In Kläranlagen Phoshor zurückhalten
Viele kommunale Kläranlagen streben aktuell eine Reduzierung des Phosphor-Eintrags an und modernisieren aus diesem Grund ihre chemische Fällung. Für die Dosierung des Fällmittels entschlossen sich die Verantwortlichen des Hauptklärwerks der Verbandsgemeinde Selters, neue Wege zu gehen. Anstelle von Membranpumpen setzen sie auf die Qdos-Dosierpumpe der Watson-Marlow Fluid Technology Group, vertreten durch die Watson-Marlow GmbH, Rommerskirchen. Durch den Einsatz der Schlauchpumpe konnte der Zeitaufwand für Wartung und Instandhaltung der Dosieranlage reduziert werden.
Die Dosierpumpen fördern zwischen 60 und 250 ml Eisen-III-Chlorid pro Minute. Bild: Watson-Marlow
Die europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL/2000/60/EG) hat ein ehrgeiziges Ziel: Sie fordert, dass Flüsse, Seen, Küstengewässer und Grundwasser spätestens bis zum Jahr 2027 in einem „guten ökologischen und chemischen Zustand“ sind. Doch noch ist viel zu tun, wie ein aktueller Bericht der EU-Kommission zur Umsetzung der WRRL in Deutschland zeigt.
Unter den definierten Schlüsselmaßnahmen, um einen guten chemischen Zustand zu erreichen, nehmen Schritte gegen den Eintrag von Nährstoffen – vor allem Stickstoff und Phosphor – in die Gewässer eine bedeutende Rolle ein. Ohne diese Stoffe wäre pflanzliches und damit auch tierisches Leben in unseren Gewässern zwar grundsätzlich nicht möglich, ein Überschuss führt allerdings zu übermäßigem Algenwachstum und der Eutrophierung von Oberflächengewässern.
Im Bereich kommunaler Abwässer ist deshalb das Ziel, insbesondere den Phosphor-Eintrag durch den Bau und die Nachrüstung von Kläranlagen zu reduzieren. Dies überrascht wenig, denn einerseits ist Phosphor in der Regel der wesentliche Eutrophierungsfaktor, andererseits sind die kommunalen Kläranlagen trotz erheblicher Verbesserungen nach wie vor die wichtigsten Punktquellen für den Phosphor-Eintrag in die Gewässer.
Strengere Phosphor-Grenzwerte
Die Grenzwerte für den Phosphor-Gehalt an der Einleitungsstelle kommunaler Kläranlagen wurden und werden schrittweise deutlich nach unten korrigiert. Alle Bundesländer haben Maßnahmenprogramme beschlossen, um den Eintrag zu reduzieren oder sind aktuell noch dabei, dies zu tun. Diese Maßnahmen beruhen in der Regel auf einer chemischen Fällung des im Abwasser gelösten Phosphors. Durch die Zugabe eines Fällmittels wird der Stoff in unlösliche Verbindungen überführt, die später abgeschieden werden können. Die Grenzwerte für die Mengen im Abwasser stehen nun für viele kommunale Kläranlagen auf dem Prüfstand. Während die Werte grundsätzlich im Anhang 1 der Abwasserverordnung – gestaffelt nach der Größe der Kläranlage – festgelegt sind, gehen aktuell immer mehr Genehmigungs- oder Überwachungsbehörden in den Bundesländern dazu über, darüber hinausgehende, flussgebietsbezogene Maßnahmenprogramme zu verabschieden. Für viele Kläranlagen bedeutet dies in Zukunft niedrigere Grenzwerte als in der Abwasserverordnung festgelegt. Kleinere Kläranlagen sind in vielen Fällen nun erstmals dazu aufgefordert, eine Phosphor-Fällung durchzuführen. Größere müssen aufgrund der geringeren Grenzwerte ihre Fällung deutlich intensivieren.
Modernisierte Fällung
Auch im Hauptklärwerk der Verbandsgemeindewerke Selters im Westerwald entschieden sich die Betreiber dafür, die Fällung zu modernisieren. Durch die Zentralisierung der Abwasserbeseitigung und dem damit verbundenen zusätzlichen Anschluss mehrerer Ortsgemeinden war in den letzten Jahren eine Erweiterung der im Jahr 1995 errichteten Anlage notwendig geworden. Heute wird dort das Abwasser von 11 500 Einwohnern aus neun Ortsgemeinden gereinigt. Darüber hinaus wird der aus dem Abwasser von insgesamt 34 700 Personen anfallende Klärschlamm ökologisch und ökonomisch nachhaltig aufbereitet und wiederverwertet.
In der Regel beträgt der Abwasser-Zulauf zum Klärwerk zwischen 3 000 und 5 800 m3/d. „Das Abwasser wird hier gereinigt und anschließend in den nahegelegenen Saynbach eingeleitet“, so Achim Linder, als Werkleiter bei der Verbandsgemeinde Selters zuständig für die Kläranlage. „Ein wichtiger Schritt bei der Reinigung des Abwassers ist dabei die Eliminierung von im Wasser gelösten Phosphaten, die zum größten Teil aus Wasch- und Reinigungsmitteln stammen.“ Während im Zulauf der Phosphatanteil meistens etwa 5 bis 6 mg/l beträgt, darf die Konzentration nach der Reinigung maximal 1,6 mg/l betragen. Um diesen Grenzwert, der durch die Struktur- und Genehmigungsdirektion des Landes Rheinland-Pfalz überwacht wird, nicht zu überschreiten, wird bereits ab einer Phosphatkonzentration von 1 mg/l im Abwasser vor dem Belebungsbecken ein Fällmittel zudosiert. „Zur Eliminierung des Phosphats setzen wir Eisen-III-Chlorid ein“, sagt Abwassermeister Bernd Schenkelberg. Durch die Fällung wird das im Wasser gelöste Phosphat in unlösliche Phosphat-Verbindungen überführt, die später abgeschieden werden können.
Die Dosierung des Eisen-III-Chlorids aus einem großen Tank erfolgt an der Fällmitteldosierstation. Der Vorgang wird über die Phosphatmessung gesteuert. Dabei werden je nach aktuellem Gehalt im Zulauf-Wasser zwischen 60 und 250 ml Eisen-III-Chlorid pro Minute gefördert. Für diese Aufgabe kamen bis vor einiger Zeit noch Membrandosierpumpen zum Einsatz. Diese erwiesen sich aber als wenig strapazierfähig: „Das Eisen-III-Chlorid hat die Pumpen-Membran angegriffen, so dass wir sie ungefähr alle drei bis vier Monate austauschen mussten“, sagt Schenkelberg. Dies war mit einem großen zeitlichen und personellen Aufwand verbunden. „Einer unserer Techniker war jedes Mal mindestens eine Stunde mit dem Austausch der Membran beschäftigt. Und wegen des dabei austretenden Stoffes anschließend fast noch einmal genauso lange mit der Reinigung der Dosierstation.“
Wirkungsvolles Funktionsprinzip mit minimalem Wartungsaufwand
Vor gut einem Jahr fiel der Entschluss, die Qdos 30-Dosierpumpe an der Fällmitteldosierstation zu testen. „Das einfache, aber wirkungsvolle Funktionsprinzip hat uns dann relativ schnell überzeugt“, sagt Schenkelberg. „Zudem bietet die Pumpe eine gute und intuitive Bedienbarkeit.“ In der Regel fördern die Pumpen in Selters maximal 250 ml/min, so dass die Qdos 30 mit ihrer maximalen Fördermenge von 500 ml/min noch genügend Spielraum nach oben bietet. „Für Aufgaben mit größeren Fördervolumen bieten wir außerdem mit der Qdos 60 und Qdos 120 weitere Modelle mit maximal 1 000 oder 2 000 ml/min an“, so Michael Peters, OEM Sales Engineer bei Watson-Marlow. Alle Modelle arbeiten präzise, bei einem Gegendruck von bis zu 7 bar, so dass ein Überdosieren nicht mehr notwendig ist.
Der größte Vorteil der Pumpenreihe gegenüber anderen liegt jedoch vor allem beim minimalen Wartungsaufwand und den entsprechend kurzen Ausfallzeiten: „Früher haben wir für einen Membranwechsel mit einem Zeitaufwand von 1,5 Stunden kalkuliert. Hier lässt sich dagegen mit nur wenigen Handgriffen der Pumpenkopf als gesamtes Bauteil tauschen“, sagt Bernd Schenkelberg. „Dafür sind maximal fünf Minuten nötig.“
Auch mit den Wartungsintervallen sind die Mitarbeiter in Selters zufrieden: „Bei den alten Pumpen mussten wir drei bis vier Mal pro Jahr die Membran auswechseln. Im Gegensatz dazu hat der Pumpenkopf ein volles Jahr durchgehalten.“ Dadurch profitiert die Verbandsgemeinde von geringeren Instandhaltungskosten.
Der Austausch des Pumpenkopfes ist nicht nur schnell und ohne Werkzeug möglich, sondern löst auch keine Verschmutzung aus: Die Förderrichtung der Pumpe kann problemlos umgekehrt werden. Das Medium wird so aus dem Leitungssystem in den Vorratsbehälter zurück gefördert. Dadurch tritt beim Wechsel praktisch keine Flüssigkeit aus.
„Häufig setzen Anwender aus Tradition auf Membranpumpen, ohne zu hinterfragen, ob der Markt für den jeweiligen Einsatz nicht eine bessere Lösung bietet“, so Michael Peters von Watson-Marlow. „Doch gerade bei schwierigen oder empfindlichen Fördermedien bietet sich das peristaltische Förderprinzip an: Da lediglich der Schlauch mit dem Fördermedium in Berührung kommt, kann nichts verstopfen, korrodieren oder zerstört werden. Durch ihre pulsationsarme Förderung schont die Pumpe außerdem empfindliche Medien genauso wie stoßempfindliche Rohrleitungen.“
Für die kommenden Jahre plant die Verbandsgemeinde Selters die Anschaffung weiterer Qdos-Pumpen – sowohl für die zentrale Kläranlage in Selters als auch für weitere Standorte. „Sukzessive werden wir alle Membrandosierpumpen ersetzen“, so Werksleiter Achim Linder.
Vorteile von Schlauchpumpen
Egal ob Eisensalze wie Eisen-III-Chlorid und Eisen-III-Sulfat, Aluminiumsalze wie Aluminiumsulfat und Polyaluminiumchlorid oder auch Spezialprodukte: Schlauchpumpen eignen sich für die Dosierung aller Arten von Fällmitteln, unabhängig von deren Viskosität, Basizität, Konzentration und Fördermenge. Da bei Schlauchpumpen nur der Schlauch das Medium berührt, stellen auch hochkorrosive und abrasive Stoffe kein Problem dar. Denn weder kann die Pumpe das Fördermedium kontaminieren noch umgekehrt. Durch ihrer Fördergenauigkeit von bis zu ± 0,5 % eignen Schlauchpumpen sich selbst für konzentrierte Chemikalien. Sie vermeiden eine teure Überdosierung und leisten darüber hinaus einen Beitrag zur Reduzierung der Kosten für Transport und Lagerung.
Aus diesem Grund haben sich die Verantwortlichen gemeinsam mit den Experten von der Jonas Schaltanlagenbau GmbH, Siershahn, auf die Suche nach einer Alternative gemacht. Das Unternehmen, in der Kläranlage Selters zuständig für die Modernisierung der Automatisierungstechnik, bietet Anlagenplanung und -umsetzung für alle Bereiche der industriellen und kommunalen Abwasserbehandlung bis hin zu schlüsselfertigen Kläranlagen. „Wegen der hohen Anfälligkeit der Membranpumpen haben wir ein alternatives Funktionsprinzip in Erwägung gezogen und sind dann ziemlich schnell bei Schlauchpumpen und Watson Marlow gelandet, die uns die Qdos-Pumpe vorgeschlagen haben“, sagt Benjamin Bullert, Projektleiter bei Jonas Schaltanlagenbau.
Christian Paschen, Watson-Marlow GmbH, Rommerskirchen, Christian.Paschen@wmftg.com
