Die 5 häufigsten Herausforderungen bei der Abwassermischung und wie man sie löst
Das Mischen ist einer der wichtigsten Bestandteile der Abwasseraufbereitung, aber die Planung und der Betrieb eines Mischsystems sind mit mehreren komplexen Herausforderungen verbunden. In diesem Artikel werden einige der häufigsten Herausforderungen bei der Abwasservermischung beschrieben, wie sie gelöst werden können und was Sie bei der Aufrüstung eines Bestehenden oder der Planung eines neuen Mischsystems beachten sollten.
Das Mischen des Abwassers ist einer der energieintensivsten Prozesse in einer Kläranlage und spielt eine wichtige Rolle bei der Einhaltung der Vorschriften. Wenn Ihr System jedoch nicht optimal ausgelegt ist, verbrauchen Sie möglicherweise zu viel Energie, verschwenden Ressourcen und geben zu viel Geld für Geräte und Reparaturen aus.
Bevor wir uns mit den Herausforderungen der Durchmischung befassen, sollten wir einen kurzen Blick auf den Zweck der Durchmischung in Kläranlagen werfen und darauf, warum sie eine immer wichtigere Rolle bei der Einhaltung der Qualitätsstandards für Abwässer spielt.
Wozu dient die Abwassermischung?
Einer der Hauptzwecke des Mischens in einer Kläranlage besteht darin, das Abwasser zu vermischen und die Ablagerung von Feststoffen zu verhindern. Während das Abwasser die Kläranlage durchläuft, sorgen Rührwerke dafür, dass das Abwasser eine konsistente, einheitliche Zusammensetzung aufweist. Die Gleichmäßigkeit des Abwassers erhöht die Effizienz von Klärprozessen wie der biologischen Nährstoffentfernung (BNR) und der Ausflockung.
In Kläranlagen werden Mischer eingesetzt, um optimale Bedingungen für die Nährstoffentfernung zu schaffen, bei der Bakterien eingesetzt werden, die Stickstoff und Phosphor verbrauchen. Es ist wichtig, diese Nährstoffe zu entfernen, denn wenn sie im Abwasser vorhanden sind, können sie die Wasserqualität und die Ökosysteme negativ beeinflussen. Ohne Durchmischung setzen sich die Bakterien im Tank ab, wodurch ihre Fähigkeit, Stickstoff und Phosphor zu verbrauchen, eingeschränkt wird. Durch die Durchmischung werden die Bakterien und die Nährstoffe in Bewegung gehalten, um ihre Wechselwirkung zu erhöhen.
Durch die Durchmischung wird auch das Problem des „Kurzschlusses“ in den Klärbecken vermieden. Unter Kurzschluss versteht man die Zeiten, in denen neues Abwasser in einen Tank fließt und dann wieder heraus, ohne ausreichend mit den nützlichen Bakterien in Kontakt zu kommen.
Häufige Herausforderungen bei der Abwassermischung
Angesichts der finanziellen Lage und der zunehmenden Vorschriften, mit denen Versorgungsunternehmen und Industrie konfrontiert sind, besteht die größte Herausforderung bei der Abwassermischung darin, die besten Ergebnisse bei geringstem Ressourceneinsatz zu erzielen. Hier sind fünf allgemeine Herausforderungen, die Kläranlagen bei der Planung und dem Betrieb eines Mischsystems bewältigen müssen.
- Die Auswahl des richtigen Rührwerks
In Kläranlagen stehen verschiedene Arten von Rührwerken zur Auswahl, z. B. Top-Entry-Rührwerke und Tauchmotorrührwerke. Welche Art von Rührwerk Sie wählen, kann von der Behandlungsstufe, der Art der zu mischende Flüssigkeit und den Zielen des Mischprozesses abhängen. Bei der Auswahl eines Rührwerks sollten Sie immer bedenken, dass Sie optimale Ergebnisse bei minimalem Energieverbrauch erzielen wollen.
Top-Entry-Rührwerke werden wie ein umgedrehter Deckenventilator direkt in den Tank eingesetzt und leiten die Energie auf den Boden des Tanks und um seine Seiten herum. Während schwere, langsam laufende Top-Entry-Rührwerke dies in Tanks mit einfachen Formen (z. B. nicht zu flach, breit oder lang) effizient erreichen können, ist das Risiko von Schwachstellen mit schlechter Durchmischung ein Problem, und oft auch die Installationskosten.
Tauchmotorrührwerke hingegen werden seitlich am Tank in sorgfältig ausgearbeiteten Winkeln montiert. Diese Rührwerke treiben eine schlaufenförmige Schüttgutströmung um den Tank herum an, die mit weniger Energie aufrechterhalten werden kann, wenn die Strömung den vollen Kreis erreicht. Tauchmotorrührwerke können optimale Ergebnisse bei geringerem Energieverbrauch als Top-Entry-Rührwerke liefern. Bei der Auswahl eines Tauchmischers ist es wichtig, einen Anbieter zu wählen, der Ihnen bei der Gestaltung Ihrer Gesamtmischlösung einschließlich der Optionen für die Mischerpositionierung helfen kann. - Auswahl der optimalen Rührwerksgröße
In der Vergangenheit haben viele Kläranlagen überdimensionierte Rührwerke gewählt, um eine optimale Durchmischung unabhängig von Durchflussschwankungen zu gewährleisten. Jetzt, da der Energieverbrauch und die biologische Nährstoffentfernung an erster Stelle stehen, müssen die Kläranlagen bei der Auswahl der Rührwerksgrößen vorsichtiger sein. Zu große Rührwerke können in Zeiten mit geringem Durchfluss zu unnötigem Energieverbrauch führen, da sie oft auf volle Drehzahl eingestellt sind. Überdimensionierte Rührwerke können auch eine unerwünschte Oberflächenvermischung verursachen und sich negativ auf die mechanische Stabilität der installierten Ausrüstung auswirken.
Bei der Auswahl der Größe eines Mischers ist es wichtig, den Unterschied zwischen Leistung und Schubkraft zu kennen. Die Leistung bezieht sich darauf, wie viel Energie ein Mischer verbraucht, was nicht unbedingt zu einem besseren Mischen führt. Ein „leistungsstärkerer“ Mischer hat möglicherweise einen weniger effizienten Motor und eine weniger effiziente Konstruktion.
Die Schubkraft hingegen bezieht sich auf die Kraft, die der Mischer erzeugt und auf die Flüssigkeit überträgt. Die Schubkraft ist bei der Auswahl eines Rührwerks ein viel besserer Vergleichspunkt als die Leistung. Das Schubkraft-Leistungs-Verhältnis eines Rührwerks misst, wie viel Kraft vom Rührwerk erzeugt wird, geteilt durch die elektrische Eingangsleistung, die zur Erzeugung dieser Kraft verbraucht wird. Je höher dieses Verhältnis ist, desto effizienter ist der Mischer. - Die beste Rührwerksposition finden
Die Position und Ausrichtung des Rührwerks in einem Abwasseraufbereitungstank sind entscheidend für die Maximierung der Leistung. Ziel ist es, einen optimalen Volumenstrom, d. h. die Bewegung der Flüssigkeit im gesamten Tankvolumen, bei minimalem Energieverbrauch zu erreichen. Die Stärke des Volumenstroms bestimmt das gesamte Mischergebnis.
Die Positionierung des Rührwerks sollte sich nach den Mischaufgaben, der Anordnung des Tanks, der Schubkraft des Rührwerks und den Eigenschaften der Flüssigkeit richten. Ein Tauchmotorrührwerk sollte beispielsweise so positioniert werden, dass sein Strahl sanft von den Wänden abgelenkt wird und ein schleifenförmiges Muster entsteht. Wenn das Rührwerk nicht richtig positioniert ist, entstehen im Tank ruhige Zonen, in denen keine Durchmischung stattfindet.
Angesichts der Komplexität der Mischerpositionierung benötigen Sie eine sorgfältig konzipierte Lösung, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Um die kosteneffizienteste Mischlösung zu finden, sollten Sie einen Anbieter wählen, der eine CFD-Modellierung (Computational Fluid Dynamics) anbietet. Diese Modellierung hilft Ihnen, das optimale Rührwerk und die optimale Rührwerksposition für Ihre spezifischen Anforderungen zu bestimmen. - Reduzierung des Energieverbrauchs eines Rührwerks
Die Optimierung von Mischprozessen mit dem Ziel, den Energieverbrauch zu minimieren, ohne die Leistung zu beeinträchtigen, ist eine ständige Herausforderung. Um den Energieverbrauch zu senken, sollten Sie Rührwerke mit variablen Geschwindigkeiten, hocheffizienten Motoren und hydraulischen Konstruktionen wählen, die die Schubkraft maximieren.
Rührwerke für Kläranlagen werden in der Regel auf der Grundlage der Spitzenlast der Anlage ausgewählt. Die Spitzenlast tritt jedoch in den meisten Anlagen nur selten auf, und wenn Sie einen Mischer mit nur einer Geschwindigkeit und einem ineffizienten Motor verwenden, verbraucht das Rührwerk weit mehr Energie als erforderlich.
Ein adaptives Rührwerk hingegen kann mit variablen Geschwindigkeiten auf der Grundlage der Echtzeitbedingungen arbeiten, was den Energieverbrauch und die Betriebskosten senkt. Mit einem adaptiven Rührwerk kann die Schubkraft eines Mischers einfach erhöht oder verringert werden, um den aktuellen Anforderungen zu entsprechen. Um maximale Energieeinsparungen zu erzielen, wählen Sie einen Mischer mit variabler Drehzahl und einem hocheffizienten IE3- oder IE4-Motor. Diese Rührwerke haben den Vorteil, dass sie sich leichter zwischen verschiedenen Tanks an einem Standort oder zwischen verschiedenen Standorten standardisieren lassen.
Die Konstruktion des Rührwerkspropellers spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Maximierung des Schubs und der Minimierung des Energieverbrauchs. Die Bananen-Propeller von Flygt bieten beispielsweise einen außergewöhnlichen Schub und einen hohen Schüttgutdurchsatz und damit eine hohe Energieeffizienz. Der Propeller ist so konstruiert, dass er sich selbst reinigt und einen verstopfungsfreien Betrieb gewährleistet, selbst bei faserigen Materialien. - Überwachung und Steuerung von Rührwerken
Da sich die Abwasserbedingungen in Kläranlagen ständig ändern, müssen die Rührwerke kontinuierlich überwacht werden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Die Betreiber müssen Parameter wie Mischergeschwindigkeit, Stromverbrauch und Durchflussmengen überwachen und sicherstellen, dass die Rührwerke nicht überhitzen, undicht sind oder verstopfen. Dies kann ein zeitaufwändiger Prozess sein, weshalb Kläranlagen zunehmend auf automatische Überwachungs- und Kontrollsysteme setzen.
Um manuelle Prozesse zu minimieren und die Leistung zu maximieren, sollten Sie ein Mischsystem wählen, das Echtzeitdaten, automatische Geschwindigkeitsanpassungen und Fernüberwachungsfunktionen bietet. Auf diese Weise können die Bediener die Mischleistung problemlos optimieren, den Energieverbrauch senken und eventuelle Probleme schnell beheben.
Die adaptiven Rührwerke von Flygt zum Beispiel können so vorprogrammiert werden, dass sie autonom arbeiten, manchmal sogar ohne externe Steueranschlüsse. Sie verfügen über programmierbare Rampenraten für sanftes Anfahren und eine breite Palette fester Drehzahleinstellungen für geringeren Stromverbrauch und Verschleiß. Außerdem verfügen sie über einen Selbstschutz, der das Rührwerk abbremst, um z. B. Gegenstände, die sich im Propeller verfangen haben, zu entfernen oder um Schäden durch Überhitzung zu vermeiden. Die interne Steuerung führt ein Alarmprotokoll zur einfachen Fehlerbehebung.
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Xylem entwickelt seit über 60 Jahren innovative Abwasserrührwerke und hat weltweit mehr als 300.000 Flygt-Rührwerke installiert. Wir verfügen über eine breite Palette von Rührwerken sowie Überwachungs- und Steuerungslösungen, die sicherstellen, dass Sie die bestmögliche Leistung für Ihre Anwendung erhalten. Wenn Sie Hilfe bei der Konzeption Ihrer Rührwerkslösung benötigen, einschließlich fortschrittlicher CFD-Modellierung (Computational Fluid Dynamics), stehen Ihnen unsere Experten gerne zur Verfügung.
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