"2. Wilo Wassertage": Energieeffizienz in der Wasser- und Abwasserwirtschaft

Experten aus Wirtschaft und Forschung mit neuen Konzepten / Analyse und Bewertung von Energiesparpotenzialen / Zukunft der kommunalen Wasserwirtschaft / Optimierung von Anlagen zur Abwasserbehandlung / Technische Innovationen und Trends

Wie Anlagen zur Wassergewinnung und Abwasserbehandlung energetisch optimiert werden, erfuhren die Teilnehmer der "2. Wilo Wassertage" am Adlersberg nahe Regensburg. Nach erfolgreicher Premiere im Jahr 2007 fand das zweitägige Fachsymposium nun zum zweiten Mal statt. Die Veranstaltung am 28. und 29. September 2011 hatte das Leitthema "Energie". Während der Fokus dabei am ersten Tag auf der Trinkwasserversorgung lag, stand am zweiten Tag die Abwasserbehandlung im Mittelpunkt.

Hochkarätige Experten aus der Praxis sowie aus Forschung und Umweltpolitik zeigten Perspektiven nachhaltiger Wasserversorgung und Abwasserreinigung auf. Der Ausrichter WILO SE mit Hauptsitz in Dortmund ist einer der weltweit führenden Hersteller von Pumpen und Pumpensystemen für die Heizungs-, Kälte- und Klimatechnik, die Wasserversorgung sowie die Abwasserbehandlung und -entsorgung. Das Unternehmen ist mit über 60 Tochtergesellschaften weltweit vertreten.

Über 350 Entscheider aus kommunalen Unternehmen, Ingenieure und Fachplaner sowie Vertreter von Umweltbehörden nahmen die Gelegenheit zur umfassenden Fachinformation und zum Erfahrungsaustausch wahr. In seiner Eröffnungrede begrüßte Manfred Schaffeld, Vertriebsleiter der WILO SE für den Geschäftsbereich Water Management, die Teilnehmer. Anschließend widmeten sich die Vorträge der energetischen Optimierung von Anlagen zur Wasserversorgung, Abwasserentsorgung und Abwasserreinigung sowie aktuellen technischen Innovationen. Präsentiert wurden zudem Erfahrungen und Vorteile wasserwirtschaftlicher Netzwerke.

Tag 1: Herausforderungen in der Wasserwirtschaft
"Die Wasserversorgung in Deutschland hat durch erhebliche Investitionen einen hohen Anschlussgrad und Qualitätsstandard erreicht", sagte Univ.-Prof. Dr.-Ing. F. Wolfgang Günthert zur Eröffnung der Wassertage. Dennoch müssten auch in Zukunft alle Optimierungspotenziale ausgeschöpft werden, um den stetigen Kostenanstieg für Unternehmen in der Wasserversorgung sowie für die Verbraucher zu bremsen.
Der Experte für Wasserwesen, Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität der Bundeswehr München unterstrich, dass die Aufwendungen für die Wassergewinnung und -versorgung steigen werden. Hierfür seien Einflüsse auf die Grundwasserbeschaffenheit verantwortlich. Als Ursachen nannte er eine verstärkte industrielle und landwirtschaftliche Nutzung sowie anthropogene Spurenstoffe durch zunehmenden Verkehr und dichtere Besiedelung. Zudem steigen die spezifischen Wasserpreise als Folge des rückläufigen Pro-Kopf-Verbrauchs. Umso wichtiger sei es, Wege zur Kostenreduzierung bei Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserversorgungsanlagen aufzuzeigen.
 "Hierfür sind die Wilo Wassertage ein hervorragendes Forum", so Prof. Günthert.

Ökoeffizienz in der Wasserwirtschaft
Dass die Energiewende ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung hin zu einer nachhaltigen Gesellschaft ist, betonte der Leiter der Abteilung Wasserwirtschaft am Bayerischen Staatsministerium, Dr. Martin Grambow: "Das Stichwort 'Öko-Effizienz' wurde wesentlich durch Ernst-Ulrich von Weizsäcker geprägt, dessen technische Vision von einem Faktor fünf in der Ressourceneinsparung ausgeht. Dies ist ein Ausrufezeichen für alle Entwickler in allen Sparten - die 'life cycle costs' unserer Technik zu betrachten und zu reduzieren!"
Eine weitere Herausforderung liege darin, so Dr. Grambow, die tatsächlichen (Umwelt-)Kosten und Wirkungen sowohl ganzheitlich als auch realistisch abzuschätzen.

Waldwasser - gelebte Kooperation in der Wasserversorgung
Die EU-weit geschützte Marke "Waldwasser" stellten drei Referenten als gleichnamige Zukunftsinitiative der Wasserversorgung Bayerischer Wald (WBW) vor. Ziele dabei sind, die Wertschätzung von Trinkwasser als Lebensmittel Nr. 1 bei den Bürgern zu erreichen sowie die Trinkwasserversorgung aus öffentlicher Hand sicherzustellen und vor den Folgen der Liberalisierung des Europäischen Wassermarktes zu bewahren. Zugleich stellt Waldwasser auch ein Modell für die Kooperation kommunaler Versorger dar.

Dipl.-Ing. Hermann Gruber, Leitender Baudirektor und Werksleiter der WBW, erläuterte zunächst die schwierigen Rahmenbedingungen der Trinkwasserversorgung in einem Wassermangelgebiet wie dem Bayerischen Wald. "Eine verantwortungsbewusste Wasserversorgung aller Bürger zusammen mit einer sozial verträglichen Preisgestaltung ist nur durch intelligente Kooperationsformen auf kommunaler Ebene möglich", erklärte Gruber.
Mit der Marke Waldwasser wird dies nunmehr in einer stadtfernen Region wie Ostbayern Schritt für Schritt realisiert.

Auf den Nutzen einer engen Kooperation zwischen angewandter Wissenschaft und kommunaler Wasserwirtschaft verwies dabei Prof. Dipl.-Ing. Rudolf Metzka von der Hochschule Deggendorf, Fakultät für Bauingenieurwesen. Wissenschaftler hätten zusammen mit der WBW ein 4-Säulen-Modell für "integriertes Wassermanagement" erarbeitet und damit die Basis für die Zukunftsinitiative Waldwasser geschaffen. Als zentrale Trinkwasser-Plattform im ostbayerischen Raum hat die Initiative dort viel beachtete Projekte auf den Weg gebracht. Prof. Metzka nannte Schulen, Erwachsenenbildung sowie Tourismus und Gastronomie als Beispiele.

Der Leiter des Fachbereichs Qualitätssicherung und stellvertretende Werksleiter der WBW, Alfred Zehentmeier, gab schließlich einen Überblick über das technische Dienstleistungsprogramm Waldwasser: "Viele Kommunen verwenden bereits Waldwasser-Technikmodule wie Betriebssoftware, Rohrnetzüberwachungen oder Geoinformationssysteme", betonte er.

Die enge Kooperation werde auch durch Erfahrungsaustausch und Fortbildungsangebote im Rahmen der Waldwasser-Regionalforen belebt und vertieft. Zehentmeier berichtete, dass in Zusammenarbeit mit Aufsichtsbehörden wie Gesundheitsämtern Pilotprojekte konzipiert werden. Hierzu zähle die bundesweit erstmalige Umsetzung der "Water-Safety-Plans" der WHO im WBW-Gebiet.

Energieeffiziente Pumpentechnik für die Wasserwirtschaft
Energieeffiziente Lösungen für die technische Ausstattung der Wasserversorgung erläuterte Mario Hübner, Manager System Engineering Sales Region D-A-CH der WILO SE. Er begann seinen Vortrag mit einem Hinweis auf den bevorstehenden Atomausstieg. Dieser ist durch den Bundestag und Bundesrat beschlossen und wird bis zum Jahr 2022 schrittweise umgesetzt. So sei es in den kommenden Jahren nicht nur erforderlich, den Energiemix umzustellen, sondern auch den Stromverbrauch durch Einsatz effizienter Technologien deutlich zu verringern.

Wie Hübner erklärte, ist auch die Wasserversorgung gefordert. Er stellte vor diesem Hintergrund die neuesten Entwicklungen der Pumpentechnik für die Trinkwasserversorgung in den Mittelpunkt seiner weiteren Ausführungen. Aktuelle Unterwassermotorpumpen-Baureihen erreichen etwa durch optimierte Laufräder, Stufengehäuse und Werkstoffe deutlich höhere Wirkungsgrade und Standzeiten als vergleichbare ältere Aggregate. Darüber hinaus können spezielle Beschichtungen wie "Wilo-Ceram CT" mit KTW-Zulassung die Pumpen zuverlässig vor Verschleiß schützen und ihre Wirkungsgrade zusätzlich verbessern.
Für den Bereich der Druckerhöhung stellte Hübner Kompaktdruckerhöhungsanlagen mit hocheffizienten IE3-Motoren vor. Insgesamt biete Wilo ein komplettes Spektrum besonders leistungsfähiger und langlebiger Unterwassermotor- und Hochdruckkreiselpumpen für die Wasserversorgung, die sich durch niedrige Lebenszykluskosten auszeichneten.

Tag 2: Aktuelle Entwicklungen in der Abwasserbranche
Auch den zweiten Tag des Fachsymposiums eröffnete Prof. Dr.-Ing. F. Wolfgang Günthert von der Universität der Bundeswehr München. Als zentrale Herausforderungen der kommunalen Abwasserwirtschaft hob er dabei vor allem die Neu- und Weiterentwicklung zeitgemäßer Technologien und Konzepte für die Abwasserentsorgung hervor. Besonders wichtig sei dabei unter anderem, die Technologien zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abwasser, aber auch zur Nutzung der darin enthaltenen Wertstoffe weiterzuentwickeln. Als Beispiel nannte er neuartige Sanitärkonzepte mit Trennung der Abwasserteilströme.

Ein wichtiges Element einer optimierten Abwasserbeseitigung sei ein kontinuierliches Benchmarking, das heißt die Orientierung am Besten. Wie Prof. Günthert erläuterte, kann so die Betriebsführung stetig verbessert und der Erfolg der umgesetzten Maßnahmen laufend kontrolliert werden. "Die Ergebnisse können für eine gezielte Öffentlichkeitsarbeit zur Aufklärung der Kunden genutzt werden", lautete sein Rat.

Mehrwert durch Netzwerke in der Wasserwirtschaft
Dr. Manuela Wimmer vom UmweltCluster Bayern lenkte die Aufmerksamkeit der Teilnehmer auf die Bedeutung wirtschaftlicher Netzwerke. Auf dem Weg in eine ökologisch wie ökonomisch verantwortungsbewusste Zukunft der Abwasserbranche ist ein enges Miteinander aller Akteure gefordert, so Dr. Wimmer. "Die Leistungsfähigkeit von Unternehmen basiert nicht zuletzt auf ihrer Einbettung in vernetzte Strukturen, die ein innovationsfreundliches Umfeld erzeugen", erklärte sie.

Zu den Aufgaben des Netzwerks aus Unternehmen, wissenschaftlichen Einrichtungen und Kommunen gehört es, im Rahmen von Fachveranstaltungen und Konferenzen über technologiespezifische Entwicklungen und Querschnittsthemen zu informieren. Neben Innovationen seien aber auch Finanzierung und Internationalisierung Bereiche, in denen das UmweltCluster Beratungsleistungen anbiete.
"Wir unterstützen unsere Mitglieder unter anderem durch Kontakte zu Kooperationspartnern in Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung im In- und Ausland sowie durch Erstberatung zu aktuellen Förderprogrammen im Bereich der Umwelttechnologie", umriss Dr. Wimmer das Servicespektrum.
Fast die Hälfte der 130 Unternehmens- und Fördermitglieder des Umweltclusters Bayern sind im Geschäftsfeld Wasser und Abwasser tätig.

Optimierungspotenziale in der Pumpwerkstechnik
Mario Hübner von der WILO SE gab den Teilnehmern am zweiten Tag konkrete Empfehlungen, wie sie aktuellen Anforderungen in der Abwassertechnik durch bedarfsgerechte Pumpentechnik Rechnung tragen können. Hier stellt Wilo den technischen Verantwortlichen ein umfassendes Programm von Tauchmotorpumpen für die kommunale Abwasserentsorgung und Klärwerkstechnik zur Verfügung. Er erläuterte unter anderem die Funktionsweise von Feststofftrennsystemen und ihre Bedeutung für die Lebensdauer von Pumpwerken.

Als besonderen Meilenstein bei Abwasserpumpen präsentierte Hübner die neue Laufradbaureihe SOLID (Safe Operation Logic Impeller Design). Sie ist insbesondere für den Einsatz in stark feststoffhaltigen Rohabwässern konzipiert und erreicht besonders hohe Wirkungsgrade. So kann sie Anwendungsnachteile anderer marktgängiger Laufradformen im Abwassereinsatz kompensieren und den Pumpenbetrieb auch durch Steigerung des Wirkungsgrades optimieren. Diese Bauart steht ab DN 150 bis DN 350 mit Förderhöhen von bis zu 50 m und Fördermengen bis 600 l/s zur Verfügung.

Bei Abwassertauchmotorpumpen für die Nass- und Trockenaufstellung bietet Wilo beispielsweise neue Motortechnologien für die Serie "Wilo EMU FA". Der Motor FKT 50 verfügt über ein innovatives Kühlsystem mit integrierten Überwachungseinrichtungen. Dies ermöglicht einen optimalen Schutz für den Motor und die gesamte Installation. Die ausgesprochen prozesssicheren, flexibel einsetzbaren und langlebigen Pumpen der FA-Baureihe sind modular aufgebaut und für eine maximale Förderhöhe von rund 100 Metern bzw. einen Volumenstrom von bis zu 2.400 l/s ausgelegt.

Im Hinblick auf die Lebensdauer und Lebenszykluskosten von Abwasserpumpen, die in höchst aggressiven Fördermedien zum Einsatz kommen, verwies Hübner zudem auf das Spektrum äußerst widerstandsfähiger Beschichtungen wie "Wilo-Ceram" und Sonderwerkstoffe wie "Abrasit". Letzterer ermögliche bei Förderung abrasiver Medien eine siebenmal höhere Pumpenstandzeit im Vergleich zu normalen Gusswerkstoffen.

Energieeffizienz durch luftfreie Förderung
Dipl.-Ing. Bernd Husemann von der AIRVALVE Flow Control GmbH legte den Schwerpunkt auf die technischen Optimierungspotenziale. Er ging Ursachen und Verhalten von Lufteinschlüssen in Druckleitungsnetzen - sowohl in der Wasserversorgung als auch in der Abwasserentsorgung - auf den Grund. "Lufteinschlüsse sind oftmals die Folge von Einschleusung durch Pumpen sowie von Ausgasungen", erklärte Husemann. "Diese können sich negativ auf das Strömungsverhalten in der Leitung auswirken und zu einer drastischen Effizienzminderung führen."

Mit Hilfe technischer Lösungen zur luftfreien Förderung von Abwässern könne man vorbeugen und auch Probleme beheben. Der gezielte Einsatz selbsttätiger Be- und Entlüftungsventile ermöglicht dabei einen nahezu luftfreien Abwassertransport und bietet gleichzeitig einen wirksamen Schutz vor dynamischen Druckänderungen in der Leitung, so Husemann. Er zeigte an Fallbeispielen aus der Praxis, dass die Energiekosten bestehender Druckleitungen durch optimierte Positionierung selbsttätiger Be- und Entlüftungsventile mehr als halbiert werden können.

Energieeinsparpotenziale auf Kläranlagen
Wie groß das Potenzial zur energetischen Optimierung von Kläranlagen in Deutschland trotz fortgeschrittener technologischer Entwicklung noch ist, zeigte Prof. Dr.-Ing. Andrea Deininger von der Fachhochschule Deggendorf auf. Die Expertin für Abwasserwirtschaft unterstrich, dass Kläranlagen weiterhin zu den größten Energieverbrauchern deutscher Kommunen gehören. Das neue Arbeitsblatt A 216 der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) helfe dabei, Schwachstellen in der Energieversorgung von Kläranlagen aufzudecken. Es gliedert das Vorgehen von Energieanalysen in Sofortmaßnahmen, kurzfristige und abhängige Maßnahmen. Prof. Deininger wies in diesem Zusammenhang darauf hin, dass Faulungsprozess und Beckenbelüftung in der Regel die größten Einsparpotenziale bergen.
 "Eine ausführliche Energieanalyse ist jedoch ein aufwändiges Verfahren und sollte von einem Fachbüro durchgeführt werden", empfahl die Expertin den Zuhörern.

Effizientes Mischen und Belüften in Belebungsbecken
Eine wichtige technische Detailfrage beleuchtete dabei Dipl.-Ing. Dr. Wilhelm Frey: "Ein wesentlicher Faktor zur energetischen Optimierung von Kläranlagen ist die Anordnung der Belüfter in den Becken", so der Experte von der Abwassertechnischen Ausbildung und Beratung aus Korneuburg in Österreich. Er verglich verschiedene Varianten der Belüftung und Durchmischung in Belebungsbecken. Zudem demonstrierte er anhand von Messwerten realisierter Anlagen die Auswirkungen von ungünstigen und optimierten Konstellationen.
In diesem Zusammenhang richtete Dr. Frey den Fokus auf das Zusammenwirken von Belüftern und Rührwerken. So sei die Beckenbelüftung immer Ergebnis des Zusammenspiels von Belüftern, Rührwerken und Beckengeometrie.

Energetisch effiziente Beckenauslegung mit CFD-Berechnungen
Privatdozentin Dr.-Ing. habil. Michaela Hunze von der FlowConcept GmbH widmete sich in ihrem Vortrag der Betrachtung von Belebungsbecken im Hinblick auf einen energieeffizienten Betrieb auf Basis von dreidimensionalen Simulationsrechnungen (Computational Fluid Dynamics oder CFD). Sie zeigte auf, welche Möglichkeiten sich durch den Einsatz der Simulationsstudien bieten, um einen besseren Einblick in die Strömungs-, Transport- und Durchmischungsvorgänge - und damit letztendlich in die Verfahrensabläufe - in einem Becken zu erhalten. Anhand von Beispielen aus der Praxis zeigte sie, dass durch die gewonnenen Erkenntnisse gezielt Schwachpunkte und Störstellen in der Beckenauslegung oder im Beckenbetrieb erkannt und herausgearbeitet werden konnten.
Auch Abhilfemaßnahmen zur Erreichung eines einwandfreien verfahrenstechnischen und energieeffizienten Betriebes habe man entwickelt.

Prozesssicherheit und Energieeffizienz in der Abwassertechnik
Insbesondere die Rührwerkstechnik hat erheblichen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse in Belebungsbecken sowie auf den Energieverbrauch von Kläranlagen. Denn die Effizienzsteigerungen lässt sich in Kläranlagen nicht nur durch optimierte Beckengeometrien steigern, sondern vor allem durch perfekt darauf abgestimmte Belüftungs- und Rührwerkstechnik. Letztere bildet nämlich mit rund 20 % des gesamten Strombedarfs der Anlagentechnik einen der größten Verbraucher, hob Mario Hübner von der WILO SE hervor. Hübner erläuterte in diesem Zusammenhang unter anderem die Bedeutung der Schubleistungsziffer von Rührwerken. Dabei handelt es sich um den Quotienten der erzeugten Schubkraft und der dabei aufgenommenen elektrischen Leistung. Je größer die errechnete Zahl, umso effizienter arbeitet das Rührwerk.
"Insbesondere mit langsam laufenden Tauchmotorrührwerken lassen sich höchste Leistungsziffern erzielen. Bedingt durch große Propellerdurchmesser und kleine Drehzahlen sind enorm hohe Schubwerte bei geringer Leistungsaufnahme möglich", so Hübner.

Bei modernen langsam laufenden Rührwerken, welche modular aufgebaut sind, können Tauchmotor, Getriebe und Propeller individuell zusammengestellt werden. Auf diese Weise erfolgt eine exakte Anpassung der Tauchmotorrührwerke an die erforderlichen Leistungsdaten und Beckengeometrien. Hübner empfahl zudem die Nutzung von energieeffizienten IE3-Motoren, die sich bis zu einer Auslastung von mindestens 70% als besonders wirtschaftlich erweisen.

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