Energieeffizienz für Europas größtes Abwasserprojekt

Nachdem der Gewässerschutz jahrzehntelang vernachlässigt worden war, galt die Emscher Ende des 20. Jahrhunderts als schmutzigster Fluss Europas. Mit dem Ende des Kohlebergbaus in der Region durchläuft die Emscher nun ein Programm zur Modernisierung der Infrastruktur und zur Umweltsanierung. Das zentrale Bauvorhaben des 4,5 Milliarden Euro teuren Projekts ist der 51 Kilometer lange Abwasserkanal Emscher. Die Emschergenossenschaft baut neue Abwasserpumpwerke in Bottrop und Gelsenkirchen (später auch in Oberhausen) für das derzeit größte Abwasserprojekt Europas. Die Aufgabe der Pumpwerke ist es, das aus dem östlichen Emschertal ankommende verschmutzte Abwasser aus einer Tiefe von ungefähr 40 Metern auf acht 8 Meter unter der Erde zu heben, damit das Abwasser wieder mit genügend Gefälle in den Tunnel abfließen kann. Von dort aus fließt das Wasser zu den von der Emschergenossenschaft betriebenen Klärwerken. Auf seiner gesamten Länge nimmt der Emscher-Abwasserkanal das Abwasser von mehr als 1,8 Millionen Einwohnern sowie den umliegenden Industrie- und Gewerbebetrieben auf. Das Abwasser wird zu der Kläranlage in Bottrop und der Kläranlage an der Emschermündung bei Dinslaken geleitet. 

Kurz zusammengefasst handelt es sich bei dem Projekt Emscher-Umbau um einen gigantischen, 51 Kilometer langen unterirdischen Abwasserkanal, der an ein Netz von unterirdischen Leitungen angeschlossen ist, sowie um Pumpwerke, die das Abwasser transportieren, das derzeit in und entlang des offenen Abwasserkanals fließt. Mit dem Rückbau der offenen Abwasserkanalsysteme werden die Emscher und ihre Nebenflüsse in ihre natürlichen Wasserläufe zurückgeführt.

Die Emschergenossenschaft wurde 1899 als erster deutscher Wasserwirtschaftsverband gegründet. Die Organisation ist zuständig für die Abwasserreinigung, die Sicherung des Abflusses, den Hochwasserschutz und die Gewässerunterhaltung im Emschertal (Ruhrgebiet). Heute hat die Genossenschaft 200 kommunale und betriebliche Mitglieder und betreut mit mehr als 1.500 Mitarbeitern ein Einzugsgebiet von 865 km2, auf dem sich fünf Groß-Kläranlagen, 128 Pumpwerke und 341 Kilometer Wasserläufe und Abwasserkanäle befinden. Die Schachtbau Nordhausen GmbH, das Unternehmen, das die Pumpwerke gebaut hat, konzentrierte ihre Aktivitäten auf den Umbau der Abwasserbehandlungsanlagen und Pumpwerke sowie auf den Ausbau der vorhandenen Groß-Kläranlagen, wobei sie den Schwerpunkt auf den Einsatz energieeffizienter Technologien für Abwasser legte.

Damit das Abwasser über die gesamten 51 Kilometer fließen kann, müsste der Tunnel mit einem Gefälle von 1,5 Metern pro Kilometer ausgeführt werden. Bei einem solchen Gefälle würde der Tunnel in Dinslaken in 75 Metern Tiefe ankommen. 

Die Antwort auf diese Herausforderung war der Bau von drei großen Pumpwerken in Gelsenkirchen, Bottrop und Oberhausen, mit deren Hilfe das Abwasser aus einer Tiefe von ungefähr 40 Metern auf acht 8 Meter unter der Erde gehoben wird. Da diese Pumpwerke für den erfolgreichen Betrieb des gesamten Abwassersystems von größter Bedeutung sind, wurden von vornherein höchste Anforderungen gestellt. Diese konnten durch den Einsatz von Pumpen mit besonders effizienten hydraulischen Eigenschaften erfüllt werden, die für Betriebssicherheit sorgen und den Energieverbrauch sowie die Betriebskosten so gering wie möglich halten.

Mit seinen Sewatec-Pumpen konnte sich KSB im Wettbewerb gegen andere Anbieter durchsetzen und diesen Auftrag sichern. Die Pumpen verfügen über bewährte Abwasserhydrauliken und erzielen bei einem hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnis ausgezeichnete Wirkungsgrade. KSB lieferte hauptsächlich Pumpen für die Pumpwerke in Bottrop und Gelsenkirchen. Beide Pumpwerke fördern das Abwasser aus dem Tal zu den höher gelegenen Abwasserkanalbereichen. Die größten Aggregate haben eine Antriebsleistung von je 470 kW und fördern 6.480 Kubikmeter Abwasser pro Stunde. Für das Pumpwerk in Bottrop orderte die Schachtbau Nordhausen GmbH, das Unternehmen, das die Pumpwerke errichtete, 10 Sewatec-Pumpen mit Gelenkwellen, die mit Druckstutzen zwischen 500 und 700 mm und Laufraddurchmessern bis zu 900 mm ausgerüstet sind. Für das Pumpwerk in Gelsenkirchen wurden neun Sewatec in gleicher Ausführung bestellt. Zusätzlich lieferte KSB zwei Sewatec dieser Größe in Blockbauweise. Um die besonderen Anforderungen dieses Projekts erfüllen zu können, mussten zahlreiche Änderungen an den Pumpen vorgenommen werden. Von den KSB-Konstrukteuren wurden die Gehäuse für diese Variante mit tangentialen Druckstutzen ausgeführt, um einen noch besseren Wirkungsgrad zu erzielen. Auch die Laufräder wurden auf einen sehr guten Wirkungsgrad hin optimiert – bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Betriebssicherheit. Aufgrund der besonderen Anforderungen des Betreibers an die Wellendichtung wurde eine neue Gleitringdichtung entwickelt und gefertigt. Bei der neu entwickelten Tandem-Gleitringdichtung mit integriertem Quench-Vorlagebehälter handelt es sich um eine Patronengleitringdichtung, die leicht montiert und demontiert werden kann und keine externen Anschlüsse erfordert. Die Wirkungsgrade der Pumpen wurden auf dem Prüfstand im KSB-Werk Halle/Saale in der Computer-Simulation (CFD) ermittelt. Jede Pumpe wurde vor der Auslieferung einzeln geprüft und dabei zeigte sich, dass die Wirkungsgradzusagen nicht nur eingehalten, sondern sogar um bis zu 3 % übertroffen wurden. Manfred Greisch, Projektmanager bei KSB, fasst die Vorteile der Sewatec wie folgt zusammen: “Die Sewatec-Pumpe wurde für anspruchsvolle Aufgaben entwickelt und ist daher bestens für die Förderung des Abwassers im Emschersystem geeignet. Sie ist gegen chemisch aggressive und abrasive Medien beständig und mit einer besonders effizienten Hydraulik ausgerüstet, weshalb sich KSB mit seinen Pumpen gegenüber denen des Wettbewerbs behaupten konnte. Selbstverständlich verfügt KSB auch über die erforderliche Infrastruktur und die Ressourcen, um für die gesamte Lebensdauer dieser Pumpen den Service zu übernehmen.”

Die Anlagenplanung sieht auch vor, dass eine Umfahrung sämtlicher Aktivkohleadsorber möglich ist. Hierfür besteht eine Verbindungsleitung von der Zulaufleitung zum Ablaufspeicher, die von zwei Membranventilen vom Typ SISTO-20 mit Elektroantrieb gesteuert wird.

Für die Steuerung der Anlagen wurden Membranventile mit ECTFE Beschichtung gewählt, da bei Membranventilen keine beweglichen Teile vom Fördermedium umspült werden. Dies ist bei Aktivkohleadsorbersteuerung besonders wichtig, da sich durch den hohen Chloridgehalt Salzablagerungen bilden und immer wieder Aktivkohle in die Ventilbatterien mit eingetrieben werden kann.

Das Öffnen und Schließen der Membranventile erfolgt in zeitlich größeren Abständen. Da Anlagenteile im Abwasserfluss liegen, können sich dort Ablagerungen bilden, jedoch gewährleisten die eingesetzten Membranventile jederzeit ein sicheres Öffnen und Schließen 

In Teilbereichen mit häufiger Betätigung haben die Membranventile einen Elektroantrieb und in Bereichen, in denen eine Betätigung nur im Rahmen von Wartungsarbeiten vorgesehen ist, sind Armaturen mit Handrad verbaut

Die Besonderheit von Membranventilen ist, dass alle mechanischen Bauteile außerhalb des medien-berührten Bereichs liegen. Das Betriebsmedium berührt lediglich die Innenoberfläche des Ventilkörpers und die Absperrmembrane und eine Wartung der beweglichen Teile fällt nicht an. 

Die verwendeten Membranventile der Baureihe SISTO-20 mit ihrem einzigartigen Dichtsystem, bestehend aus gekammerter und mittels Spirale abgestützter Membrane bieten absolute Dichtheit nach Außen und im Durchgang bei Betriebsdrücken bis 16bar! 

Neben den Membranventilen sind auch eine Reihe von Rückschlagklappen des Typ SISTO-RSK in der Anlage verbaut worden. Die SISTO-Rückschlagklappen sind mit einer korrossionsbeständigen Beschichtung aus ECTFE versehen. Die SISTO-RSK bieten im Förderbetrieb einen fast freien Durchgang und schützen durch Ihre vorgespannte Klappenscheibe zuverlässig vor Wasserschlag.

Location: Ruhrgebiet, Deutschland

Kunde: Wasserwirtschaftsverband Emschergenossenschaft

3 x Sewatec K 500-903, Fördermenge: 2.880 m³/h, Förderhöhe: 32 m 

4 x Sewatec K 600-904, Fördermenge: 3-600 m³/h bzw. 3.960 m³/h, Förderhöhe: 20 bzw. 29 m 

5 x Sewatec K 700-903, Fördermenge: 6.480 m³/h, Förderhöhe: 18 m 

9 x Sewatec K 700-904, Fördermenge: 4.878 m³/h, Förderhöhe: 26 m 

2 x Sewatec K 703-904V Fördermenge: 5,220 m³/h, Förderhöhe: 46 m (für das Pumpwerk Oberhausen)

8 x Sewatec K 803-904V Fördermenge: 7,420 m³/h, Förderhöhe: 46 m (für das Pumpwerk Oberhausen)