Die zuverlässige Kontrolle der Gebläseleistung in Faultürmen von Kläranlagen ist entscheidend für stabile Konzentrationen des gelösten Sauerstoffs (DO), die einen optimalen biologischen Kreislauf unterstützen. Durch die Überwachung des Luftstroms an kritischen Punkten, mit einem Durchflussmesser in jedem Belüftungsabschnitt, kann ein Anlagenbetreiber Blockaden oder Geräteprobleme häufig erkennen, noch bevor der DO-Wert merklich abfällt.
Der am häufigsten eingesetzte Gerätetyp zur Messung der Belüftung im Belebtschlammverfahren — thermische Dispersions-Durchflussmesser — ist jedoch nicht immer die beste Wahl.
Wie thermische Dispersions-Durchflussmesser funktionieren
Thermische Dispersions-Durchflussmesser basieren auf dem Prinzip der Wärmeübertragung und enthalten einen von zwei Temperaturfühlertypen, sogenannte Widerstandsthermometer (RTDs). Die an den RTDs vorbeiströmende Luft bewirkt eine Abkühlung, wobei die resultierende Temperaturänderung anschließend mit dem Rohrdurchmesser korreliert wird, um den Durchfluss zu bestimmen.
Der Nachteil besteht darin, dass sich Feuchtigkeit auf den RTDs ansammeln und die Leistung beeinträchtigen kann. Die gute Nachricht ist jedoch, dass Kläranlagenbetreibern mehrere Alternativen zu RTD-basierten thermischen Dispersionsmessgeräten zur Verfügung stehen.
In Kläranlagen eingesetzte Technologien zur Luftstrommessung
Für die Nachrüstung bestehender Anlagen oder die Planung neuer Anlagen stehen mehrere Technologien zur Verfügung.
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Schwebekörper-Durchflussmesser
Schwebekörper-Durchflussmesser messen den Druck in einer Leitung mithilfe eines Schwebekörpers, der bei zunehmendem Luftstrom in einem Rohr ansteigt. Sie sind häufig die kostengünstigste Option zur Anzeige des Luftstroms, ihre begrenzte Genauigkeit und Auflösung machen sie jedoch eher für eine einfache Überwachung als für eine präzise Belüftungsregelung geeignet.
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Mechanische Durchflussmesser (Turbinen und ähnliche Bauarten)
Mechanische Messgeräte arbeiten im Wesentlichen wie ein Schaufelrad. Bei Turbinen-Durchflussmessern beispielsweise versetzt die mechanische Energie der vorbeiströmenden Luft die Turbine in Rotation. Der Nachteil von Turbinen- und ähnlichen mechanischen Messgeräten besteht darin, dass sie bewegliche Teile enthalten, sodass Ablagerungen von Fremdstoffen dazu führen können, dass der Durchflussmesser nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert.
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Wirbel-Durchflussmesser
Wirbel-Durchflussmesser verfügen über einen quer im Rohrdurchmesser montierten Störkörper. Dieser erzeugt Wirbel, die von zwei piezoelektrischen Kristallen erfasst werden. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit am Störkörper, desto höher ist die Wirbelfrequenz. Der Störkörper ist dabei mit einem Fahnenmast vergleichbar und die piezoelektrischen Kristalle mit einer Fahne. Je stärker der Wind um den Mast weht, desto schneller flattert die Fahne.
Zentrale Aspekte bei der Bewertung von Durchflussmessern für die Belüftung
Kosten-, Installations- und Wartungsaspekte
Die Kosten für Wirbel- und thermische Dispersionsmessgeräte sind vergleichbar. Selbst wenn Einsteck-Wirbelmessgeräte nicht direkt passen, kann mithilfe eines Adapters die Montage für den Austausch realisiert werden.
Verunreinigungen in der Luft stellen für Wirbel-Durchflussmesser kein Problem dar, da keine feuchtigkeits- oder fremdstoffempfindlichen Bauteile vorhanden sind. Dadurch weisen sie einen deutlich geringeren Wartungsaufwand auf und arbeiten zuverlässig in feuchten Umgebungen.
Im Gegensatz dazu stehen einige Anlagen in sehr feuchten Regionen vor einem monatlichen Wartungsaufwand, bei dem Dutzende thermische Dispersionsmessgeräte ausgebaut und gereinigt werden müssen. Betreiber, die auf Wirbel-Durchflussmesser umgestiegen sind, konnten diesen erheblichen Aufwand vermeiden.
Austausch- und Nachrüstungsaspekte
Ein weiterer Vorteil von Wirbel-Durchflussmessern ist ihre einfache Austauschbarkeit. Beim Ersatz eines thermischen Dispersionsmessgeräts durch einen Wirbel-Durchflussmesser sind die Anschlüsse in der Regel identisch, sodass Anlagenbetreiber das alte Gerät einfach herausschrauben und das neue einschrauben können.
Selbst wenn keine exakt passende Ausführung verfügbar ist, lassen sich Anpassungen für den Austausch gegen einen Wirbel-Durchflussmesser vergleichsweise einfach umsetzen.
Umwelt- und anwendungsspezifische Aspekte
Wirbel-Durchflussmesser eignen sich auch zur Messung von Flüssigkeiten und Dampf, wie etwa Biogas aus Faultürmen, das häufig stark verschmutzt ist und einen hohen Feuchtegehalt aufweist. Diese Anwendung stellt für thermische Dispersions-Durchflussmesser eine besondere Herausforderung dar.
Hersteller von Wirbel-Durchflussmessern bieten eine Vielzahl von Ausführungen an, darunter Inline-Versionen für kleinere Rohrdurchmesser sowie Einsteck-, Flansch- und Remote-Head-Varianten. In den letzten zwei Jahren hat die Wirbelmesstechnik zudem an Attraktivität gewonnen, da Druck- und Temperaturmessungen als Zusatzoption eingeführt wurden. Wirbel-Durchflussmesser lassen sich außerdem effektiv zur Messung von Deponiegas, in HLK-Anwendungen in Wohn- und Hochhäusern sowie in Erdgasleitungen einsetzen.
Genauigkeits- und Messbereichsaspekte
Hinsichtlich der Genauigkeit sind Wirbel- und thermische Dispersionsmessgeräte in etwa gleichwertig, wobei beide auf Strömungsturbulenzen reagieren. Wirbel-Durchflussmesser sind für sehr niedrige Durchflussraten weniger geeignet, während thermische Dispersionsmessgeräte etwas niedrigere Durchflussraten erfassen können.
Neubewertung von Spezifikationen für Belüftungs-Durchflussmesser
Eine präzise Regelung ist entscheidend, um geeignete DO-Konzentrationen im Belebtschlamm aufrechtzuerhalten und damit einen optimalen und stabilen biologischen Prozess zu fördern. Dennoch stehen die hierfür besten verfügbaren Technologien nicht immer im Fokus.
Obwohl Wirbel- oder andere Durchflussmesser in vielen Kläranlagen eine effektivere Lösung als thermische Dispersionsmessgeräte darstellen könnten, werden sie bei bestehenden Anlagen nur selten als Ersatz in Betracht gezogen. Zudem werden die meisten Spezifikationen für Neubauten weiterhin für thermische Dispersions-Durchflussmesser ausgelegt.
Die richtige Technologie zur Luftstrommessung auswählen
Anlagenbetreiber und planende Ingenieure sollten alle verfügbaren Durchflussmesseroptionen sorgfältig prüfen, bevor sie sich für einen Ersatz nach dem bisherigen Standard oder für die Planung einer neuen Anlage entscheiden. Die Auswahl der am besten geeigneten Technologie kann die Messleistung deutlich verbessern und den Bedarf an aufwendiger Wartung reduzieren.
