Wasseraufbereitung von Abwasser, Schlamm und Schlämmen
Hintergrund der Fallstudie zur Kläranlage
Eine Kläranlage (im Folgenden EDAR) wandte sich kürzlich an SACOME, um eine Lösung für das Problem der Verstopfung eines vorhandenen Spiralwärmetauschers zu finden. Dieser Wärmetauscher diente zur Erwärmung von Schlamm für die anschließende anaerobe Vergärung in einem Fermenter zurErzeugung von Biogas. Der vorhandene Wärmetauscher verstopfte zu häufig, sodass unser Kunde häufige und kostspielige Produktionsstillstände zur Reinigung in Kauf nehmen musste.
Nach diesem ersten Kontakt besuchten unsere Techniker mehrmals die Anlagen der Kläranlage, um das Problem unseres Kunden genau zu analysieren und eine Lösung anzubieten, die seinen Anforderungen entspricht.
Die vorgeschlagene Lösung: Rohrwärmetauscher
Auf dem Markt sind verschiedene Geometrien von Wärmetauschern erhältlich: Platten, Spiralen oder Rohre, um nur die bekanntesten zu nennen. Die Funktionsweise von Plattenwärmetauschern ist für die Schlammbehandlung nicht geeignet, weshalb sich in Kläranlagen traditionell Spiral- und Rohrgeometrien durchgesetzt haben.
Spiralwärmetauscher sind zwar in diesem Bereich sehr verbreitet, doch die Suche nach einer besseren Leistung des anaeroben Faulbehälters erfordert die Aufbereitung immer komplexerer Schlämme: dichter, viskoser und mit einem höheren Feststoff- und Fasergehalt. Unter diesen Bedingungen kann es bei einem spiralförmigen Wärmetauscher zu Verstopfungen der inneren Durchgangskanäle kommen, was häufige Reinigungsarbeiten und damit Produktionsausfälle erforderlich macht.
Die Lösung von SACOME basiert daher auf der Installation eines Rohrwärmetauschers aus unserer Industrie-Produktreihe, der speziell für die Behandlung von Schlamm und Klärschlamm in Abwasserreinigungsanlagen entwickelt wurde.
Unsere Rohrwärmetauscher sind die Lösung für dieses Problem, da sie über einen wesentlich größeren Durchflussquerschnitt als Spiralgeräte verfügen, wodurch die Gefahr einer Verstopfung vermieden wird und ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht wird, wodurch die Anzahl der erforderlichen Wartungsstillstände minimiert wird..
Beschreibung des Prozesses der Abwasseraufbereitungsanlage
In dieser Kläranlage fallen große Mengen an organischen Abfällen an. Um das Volumen dieser Abfälle zu reduzieren und die Umweltverschmutzung zu begrenzen, werden diese Abfälle oder Schlämme in eine Anlage geleitet, die als anaerober Fermenter bezeichnet wird. In dieser Anlage erfolgt die biochemische Zersetzung der Schlämme durch bakterielle Einwirkung in einer temperaturkontrollierten Umgebung ohne Sauerstoff und ihre Umwandlung in Biogas. Die anaerobe Vergärung dieser Schlämme ermöglicht nicht nur die Reduzierung der Abwassermengen, sondern auch deren energetische Verwertung, da Biogas aufgrund seines hohen Methangehalts einen hohen Heizwert hat, wie aus dem Balkendiagramm ersichtlich ist.
Dieses Biogas wird in einem Gasometer gespeichert, wo es nach einer Behandlung zur Entfernung von Schadstoffen oder korrosiven Verbindungen als Kraftstoff in speziell vorbereiteten Motoren verwendet werden kann, die wiederum einen Generator antreiben und elektrische Energie erzeugen können, die in das Stromnetz eingespeist werden kann.
- METHAN 60% 60%
- KOHLENDIOXID 30% 30%
- STICKSTOFF 5% 5%
- WASSERSTOFF 4% 4%
- ANDERE GASE 1% 1%
Die Vorwärmung des Schlamms vor dem Fermenter: ein kritischer Prozess
Die Temperatur des Schlamms am Eingang des anaeroben Fermenters ist ein wichtiger Parameter, da sie einen erheblichen Einfluss auf die Verweildauer hat, die für den Verdauungsprozess erforderlich ist, damit die Bakterien die Substanz verdauen können. Es ist nachgewiesen, dass bei einer Umgebungstemperatur von 30 °C etwa 10 Tage für diese mesophile Vergärung erforderlich sind, während bei 20 °C etwa 25 Tage benötigt werden. Angesichts dieser Ergebnisse ist es offensichtlich, dass die Kontrolle dieser Temperatur innerhalb enger Grenzen von großer Bedeutung ist, umden Schlamm, der in den Fermenter gelangt, angemessen zu stabilisieren.
Die Erwärmung dieser Schlämme erfolgt in einem Wärmetauscher, dessen einwandfreie Funktion für eine effiziente Vergärung von entscheidender Bedeutung ist.
Produkt-Spezifikationen in der Wasseraufbereitung
Aufgrund der Schwankungen des Feststoffgehalts der Schlämme von einer Wasseraufbereitung zur anderen können sich die thermischen Eigenschaften dieser Schlämme, insbesondere die Viskosität, erheblich ändern.
Neben der Viskosität sind thermische Eigenschaften wie Dichte, spezifische Wärme und Wärmeleitfähigkeit Parameter, die die thermische Auslegung des Wärmetauschers erheblich beeinflussen können. In diesem Projekt wurden die thermischen Eigenschaften unter Berücksichtigung unserer Vorschläge auf der Grundlage unserer Produktdatenbank, in der wir die Eigenschaften von Schlämmen mit unterschiedlichen Trockenextraktwerten erfasst haben, mit dem Kunden abgestimmt.
Rheologische Tests. Obwohl dies in diesem Fall nicht erforderlich war, bietet SACOME für so variable Flüssigkeiten wie die vorliegende die Möglichkeit, rheologische Tests anhand einer Produktprobe durchzuführen, um diese thermischen Eigenschaften zu analysieren, was eine Garantie für den Erfolg bei der Dimensionierung des Rohrwärmeaustauschers darstellt.
Konstruktion der Rohrwärmetauscher
Aufgrund des hohen Feststoffanteils im Schlamm empfahl unsere technische Abteilung für diesen Prozess unser Modell Rohrwärmetauscher I-TF20-I, eine ideale Lösung, um dank seiner Geometrie (Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher) Verstopfungen der Rohre zu vermeiden.
Im Folgenden erläutern wir die wichtigsten Merkmale der gewählten Lösung:
Monotubulares Design
Unser Rohrwärmetauscher I-TF20-I besteht aus zwei konzentrischen Rohren, in denen das als Heizmedium verwendete Wasser durch den Ringraum zirkuliert, während Schlamm oder Schlämme durch das Innenrohr zirkulieren. Im Gegensatz zum herkömmlichen Mehrrohrwärmetauscher, der aus einem Rohrbündel mit Rohren mit kleinerem Durchmesser besteht, gibt es bei diesem Modell nur einen einzigen Durchgangskanal.
Modulares Design
Einfache Demontage für Wartungsarbeiten. Dank des modularen Aufbaus lassen sich die Einheiten leicht demontieren, um sie mechanisch zu reinigen, und bei Bedarf können weitere Module hinzugefügt werden, um die Heizleistung zu erhöhen.
Verarbeitungskapazität
Unsere Rohrwärmeaustauscher können einen breiten Durchflussmenge verarbeiten. Außerdem bieten wir unseren Kunden die Möglichkeit, mehrere Leitungen parallel zu betreiben, um nicht nur die Wärmeleistung zu erhöhen, sondern auch mit einer einzigen Leitung zu arbeiten, während die andere gewartet wird, ohne dass die Produktion unterbrochen werden muss.
¿304 oder 316L?
Aufgrund der Bildung von Phosphat- und Ammoniakablagerungen (Struvit) empfehlen wir die Verwendung von Edelstahl 316L, der aufgrund seines Molybdängehalts und seines geringen Kohlenstoffgehalts besser gegen allgemeine Korrosion beständig ist als Edelstahl 304.
Wellung der Rohre
In jedem Rohrwärmetauscher wurde ein Innenrohr mit HARD-Wellung angebracht, umdie Produkt-Turbulenz zu erhöhen, ohne den mit der Wellung derWellrohrwärmetauscher verbundenen Druckabfall zu verstärken.
Isolierung
Gemäß den Vorgaben des Kunden haben wir die Isolierung der Rohrwärmetauscher in unseren Lieferumfang aufgenommen, um Wärmeverluste an die Umgebung zu begrenzen. Die Module wurden einzeln mit 40 mm Mineralwolle isoliert und mit Aluminiumblech verschlossen.
Installation und Inbetriebnahme
Die Anlage wurde vor Ort von den Mitarbeitern des Kunden unter Anleitung unserer Techniker installiert.
Das Projekt in Zahlen
Durchflussmenge (m³/h Schlamm)
Gehalt an Trockenextrakt aus Schlamm (%)
Schlammverlust (bar)
Wärmeleistung (Kcal/h)
Platzbedarf (mm)