Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der bel\u00fcftete Sandfang ist der h\u00e4ufigste Sandfangtyp in Deutschland. Die Bel\u00fcftung ist hierbei die bestimmende Gr\u00f6\u00dfe des Energieverbrauchs von Sandf\u00e4ngen. Das eigentliche verfahrenstechnische Ziel der Abscheidung mineralischer Partikeln von der Organik wird gerade bei feinen Sanden bei bel\u00fcfteten Sandf\u00e4ngen nur ungen\u00fcgend erreicht. Ein wesentliches Ziel des Projektes war es, die Funktionsf\u00e4higkeit eines innovativen Sand- und Fettfang-Verfahrens, dem sogenannten Leitwandsandfang, im volltechnischen Ma\u00dfstab zu demonstrieren. Es sollte gezeigt werden, dass das Verfahren in der Lage ist, mit einem sehr hohen Abscheidegrad Fein- und Mittelsande aus dem Abwasser zu entfernen sowie gleichzeitig Fette zu reduzieren und die Organik weitestgehend im Rohabwasser weiter zu transportieren. Der Leitwandsandfang sollte hierbei Abscheidegrade erreichen, die so von konventionellen bel\u00fcfteten Sandf\u00e4ngen nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand erreicht werden k\u00f6nnen. Gleichzeitig ist es ein kosteng\u00fcnstiges und energiesparendes Verfahren.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Sandfanganlage in Heusenstamm besteht aus drei Stra\u00dfen. Zwei Stra\u00dfen f\u00fcr Regenwetter und eine Stra\u00dfe mit zwei Rinnen f\u00fcr Trockenwetter, die in diesem Projekt haupts\u00e4chlich im Fokus standen. Die Untersuchungen an den Trockenwetterrinnen erfolgte in 2 Stufen an der Anlage vor Ort sowie begleitenden CFD-Simulationen. In der ersten Stufe wurden in einer der beiden Trockenwetterrinnen mit Pr\u00fcfsand ca. 30 Sandabscheideversuche im Kreislaufbetrieb mit einer vollst\u00e4ndigen Bilanzierung der Sandfracht durchgef\u00fchrt. In der zweiten Stufe wurden \u00fcber mehrere Monate Untersuchungen im Realbetrieb mit Abwasser und dem im Abwasser vorhandenen Sand durchgef\u00fchrt. F\u00fcr die Probenahme wurde ein im Rahmen des Projektes weiterentwickeltes Probenahmeger\u00e4t eingesetzt. Die Versuche umfassten die Untersuchung der Abscheideleistung durch Beprobungen des Zu- und Ablaufs der beiden Trockenwetterrinnen bei Variation der Anzahl an Leitwand-Modulen sowie die Sandfrachtaufteilung durch gleichzeitige Beprobung beider Zul\u00e4ufe. Des Weiteren wurden die Sandabscheideleistung des Regenwettersandfangs, die Abscheideleistung sowie Betriebsparameter der nachgeschalteten Sandwaschanlage, der Fettr\u00fcckhalt, Schwermetall-konzentrationen an den Partikeln sowie Auswirkungen auf die nachfolgenden Stufen untersucht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der Leitwandsandfang wurde je Trockenwetterstra\u00dfe auf einen Durchfluss von 30 l\/s ausgelegt. Die Ergebnisse der Versuche mit Pr\u00fcfsand im Kreislaufbetrieb belegen, dass bei Durchfl\u00fcssen bis 40 l\/s und Wassertemperaturen zwischen 15 und 20 \u00b0C f\u00fcr den Kornbereich = 100 \u00b5m in allen Versuchen ein Sandabscheidegrad von > 95 % bzw. f\u00fcr den Kornbereich = 200 \u00b5m ein Sandabscheidegrad > 99,8 % erreicht werden kann.
\nF\u00fcr die Untersuchung des Sandabscheidegrades w\u00e4hrend des Realbetriebs wurde ein bereits in Voruntersuchungen entwickeltes Bilanzierungsverfahren weiterentwickelt. Das Bilanzierungsverfahren entnimmt auf Grundlage von in CFD-Simulationen vorab definierten Messpunkten einen Teilstrom des Abwassers und erm\u00f6glicht die Beprobung von ca. 15.000 l Abwasser pro Versuchstag ohne die gesamte Abwassermenge in einem Beh\u00e4lter vorhalten zu m\u00fcssen oder den Betrieb zu st\u00f6ren. Zwischen 100 und 224 \u00b5m liegt der Unterschied zwischen CFD-Simulation und Probenahme im Abscheidegrad bei ca. 10 bis 15 %, dar\u00fcber ab 224 \u00b5m bei ca. 0 bis 2 %. Unterschiede, die zurzeit nicht weiter reduziert werden k\u00f6nnen, ergeben sich durch den Formfaktor des Sandes, die Reindichte des Quarzsandes, die Massenanteile in der jeweiligen Gr\u00f6\u00dfenklasse, Einfl\u00fcsse schwankender Durchfl\u00fcsse und Temperaturen sowie der Einfluss der Turbulenz auf die Partikel. Insgesamt wird der Abscheidegrad in der Simulation etwas untersch\u00e4tzt. Die Untersuchungen zeigen, dass der Nachweis \u00fcber die G\u00fcte des Messverfahrens ebenso wichtig ist wie der Nachweis der Verfahrenstechnik (Leitwandsandfang) selbst. Es ist daher festzuhalten, dass f\u00fcr den Nachweis des Abscheidegrads von Sand in Sandf\u00e4ngen ein reproduzierbares Bilanzierungsverfahren, zur Verf\u00fcgung stehen muss. Das Bilanzierungsverfahren soll in weiteren Projekten an verschiedenen Sandfangtypen validiert werden, damit die Nachweisgenauigkeit weiter gesch\u00e4rft werden kann.
\nUnter realen Bedingungen liegt der durchschnittliche Abscheidegrad des Leitwandsandfangs bezogen auf die Siebkorngr\u00f6\u00dfe = 200 \u00b5m bei ca. 96 %. Unter Beachtung von Auslegungsgrenzen des Bilanzierungs-systems betr\u00e4gt die Abscheidung bezogen auf die Siebkorngr\u00f6\u00dfe = 100 \u00b5m immer ca. 88 %. Unter Einbezug des Sandw\u00e4schers ergeben sich hieraus Gesamtabscheidegrade der Sandfanganlage von 95 – 96 % bezogen auf die Siebkorngr\u00f6\u00dfe = 200 \u00b5m, bzw. knapp 83 % bezogen auf die Siebkorngr\u00f6\u00dfe = 100 \u00b5m. Eine Verfahren zur Fettbilanzierung existiert derzeit nicht, die Betriebserfahrungen zeigen jedoch einen qualitativ verbesserten Fettr\u00fcckhalt. Der Leitwandsandfang ist zudem ein energieeffizientes Verfahren zur Sandabscheidung, da keine Bel\u00fcftung ben\u00f6tigt wird. Der Energiebedarf einer Abwasserreinigungsanlage sinkt durch Einsatz dieses Verfahrens anstelle eines bel\u00fcfteten Sand- und Fettfangs um ca. 5 – 6 % (\u00fcberschl\u00e4giger Energieaufwand nach Sander (2003) f\u00fcr bel\u00fcftete Sandf\u00e4nge).<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Eine \u00f6ffentliche Verbreitung der Projektergebnisse erfolgt durch Ver\u00f6ffentlichungen in Fachzeitschriften, die Darstellung in wissenschaftlichen Arbeiten und Pr\u00e4sentationen im Rahmen von Vortragsveranstaltungen (z. B. IWAR-Vortragsreihe “Neues aus der Umwelttechnik und Infrastrukturplanung\u0093). Zum heutigen Zeitpunkt sind eine Seminararbeit sowie Masterabschlussarbeit (M.Sc.) am IWAR, TU Darmstadt entstanden. Des Weiteren sind die folgenden Beitr\u00e4ge in Fachzeitschriften zu nennen (Arbeitstitel):
\n– Sonnenburg, A., Mosbach, J., Grimmel, O., Urban, W. (2020) Leistungssteigerung von Sandf\u00e4ngen. Kapazit\u00e4tserweiterung auf Kl\u00e4ranlagen, Wiener Mitteilungen, TU Wien.
\n– Sonnenburg, A., Mosbach, J., Eichhorn, C., Urban, W. (2020b) Entwicklung und Praxisanwendung eines Verfahrens zur Bilanzierung der Sandfracht im Sandfang kommunaler Kl\u00e4ranlagen. Noch unver\u00f6ffentlicht, angenommen in KA Korrespondenz Abwasser, Abfall
\n– Mosbach, J, Sonnenburg, A (2020) Sandfangoptimierung: Ermittlung des Abscheidegrades sowie Beprobung von Sandf\u00e4ngen zur Ableitung von Handlungsempfehlungen w\u00e4hrend des Betriebs, call for abstracts, Aachener Tagung Wassertechnologie (Annahme offen)
\nErg\u00e4nzende Ver\u00f6ffentlichungen werden derzeit innerhalb der Projektgruppe diskutiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Leitwandsandfang, auch im Realbetrieb, sehr hohe Sandabscheideleistungen bei geringem Organikr\u00fcckhalt erbringt. Zudem konnte qualitativ aufgezeigt werden, dass sich der Leitwandsandfang positiv auf die Fettabscheidung auswirkt. Es wird daher grunds\u00e4tzlich empfohlen unbel\u00fcftete Sandf\u00e4nge, und insbesondere den Leitwandsandfang, bei Neu- und Ausbauplanungen mit zu ber\u00fccksichtigen. Das Projekt zeigt dar\u00fcber hinaus, dass neue Berechnungstechniken, wie die CFD-Modellierung und gegebenenfalls die Hybride Modellierung (Kombination aus Messung und CFD) bei der Bemessung von Sandfanganlagen und anderen verfahrenstechnischen Stufen der Siedlungswasserwirtschaft wesentlich st\u00e4rker genutzt werden sollten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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