Clevere kleine Anlage ermöglicht großen Zuwachs an Energieeffizienz und Betriebssicherheit

29.04.2014

Wärmeübertrager sorgt für zuverlässige Funktion von Abwasseranlagen plus Rückgewinnung von Wärme aus dem Abwasserstrom

Wärmerückgewinnung aus Abwasser

Viele Unternehmen benötigen in ihrer Produktion warmes Prozesswasser. Ein innovativer Wärmetauscher der Dresdner DAS Environmental Expert GmbH ermöglicht nun eine Wärmeübertragung vom Abwasser zum Prozesswasser. Das hilft, die Temperaturen der Wasserströme zu optimieren, wodurch sowohl der Energieeinsatz als auch die Abwasserbehandlung selbst deutlich an Effizienz gewinnen.  

Verpackungsspezialist vertraut auf Prozesswasserlösung der DAS EE GmbH

Erfahrungen mit einem solchen Wärmetauscher hat die Schumacher Packaging GmbH in ihrem Werk in Schwarzenberg gesammelt. Das inhabergeführte mittelständische Unternehmen hat sich auf maßgeschneiderte Verpackungslösungen aus Well- und Vollpappe spezialisiert. Es beschäftigt 2.200 Mitarbeiter und erwirtschaftet knapp 400 Millionen Euro Jahresumsatz. Das Stammhaus des 1948 gegründeten Unternehmens befindet sich in Ebersdorf bei Coburg. In Schwarzenberg im Erzgebirge stellt die Schumacher Packaging GmbH Pappe her. Dazu wird Altpapier aufbereitet. „Für diesen Prozess wird sehr viel Wasser benötigt“, berichtet Bernd Dzedzig, verantwortlicher Projektleiter bei der DAS Environmental Expert GmbH. „Es wird aus einem Fluss, der Großen Mittweida, entnommen. Dieses Wasser kommt besonders im Winter relativ kalt an, mit Temperaturen um die fünf Grad Celsius. Es wird vorgereinigt und musste bisher mit Hilfe von Dampf oder anderen externen Wärmequellen aufgewärmt werden.“

Die Herausforderung: Biologische Abwasserbehandlung trotz hoher Prozesstemperaturen Die Schumacher Packaging GmbH hat nun die Kapazität der Papiermaschine erhöht. Damit verbunden war eine Anhebung der Prozesstemperatur auf bis zu 55 Grad Celsius – viel zu viel für die nachfolgende biologische Abwasseraufbereitung. Denn die Mikroorganismen sterben ab, wenn das Wasser zu heiß ist. Das Resultat: „Die Kläranlage würde bei diesen Temperaturen nicht mehr funktionieren“, erläutert Dzedzig. Um eine Schädigung des Flusses zu vermeiden, gilt zudem für die Einleitung von Abwässern eine behördlich festgelegte Temperatur-Obergrenze von 30 Grad Celsius.

Die Lösung: Der Wärmeübertrager der Dresdner Umwelttechnikspezialisten

Aus diesem Grunde suchte die Schumacher Packaging GmbH nach einer Möglichkeit, das Abwasser über ein möglichst pfiffiges Konzept zu kühlen, damit die biologische Abwasseraufbereitung weiterhin zuverlässig arbeitet. Die DAS Environmental Expert GmbH konnte mit ihrem Anlagenkonzept überzeugen: Der Wärmeübertrager nutzt das Wasser, das zu warm aus dem Prozess kommt, um damit das kalte Frischwasser zu erwärmen. Erfreulicher Zusatzeffekt: Die Schumacher Packaging GmbH kann damit sogar ihren Energieverbrauch reduzieren: Durch den Einsatz des Wärmeübertragers kann die Fabrik 40% des bisher benötigten Erdgases einsparen. Die Investition amortisiert sich so bereits im ersten Jahr.

Das Prinzip: Effektive Thermoplatten mit effektivem Reinigungssystem

Der Wärmeübertrager der DAS Environmental Expert GmbH beruht auf doppelwandigen Platten („Thermoplatten“), die durch ein einfaches Reinigungssystem ständig sauber gehalten werden (siehe Infografik). Das Kühlwasser wird gleichmäßig auf alle Thermoplatten verteilt und strömt ringförmig einmal durch den Wärmeübertrager. Das Abwasser wird von unten in den Wärmeübertrager geleitet und strömt aufwärts durch den Behälter, um an der Oberseite abgeleitet zu werden. Im Inneren der Thermoplatten fließt also das kalte Flusswasser, und auf der Außenseite das heiße Abwasser.

Der Wärmeübertrager besteht aus Edelstahl. Im Kontakt mit dem Abwasser verschmutzen Metallflächen relativ schnell, erklärt Dzedzig: „Es bildet sich rasch ein Biofilm, der rapide wächst, wenn Wärmetauscher nicht gereinigt werden. In der Folge sinkt die Übertragungsleistung.“ Normalerweise ist es daher notwendig, die Systeme regelmäßig auseinanderzubauen und manuell zu säubern. Die Dresdner Umweltexperten fanden auch dafür eine clevere technische Lösung: Durch ein kontinuierlich rotierendes Bürstensystem wird die Verschmutzung auf ein Minimum reduziert und die Wärmeübertragung optimiert. Die rotierenden Bürsten sorgen nicht nur für die permanente Reinigung der Wärmeübertragerflächen, sondern auch für eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und damit verbunden eine höhere Wärmeübertragerleistung. Durch die Drehbewegung der Bürsten wird das Abwasser zudem in einen spiralförmigen Umlauf gebracht. Dadurch wird der Effekt eines Gegenstrom-Wärmeübertragers erzielt. Dieses Konstruktionsprinzip erlaubt eine Installation im Ablauf bestehender Abwasserreinigungsanlagen ohne den Einsatz zusätzlicher Druckerhöhungspumpen. Auch aufwendige Mess- und Regeltechnik ist dazu nicht erforderlich.

Zuverlässige Systeme für hohes Durchlaufvolumen

Im Moment wird mit dem Wärmeübertrager kaltes Flusswasser von fünf auf 20 Grad Celsius vorgewärmt. „Das ist sehr viel für ein derartig großes Volumen“, betont Dzedzig. „Die Anlagen in Schwarzenberg bewältigen jeweils 65 Kubikmeter Abwasser pro Stunde, also 1.560 Kubikmeter Wasser am Tag.“ Installiert wurden zwei Systeme. Sie können einzeln oder aber parallel betrieben werden. Dadurch lässt sich der Wärmeaustausch beeinflussen. Das ist wichtig, denn wenn das Abwasser zu kalt wird, dann beeinträchtigt das ebenfalls den Stoffwechsel der Mikroorganismen in der biologischen Abwasseraufbereitung.

Effiziente Lösung für alle Industrien mit heißem Prozesswasser

Für die Wärmeübertrager sieht DAS-Geschäftsbereichsleiter René Reichardt einen großen Markt: „Es ist in der Industrie sehr oft der Fall, dass Abwässer zu warm sind. Und der sparsame Einsatz von Energie ist überall ein wichtiges Thema.“ Nicht nur Papierfabriken haben Probleme mit der Wassertemperatur am Auslauf. Auch beispielsweise für Betreiber von Biogas-Anlagen, Gießereien und Härtereien, Färbereien, Großwäschereien oder aber für die Lebensmittelindustrie dürfte sich daher eine solche Anlage lohnen. „Interessant ist das für alle, die mit heißem Wasser arbeiten“, meint Reichardt. Der Wärmeübertrager der DAS Environmental Expert GmbH gestattet es, Temperatur-Grenzwerte einzuhalten und zugleich Wärme aus dem Abwasser zurückzugewinnen – effektiv und mit wenig Betriebsaufwand.