Schraubengebläse können zur Belüftung der Klärbecken in der biologischen Reinigung eine kostengünstigere Alternative zu Drehkolbengebläsen sein. Sie sind zwar teurer in der Anschaffung, verbrauchen aber weniger Energie - was angesichts steigender Energiekosten und des Kohlendioxid-Ausstoßes von Vorteil ist. In Frage kommen je nach Anwendung auch Turbokompressoren, die bis zu 1.600 mbar Überdruck erzeugen können.

Bakterien in Klärbecken erhalten ihren Sauerstoff von Gebläsen, die für fast die Hälfte des Gesamtenergiebedarfs einer Kläranlage verantwortlich sind. Deswegen lohnt sich ein näherer Blick auf die Drucklufterzeugung der biologischen Reinigung; hier liegen rund 70 % des Energie-Einsparpotenzials. Durch den Einsatz von Schraubengebläsen des Typs ZS+ von Atlas Copco lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Drehkolbengebläsen der Energieverbrauch um gut 30 % senken; denn die ZS+-Maschinen warten mit einer sehr niedrigen spezifischen Leistungsaufnahme auf.
Verantwortlich für den niedrigen Energiebedarf der ZS-Schraubengebläse sind unter anderem die innere Verdichtung sowie ein effektiveres Antriebskonzept mit EFF1-Motoren von Siemens, wodurch sich deutlich bessere Wirkungsgrade als beim Drehkolbengebläse ergeben. Schaltschrank sowie optional ein Frequenzumrichter für die Drehzahlregelung sind bereits in die Maschine integriert. Die Geräte bringen so Bedarf und Volumenstrom in Einklang, arbeiten zudem robust und zuverlässig. ZS-Schraubengebläse erhöhen den Druck um Werte zwischen 300 und 1200 mbar (mehr schaffen mit 1.600 mbar nur die ZB-Turbokompressoren), liefern einen Volumenstrom von 525 - 2.330 m³/h und sind von der technischen Ausstattung sowie den Einsatzmöglichkeiten zwischen den ZL-Drehkolbengebläsen und den ZB-Turbokompressoren angesiedelt.

Konzepte vor jeder Investition ­vergleichen
Um festzustellen, wie hoch ein Energie-Einsparpotenzial im konkreten Fall ist, untersucht Atlas Copco das bestehende Konzept, misst die Leistungsaufnahmen, prüft den tatsächlichen Bedarf und schlägt anschließend eine Ideallösung vor. Mehrinvestitionen machen sich üblicherweise meist binnen eines oder zweier Jahre bezahlt. Danach spart der Betreiber gegenüber den vermeintlich günstigeren Lösungen Geld - Jahr für Jahr. Beispielhaft lässt sich das anhand der folgenden Situation zeigen.
Beispielhaft wurde ein Druckluftbedarf von ca. 6.000 m³/h bei einer Druckerhöhung 600 mbar angesetzt. Eine für eine Kläranlage normale Auslastung wurde zugrunde gelegt. Für diesen Fall bieten sich drei Varianten an:

-System I, bestehend aus zwei Drehkolbengebläsen,
-System II aus drei Schraubengebläsen, davon eines drehzahlgeregelt (VSD, Variable Speed Drive), und
-System III mit einem drehzahlgeregelten Turbokompressor, ergänzt um ein Schraubengebläse.

Die Tabelle zeigt sehr deutlich, dass - für diese Anwendung - System II und System III zwar zunächst höhere Investitionen erfordern, gleichzeitig aber die Betriebskosten pro Jahr geringer ausfallen. Entschiede sich der Anwender für System II mit den Schraubengebläsen, so sparte er jedes Jahr 25.200 €; die Mehrinvestition amortisierte sich also binnen 1,5 Jahren. Interessant ist, dass sich in diesem Beispiel sogar die noch höhere Investition in System III, bestehend aus Turbokompressor und Schraubengebläse, lohnen würde. Hier spart der Anwender jedes Jahr 26.704 €, nach 2,3 Jahren hätte sich die Anlage amortisiert.

                                              System I                   System II                                System III
                                              1x ZL 4700 +            1x ZS 75+B-1250 VSD +        1x ZB 100 VSD +
                                              ZL 3000                    2x ZS 55+B-750                     1x ZS 55+B-750
                                              (2 Drehkolben-         (3 Schrauben-)                       (Turbokompressor
                                              gebläse)                   gebläse)                                 mit Schraubengebläse)

Anlagenpreis                          45.600 €                  84.060 €                                108.060 €

Installierte Motorleistung      185 kW                     185 kW                                  155 kW

Gesamtleistungs-                 
aufnahme                              147 kW                     122 kW                                 118 kW

Gesamtleistungs-
aufnahme / Jahr                    1.287.720 kWh         1.068.720 kWh                      1.033.680 kWh

Betriebskosten / Jahr            134.872 €                 109.672 €                              108.168 €

Turbos eignen sich für tiefe Klärbecken
Durch Turboverdichter ersetzte Currenta in Leverkusen in einer ihrer Industrie-Klär­anlagen die bis dahin verwendeten Oberflächenbelüfter. In einem Gemeinschaftsklärwerk werden hier die biologisch abbaubaren Abwässer des Chemparks Leverkusen und zahlreicher Haushalte der angrenzenden Kommunen gereinigt. In Leverkusen befinden sich vier geschlossene Klärtürme sowie zwei offene Klärbecken. Die Becken waren früher 3 m tief und wurden mit großen Rührwerken belüftet. Im Rahmen der Instandsetzung 2007 nutzte Currenta die Gelegenheit, in zwei neue Kaskadenbecken zu investieren. Die neuen Becken sind 8 m tief. Dadurch verringert sich der Platzbedarf, gleichzeitig steigt aber der Druck am Boden der Becken. Deswegen entschied man sich für die Niederdruck-Turbokompressoren von Atlas Copco. Die Turbinentechnik benötigt Currenta, weil normale Drehkolbengebläse nur 1.000 mbar Überdruck liefern können.
Aufgrund des hohen Sauerstoffbedarfs installierte man vier einstufige, drehzahlgeregelte Maschinen des Typs ZB 160 VSD. Zwei oder drei laufen in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad des Abwassers rund um die Uhr, während die vierte als Sicherheitsreserve dient. „Wir fahren hier an 365 Tagen im Jahr einen 24-Stunden-Betrieb", betont Norbert Meier-Külschbach, der bei Currenta als Abteilungsingenieur Abwasser für die Technik dreier Kläranlagen in Leverkusen, Dormagen und Uerdingen verantwortlich ist. „Und die Bakterien können nur wenige Stunden ohne Sauerstoff ihre Aktivität aufrechterhalten, da ist die Verfügbarkeit extrem wichtig."
Das Energiesparsystem ES 130 T regelt in Leverkusen die Turbokompressoren energieoptimiert, als übergeordnete Regelung. Interessant ist dabei vor allem das Zusammenspiel mit der Drehzahlregelung. Denn das System regelt die angeschlossenen Verdichter über den internen CAN-Bus „aktiv" - kann also auf relevante regelungstechnische Parameter eingehen. Dies führt dazu, dass die Aggregate immer so effizient wie möglich betrieben werden - eine Besonderheit des ES 130 T. Mit diesem lassen sich übrigens auch bestehende Anlagen nachrüsten. Currenta strebt zudem an, die Kompressoren mit dem in Leverkusen eingesetzten Prozessleitsystem (PLS) zu vernetzen. Damit käme man dem Ziel eines konstanten Sauerstoffgehaltes im Becken sehr nahe. Dieser wird zwar kontinuierlich gemessen, doch derzeit wird noch über eine Regelarmatur die ins Becken eingeblasene Luftmenge variiert. „Die ZB-Kompressoren passen sich erst zeitversetzt an", sagt Meier-Külschbach. Sobald das Signal des Sauerstoff-Messsystems ans PLS geleitet und von dort direkt von der Kompressorensteuerung abgegriffen werden kann, wäre die Anpassung „vorerst perfekt".

Fazit
Die in der Anschaffung zunächst günstigste Lösung zieht nicht automatisch die niedrigsten Betriebskosten nach sich. Betont sei aber: Allgemeingültige Lösungen gibt es nicht, jedes System muss für sich betrachtet werden. Deswegen lässt sich nicht generell sagen, ab wann sich Drehkolbengebläse, Schraubengebläse oder Turbokompressor besser eignen. Insbesondere beeinflussen auch Volumenstrom und Druck die zu installierende Leistung und damit den Energieverbrauch. Zwei einfache Zahlenbeispiele verdeutlichen das:

-Ein um 100 m³/h geringerer Volumenstrom kann den Energieverbrauch um 10 % reduzieren.
-Weitere 15 % der Leistungsaufnahme entfallen, wenn die Druckerhöhung um 100 mbar geringer ausfällt.

Wer den Energieverbrauch der Drucklufterzeugung zur Beckenbelüftung senken will, sollte die Situation vor Ort begutachten lassen und dann mehrere Konzepte miteinander vergleichen. In vielen Fällen dürfte sich aber eine Mehrinvestition in Schraubengebläse oder Turbokompressoren lohnen, da die Betriebskosten langfristig niedriger ausfallen.