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Solartrockner für eine umweltfreundliche Klärschlammentsorgung

Bild 1. Außenansicht der solaren und regenerativen Trocknung von Huber

Bild 2. Die Solartrockenanlage nutzt die in einem Gewächshaus eingefangene Sonnenenergie zur umweltfreundlichen Trocknung von Klärschlamm

Bild 3. Das Ausbreiten und Wenden des Schlamms übernimmt eine eigens konzipierte Wendeeinrichtung

Bild 4. Die Inverter Drives 8400 stellen das nötige Drehmoment für die rotative Bewegung der Schaufeln an der Wendeeinrichtung zur Verfügung

Klärschlamm lässt sich mithilfe von Sonnenenergie wesentlich kostengünstiger und umweltverträglicher trocknen als mit herkömmlichen Energieträgern. Huber, ein Spezialist für Lösungen rund um die Abwasserentsorgung und -aufbereitung, hat zu diesem Zweck mit Lenze als Systempartner einen Solartrockner entwickelt. Dank der hierzu eingesetzten Sonnenenergie bleiben die ökologischen und ökonomischen Vorteile des Klärschlamms als (Sekundär-)Brennstoff, zum Beispiel für die Zementindustrie, zu großen Teilen erhalten. Getrockneter Klärschlamm weist eine Energiedichte auf, die etwa der von Braunkohle entspricht, verbrennt aber im Gegensatz zum fossilen Brennstoff C0 2-neutral und wächst ständig nach – in den Kläranlagen am Rande der Städte.

Früher wurde der in Kläranlagen anfallende Klärschlamm von Landwirten wegen seines hohen Phosphatanteils gerne als nährstoffreicher Dünger auf Felder und Wiesen ausgebracht. Die hohe Schwermetalllast des Schlamms sowie Hygieneaspekte haben aber dazu geführt, dass dieser Entsorgungsweg in Deutschland, wie auch in vielen anderen Ländern, im Zuge eines vorbeugenden Umwelt-, Gesundheits- und Verbraucherschutzes immer häufiger vom Gesetzgeber beschnitten oder gänzlich verboten wird.
Als Alternative bietet sich die Endlagerung auf Deponien oder die thermische Verwertung an. Diese Entsorgungsarten sind in der Regel allerdings mit längeren Transportwegen verbunden. Außerdem richten sich die zu entrichtenden Entsorgungsgebühren beziehungsweise der erzielbare Preis (Brennwert) – wie die Transportkosten – nach dem Gewicht beziehungsweise dem Volumen des angelieferten Schlamms.

Ohne Trocknung keine Verbrennung
Aus diesem Grund sind Klärwerke bemüht, dem Nassklärschlamm, der zu über 95 % aus Wasser besteht, möglichst viel Wasser zu entziehen, um das Volumen zu reduzieren und den Brennwert anzuheben. Mit einer maschinellen Entwässerung, zum Beispiel durch Pressen oder Zentrifugieren, lässt sich der Gehalt an Trockensubstanz im Klärschlamm von ca. 5 % auf bis zu 35 % erhöhen. Soll mehr Wasser entzogen werden, damit der Klärschlamm als (Sekundär-)Brennstoff, zum Beispiel in der Zementindustrie oder in Monokraftwerken, eingesetzt werden kann, ist eine zusätzliche Trocknung erforderlich.
Da der hierfür erforderliche Energieeinsatz hoch ist – über 800 kWh/t zu entziehenden Wassers sind aufzubringen –, rechnen sich mit Öl, Gas oder mit anderen Brennstoffen beheizte Trocknungsanlagen nur für größere Klärwerke bzw. als interkommunale und kreisübergreifende Klärschlammtrocknungsanlagen. Zudem sind sie nur bedingt umweltverträglich.
Anders sieht es bei der von dem Komponenten- und Lösungsanbieter im Bereich Wasseraufbereitung, Abwasserreinigung und Schlammbehandlung Huber in Zusammenarbeit mit Lenze entwickelten solaren und regenerativen Trocknung SRT (Bild 1) aus. Sie ist in der Lage, den Wassergehalt im Schlamm mithilfe von Sonnenenergie umweltfreundlich auf etwa 30 % zu senken. Das bedeutet, dass Kläranlagenbetreiber das Volumen von ca. 20 000 m 3 Nassschlamm durch mechanische Entwässerung und anschließender thermischer Trocknung mit SRT auf etwa 1 500 m 3 reduzieren können.

Bild 5. Das IO-System 1000 von Lenze bietet die von Huber geforderte hohe Robustheit gegen hohe Umgebungstemperaturen

Wirtschaftliche und ökologische Trocknung mit Solarenergie
Einige Dutzend Kilowattstunden Strom reichen aus, um die solare und regenerative Trocknung SRT zu betreiben. Die restliche Energie liefert die Sonne in Form von kostenloser Strahlungsenergie. Diese wird in einem Gewächshaus eingefangen, in dem der Klärschlamm zur Trocknung flächig ausgebracht wird (Bild 2). Unterstützend kann man zur Trocknung in Faultürmen anfallendes Biogas oder mittels Wärmepumpen aus den Abwässern gewonnene Energie einsetzen.
Die Beschickung des Gewächshauses mit dem mechanisch entwässerten Schlamm ist dabei kundenspezifisch anpassbar. So ist es beispielsweise möglich, den Schlamm mit einem Radlader oder vollautomatisch über eine Verteilerschnecke einzubringen. Die Abförderung des getrockneten Schlamms erfolgt in eine Abwurfmulde oder über ein Förderband direkt in einen Container.
Eine Wendeeinrichtung, die den Schlamm mit speziell geformten Schaufeln über die eigene Achse nach hinten wirft, übernimmt dabei sowohl das Ausbreiten und das Wenden des Schlamms als auch dessen kontinuierlichen Transport von einer Seite zur anderen (Bild 3). Durch den Wende- und Transportvorgang wird der Schlamm vollständig umgelagert, durchmischt und belüftet.

Komplette Automatisierung aus einer Hand
Das erforderliche hohe Drehmoment für diese rotative Schaufelbewegung bringt ein Frequenzumrichter aus der Geräteserie Inverter Drives 8400 (Bild 4) von Lenze auf. Die Wendevorrichtung, die die gesamte Breite des Gewächshauses überspannt, ist auf einem schienengeführten Transportsystem montiert, das den Wender während des Wendens horizontal verfährt. Auch hier sorgt ein Inverter Drives 8400 für den Antrieb. Direkt auf dem Fahrwagen sind neben den Motoren noch ein Drehgeber für die Positionserfassung und in einem Klemmkasten eine aus Modulen des IO-Systems 1000 (Bild 5) aufgebaute Station montiert.
Die Verantwortlichen bei Huber hatten hohe Anforderungen an das verwendete IO-System, da es die hohe Umgebungstemperatur in einem Gewächshaus vertragen muss. Die bis zu 200 m zwischen dem fest installierten und klimatisierten Steuerschalt-schrank sowie dem Transportsystem überbrückt sicher und zuverlässig eine CAN-Verbindung. In dem Schaltschrank verrichtet ein Touchpanel-PC aus der EL X700-Gerätefamilie von Lenze mit integrierter L-force Logic und Anlagenvisualisierung auf Basis der Visualisierungslösung Visiwinnet seine Arbeit. Die Automationssoft-ware übernimmt die erforderlichen umfangreichen thermodynamischen Berechnungen und erlaubt eine Bedienung vor Ort. Zudem lässt sie sich in das Leitsystem der Kläranlage einbinden und bietet eine Fernzugriffsmöglichkeit auf den Trockner. Damit kennzeichnet sich der Solartrockner durch eine durchgängige und flexible Automatisierungslösung.

Partnerschaftliches miteinander
Gerade diese Durchgängigkeit war für Huber eines der zentralen Kriterien bei der Bewertung und Auswahl des Automatisierungspartners, wie Dipl.-Ing. (FH) Martin Springs, Leiter der Automatisierungstechnik bei Huber, hervorhebt: „Wir hatten das erklärte Ziel, einen Systemlieferanten als Partner zu wählen, bei dem wir das gesamte Automatisierungssystem aus einer Hand beziehen können und der das erforderliche Wissen sowie die Ressourcen besitzt, die gesamte Abwicklung zu übernehmen. Genau diese Anforderungen erfüllt Lenze mustergültig – und das bei einem attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis.“
Mit einem Systempartner hat Huber auch nur einen Ansprechpartner, wodurch sich der Abstimmungsaufwand reduziert. Ausschlaggebend für die Wahl von Lenze war zudem, dass sich der Automatisierungsspezialist aus Hameln bereit erklärt hat, das gesamte Hard- und Software-Engineering sowie die Inbetriebnahme des Automatisierungssystems zu übernehmen sowie Schulungen durchzuführen. Auf diese Weise konnte Huber die Projektlaufzeit kurz halten und gleichzeitig Automatisierungs-Know-how im Unternehmen aufbauen.

Flexible und leistungsfähige Automatisierungslösung
„Da unsere Lösungen weltweit eingesetzt werden, haben wir bei der Auswahl des Automatisierungssystems konsequent darauf geachtet, dass es sich für den internationalen Einsatz eignet. Hier ist beispielsweise die Sprachumschaltung der Visualisierungsumgebung Visiwinnet von Lenze ebenso wichtig wie die guten Fernwartungsmöglichkeiten, inklusive Datenlogger-Funktionen, oder die Möglichkeit, Steuerungsdaten alternativ über den integrierten USB-Port des Touchpanel-PC oder über FTP-Server abrufen oder neue Software aufspielen zu können“ verdeutlicht M. Springs.
Im Endeffekt konnte Huber so in enger Kooperation mit Lenze in kurzer Zeit einen durchsatzstarken und dabei umweltfreundlichen Trockner für Klärschlamm konzipieren und umsetzen, der sich dank der leistungsfähigen und flexiblen Steuerung weltweit einsetzen und problemlos – auch nachträglich – in unterschiedliche Kläranlagenkonzepte einbinden lässt.
Die erste Anlage mit der neuen Automatisierungstechnik arbeitet bereits seit mehr als zwei Jahren zuverlässig. Weitere Anlagen befinden sich in der Pipeline bzw. stehen kurz vor der Auslieferung. Entsprechend positiv schätzt M. Springs die Rolle der Lenze-Technik in seinem Unternehmen ein: „Das Automatisierungssystem ist die Lösung, die wir in allen zukünftigen SRT-Anlagen einsetzen werden.“

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Autor: Dipl.-Ing. Manfred Kos ist Vertriebsmitarbeiter bei Lenze in Hameln.