Energieffektivitet för Europas största avloppsvattenprojekt

Det 51 kilometer långa Emscher-avloppssystemet betraktas som Europas största avloppsvattenprojekt och syftar till att återställa det naturliga tillståndet hos floden Emscher i Ruhrområdet. I två pumpstationer för avloppsvatten ser idag 21 specialutvecklade KSB-pumpar till att det inkommande avloppsvattnet från östra Emschertal pumpas upp från ett djup på ca 40 meter till 8 meter under marken, så att avloppsvattnet kan rinna in i tunneln igen med tillräcklig fallhöjd.

Projekt

Efter att vattenskyddet varit eftersatt i flera decennier sågs Emscher i slutet av nittonhundratalet som Europas smutsigaste flod. I och med att kolgruveindustrin lagts ned i regionen genomgår Emscher nu ett program som består i att modernisera infrastrukturen och återställa miljön. Det centrala byggprojektet inom det 4,5 miljarder euro dyra projektet är det 51 kilometer långa avloppssystemet i Emscher. Emschergenossenschaft bygger nya pumpstationer för avloppsvatten i Bottrop och Gelsenkirchen (senare även i Oberhausen) för det hittills största avloppsvattenprojektet i Europa.

Pumpstationerna har till uppgift att pumpa det smutsiga avloppsvattnet som kommer in från östra Emschertal från ungefär 40 meters djup till 8 meter under marken, så att avloppsvattnet kan rinna in i tunneln igen med tillräcklig fallhöjd. Därifrån rinner vattnet in till reningsverken som drivs av Emschergenossenschaft. Emscher-avloppssystemet samlar upp avloppsvattnet från mer än 1,8 miljoner invånare samt från angränsande industriella och kommersiella företag. Avloppsvattnet leds fram till reningsverket i Bottrop och reningsverket vid Emschers mynning vid Dinslaken.

I korta ordalag handlar ombyggnadsprojektet för Emscher om ett gigantiskt, 51 kilometer långt avloppssystem som är anslutet till ett nät av underjordiska ledningar, samt om pumpstationer som transporterar avloppsvattnet som för närvarande rinner i och längs med det öppna avloppssystemet. I och med att de öppna avloppssystemen rivs leds Emscher och dess bifloder tillbaka till sina naturliga vattendrag.


Pumps before their connection to the waste water pipes

Kund

Emschergenossenschaft grundades 1899 som första tyska vattenförening. Organisationen ansvarar för rening av avloppsvatten, skydd mot översvämningar och vattenunderhåll i Emschertal (Ruhrområdet).

Idag har föreningen 200 medlemmar inom kommun och företag och över 1 500 anställda som har hand om ett avrinningsdistrikt på 865 km2. Distriktet omfattar fem stora avloppsreningsverk, 128 pumpstationer och 341 kilometer vattendrag och avloppsledningar.

Företaget Schachtbau Nordhausen GmbH som byggde pumpstationerna, har koncentrerat sina aktiviteter på att bygga om reningsverken och pumpstationerna samt att bygga ut de befintliga stora avloppsreningsverken. Tyngdpunkten har legat på att använda energieffektiv teknik för avloppsvatten.


Utmaningar

För att avloppsvattnet ska kunna färdas hela sträckan på 51 kilometer måste tunneln byggas med en lutning på 1,5 meter per kilometer. Med en sådan lutning skulle tunneln komma fram på 75 meters djup i Dinslaken.

Svaret på den här utmaningen var att bygga tre stora pumpstationer i Gelsenkirchen, Bottrop och Oberhausen, med vars hjälp avloppsvattnet pumpas från ett djup på ungefär 40 meter till 8 meter under marken. Eftersom de här pumpstationerna var av avgörande betydelse för en lyckad drift av avloppssystemet som helhet, ställdes mycket höga krav redan från början. Dessa kunde man uppfylla genom att använda pumpar med särskilt effektiva hydrauliska egenskaper som garanterar driftsäkerheten och håller energiförbrukningen och driftkostnaderna så låga som möjligt.

The pumping station in Gelsenkirchen

The solution to this challenge was to build three large pumping stations at Gelsenkirchen, Bottrop and Oberhausen in order to raise the water from a depth of around 40 m to 8 m below ground level. These pumping stations are essential to the successful operation of the entire system, which is why exacting specifications were set out at the start. These could be satisfied by using pumps with particularly efficient hydraulic properties to provide reliability and to keep energy consumption and operating costs as low as possible.


Lösning

Med sina Sewatec-pumpar lyckades KSB hävda sig i konkurrensen med andra leverantörer och vinna uppdraget. Pumparna har beprövad avloppshydraulik och uppnår en utmärkt verkningsgrad med ett fantastiskt förhållande mellan kvalitet och pris

KSB levererade huvudsakligen pumpar till pumpstationerna i Bottrop och Gelsenkirchen. Båda pumpstationerna pumpar avloppsvattnet från dalen till de högre belägna avloppssystemområdena. De största aggregaten har en motoreffekt på 470 kW och pumpar 6 480 kubikmeter avloppsvatten per timme.

Till pumpstationen i Bottrop beställde Schachtbau Nordhausen GmbH, företaget som upprättat pumpstationerna, 10 Sewatec-pumpar med kardanaxlar som är utrustade med tryckstutsar på mellan 500 och 700 mm och pumphjulsdiametrar på upp till 900 mm. Till pumpstationen i Gelsenkirchen beställdes nio Sewatec i samma utförande. Utöver detta levererade KSB två Sewatec av den här storleken i blockkonstruktion. För att man skulle kunna uppfylla de särskilda kraven inom det här projektet var man tvungen att göra en mängd ändringar på pumparna. KSB-konstruktörerna utrustade huset till den här varianten med tangentiella tryckstutsar för att uppnå en ännu större verkningsgrad. Även pumphjulen optimerades för att få en mycket god verkningsgrad och samtidigt garantera en hög driftsäkerhet.

Till följd av operatörens särskilda krav på axeltätningen utvecklade och tillverkade man en ny mekanisk tätning. Den nyutvecklade mekaniska tätningen i tandemutförande med integrerad lagringsbehållare är en mekanisk tätning i patronform som är lätt att montera och montera loss och som inte kräver några externa anslutningar.

Pumparnas verkningsgrad räknades fram i datorsimuleringen (CFD) på testanläggningen i KSB-fabriken i Halle an der Saale. Varje pump testades var för sig före leverans, och det visade sig att de inte bara levde upp till den utlovade verkningsgraden, utan överträffade den med upp till 3 %

Manfred Greisch, projektledare på KSB, sammanfattar fördelarna med Sewatec på följande sätt: ”Sewatec-pumpen har utvecklats för krävande uppgifter och är därför perfekt lämpad att pumpa avloppsvattnet i Emschersystemet. Den är beständig mot kemiskt aggressiva och slitande medier och har en extra effektiv hydraulik. Det var det som gjorde att KSB lyckades hävda sig gentemot konkurrenterna med sina pumpar. KSB har självklart även den infrastruktur och de resurser som krävs för att tillhandahålla service under pumparnas hela livslängd.”

Tandem mechanical seal with integrated quench pot

The efficiencies of the pumps were bench-tested at the KSB factory in Halle/Saale through the CFD (computational fluid dynamics) simulation. Each pump was tested individually prior to dispatch and showed that the commitments made for efficiencies were not only met, but even exceeded by up to 3%.

Manfred Greisch, KSB project manager sums it up very simply: “The Sewatec pump is designed to meet the challenging requirements of the nature of the water in the Emscher system. It is resistant to chemical attack and abrasives. But most significantly, KSB pumps have particularly efficient hydraulics compared to their competitors. And it almost goes without saying that KSB has the infrastructure and resources to support these pumps throughout their working lives.”


Data, siffror, fakta

Pumptyper

  • 3 st. Sewatec K 500-903, flöde: 2 880 m3/h, uppfordringshöjd: 32 m
  • 4 st. Sewatec K 600-904, flöde: 3–600 m3/h resp 3 960 m3/h, uppfordringshöjd: 20 resp. 29 m
  • 5 st. Sewatec K 700-903, flöde: 6 480 m3/h, uppfordringshöjd: 18 m
  • 9 st. Sewatec K 700-904, flöde: 4 878 m3/h, uppfordringshöjd: 26 m
  • 2 st. Sewatec K 703-904V, flöde: 5 220 m3/h, uppfordringshöjd: 46 m (till pumpstationen i Oberhausen)

  • 8 st. Sewatec K 803-904V, flöde: 7,420 m3/h, uppfordringshöjd: 46 m (till pumpstationen i Oberhausen)