Aero-sys (Aero-sys Belüftungssystem für Kläranlagen)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 513.16.15

Schlüsselwörter (Deutsch)

Belebungsbecken, Belüftungssystem, Stromverbrauch, Temperatur im Gebläse, Sauerstoffgehalt, Lärm, CSB, O2, NO2-, NH4+, Nitratabbau, Aero-sys, Abwasserreinigung, ARA

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bei der Abwasserreinigung wird nach heutigem Stand der Technik zwischen den Belebungs- und dem Festbettverfahren unterschieden. Das in der Schweiz am häufigsten angewendete Verfahren zur biologischen Abwasserbehandlung in Kläranlagen ist momentan das Belebtschlammverfahren, bei dem das Abwasser durch Bakterien unter Sauerstoffverbrauch aerob biochemisch umgewandelt wird. Der im Wasser gelöste Sauerstoff wird dabei von den Bakterien verbraucht und muss laufend zugeführt werden. Die Versorgung der Belebtschlammbecken mit Sauerstoff erfolgt mittels Druckluft, welche in einer externen Gebläsestation produziert wird. Das Belüftungsverfahren mit einer externen Gebläsestation wird auf sämtlichen Kläranlagen dieses Typs in der Schweiz angewandt. Für die Erzeugung der benötigten Druckluft ist ein grosser Energieaufwand nötig, was die biologische Reinigungsstufe zum grössten Stromverbraucher einer Kläranlage macht (50 – 75 % des Stromverbrauches). Das Aero-sys Kompakt-Belüftungssystem, bestehend aus Tauchgebläse, Steuerschrank und Belüfterplatten produziert die Prozessluft für die biologische Reinigungsstufe dort, wo sie benötigt wird: direkt im Becken.

In diesem Projekt soll nach einer Prototypen-Entwicklung mit einem weiter optimierten Aero-sys System in einer Langzeitstudie auf der ARA Region Frauenfeld der reale Einsatz geprüft und die Leistungseffizienz verifiziert werden. Dazu wird die Hälfte eines Belebungsbeckens mit dem Aero-sys System bestückt. Der als Feldversuch konzipierte Versuch unterliegt den alltäglichen Schwankungen einer Kläranlage innerhalb dieses Teils der biologischen Reinigungsstufe. Er lässt deshalb keine exakte Effizienzvergleichsmessung (normalisierte Bedingungen wie Reinwasser, parallele Reinigungstrassen, etc.) zu. Die gewonnenen Messergebnisse dienen in erster Linie der Bestätigung der bisherigen Annahmen und Prognosen.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1     Ein Inbetriebnahme-protokoll dokumentiert die Funktion der Anlage nach dem Umbau des Belebungsbeckens mit dem Aero-sys-Gebläse und -steuerschrank inkl. Sonden zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Belebungsbecken und zur Messung der Temperatur im Gebläse.

2     Ergebnisse aus dem Betrieb des Belebungsbeckens mit dem neuen Belüftungssystem bei unterschiedlichen Belastungen.

Erfasste Parameter: Stromverbrauch, Temperatur im Gebläse, Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken, Lärm, CSB, O2, NO2-, NH4+. Berechnung des Sauerstoffverbrauchs über den CSB- und Nitratabbau in dieser Zone. Zusammen mit dem Lufteintrag und dem Energieverbrauch kann so die Effizienz von Aero-sys ermittelt werden.

3     Ergebnisse aus dem Betrieb des Belebungsbeckens nach dem Umbau auf die für Aero-sys optimierten Belüfterplatten der Roshard AG bei unterschiedlichen Belastungen (inkl. Langzeitversuch und während der kalten Jahreszeit).

Erfasste Parameter: Stromverbrauch, Temperatur im Gebläse, Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken, Lärm, CSB, O2, NO2-, NH4+; Berechnungen analog 2.

4     Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 3, dem Vergleich der beiden Versuchssysteme und einer Abschätzung der Investitions- und Betriebskosten für die zukünftige Aero-sys-Entwicklung und -Preisgestaltung.

5     Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets.

6     Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit           entsprechender Power-Point Darstellung.

Projektziele (Deutsch)

Die mit einem Aero-sys-Gebläse und –steuerschrank und einem Huber-Suhner-Tellerbelüfter bestückte Versuchsanlage wird während mehreren Wochen einwandfrei betrieben. Gegenüber der bestehenden konventionellen Belüftung erbringt es eine Energieeinsparung von mind. 25%. In einem zweiten Schritt wird der Tellerbelüfter von Huber-Suhner durch Aero-sys-Belüfterplatten ersetzt, um eine mögliche Effizienzsteigerung zu testen.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Das Ziel von markanten Energieeinsparungen in der Produktion von Prozessluft in der biologischen Reinigungsstufe konnte mit dem neuartigen Tauchgebläse-System aerosys erreicht werden.

Diplomarbeit Versuchsanlage ARA Baden (Wien)
Energieverbrauch bestehendes Belüftungssystem konventionell	1500 kWh
Energieverbrauch Belüftungssystem aerosys	1150 kWh
Energieeinsparung	21.8 %

Messreihe Anlage STEP Bussy
Energieverbrauch bestehendes Belüftungssystem konventionell	6.72 kWh
Energieverbrauch Belüftungssystem aerosys	2.45 kWh
Energieeinsparung	63.5 %

Das Konzept des Tauchgebläses mit effizientem Motor und Gebläseeinheit unter Einsparung von Leitungsverlusten (weil das Gebläse im Biologiebecken eingetaucht ist) ist somit bestätigt. Das technische Konzept kann zum fertigen Produkt weiterentwickelt und international angeboten werden.
Unter der Nummer AT15774U1 2018-05-15 ist eine Gebrauchsmusterschrift mit dem Titel Abwasserbelüftungsanlage und Verfahren zur Abwasserbelüftung als Europäisches Patent publiziert worden.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Ursprünglich wurde das System aerosys als Gebläseeinheit, dazugehörendem Steuerschrank und Mess-Sonden konzipiert. Die Ergebnisse der Feldversuchen zeigen deutlich auf, dass Kläranlagen das Produkt aerosys als einzelne Tauchgebläse verwenden wollen und nicht als Komplettsystem mit Steuerschrank und Messgeräten. Ein weitläufiges Leitsystem mit entsprechenden Mess-Apparaten ist auf allen Kläranlagen bereits ausreichend vorhanden.
Je nach Hersteller der Gebläse, wird das System mit verbesserten Schalldämpfern ausgerüstet. Fünf Prototypen in Domdidier sind damit ausgestattet, zur Zufriedenheit der Anwohner. Diese Schalldämpfer werden weiterentwickelt und für grössere Herstellungsmengen industrialisiert.
Die erreichte Energieeinsparung des aerosys mit den speziell verwendeten Belüfterplatten wird als Beitrag zur öffentlichen Diskussion der Energiewende verstanden und soll somit ausgebaut werden. Alternative Belüfter (Rohr-/Streifen-/Tellerbelüfter) sollen in einzelnen Feldversuchen ebenfalls auf Energieeinsparungen überprüft werden.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die beiden Generationen von Prototypen werden weiterhin eng überwacht. Die Erfahrungen werden gesammelt und sobald entsprechende Marktanalysen und Ressourcen zur Verfügung stehen, die Industrialisierung des Produktes in Angriff genommen.
Mit dem erbrachten Beweis der Energieeinsparung soll das Markpotential genauer analysiert werden. Die Verkaufskanäle werden ausgelotet und die Preissensibilität beim Endkunden eruiert. Ebenso sollen die Bedürfnisse hinsichtlich des Leistungsspektrums eruiert werden. Da wir im klassischen Anlagenbau tätig sind, verfügen wir nicht automatisch über diese Kenntnisse.
Das Produkt aerosys kann und muss im Hinblick auf den Verkaufspreis konstruktiv (Lärmproblematik, Kosten sparen) und produktionstechnisch (einfachere Endmontage) überarbeitet werden. Die einfache Wartbarkeit soll hierbei ebenfalls genauer untersucht werden.