Mikroperforierte Linearbegaser für energiesparende Sauerstoffzufuhr in multifunktionalen (Ab)Wasserbehandlungen
Projektdurchführung
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e. V.
Clean Water Technology Lab - CLEWATEC
Bautzner Landstr. 400
01328 Dresden
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Belüftungssysteme machen bis zu 80 % des Energieverbrauchs bei der biologischen Abwasserbehandlung und über 15 % der Kosten in der intensiven Aquakultur aus. Ziel dieses Projekts war es, hocheffiziente mikroperforierte lineare Belüfter zu entwickeln und zu validieren, um diesen Energiebedarf deutlich zu senken. Das Hauptziel bestand darin, optimale Belüfterkonfigurationen und Betriebsmodi zu bestimmen, ihre langfristige Wirtschaftlichkeit unter realen Bedingungen zu analysieren und praktische Kriterien für Design, Betrieb und Wartung sowohl in Abwasser- als auch in Aquakulturanwendungen festzulegen.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt umfasste einen umfassenden Ansatz von der Fertigung bis zur Validierung in der Praxis:
Fertigungsentwicklung: Es wurde ein UV-Laserverfahren entwickelt, um Mikroperforationen in verschiedenen Polymerrohren (Polyamid, Silikon, Teflon) zu erzeugen. Das Erreichen reproduzierbarer Bohrungsdurchmesser und -geometrien erwies sich als große Herausforderung.
Leistungsanalyse im Labormaßstab: Zur Analyse der Blasenbildung und -größe wurde Hochgeschwindigkeits-Videometrie verwendet. Sauerstoffübergangskoeffizienten, Übertragungsraten und Energieeffizienz wurden in DN900-Testsäulen ermittelt und mit einem herkömmlichen Belüfter verglichen.
Druckspülung zur Fouling-Reduktion: Es wurde ein automatisiertes Druckspülsystem entwickelt, gebaut und getestet, um dem Anstieg des Druckverlusts durch Biofouling und Ablagerungen im realen Abwasser entgegenzuwirken.
Feldtests: Die Belüfter wurden in verschiedenen realen Umgebungen eingesetzt, darunter ein dreimonatiger Test in der technischen Anlage der EGLV, ein Langzeiteinsatz in einer industriellen Kläranlage und vergleichende Tests im Pilotmaßstab in einer kommunalen Kläranlage.
Ergebnisse und Diskussion
Die MILA-Linearbelüfter zeigten im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine gesteigerte Leistung.
Wirkungsgrad: Die neu entwickelten Belüfter erreichten eine höhere Belüftungseffizienz (SAE), was vor allem auf eine deutliche Reduzierung des Druckverlusts durch Optimierung der Rohrwandstärke zurückzuführen ist. Sie erzeugten kleinere Blasen, was zu einem effizienteren Sauerstofftransfer führte. In einem vergleichbaren Abwasserversuch erreichte das MILA-System eine um 17 % höhere Konzentration an gelöstem Sauerstoff.
Stabilität und Fouling: Die automatisierte, periodische Druckspülung hat sich als effektive Methode zur Aufrechterhaltung eines stabilen, niedrigen Betriebsdrucks während des Dauerbetriebs erwiesen. Die aktuellen Polyamid (PA)-Belüfter waren jedoch anfällig für irreversible Verstopfungen nach langen Betriebsstillständen, eine kritische Erkenntnis für intermittierend betriebene Anlagen.
Materialien: Silikon hat sich als robustes und effektives Material für industrielle Abwässer erwiesen, während Polyamid (PA) für den Dauerbetrieb geeignet ist, aber Grenzen aufweist.
Wirtschaftlichkeit: Eine Lebenszyklusanalyse zeigt einen klaren wirtschaftlichen Nutzen für das MILA-System aufgrund niedrigerer Energiekosten und bei Großanlagen reduzierter Investitionen in das gesamte Belüftungssystem.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Ergebnisse aus dem Projekt wurden bei folgenden Veranstaltungen vorgestellt.
Ausstellerpräsentationen auf Messen/Tagungen:
DWA Landesverbandstagung Sachsen-Thüringen 2022 und 2023
Dresdner Abwassertagung 2022, 2023 ,2024 und 2025
IFAT 2022 und 2024
ACHEMA 2024
Vorträge auf Veranstaltungen/wissenschaftlichen Tagungen:
Lange Nacht der Wissenschaften Dresden 2022, 2023 und 2024
Arbeitskreistreffen energy saxony am DBI Freiberg, 14.11.2024
Dresdner Seniorenakademie 19.11.2024
Workshop Zentrum für Wasserforschung TUBAF-HZDR, 14.07.2022
Fazit
Das MILA-Projekt bestätigte erfolgreich das hohe Potenzial von mikroperforierten linearen Belüftern, um signifikante Energieeinsparungen in der Wasser- und Abwasseraufbereitung zu erzielen. Der Schlüssel für eine erfolgreiche Markteinführung liegt in der Optimierung des Fertigungsprozesses hin zu robusteren Lochgeometrien und der Integration automatisierter Druckspülsysteme als Standard. Diese Fortschritte werden eine zuverlässige, langfristige Leistung gewährleisten und die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile der Technologie maximieren.