Sauerstoffgeneratoren für die Abwasserbehandlung: gelöster Sauerstoff, Reinheit und Menge
Die Belüftung ist auf den meisten Kläranlagen der größte Stromverbraucher, und sie läuft rund um die Uhr. OXYBERG® erzeugt Sauerstoff bei Ihnen auf dem Gelände aus Druckluft, in der Reinheit, die Sie einstellen, sodass Frachtspitzen von Gas abgedeckt werden statt von einem Gebläse, das Sie nicht haben. Diese Seite geht durch, was eine Anlage wirklich braucht, damit ein Sauerstoffgenerator für die Abwasserbehandlung aus Ihren Frachtdaten ausgelegt wird und nicht aus einem Prospekt.
Was Sauerstoff in der Abwasserbehandlung leistet
Die biologische Stufe lebt von Bakterien, die organische Fracht abbauen und dabei Sauerstoff veratmen. Normalerweise kommt der als Umgebungsluft, von Gebläsen durch die Belüfterelemente gedrückt, die nie abschalten. Das funktioniert, und für die Grundlast ist es auf den meisten Anlagen die richtige Antwort.
Woran Luft scheitert, ist das obere Ende des Bereichs. Luft enthält rund 21 % Sauerstoff; die übrigen vier Fünftel werden mitverdichtet, durch das Becken geblasen und wieder abgegeben, ohne etwas beizutragen. Reiner Sauerstoff verändert nicht das Volumen, sondern das Treibgefälle. Ein höherer Partialdruck in der Blase vergrößert das Gefälle ins Wasser, sodass dieselbe gelöste Menge mit einem deutlich kleineren Gasstrom hineingeht. Das zählt, wenn Becken, Gebläse oder Elektrik keine Reserve mehr haben.
Drei Stellen einer Anlage nutzen das. Die Belebung, wo Sauerstoff die Gebläseluft in der biologischen Stufe ergänzt oder ersetzt. Die Frachtspitzen, wenn ein Industrieeinleiter, ein Regenereignis oder ein saisonaler Ausschlag den Bedarf über das hebt, was die installierte Belüftung liefern kann. Und das Kanalnetz, wo Sauerstoff in Druckleitungen und Pumpwerke eingetragen wird, um die Verhältnisse aerob zu halten und die Bildung von Schwefelwasserstoff zu verhindern, bevor der Zulauf das Werk überhaupt erreicht. Ozon ist eine vierte Anwendung und unterscheidet sich genug, um weiter unten eine eigene Sektion zu bekommen.
Ein PSA-Generator gewinnt das Gas, indem er Druckluft durch ein Molekularsieb führt, das Stickstoff zurückhält und Sauerstoff passieren lässt, während der zweite Behälter regeneriert. Das Verfahren selbst steht auf der Seite zum PSA-Sauerstoffgenerator.
Gelöster Sauerstoff im Becken, nicht Reinheit am Generator
Niemand, der eine Kläranlage fährt, schaut auf die Gasreinheit. Beobachtet wird der gelöste Sauerstoff im Belebungsbecken, und der Arbeitsbereich liegt dort üblicherweise bei 1 bis 3 mg/L. Darunter verlangsamt sich die Nitrifikation und die Ablaufwerte bewegen sich in die falsche Richtung; darüber bezahlt die Anlage Sauerstoff, den die Bakterien nicht nutzen. Zwischen dem Generator und diesem Wert stehen vier Dinge, und nur das erste ist eine Gasspezifikation.
Die Reinheit am Generator
Sie legt fest, was zum Eintragen zur Verfügung steht, und mehr nicht. Sie ist von den vieren am leichtesten zu ändern und meist die unwichtigste.
Das Eintragssystem
Bauart der Belüfterelemente, Eintragstiefe, Blasengröße und Beckengeometrie entscheiden, wie viel des angebotenen Sauerstoffs tatsächlich in Lösung geht. Auf den meisten Anlagen ist das der größte Posten der Rechnung, und festgelegt wurde er beim Bau des Beckens.
Fracht und Temperatur
Eine Frachtspitze zehrt den gelösten Sauerstoff schneller auf, als er ersetzt werden kann, und warmes Wasser hält bei gleichem Eintrag weniger davon. Sommer und die stärkste Einleitungsstunde treffen erfahrungsgemäß zusammen.
Die Regelung
Der Sauerstoffregler hält den Sollwert, aber er kann nur halten, was die Anlage zu liefern imstande ist. Sobald die Belüftung an ihrer Grenze arbeitet, hat der Regler nichts mehr zuzugeben.
Die sinnvolle Reihenfolge läuft deshalb rückwärts zur üblichen: Beginnen Sie bei der Fracht und beim Sollwert, den Sie halten müssen, ermitteln Sie, was Ihr Eintragssystem hineinbringt, und entscheiden Sie erst dann, was aus dem Generator kommen muss.
Welche Sauerstoffreinheit eine Kläranlage braucht
Für die Belebung reicht das untere Ende des Bandes. Zwischen 90 % und 93 % ist das Gas längst über dem Punkt, an dem der Partialdruck begrenzt, und mehr Reinheit lässt die Bakterien nicht schneller arbeiten. Die Ozonerzeugung ist die Ausnahme und hat eigene Anforderungen, siehe unten.
| Reinheit | Wofür sie eingesetzt wird | Leistung einer OXYBERG® 1500 |
|---|---|---|
| 90 % | Belebung, Spitzenlastabdeckung, Kanalnetz | 44,6 Nm³/h |
| 92 % | Belebung mit etwas engerer Spezifikation | 43,1 Nm³/h |
| 93 % | Belebung und allgemeiner Anlagenbedarf | 41,6 Nm³/h |
| 94 % | Wenn ein nachgelagerter Prozess es verlangt | 40,5 Nm³/h |
| 95 % | Obergrenze der OXYBERG®-Baureihe | 39,1 Nm³/h |
Hier funktioniert die Abwägung anders als bei einem Stickstoffgenerator, und das ist eine Präzisierung wert. Bei Stickstoff treibt die Reinheit den Druckluftverbrauch, eine zu hoch angesetzte Qualität verdoppelt also den Kompressor. Bei OXYBERG® liegt der Luftfaktor bei jeder Reinheit des Bandes bei 11. Die Druckluft je Kubikmeter Sauerstoff bewegt sich überhaupt nicht.
Was sich bewegt, ist die Ausbeute, und zwar stärker, als die meisten Spezifikationen annehmen. Über die Baureihe liefert eine Maschine bei 90 % zwischen 10 und 40 % mehr Sauerstoff als bei 95 %, und der Gewinn ist bei den kleinen Baugrößen am größten: Die 1500 aus der Tabelle gewinnt 14 %, eine OXYBERG® 500 gewinnt 40 %. Die Frage lautet also nicht, was höhere Reinheit an Druckluft kostet, denn die Antwort ist: nichts. Sie lautet, wie viel Leistung Sie verschenken, wenn Sie eine Qualität verlangen, die das Becken nicht nutzen kann.
Wann ein Miettank aufhört, die günstigere Antwort zu sein
Ein Flüssigsauerstofftank ist eine gute Antwort auf ein konkretes Problem. Ein Gebläse fällt aus, ein Becken geht zur Sanierung vom Netz, eine ungewöhnliche Fracht muss aufgefangen werden. Der Tank ist schnell organisiert, braucht keine Investitionsfreigabe, und er endet, wenn das Ereignis endet. Für diese Situation kommt nichts anderes heran.
Das Bild ändert sich, wenn das Ereignis aufhört, eines zu sein. Kehren die Spitzen jeden Sommer wieder, jedes Mal wenn ein bestimmter Einleiter eine Kampagne fährt oder bei jedem Starkregen, dann läuft die Miete auch dazwischen weiter, die Preisgleitklausel gilt weiter, die Abdampfverluste laufen jede Nacht, und der Liefertermin, der bestimmt, wann der Tank voll ist, gehört nicht Ihnen. Ab da bezahlt die Anlage dauerhaft für etwas, das für den Ausnahmefall gebaut ist. Gegenüber dem Flüssiggasbezug amortisiert sich ein PSA-Generator von Berg üblicherweise in zwei bis drei Jahren.
Der zweite Vergleich, der sich lohnt, ist der mit mehr Gebläseleistung. Wenn Becken, Belüfterraster und Elektrik das tragen, ist mehr Luft oft der geradlinige Weg, und es gibt keinen Grund, dagegen zu argumentieren. Sauerstoff wird zur Antwort, wenn eines dieser drei keine Reserve mehr hat, und das ist die übliche Lage auf einem Werk, das auf demselben Gelände immer wieder erweitert wurde.
Auslegung für Ihre Anwendung?
Senden Sie uns Ihr Verbrauchsprofil und die Betriebsdaten. Unser Engineering-Team legt den passenden Generator aus.
Wie viel Sauerstoff Ihre Kläranlage braucht
Beginnen Sie bei der Fracht, nicht beim Becken
BSB- und CSB-Fracht plus der Nitrifikationsbedarf bestimmen, wie viel Sauerstoff die Biologie braucht. Das Beckenvolumen sagt etwas über die Aufenthaltszeit, nicht über den Sauerstoffbedarf, und zwei Anlagen mit gleichem Becken können weit auseinanderliegen. Nehmen Sie die Werte aus Ihren eigenen Betriebsaufzeichnungen und nicht aus einem Auslegungswert, den seit der Inbetriebnahme niemand nachgeprüft hat.
Entscheiden Sie Grundlast oder Spitzenlast
Dauerhafte Anreicherung und das Abdecken gelegentlicher Spitzen sind zwei verschiedene Maschinen. Diese eine Entscheidung verschiebt die Baugröße stärker als alles andere in der Spezifikation, und sie bleibt in Anfragen am häufigsten offen.
Leiten Sie die Reinheit aus der Verwendung ab
Die Belebung liegt im unteren Band. Die Ozonerzeugung hat eigene Anforderungen. Die Tabelle oben ist der Ausgangspunkt.
Prüfen Sie die Druckluft
Durchfluss mal Luftfaktor 11 ergibt den Bedarf, und weil der Faktor sich mit der Reinheit nicht ändert, ist die Rechnung eine einzige Multiplikation. Die Qualität zählt so viel wie die Menge: Ölrückstände und Restfeuchte verkürzen die Standzeit des Siebs, am Trockner zu sparen lohnt sich also nicht. OXYBERG® erwartet Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 bei 7 bar(g).
OXYBERG®-Sauerstoffgeneratoren für den Belebungsbetrieb
OXYBERG® umfasst insgesamt 18 Baugrößen, vollständig aufgeführt in der Übersicht der Sauerstoffgeneratoren. Die Auswahl unten deckt den Bereich ab, in dem die meisten Kläranlagen liegen, angegeben in den beiden Reinheiten, die für die Belebung zählen.
| Modell | O₂ bei 90 % | O₂ bei 93 % | Druckluft bei 90 % |
|---|---|---|---|
| OXYBERG® 500 | 2,1 Nm³/h | 1,7 Nm³/h | 23,1 Nm³/h |
| OXYBERG® 900 | 9,2 Nm³/h | 8,2 Nm³/h | 101,2 Nm³/h |
| OXYBERG® 1200 | 18,9 Nm³/h | 17,4 Nm³/h | 207,9 Nm³/h |
| OXYBERG® 1500 | 44,6 Nm³/h | 41,6 Nm³/h | 490,6 Nm³/h |
| OXYBERG® 1700 | 65,8 Nm³/h | 62,1 Nm³/h | 723,8 Nm³/h |
| OXYBERG® 2000 | 131,6 Nm³/h | 124,2 Nm³/h | 1.447,6 Nm³/h |
| OXYBERG® 4000 | 197,4 Nm³/h | 186,3 Nm³/h | 2.171,4 Nm³/h |
Welche Baugröße passt, hängt davon ab, ob der Sauerstoff die Grundlast trägt oder Spitzen abdeckt, und nicht davon, wie groß das Werk ist. Eine Anlage, die nur in den stärksten Monaten Unterstützung braucht, liegt mehrere Baugrößen unter einer, die bei gleicher Leistung dauerhaft anreichert.
Wo keine geeignete Druckluft vorhanden ist, wird der Generator als komplette Anlage geplant und nicht als einzelne Maschine: Kompressorstation, Druckluftaufbereitung, Puffer, Generator und Sauerstoffspeicher, als eine Kette ausgelegt und aus einer Hand innerhalb der BERG Group. Die PSA-Sauerstoffanlage zeigt diese Konfiguration. Anwendbare NITROBERG®- und OXYBERG®-Standardgeneratoren sind nach PED 2014/68/EU unter Anwendung der Module B und D konformitätsbewertet. Engineering und Fertigung sind Made in Germany.
Sauerstoff für die Ozonerzeugung auf Kläranlagen
Ozon hat im Abwasser eine andere Aufgabe als im Trinkwasser. Hier dient es dazu, CSB abzubauen, an den die Biologie nicht herankommt, und Spurenstoffe anzugreifen, die eine konventionelle Anlage unberührt passieren. Vor eine biologische Stufe gesetzt, kann es schwer abbaubare Verbindungen für die nachfolgenden Bakterien überhaupt erst zugänglich machen. Da die Anforderungen an Ablaufwerte strenger werden und Spurenstoffe auf der Tagesordnung nach oben rücken, ist das der Anlagenteil, der am ehesten wächst, und er verbraucht dauerhaft Sauerstoff, sobald er gebaut ist.
Ein Ozongenerator läuft nicht mit Luft. Er braucht sauberes, trockenes Sauerstoff-Speisegas, denn mit Luft betrieben sinkt die Ozonausbeute deutlich und es entstehen Stickoxide als Nebenprodukt. Deshalb steht vor jeder größeren Ozonstufe eine Sauerstoffversorgung, und sie ist es, die zum dauerhaften Betriebskostenposten wird, nicht der Ozongenerator. Anforderungen an Reinheit und Taupunkt unterscheiden sich zwischen Ozonsystemen, die Sauerstoffversorgung wird deshalb auf die Spezifikation des Generators ausgelegt, den sie speist, und nicht auf einen Standardwert.
Ozon zur Desinfektion, Entfärbung sowie zur Geschmacks- und Geruchskorrektur gehört zu einem anderen Verfahren. Diese Seite steht unter Sauerstoff für die Trink- und Prozesswasseraufbereitung.
Was ein Sauerstoffgenerator am Standort braucht
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Betriebsdruck | 10 bar |
| Eingangsdruck Druckluft | 7 bar(g) |
| Druckluftqualität | ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 |
| Schallpegel | 55 bis 78 dB(A) |
| Umgebungstemperatur | +5 °C bis +40 °C |
Die Druckluftqualität ist eine Anforderung an Ihre Versorgung und keine Eigenschaft des Generators, und sie wird am häufigsten unterschätzt. Öl und Feuchtigkeit, die ans Sieb gelangen, verkürzen dessen Standzeit, und die Kosten dafür zeigen sich Jahre später als sinkende Leistung und nicht als Störung.
Ein Pufferbehälter gehört auch dann in die Planung, wenn der Durchschnittsbedarf bequem aussieht, denn Kläranlagen ziehen nicht gleichmäßig. Die morgendliche Frachtspitze, ein Starkregenereignis und die ersten Stunden nach der Wiederinbetriebnahme eines Beckens fordern mehr als der Tagesdurchschnitt, und der Puffer deckt das ab, damit der Generator nicht darauf ausgelegt werden muss. Wie viel Reserveversorgung Sie darüber hinaus vorhalten, gehört zu Ihrer eigenen Betriebsplanung, und es lohnt sich zu klären, solange ein größerer Puffer noch günstig zu ergänzen ist.
In Deutschland gebaut, mit Standard-Ersatzteilen im Service
Berg entwickelt und baut die Generatoren im eigenen Werk. Engineering und Fertigung sind Made in Germany. Das zählt weniger als Etikett denn als praktischer Umstand: Zeichnung, Montage und die Leute, die Ihre Konfiguration ausgelegt haben, sitzen an einem Ort, sodass eine technische Frage jemanden erreicht, der sie beantworten kann, statt jemanden, der sie weiterreichen muss.
Läuft die Anlage, kommt die Betreuung über ein weltweites Servicepartner-Netz mit direkter Linie nach Deutschland. Verschleißteile sind Standardbauteile vom freien Markt, was den Service über die gesamte Lebensdauer der Maschine im Wettbewerb hält. Bei einer Anlage, die über Jahrzehnte laufen und dabei ihre Ablaufwerte halten muss, wiegt das meist schwerer als der Unterschied im Anschaffungspreis. Die Garantie läuft drei Jahre und mit Servicevertrag bis zu fünf Jahre.
FAQ: Sauerstoffgeneratoren in der Abwasserbehandlung
An vier Stellen. In der biologischen Stufe ergänzt oder ersetzt er die Gebläseluft, damit die Bakterien, die organische Fracht abbauen, genug zum Arbeiten haben. Als Spitzenabdeckung fängt er Frachtspitzen auf, denen die installierte Belüftung nicht folgen kann, etwa durch Industrieeinleiter, Regenereignisse oder saisonale Ausschläge. Im Kanalnetz wird er in Druckleitungen und Pumpwerke eingetragen, um die Verhältnisse aerob zu halten und die Bildung von Schwefelwasserstoff zu verhindern. Und er dient als Speisegas für die Ozonerzeugung, wo Ozon gegen CSB und Spurenstoffe eingesetzt wird.
Luft besteht zu rund 21 % aus Sauerstoff; der Rest wird mitverdichtet, durch das Becken geblasen und wieder abgegeben, ohne beizutragen. Sauerstoff mit 90 bis 95 % erhöht den Partialdruck in der Blase, das vergrößert das Treibgefälle ins Wasser, und dieselbe gelöste Menge geht mit einem deutlich kleineren Gasstrom hinein. Das ist kein Argument dafür, funktionierende Gebläse zu ersetzen. Es ist ein Argument für die Fälle, in denen Becken, Belüfterraster oder Elektrik keine Reserve mehr haben und mehr Luft nicht zu bekommen ist.
Üblich sind 1 bis 3 mg/L gelöster Sauerstoff im Belebungsbecken. Darunter verlangsamt sich die Nitrifikation und die Ablaufwerte leiden; darüber liefert die Anlage Sauerstoff, den die Biologie nicht nutzt. Welcher Wert innerhalb dieses Bandes der richtige ist, hängt von Fracht, Temperatur und Verfahren ab, und man nimmt ihn besser aus den eigenen Aufzeichnungen als aus einer Faustregel, denn derselbe Sollwert verhält sich im Februar anders als im August.
Das folgt aus der Fracht und nicht aus der Größe des Werks. BSB- und CSB-Fracht plus der Nitrifikationsbedarf setzen die Anforderung, und zwei Anlagen mit gleichem Beckenvolumen können sehr unterschiedliche Mengen brauchen. Die zweite Frage zählt genauso wie die erste: ob der Sauerstoff die Grundlast dauerhaft trägt oder nur Spitzen abdeckt. Diese Entscheidung verschiebt die Maschinengröße weiter als jede andere, und sie bleibt in Anfragen am häufigsten offen.
Im Normalbetrieb zwischen 90 % und 93 %. Darüber gewinnen die Bakterien nichts, weil der Partialdruck längst aufgehört hat, die begrenzende Größe zu sein. Anders als bei einem Stickstoffgenerator kostet höhere Reinheit hier keine Druckluft: Der Luftfaktor von OXYBERG® liegt bei jeder Qualität des Bandes bei 11. Was sie kostet, ist Leistung. Dieselbe Maschine liefert bei 90 % zwischen 10 und 40 % mehr Sauerstoff als bei 95 %, und der Gewinn ist bei den kleinen Baugrößen am größten.
Multiplizieren Sie Ihren Sauerstoffdurchfluss mit 11, dann haben Sie den Bedarf, bei jeder Reinheit des Bandes. Das ist die ganze Rechnung, und sie lässt sich anstellen, bevor jemand Hardware anbietet. Neben der Menge zählt die Luftqualität, weil die Standzeit des Siebs daran hängt, und ein zu klein gewählter Trockner ist der teurere Fehler als ein leicht zu klein gewählter Kompressor. OXYBERG® erwartet Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1.
Der Pufferbehälter trägt die Anlage über kurze Unterbrechungen, und das ist einer der Gründe, warum er in die Planung gehört und nicht in die Optionsliste. Darüber hinaus ist die Frage, wie viel Reserve Sie vorhalten, eine Betriebsentscheidung, die von Fracht, Ablaufwerten und den Kosten einer Überschreitung abhängt. Sie lohnt sich in der Planungsphase, solange ein größerer Puffer oder eine Flaschenreserve noch günstig zu ergänzen ist.
Der Generator misst die Sauerstoffreinheit laufend mit einem Zirkonium-Analysator und zeigt den Wert am HMI an, zusammen mit einer Trendanzeige für den laufenden Prozess. Sensorwerte und Betriebsstunden gehen in eine Langzeitspeicherung für spätere Auswertungen, und Alarme tragen einen Zeitstempel mit vollständigem Audit-Trail, sodass eine Abweichung und die Quittierung dazu noch lange nach der Schicht nachvollziehbar bleiben, in der sie aufgetreten ist. Für ein Werk, das der Aufsichtsbehörde einen gleichmäßigen Betrieb nachweisen muss, steht diese Aufzeichnung neben den eigenen Prozessdaten der Anlage, statt separat mit einer Lieferung einzutreffen.