Echtzeitvergleich von Siebbandgewebe in der Schlammentwässerung in Pflegelberg

Autor: Patricia Pfister , 16.01.2017

Zehn Wochen lang testeten der führende Spezialist für Filter- und Prozessbandgewebe GKD – Gebr. Kufferath AG (GKD) und die Sülzle Klein GmbH die neue Siebbandtype Speed-Drain im Zentralklärwerk Pflegelberg.

Sie vereint hohe Entwässerungsraten mit zuverlässigem Partikelrückhalt. Unter Realbedingungen auf zwei baugleichen Siebbandpressen verglichen die Teilnehmer das neue Siebbandgewebe mit dem bisher dort eingesetzten GKD-Band vom Typ 1003. Klärmeister Michael Sturm erwartete von dem Test eine Verbesserung des Entwässerungsergebnisses, um die Laufzeit der Klärschlammtrocknung zu reduzieren. Von Anfang an bestätigte das Band die hohen Erwartungen. Dank der – verglichen mit der Type 1003 – erheblich besseren Entwässerungsleistung stieg der Trockensubstanz (TS)-Gehalt um 0,8 Prozent. Dadurch kann die Trocknerauslastung in Pflegelberg um ca. neun Tage pro Jahr (drei Prozent) reduziert werden.

Mit einer neuen Abwasserfilteranlage startete der zukunftsorientierte Weg der Zentralkläranlage Pflegelberg in der Nähe von Wangen. Seitdem wird die auf 80.000 Einwohnerwerte (EW) Anlage stufenweise ergänzt und erneuert. So erfolgte 2005 der Austausch der Kammerfilterpressen gegen zwei Siebbandpressen vom Typ SMP 2500-14 der Firma Sülzle Klein. 2007 fiel der Startschuss zur Klärschlammtrocknung auf einem Niedertemperaturbandtrockner (NTT) Pro 2/3 von Sülzle-Klein mit Abwärmenutzung aus einer nahe gelegenen privaten Biosgasanlage. Im Jahr 2011 wurde die Schlammfaulung mit Faulgasverwertung im eigenen Blockheizkraftwerk (BHKW) in Betrieb genommen. Beheizt wird der Faulturm ebenfalls durch die Abwärme der benachbarten Biogasanlage. Die Schlammentwässerung muss im Jahr rund 18.000 Kubikmeter Klärschlamm 78 Prozent ihres Wasseranteils entziehen. Zu diesem Zweck wird der Überlaufschlamm aus der biologischen Stufe zunächst in einem statischen Eindicker auf zweieinhalb bis drei Prozent Trockensubstanz eingedickt. Ein maschineller Bandeindicker erhöht den Feststoffgehalt anschließend auf sechs bis sieben Prozent. Danach fault der Schlamm bis zu 30 Tage lang in einem 1.100 Kubikmeter fassenden Faulturm aus, wobei er durch zwei Pumpen kontinuierlich umgewälzt wird. Um den Stromgewinn aus diesem Prozess zu erhöhen, gibt die Kläranlage Co-Substrate zu. Durch das Ausfaulen bei 41°C wird das Schlammvolumen um etwa 20 Prozent abgebaut. Zugleich entstehen dabei täglich rund 900 Kubikmeter Faulgas, das in dem angeschlossenen Blockheizkraftwerk verstromt wird. Der so gewonnene Strom deckt 21 Prozent des Eigenbedarfs der Kläranlage. Auf zwei Siebbandpressen wird der Faulschlamm auf 22 Prozent Trockensubstanzgehalt entwässert. Jede der Siebbandpressen in Pflegelberg entwässert rund 9.000 Kubikmeter Klärschlamm pro Jahr, was bei vier Einsatztagen pro Woche etwa 42 Kubikmetern Schlamm am Tag entspricht. Der Austrag der Siebbandpresse wird über eine Dickschlammpumpe mit Druckluftstößen zum 90 Meter entfernten Schlammbunker beim Klärschlammtrockner transportiert. Hier werden pro Jahr 4.000 Tonnen entwässerter Schlamm getrocknet.

Trockene Sache
Ein mit Abwärme aus der Biogasanlage betriebener Bandtrockner entzieht dem entwässerten Schlamm die restliche Feuchtigkeit. Das so entstandene Trockengranulat wird in einem Zementwerk verbrannt. Rund drei Stunden dauert es, bis der Klärschlamm mit 22 Prozent Eingangs-Feststoffgehalt im Niedertemperatur-Trockner auf 91 Prozent TS getrocknet ist. Dafür werden pro Stunde 600 Kilogramm Schlamm mit einem sogenannten Diffusor auf die Trocknerbänder, die ebenfalls von GKD stammen, aufgegeben, verteilt und mit 80 °C warmer Luft durchströmt. Im Schnitt produziert die Kläranlage so pro Jahr 850 bis 900 Tonnen an getrocknetem Klärschlamm. Das entspricht einer Gewichtsreduktion von 3.150 Tonnen oder 79 Prozent. Dafür läuft der Trockner fünfeinhalb Tage die Woche rund um die Uhr, was etwa 6.800 Betriebsstunden im Jahr entspricht. Im Winter kommt die Anlage durch das höhere Schlammaufkommen an ihre Kapazitätsgrenzen. Jeder Prozentpunkt mehr an Trockensubstanz in den entwässerten Schlämmen trägt folglich zur Senkung der Betriebsstunden des Trockners bei. In einem 16 Meter hohen Lagersilo wird das getrocknete Granulat etwa eine Woche lang gelagert, bis es einen Silozug füllt. Rund 40 Silofahrzeugfüllungen werden so pro Jahr erzeugt und zum Verbrennen in das Zementwerk transportiert.

Zentraler Prozess
2005 fiel im Zentralklärwerk Wangen die Entscheidung, die alten Kammerfilterpressen durch Siebbandpressen zu ersetzen. Für sie sprach nicht nur der bessere Entwässerungsgrad, sondern auch der – verglichen mit einer Zentrifuge – deutlich geringere Polymer- und Stromverbrauch. Im Vergleich zu Kammerfilterpressen punkteten sie zudem durch die niedrigeren Anschaffungskosten und einfachere Wartung. Nicht zuletzt stand auch der für Siebbandpressen erforderliche Platz mehr als genug zur Verfügung. Seit der Inbetriebnahme im Jahr 2005 werden die Siebbandpressen mit GKD-Siebbändern vom Typ 1003 betrieben. Jede der Siebbandpressen im Zentralklärwerk Pflegelberg entwässert pro Stunde zwischen sechs und zwölf Kubikmeter Dünnschlamm. Um eine möglichst hohe Entwässerungsleistung zu erzielen, laufen die Anlagen mit 0,9 Metern pro Minute extra langsam. Sprühdüsen unter dem Band reinigen die Bänder nach dem Kuchenabwurf, um eventuell verstopfte Poren wieder zu öffnen. Mit dem Vergleichstest unter Realbedingungen wollte Michael Sturm die Chance nutzen, eine noch effizientere Entwässerungsalternative für seinen Schlamm zu finden, um die anschließende Klärschlammtrocknung auf dem Trockner zu entlasten. Vor der Aufgabe auf die Siebbandpressen muss der Faulschlamm aus dem Faulturm mit Polymer versetzt werden. Eine Pumpe transportiert den Schlamm dann kontinuierlich auf die Aufgabenzone, wo Schikanen für eine gute Drainage sorgen. Über eine Bogenpresszone wird der Schlamm zwischen Ober- und Unterband über eine Filtertrommel in das Walzenregister transportiert. Mit einer Bandspannung von bis zu 14 bar durchläuft der Klärschlamm zwischen den beiden 2,50 Meter breiten und 16,90 beziehungsweise 18,50 Meter langen Bändern die Siebbandpresse. Die 14 Arbeitswalzen des Registers erhöhen dabei durch ihren abnehmenden Durchmesser sukzessive den aufgebrachten Druck. Die unterschiedliche Distanz zur Walze und deshalb abweichende Länge der Bänder erzeugt im Schlamm eine Scherwirkung, die den Entwässerungseffekt verstärkt. Für einen störfreien Pressenbetrieb ist hierbei von entscheidender Bedeutung, dass sich der Schlamm nicht durch die Bänder drückt oder seitlich hervorquillt. Neben diesem geforderten verlässlichen Partikelrückhalt müssen die Bänder gleichzeitig den enormen, auf sie einwirkenden Kräften dauerhaft standhalten und eine hohe Entwässerung gewährleisten.

10-wöchiger Probelauf für GKD-Bandtype
Die guten Erfahrungen mit dem bisher genutzten GKD-Gewebe vom Typ 1003 waren für Michael Sturm ein entscheidender Grund, die Schlammentwässerung in Pflegelberg für einen Test mit dem innovativen Band zur Verfügung zu stellen. „Unser Schlamm lässt sich bedingt durch jahreszeitliche und andere äußere Einflüsse unterschiedlich gut entwässern. Dadurch schwankt auch der Verbrauch an Polymeren. Mit dem 1003 hatten wir bisher schon ein gutes Band, das diese Schlammeigenschaften gut bewältigt hat.“ Auch die flache (PAD-)Naht findet er „richtig gut. Sie trägt wenig auf und belastet dadurch nicht die Einbauteile.“ Entsprechend hoch waren seine Anforderungen an die neue Bandtype. Höhere Entwässerungsleistung bei unverändert guten Eigenschaften in puncto Haltbarkeit, Rückhalt und Querstabilität galt es aus seiner Sicht nachzuweisen. Damit verband er die Hoffnung, mit den neuen Bändern den Feststoffgehalt ein bis zwei Prozent erhöhen zu können. Denn ein verbesserter TS des Klärschlamms würde die Durchsatzleistung im Niedertemperaturtrockner erhöhen und zusätzliche Reservekapazität schaffen. Als weitere Bewertungsparameter waren die Klarheit des Filtrats und der Polymerverbrauch für Michael Sturm entscheidende Kennwerte.

Turbo für die Siebbandpresse
Das von GKD zum Vergleichstest eingezogene neue Siebbandgewebe vom Typ Speed-Drain stellte sowohl in der Schwerkraftentwässerungszone als auch im Walzenregister seine hohe Entwässerungsleistung eindrucksvoll unter Beweis. Kettdrähte aus verschiedenen Spezialkunststoffen, die im Vergleich zu den Polyestermonofilen des bisher eingesetzten Siebgewebes nur etwa halb so dick sind, sorgen für deutlich mehr aber feinere Öffnungen. Dadurch werden sich eigentlich ausschließende Eigenschaften – hohe Entwässerungsleistung und auch bei hohem Druck zuverlässiger Partikelrückhalt – in einem Produkt kombiniert.
Erste Gespräche zwischen den am Vergleichstest beteiligten Partnern – Zentralklärwerk Pflegelberg, GKD und Sülzle Klein – wurden im Dezember geführt. Gut acht Wochen später wurde der Test nach entsprechender personaltechnischer Planung in Pflegelberg gestartet. Dazu ließ Michael Sturm die Schlammentwässerung am Vortag abschalten und die Anlagen reinigen. Der Umbau der beiden Pressen – eine erhielt ein Band vom bisher eingesetzen Typ 1003, eine baugleiche zweite Siebbandpresse den neuen Bandtyp Speed-Drain – und die Wiederinbetriebnahme durch GKD und Sülzle Klein dauerten einen Tag. Am Folgetag fuhren beide Pressen wieder gleichzeitig im normalen Betrieb – unter exakt gleichen Bedingungen bei Flockungsmitteln, Schlamm und Zeit. Die regelmäßigen Beprobungen beider Anlagen erlaubten nach der zehnwöchigen Testdauer valide Urteile über das neue Siebbandgewebe.

Klare Überlegenheit
Von Beginn an zeigte sich, dass das neue Siebband die Erwartungen mehr als übertraf. Mit einem konstant um 0,8 Prozent höheren Trockensubstanzgehalt bei einem Durchsatz von 6,5 Kubikmetern pro Stunde stellte es seine exzellente Entwässerungsleistung eindrucksvoll unter Beweis. Für Volker Meuser, Senior Sales & Application Manager bei GKD, eine erneute Bestätigung der Erfahrungen aus anderen Klärwerken mit dem Speed-Drain. „Jetzt können wir unseren Kunden auch handfeste Vergleichsdaten der beiden Bänder bei exakt gleichen Prozessbedingungen zur Verfügung stellen und damit den Mehrwert unserer neuen Bandtype im Detail belegen.“ Auch für noch dünnere Schlämme, als im Klärwerk Pflegelberg verarbeitet werden, verspricht die neue Siebbandtype eine exzellente Entwässerungsleistung. Positive Auswirkungen auf künftige Anlagengrößen sieht Henning Schneider, Leiter Konstruktion und Fertigung bei Sülzle Klein, überdies: „Durch die hohe Entwässerung in der Seihzone sind Maschinen mit kürzerem Seihbereich denkbar. Das bedeutet für die Kunden nicht nur geringeren Platzbedarf, sondern auch günstigere Anschaffungskosten.“ Klärmeister Michael Sturm ist mehr als zufrieden mit dem Testergebnis. „Der gute Partikelrückhalt des Speed-Drain sorgte dafür, dass der Schlamm sich auch im Dauerbetrieb nicht durchdrückte und die Bänder nicht verklebten.“ Ausschlaggebend für sein insgesamt positives Fazit zu dem neuen GKD-Siebbandgewebe Speed-Drain war aber das deutliche Plus an Entwässerungsleistung: „Durch den Test unter Realbedingungen mit unserem Schlamm habe ich nun eine echte Entscheidungsgrundlage, wie wir unsere Schlammentwässerung optimieren können. Ich kann anhand konkreter Langzeitauswertungen ablesen, dass sich eine Umrüstung auf die neue Bandtype entschieden lohnt, und ich unsere Klärschlammtrocknung dadurch um rund 200 Stunden pro Jahr entlasten kann.“ Zusätzlich wurde deshalb auch der maschinelle Bandeindicker mit dem neuen Entwässerungsband ausgestattet. Auch hier erfüllte es die Erwartungen: So wurde bereits im Bandeindicker der Trocknungssubstanzgehalt um 0,3 Prozent erhöht. Ein Ergebnis, das den Prozess weiter entlastet.

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Mit Kettdrähten aus verschiedenen Spezialkunststoffen sorgt das Speed-Drain-Siebband durch deutlich mehr aber feinere Öffnungen für eine bessere Entwässerung.

Foto: GKD

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Das 1978 gegründete Zentralklärwerk Pflegelberg bei Wangen im Allgäu betreut 31 Pumpstationen, 11 Regenüberlaufbecken sowie 15 Druckluftspülstationen.

Foto: GKD/Zentralklärwerk Pflegelberg

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Dank der besseren Entwässerungsleistung stieg der Trockensubstanz (TS)-Gehalt um 0,8 Prozent.

Foto: GKD

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Die 14 Arbeitswalzen des Registers erhöhen durch ihren abnehmenden Durchmesser sukzessive den aufgebrachten Druck.

Foto: GKD

GKD Anwenderbericht Pflegelberg 05

 

Mit einer Bandbespannung von bis zu 14 bar durchläuft der Klärschlamm zwischen den beiden Bändern die Siebbandpresse.

Foto: GKD