Das BayFlotech-Verfahren wird seit vielen Jahren mit Erfolg als dritte Reinigungsstufe in der Abwasseraufbereitung eingesetzt. Gegenüber den klassischen Flotationstechniken kann das Bayer-Verfahren auch bei deutlich höheren Feststoffkonzentrationen eingesetzt werden.

Im betrieblichen Einsatz zeichnet es sich besonders durch seine konstant niedrige Feststoffkonzentration im Klarlauf aus - es können Werte kleiner 20 mg/l erreicht werden - und dies bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch (10-30 Wh/m³). Seit einigen Jahren bieten die Ingenieure von Bayer Technology Services (BTS) diese Technik auch in kompakter Modulbauweise für Abwasserströme ab 50 m³/h an.

Wirkungsprinzip
Flotation bezeichnet ein Fest-Flüssig-Trennverfahren, das Gasblasen gezielt an Feststoffteilchen anlagert, wodurch Agglomerate entstehen, die eine geringere mittlere Dichte als die umgebende Flüssigkeit besitzen. Dadurch steigen die Gas-Feststoff-Agglomerate auf und sammeln sich an der Flüssigkeitsoberfläche („flotieren"), wo sie abgesaugt oder abgeschöpft werden. BayFlotech ist eine Druckentspannungsflotation mit einer speziellen Entspannungsdüse zur Erzeugung eines engen Gasblasenspektrums und einer besonders vorteilhaften Strömungsführung in der Entspannungszone. Diesem Prozess ist eine Technologie mit einer patentierten Injektionsgeometrie zur Druckaufsättigung (BayDissolver) vorgeschaltet. Die Platz sparende Turmbauweise mit runder Beckengeometrie und getrenntem Technikraum sowie die funktionale Strömungsführung mit turbulenter Blasen-Feststoff-Kontaktzone und beruhigter Flotationszone im Anschluss machen BayFlotech zu einem effizienten und gleichzeitig preiswerten Trennverfahren.
Zum Lösen des erforderlichen Gases in Wasser wird bei dem System ein Teilstrom aus dem Klarlauf genommen und in den Druckaufsättiger gefördert. Entscheidend für die Effizienz bei der Druckaufsättigung ist der hohe Löslichkeitsgrad, der im BayDissolver zu über 95% erreicht wird. Das mit Luft beladene Druckwasser wird mit einem Druck von etwa 5 bar in das Rohwasser injiziert, wobei es sich entspannt und seine gelöste Gasladung schlagartig in Form von besonders feinen Luftbläschen in den Rohwasserstrom abgibt. Durch die plötzliche Entspannung und die spezielle Geometrie der Kontaktzone entsteht eine Turbulenzstruktur, die sowohl für eine intensive Mischung von Blasen und Schlammflocken als auch für deren gleichmäßige Verteilung sorgt.
Nach der Kontakt- und Mischzone strömt das Abwasser-Schlamm-Gemisch in die Flotationszone, wo die eigentliche Trennung stattfindet. Die Strömungsführung im Flotationsbecken ist von entscheidender Bedeutung für die Effizienz und die Belastbarkeit der Anlage. Mit Hilfe der Geometrie wird dort eine ausreichend langsame Abwärtsströmung des Wassers eingestellt, so dass der Auftrieb der Schlammflocken Zeit hat, diese an die Wasseroberfläche zu befördern. Die Strömungsverhältnisse führen schließlich dazu, dass sich das Flotat im äußeren Ringraum des Behälters sammelt, wo es mit einem umlaufenden Saugarm abgezogen wird.

Einsatzbereiche
Zur Abtrennung von suspendierten Feststoffen wie z.B. Belebtschlamm in der industriellen und kommunalen Abwasserbehandlung wird neben dem konventionellen Sedimentationverfahren auch das Flotationsverfahren eingesetzt. Als dritte Reinigungsstufe bietet die Druckentspannungsflotation deutliche Vorteile gegenüber der Sandfiltration. Flotation eignet sich besonders gut zur Abtrennung von Schwebstoffen, zur Abtrennung von Schlämmen mit hohem Sedimentationsvolumen und zur gleichzeitigen Abtrennung unterschiedlicher Komponenten wie Schlämme und Öle.
BayFlotech geht weit über den Einsatzbereich der klassischen Flotation hinaus, da sich selbst für Suspensionen mit bis zu 5 g/l Trockensubstanz (TS) im Klarlauf Feststoffkonzentrationen von wenigen mg/l erreichen lassen. Auch bei der Überschussschlammeindickung kommen die Vorteile zum Tragen, da der Wassergehalt im Flotat in der Regel geringer ist als im Schlamm eines Sedimenters.

Mobile Pilotanlage
Zur Verfahrensauslegung werden zunächst Labortests durchgeführt. Zur exakten Applikation kann die Notwendigkeit einer Pilotierung bestehen. Dazu steht ein Standard 20-Fuß-Container als mobile Pilotanlage zur Verfügung. Im Vorfeld einer Großanlage zur Abwasserbehandlung lässt sich diese Pilotanlage vor Ort aufstellen und im Bypass anschließen, um Prozessdaten für das kundenspezifische BayFlotech-Design zu sammeln.

Modultechnik
Seit einigen Jahren bieten die Ingenieure von Bayer Technology Services diese Technik auch in kompakter Modulbauweise an. Die Modultechnik erlaubt eine Vorfertigung und Vormontage von Komponenten, verkürzt die Bauzeit und reduziert den Aufwand der Vor-Ort-Installation. Die modulare Containerlösung zielt auf Anwendungen von 50 m3/h bis 250 m3/h ab, weist im Vergleich zu der klassischen Ausführung höhere konstruktive Freiheitsgrade auf und schafft für den Kunden einen zusätzlichen Preisvorteil. Diese Form der „Kleinflotation" mit Beckendurchmessern von 3 m bis 6 m und einem Standard 20-Fuß-Container, der sämtliche zum Betrieb notwendige Maschinen und Geräte wie Pumpen, Flockmittelstation, Druckaufsättigung und MSR-Technik enthält, eignet sich besonders für dezentral gelegene Standorte. Durch die modulare Trennung in Flotationsbecken und Technik-Container kann Verfahren außerdem gut an die örtlichen Verhältnisse beim Kunden angepasst werden.  

„Die Investition hat sich bewährt."
Currenta, Dienstleister für Chemie und Industrie u.a. im Chempark Dormagen, setzt in seiner dortigen Kläranlage das BayFlotech-Verfahren seit 2003 in der Abwasserbehandlung ein. Der Betriebsleiter dieser Kläranlage, Matthaeus Schmidt, schildert seine Erfahrungen beim Einsatz und Betrieb des Verfahrens.

CHEManager: Herr Schmidt, wie würden Sie die Anforderungen für die Abwasseraufbereitung hier im Chemiepark Dormagen beschreiben?

Mattheus Schmidt: Die Abwassersituation eines Chemieparks wird geprägt durch die jeweiligen Produktionsbetriebe am Standort. Man kann sogar fast sagen, dass die Verfahrenstechnik einer Kläranlage ein Abbild der Betriebslandschaft eines Standortes darstellt.

Warum haben Sie sich vor 10 Jahren für ein Flotationsverfahren entschieden?

Mattheus Schmidt: Schlämme haben sehr unterschiedliche Eigenschaften. Um unsere Kläranlage sicher und stabil zu betreiben, machen wir eine biologische, chemische und physikalische Bewertung des Schlamms. So hat ein kohlenstoffhaltiger Schlamm eine deutliche andere Struktur als ein Nitrifikationsschlamm, damit haben sie auch unterschiedliche physikalische Eigenschaften. So haben Nitrifikationsschlämme im Vergleich zu Schlämmen aus der Kohlenstoff-Biologie deutlich feinere, verästelte Strukturen. Diese Schlämme neigen zum Aufschwimmen, nicht zum Sedimentieren. Also warum sollte ich einen Prozess, der von sich aus nach oben strebt zum Sedimentieren zwingen?

Welche Klarlaufqualitäten erreichen sie denn mit dem Flotationsverfahren?

Mattheus Schmidt: Unser Klarlauf ist über all die Jahre hervorragend, denn dieses Verfahren arbeitet mit einer sehr hohen Konstanz. Die Schweb- und Schwimmstoffe werden mit dem Flotatschlamm abgeschieden.

Wie sind Ihre Erfahrungen bei Inspektion und Wartung und wie sieht es mit der Anwenderfreundlichkeit aus?

Mattheus Schmidt: Wenn das Verfahren in Betrieb genommen ist, läuft es sehr wartungsarm, denn es gibt praktisch keine Verschleißteile. Und der Turm ist sehr gut zugänglich und damit auch sehr gut räumbar.

Wie stellt sich die Kostensituation dar?

Mattheus Schmidt: Bezogen auf den Energieverbrauch ist das Flotationsverfahren natürlich nicht so kostengünstig wie ein Sedimentationsverfahren. Allerdings gelingt eine optimale Ausnutzung der Flockungshilfsmittel, sodass bei einer Betrachtung der gesamten Betriebskosten - insbesondere wenn Sie auch Lastwechsel und Störungen mit einschließen - das BayFlotech-Verfahren nach unserer Erfahrung recht gut abschneidet.

Sie erwähnen gerade die Lastwechsel. Ist eine Starkregensituation eine Herausforderung für Ihre Kläranlage?

Mattheus Schmidt: Gerade hier sind unsere Erfahrungen sehr positiv, da sich die Lastwechsel im Eingang der Kläranlage kaum auf die Klarlaufqualität auswirken. Unser Flotationsverfahren kommt mit diesen Starkregenfällen gut klar. Diese Technik kann das im Vergleich zu Sedimentationsverfahren sogar deutlich besser abfedern.

Und wie sieht es bei Hochwasser aus, das ja immer eine kritische Situation für Kläranlagenbetreiber darstellt?

Mattheus Schmidt: Damit können wir relativ entspannt umgehen, denn die Hochwassersicherheit ist gerade ein Merkmal dieses Flotationsverfahrens. Denn wenn Sie in ein Abwassersystem zur Behandlung hochpumpen, haben Sie sozusagen automatisch eine Hochwassersicherheit.

BayFlotech wurde von Bayer Technology Services entwickelt. In welcher Rolle sehen Sie als Anlagenbetreiber Ihren Lieferanten BTS?

Mattheus Schmidt: Sicherlich ist die BTS der Entwickler und der Lieferant dieses Verfahrens, jedoch sehe ich für uns als Betreiber eine wesentliche Stärke der BTS in der anwendungsnahen Beratung durch kompetente Ingenieure. Geht es um Auslegungsänderungen oder Erweiterungsfragen, wie wir sie jetzt gerade im Zusammenhang mit dem Ausbau des Standorts Dormagen diskutieren, dann haben wir mit BTS einen zuverlässigen und kompetenten Partner.

Welches Fazit würden Sie abschließend ziehen?

Mattheus Schmidt: Es ist sicherlich ein Vorteil des BayFlotech-Verfahrens, dass es auf den Anwender und damit auf eine spezifische Kläranlagensituation zugeschnitten werden kann. Die Turmbauweise von BayFlotech ist sehr Platz sparend und der getrennte Technikraum ist ebenfalls ein Vorteil. Insgesamt hat sich die Investition in BayFlotech bewährt. Ich würde dieses Verfahren wieder einsetzen.