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Wartungsfrei und flexibel: Fällmitteldosierung zuverlässig überwachen

Eine wichtige Aufgabe der Abwasserbehandlung ist das Entziehen von Nährstoffen um die Gewässerbelastung zu minimieren. Phosphorverbindungen wirken in Gewässern als Düngemittel und sind die Hauptursache für die Eutrophierung, dem übermässigen Algenwachstum. Um die Phosphate dem Abwasser zu entziehen, werden Fällmittel eingesetzt. Die genaue Messung der Fällmitteldosierung ist für die Anlagenregelung und Betriebssicherheit wichtig. Die Überwachung der Dosierung ist nicht ganz einfach: Herkömmliche, nicht berührungsfrei arbeitende Messsysteme wie MIDs leiden sehr schnell unter Ablagerungen an der Sensorik. Diese Ablagerungen führen zu fehlerhaften Durchfluss-Messergebnissen und damit zu einer Fehldosierung teurer Fällmittel. Als ideale Lösung hat sich das berührungslos messende und damit wartungsfreie Ultraschallgerät deltawaveC-P erwiesen.

Lukas Maria Dudkowski, Vertriebsingenieur systec Controls, Puchheim

 

Mit Hilfe der Fällmittel werden die Phosphate abgeschieden und als Feststoff aus dem Abwasser zusammen mit den anderen Feststoffen als Bestandteil des Klärschlamms entfernt. Die Phosphorkonzentration kommunaler Abwässer liegt im Durchschnitt zwischen 1 und 5 mg P/l. Nach den Bestimmungen des Abwasserabgabengesetzes muss je nach Grösse der Kläranlage und Art des Vorfluters, also des Gewässers, in das das geklärte Abwasser eingeleitet wird, die Phosphatkonzentration auf 0,5 bis 1,0 mg P/l reduziert werden. Um dies zu erreichen, ist die erforderliche Menge an Fällungsmitteln nach stöchiometrischen Verfahren zu errechnen. Meistens werden die Fällungsmittel direkt in die biologische Reinigungsstufe zugegeben, manchmal auch in einen Abwasser-Seitenstrom oder zur Vorfällung bzw. Nachfällung. Hier in Geiselbullach erfolgt eine Simultanfällung am Ende der Belebungsstufe, das heisst, das Fällungsmittel wird am Ende der biologischen Stufe eingebracht. 

 

Wartungsfreie, genaue Messung trotz schwierigster Messbedingungen 

Zunächst zu Testzwecken wurde ein portables deltawaveC-P Durchflussmessgerät für eine Woche installiert. Parallel wurde die Messung per Ausliterversuch kontrolliert: jede der beiden Fällmittelstrassen wartet nachts pro Strasse mit nur 90 l/h, in Zeiten der Spitzenauslastung mit 400 -500 l/h auf. Vor allem der geringe Durchfluss und die zur Dosierung eingesetzte Kolbenpumpe, die den Durchfluss pulsieren liess, erschwerten die Messung. Der Leitungsverlauf der PVC-Leitung mit nur 20 mm Durchmesser bei 1,5 mm Wanddicke in Kombination mit einem Schlauch, der das Fällmittel zum Becken führt, stellte kein Problem dar. Zur genauen Messung genügte ein über 30 cm gerade laufender Messrohrabschnitt auf dem die Ultraschallwandler aussen aufgespannt sind. Was anderen Messverfahren Probleme macht und Wartungsaufwand verursacht ist die Eigenschaft des Fällmittels zum Ausfällen in Form kalkartigen Niederschlags, der den freien Durchgang von nur 3 mm der bislang installierten MIDs immer wieder zusetzt. - Nicht viele Messsysteme können unter diesen Bedingungen auf Dauer wartungsfrei ein genaues Messergebnis erzielen. Die Messebedingungen erschwerend ist die Pulsation der Membran-Kolbenpumpen und damit das komplexe Durchflussgeschehen.
 
 
deltawaveC-P, das portable Clamp-On-Durchflussmesssystem auch für schwierigste Messungen. Bild: systec Controls

 

Zuverlässige Messdaten 

Anlass für die Testinstallation des Ultraschall-Durchflussmessers war letztlich die Situation, dass die beiden MIDs die die Fällmittelzugabe überwachten, eine Differenz zwischen tatsächlicher Liefermenge und gemessener Fällmittelmenge nach mehrjährigem Betrieb fast in Höhe des Faktors 3 aufzeigte. 
Wie gut die Ultraschallmessung funktioniert und wie belastbar die Messergebnisse sind, kann mittels der integrierten Oszilloskop-Funktion im deltawaveC-P visualisiert und analysiert werden. Der Anwender verfügt über wichtige Erkenntnisse zur Messung sowie zur Qualität der Signalauswertung und damit zur Belastbarkeit der Durchflussmessung auch unter widrigsten Bedingungen. Diese Möglichkeit der direkten visuellen Anzeige der Ultraschallempfangssignale bietet nur das deltawaveC-P. 
Bei einer Ausliterung von 400 l, hatte das deltawaveC-P nur eine Abweichung von etwa 4% vom tatsächlichen Volumen. Im Vergleich zu anderen Messsystemen ergibt sich damit eine hohe Genauigkeit. Das teure magnetisch-induktiv arbeitende Vergleichsgerät, also ein MID, hatte eine Messabweichung von weit über 40%.
 

Flüssige Medien bei geringster Strömung präzise messen. 

Das Clamp-On-Ultraschallmesssystem ist ein tragbares Durchflussmessgerät der neuesten Generation. deltawaveC-P nutzt die bewährte Ultraschalllaufzeittechnik. Es ermöglicht Messbereiche von wenigen mm/s bis zu vielen m/s Strömungsgeschwindigkeit. Dank der individuellen Parametriermöglichkeit wäre die Messung auch an das jeweilige Fällmittel problemlos anpassbar, würde man dieses wechseln wollen. Die Messung erfolgt von aussen ohne Leitungseingriff. Es gibt keinerlei Mediumsberührung und damit auch keine im Energiebedarf der Pumpe zu Buche schlagenden Druckverluste. 
 
Die Fällmittelzuführung mit dem Clamp-on-Durchflussmesssystem an dem transparenten Abschnitt der Fällmittelleitung. Bild: Amperverband
 

Minutenschnell installiert 

Die Installation der Wandler auf der PVC-Leitung dauerte nur wenige Minuten. Dank des optional verfügbaren Wanddickenmessers deltawave-WD konnten alle relevanten Eingabegrössen für das deltawaveC-P vor Ort bestimmt werden. Sobald die Ultraschall-Wandler den erforderlichen Kontakt zur Rohroberfläche hatten, die Auto-Windowfunktion für diese Messung am Gerät deaktiviert und eine die Geräteeinstellungen wie die gewünschte Verzögerung erfolgt war, konnte die Messung starten. deltawaveC-P wird mit einem Messkoffer geliefert. So ausgerüstet lässt sich mit diesem Messsystem der Durchfluss in allen Abwasserleitungen praktisch an jeder beliebigen Stelle der Anlage messen. Das grosse hintergrundbeleuchtete Display mit grafischer Darstellung, die einzigartige Oszilloskop-Funktion, der integrierte Datenlogger und die intuitive Bedienung machen das Handling leicht. Mit dem deltawaveC-P lassen sich nach sehr kurzer Einarbeitungszeit komplexe Messaufgaben sicher und schnell lösen, um die Anlage zu optimieren und letztlich teures Fällungsmittel einzusparen. deltawaveC-P setzt mit der präzisen Berechnungsalgorithmen Massstäbe. Das Gerät misst deshalb auch Flüssigkeiten bei relativ hoher Feststoff- und Gasbelastung genau. Allein sichtbare Gasblasen können die Messung verfälschen.
Letztlich überzeugte das von systec-Controls entwickelte Ultraschall-Durchflussmesssystem die Verantwortlichen da es – anders als die bislang installierten MIDs - nicht zusetzen kann und auf Dauer, ohne Wartungsaufwand genaue Messergebnisse liefert. Und sollten Ablagerungen im Messrohr zum Problem werden, dieses zu tauschen oder zu reinigen wäre keine Affäre.
 
Nach den erfolgreichen Testmessungen mit dem mobil einsetzbaren deltawaveC-P entschied man sich für das festinstallierte deltawaveC-F, ausgerüstet mit 2 Kanälen. Daniel Lingemann, M.Sc. und zuständig für die Projektbearbeitung/Anlagenoptimierung beim Amperverband sagt dazu: «Wir haben nach einer zuverlässigen, wirtschaftlichen Lösung für die Fällungsmittelüberwachung gesucht und mehrere Messverfahren und -Geräte verglichen. Für uns ist das Ultraschallmessgerät deltawaveC-F die optimale Lösung. Dank Clamp-On haben wir keinen Wartungsaufwand und können mit dem Gerät Kontrollmessungen bei sehr unterschiedlichen Durchflussmengen vornehmen. Die Abweichungen aus dem Ausliterversuch lagen je nach Frequenz der Pumpen bei bis zu 15 % (bei niedrigen Frequenzen), aber auch deutlich darunter ca. 1 – 5 % (bei mittlerer bis max. Frequenz), das wurde aber in Kauf genommen, da die höheren Abweichungen nur in den Nachtstunden bei geringer Phosphorlast zu erwarten sind und damit insgesamt nur ein geringes Volumen «falsch» gemessen wird. Gleichzeitig ist davon auszugehen, dass diese Fehler mehr oder weniger konstant bleiben, da wir die Messstrecke reinigen oder ersetzen können und sich deshalb der Messfehler nicht wie beim MID über die Jahre teils dramatisch verschlechtert. Sobald auch der 2. MID seinen Geist endgültig aufgibt werden wir dann mit einem Gerät über den 2. Kanal des deltawave auch die zweite Fällmittelleitung überwachen.» 
Für den Amperverband war sicherlich ein weiterer Pluspunkt bei der Entscheidungsfindung, dass zum Teil seit langen Jahren andere Durchflussmessgeräte dieses Herstellers aus Puchheim arbeiten. 
 
Die Fällmittelzuführung mit Pumpsystemen und der Clamp-On deltawave -Durchflussmesseinrichtung. Bild: Amperverband
 
 
Zum Amperverband 
Seit Gründung im Jahr 1960 kümmern sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des AmperVerbands um die Schmutzwasserentsorgung von zehn Städten und Gemeinden. Im Umland von München. In der Kläranlage in Geiselbullach wird das Schmutzwasser gründlich gereinigt, aufbereitet und sauber in die Amper zurückgeführt. Im Jahr 2000 übernahm der Verband zusätzlich die Betriebsführerschaft für den «Zweckverband zur Wasserversorgung der Ampergruppe», im Jahr 2017 für die Gemeinde Alling. Seitdem ist der Verband auch für die Trinkwasserversorgung von fünf Städten und Gemeinden rund um Olching zuständig. 
Zum deltawaveC 
Dank Aufschnalltechnik erfolgt die Montage der Ultraschallwandler binnen weniger Minuten. Ein aufwändiges Trennen der Rohrleitung ist nicht notwendig. Dadurch und durch die Vermeidung von Prozessstillständen tragen deltawaveC-Geräte entscheidend zur Optimierung der Betriebskosten bei. Die berührungsfreie Messung von Flüssigkeiten ist praktisch... 
- 100% leckagesicher 
- 100% druckfest 
- 100% driftfrei 
- 100% verschleiss- und damit wartungsfrei 
- 100% druckverlustfrei und damit Energie sparend 
Die Geräte decken die allermeisten Rohrleitungsgrössen (DN10 - DN6000) und Anwendungen branchenübergreifend ab. Neben der Durchflussmessung ist auch die Wärmemengen-Messfunktion integriert. In Kombination mit den Ultraschallwandlern und den optional erhältlichen Clamp-on Temperatursensoren lassen sich damit auch Wärme- und Kältemengen zuverlässig und genau erfassen und dokumentieren. 
 
 
 
systec Controls Mess- und Regeltechnik GmbH
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