstand die am weitesten verbreitete Methode in der Abwasseraufbereitung. Die große Flexibilität im Regelbereich kann mittels Frequenzumrichterantriebes einfach realisiert werden. So wird auch bei Kapazitätsschwankungen ein nahezu konstanter Wirkungsgrad erzeugt. Die vergleichsweise geringen Investitionskosten werden in kürzester Zeit amortisiert.

Turbogebläse bzw. Turboverdichter

Die Turbotechnologie ist oftmals die effizienteste Lösung für eine Anwendung mit einem eingeschränkten, konstanten Regelbereich und konstanter Drehzahl. Bei Dauerbetrieb nahe seines Auslegungspunktes ist die Energieeinsparung durch den Turbo im Vergleich zu Drehkolbengebläsen erheblich. Die bei der Anschaffung entstehenden höheren Kosten werden später leicht durch die Effizienz des Turbos ausgeglichen. Weniger geeignet ist der Einsatz eines Turbos bei einer Anlage mit regelmäßigen extremen Druck- und Strömungsschwankungen.

Ein weiterer Vorteil des Turbos ist seine geringere Größe. Er benötigt einen kleineren Einbauraum, was eine flexiblere Nutzung des Gebläseraums ermöglicht (wie z. B. für die Nachrüstung oder Neugestaltung des Systems). Das kann zusätzlich Kosten reduzieren. AERZEN liefert den Turbo und auch die anderen Technologien als Paket: Motor, Gebläse und Steuerung werden als komplette Maschine angeliefert und vereinfachen den Einbau.

Hybridgebläse (Drehkolbenverdichter oder Drehkolbenkompressor)

Ein Hybrid-Gebläse vereint die positiven Eigenschaften bzw. Vorteile der Drehkolbengebläse und Schraubenkompressoren mit der Effizienz der Turbogebläse. Der entscheidende konstruktive Unterschied ist der Einsatz eines Niederdruck-Schraubenrotors statt eines geraden oder gelappten Drehkolbenrotors. Dadurch können auch hohe Durchfluss- und Druckschwankungen flexibel und effizient gehandhabt werden. Hybridgebläse bieten einen ähnlich großen Regelbereich wie Drehkolbengebläse und garantieren ein relativ konstantes Volumen bei Druckveränderungen. Ein Hybridgebläse hat einen Regelbereich von 25 bis 100 %. Der Vorteil gegenüber Turbogebläsen ist der relativ hohe Wirkungsgrad in den Teillastbereichen der Maschine.

Der Einbau einer Kombination der oben vorgestellten Maschinentechnologien lohnt sich vor allem in großen Kläranlagen oder einer Anlage mit hoher Auslastung und großen Schwankungen. So kann z.B. ein Turboverdichter für die Grundlast verwendet und für die Spitzenlast oder bei niedrigen Strömungsbedingungen ein Hybridgebläse hinzugeschaltet werden.

Die verschiedenen Maschinentypen können im Sandfang und im Belebungsbecken gleichermaßen eingesetzt werden. Ein Kombinationsbetrieb bestehend aus Turbogebläse, Drehkolbenverdichter und Drehkolbengebläse kann die Energieeffizienz verbessern und die Betriebskosten der Kläranlage erheblich senken. AERZEN bietet hierfür Lösungen mit seinem Konzept „Performance³“.

Die erste ist die intelligente AERZEN Performance³ Software "AERsmart", die für jeden geforderten Betriebspunkt die energieeffizienteste Maschinenkombination auswählt und damit garantiert, dass alle Maschinen mit maximaler Effizienz arbeiten.

Die Anwendungen in der Abwassertechnologie sind vielfältig. Um bei der Ermittlung des jeweils passenden und effizientesten Systems zu unterstützen, bietet AERZEN seinen Kunden ein spezielles Audit, das AERaudit, an, bei dem Leistungsdaten einer bestehenden Anlage gemessen und ausgewertet werden. Aufgrund dieser Analyse können Verbesserungs- und Energiesparpotenziale für jede Kundenanlage ermittelt werden. Darüber hinaus hat AERZEN für seine Kunden eine umfangreiche Materialsammlung für die Planung von Anlagen zusammengestellt. Neben zahlreichen Produkt- und Planungsinformationen finden Anlagenbauer, Ingenieurbüros und Betreiber von Kläranlagen auch Hilfen zur Berechnung von Betriebsdaten, wichtige Informationen zur Maschinenraumgestaltung und Tipps zur Möglichkeit der Wärmerückgewinnung bei der Abwasseraufbereitung.

Zahlreiche Anwenderberichte im Bereich der Abwasserreinigung verdeutlichen beispielhaft, wie mit dem passgenauen Einsatz verschiedener Gebläsetechnologien effiziente Lösungen für ganz unterschiedliche Anforderungen geschaffen werden.

So konnte in der 1974 erbauten Silverstone Kläranlage in Colorado, USA, die für die Abwasserreinigung und Abwasseraufbereitung mehrerer Kommunen – darunter Urlaubsorten mit hohen Bedarfsschwankungen – verantwortlich ist, durch das Ersetzen der alten Zentrifugalgebläse mit AERZENER Gebläsetechnologie und zusätzlichen Frequenzumrichtern die Gesamteffizienz der Anlage deutlich gesteigert werden.

Der hier eingesetzte AERZEN Turbo TB 100 ist mit einem Permanent-Magnet-Motor ausgestattet, der speziell für die Hochfrequenz und Hochdrehzahlanforderungen einer direkt angetriebenen Turboanwendung entwickelt wurde. Dadurch konnte der Lärmpegel drastisch reduziert und ein Gehörschutz überflüssig gemacht werden. Darüber hinaus kann die Warmluft aus dem Kühlsystem des Gebläses im Winter zur Wärmerückgewinnung und somit zum Heizen der Anlage verwendet werden.

Aber auch zahlreiche Erfolgsgeschichten aus der näheren Umgebung sprechen für die Qualität und Rentabilität der Produkte aus Aerzen: In der Kläranlage Emsbüren im südlichen Niedersachsen ersetzt seit März 2016 eine luftgelagerte Turbomaschine von AERZEN einen magnetgelagerten Turbo eines Mitbewerbers. Der Turbo der Serie TB50-0.8 S deckt den Mittel- und Hochlastbetrieb der für 16.000 EGW ausgelegten Anlage ab. Der Schwachlastbetrieb in der Nacht wird mit einem Drehkolbengebläse abgedeckt. Der AERZENER Turbo wird im intermittierenden Betrieb gefahren.

Beim Anfahren fährt der luftgelagerte Turbo zunächst in den Volllastbetrieb hoch, hält diesen Betriebszustand für 10 Minuten. Anschließend werden 60 bis 70 % des maximalen Volumenstroms für einen Zeitraum von 60 bis 80 Minuten reduziert. Ist der erforderliche Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken erreicht, wird der Turbo zunächst auf Leerlauf und danach ganz abgeschaltet. Durch den intermittierenden Betrieb mit bedarfsgerechten Abschaltungsphasen wurde es möglich, flexibel auf unterschiedliche Auslastungsanforderungen zu reagieren und Energie zu sparen. Aufgrund der guten Erfahrungen mit dem luftgelagerten Turbo aus AERZEN wurde innerhalb des zuständigen Wasserverbandes Lingener Land entschieden, auch in der Kläranlage Spelle eine magnetgelagerte Maschine durch einen luftgelagerten Turbo von AERZEN zu ersetzen.

Eine weitere Erfolgsgeschichte von AERZEN in Deutschland ist die Kläranlage Holzkirchen bei München. 80% der Gesamtenergiekosten der Kläranlage entstehen hier für den Antrieb der Gebläse. Daher rechneten sich hier eine passgenaue Auslegung und Wirkungsgradsteigerungen besonders schnell. Für den wechselnden Luftbedarf in den Belebungsbecken wurde eine genaue Luft-Dimensionierung mithilfe einer genauen Regelung benötigt. In der AERsmart Steuerung von AERZEN fand man eine geeignete Lösung. Diese koordiniert auf der Grundlage des benötigten Luftbedarfs unterschiedliche Gebläsetypen miteinander. Vergleichbar mit einem Autopiloten übernimmt der AERsmart das Steuer- und Regelmanagement der Aggregate mit unterschiedlichen Wirkprinzipien und setzt sie bedarfsgerecht ein. Die Grundlast leistet ein Turboverdichter des Typs TB75-0.8S. Bei Spitzenlasten wird zusätzlich ein Drehkolbenverdichter der Reihe Delta Hybrid eingesetzt, bei niedrigerer Belastung, also Unterforderung des Grundlast-Turbos, übernehmen zwei Delta-Blower älteren Typs die Luftversorgung. Teilauslastungen innerhalb der Anlage werden durch die zielgenaue Steuerung und den differenzierten Einsatz der einzelnen Maschinen weitgehend vermieden. Gleichzeitig wird die Energieeffizienz gesteigert. Effiziente Abwasserbehandlung leicht gemacht mit AERZEN!

Einen ausführlichen Referenzbericht über die AERZENER Belüftungssysteme in der Kläranlage Holzkirchen bei München finden Sie unter diesem Link.

Weiterführende Informationen zur Auswahl der effektivsten Gebläsetechnologie finden Sie in unserem Whitepaper.