Afval van zuiveringsslib over lange afstanden transporteren

De goede oude buizenpost had medebepalend kunnen zijn voor een toekomstgerichte technologie. Met ‘Smart Air Injection’ (SAI) brengt Seepex GmbH uit het Duitse Bottrop een aangepaste systeemoplossing op de markt die de voordelen combineert van twee transporttechnologieën om zeer energie-efficiënt ontwaterd slib over grote afstanden te transporteren. Daarom kunnen de leidingen een lengte hebben van maximaal 1000 meter. Daarin wordt tot proppen gecomprimeerd afval van zuiveringsslib via de aanvoer van perslucht onophoudelijk naar het doel getransporteerd. Voor de afvalverwijderaar kan het al in meerdere installaties in heel Europa beproefde alternatief voor de gangbare procedure snel rendabel worden.

Een lange leiding hebben, is in technisch opzicht beslist niet nadelig. En momenteel zelfs nog belangrijker dan ooit bij de afvalverwijdering van ontwaterd zuiveringsslib. Daarvan komt 1,8 miljoen ton per jaar ten laste van de Bondsrepubliek Duitsland en moet verder worden verwerkt. Dat in de thermische zuivering, in de recycling of in de landbouw. Na de verordening inzake ontwaterd zuiveringsslib die in 2017 van kracht werd (Duitse AbfKlärV), is het steeds vaker noodzakelijk om ontwaterd zuiveringsslib over lange afstanden te transporteren, bijvoorbeeld naar de terugwinningsinstallatie voor fosfaten. Voor deze en gene van de landelijk rond 10.000 gemeentelijke waterzuiveringsinstallaties zou het nieuwe systeem van Seepex dus onder vele omstandigheden interessant zijn. SAI past zich niet alleen met trajectlengtes tot en met één kilometer aan de nieuwe vereisten aan, maar is bovendien zeer rendabel, omdat de totale investeringskosten en de daaropvolgende kosten en exploitatiekosten in vergelijking laag zijn.

Hier staat slib onder druk

Voor de Smart Air Injection maken de ontwikkelaars gebruik van een combinatie van pomptransport met een excenterwormpomp en pneumatisch dicht stroomtransport. De nieuwe methode komt op de markt met een betaalbaar buizenwerk van kunststof materiaal. Dat kan niet alleen een rol spelen bij de nieuwe aanschaf, maar ook wanneer lopende uitgaven, zoals onderhouds- en exploitatiekosten, moeten worden verlaagd. Ook de lage exploitatiekosten kunnen aantrekkelijk zijn, die resulteren uit een laag energieverbruik, langere pomponderhoudscycli van circa twee jaar en voordeligere reserveonderdelen in vergelijking met andere pompmethoden. De onderhoudskosten zijn dankzij slechts enkele arbeidsuren zeer beperkt en kunnen door het geringe onderdeelgewicht bij regen door één persoon zonder extra hef/kraaninstallatie worden uitgevoerd. En door ‘Maintenance in Place’ is demontage van leidingen niet nodig. Het lage drukniveau zorgt bovendien voor een verlengde levensduur van de componenten die voor de rest slechts weinig ruimte behoeven. En de geautomatiseerde systeemoplossing kan met inbegrip van de procesbewaking via gangbare Bus-interfaces worden geïntegreerd in bestaande automatiserings- en besturingssystemen. Alle functiecomponenten net als alle sensoren en actoren vormen als compleet pakket een onderdeel van het leveringstoebehoren en zijn besturingstechnisch in de SAI-software geïntegreerd.

De eerste referentiegever op de buitenlandse markt heeft Seepex al. In de herfst van 2018 werd SAI in het netwerk van een van de grootste Europese watermaatschappijen geïntegreerd. Nu dient de nieuwe ontwikkeling voor afvalwaterverwijderingsbedrijven beschikbaar te zijn als energie-efficiënt en krachtig alternatief voor gangbare systemen. Dat is de transportoplossing op maat die door de ingenieurs voor de omstandigheden van de installatie is gedimensioneerd en energietechnisch ter plaatse optimaal wordt geparametriseerd.

De uitdaging

Het verpompen van ontwaterd slib over lange afstanden vormt grote uitdagingen voor de gemeentelijke afvalwaterzuivering: vanwege de hoge viscositeit en schurende werking van het medium moet een aanzienlijk drukverlies worden overwonnen in de transportleiding. Enerzijds worden daarvoor opeenvolgende transportoplossingen met verschillende aandrijvingen ingezet, zoals transportbanden of wormtransporteurs. Die hebben echter een hoger energieverbruik en hogere onderhoudskosten door meer aandrijvingen. Bovendien zijn ze vaak open naar de omgeving uitgevoerd – met als gevolg stankoverlast, weer verwateren door regen – en zijn inefficiënt bij verticaal of haaks transport. Optioneel worden gesloten leidingen gebruikt in combinatie met meertraps-excenterwormpompen of, momenteel ook, zuigerpompen die zeer geschikt zijn voor hoog-viskeuze stoffen en hoge druk. Die vereisen door de hoge tegendruk in vergelijking echter hoge investeringskosten voor drukstabiele leidingen (momenteel meer dan PN100). Ook zijn er – met name bij zuigerpompen – aanzienlijke onderhoudsinspanningen en -kosten, net als lange uitvaltijden bij onderhoud en een relatief hoog aandrijfvermogen respectievelijk een hoog energieverbruik.

Nieuwe transportoplossing

Bij Seepex SAI zijn dergelijke nadelen niet aanwezig. Bij dat systeem wordt voor het verpompen van slib eerst een slibzuil via een trechterpomp van Seepex in de persleiding gecompacteerd en gecomprimeerd – zie afbeelding 1.a) en 1.b) – die vervolgens via gepulseerde persluchtinjecties verder wordt gepompt – zie afbeelding 1.c). Het tijdstip voor de luchtinjecties vindt drukgestuurd plaats met een algoritme dat voor de toepassing is geoptimaliseerd (zie afbeelding 2). De pneumatisch verpompte slibzuil wordt daarnaast ommanteld met een polymeeroplossing. Daardoor wordt de wrijving in de buis verminderd en op die manier wordt de energie-efficiëntie verbeterd van het totale systeem.

Door de combinatie van pomptransport en pneumatisch dicht stroomtransport neemt de druk in de totale transportleiding continu af tot een zeer laag drukniveau is bereikt, lager dan PN10 (zie afbeelding 2). Dat resulteert rechtstreeks uit de vereiste kracht voor het initiële verplaatsen van de gecomprimeerde slibzuil. Zodra de hecht-wrijfkracht eenmaal is overwonnen, wordt de slibzuil door de nastromende en expanderende perslucht versneld, waardoor het drukniveau in de leiding opnieuw daalt (zie afbeelding 2). Door aanpassing van de systeemparameters, bijvoorbeeld polymeer- en luchthoeveelheid, wordt een energietechnisch optimaal bedrijfspunt voor de installatie ter plaatse specifiek ingesteld.

Door de lage leidingdruk kunnen leidingen met aanzienlijk dunnere en voordeligere wanden (PN10 tot PN16) worden ingezet, wat met name bij lange transportafstanden tot een aanmerkelijke verlaging van de investeringskosten leidt. Bovendien kunnen kleinere, eentrapstrechterpompen met de ‘Smart Conveying Technology’ (SCT) van Seepex worden toegepast die de onderhoudsinspanningen tot een minimum reduceren (rotor/statorvervanging in minder dan een uur) en een in vergelijking laag energieverbruik realiseren.

Totale systeem

Het centrale element van SAI is de geïntegreerde Seepex SAI-besturing die alle functies van het totale systeem regelt. De vulhoeveelheid in de beschikbare trechter van de slibpomp wordt via een laserafstandssensor of via weegcellen gedetecteerd, en de vulhoeveelheid van de slibpomp wordt afhankelijk van het vulpeil adaptief aangepast om zo het verbruik van de polymeeroplossing te minimaliseren. Bovendien zijn in de SAI drie veiligheidsfuncties gerealiseerd, een temperatuur-, overdruk- en FU-bewaking, die het naadloze werking van het totale systeem waarborgen. Afhankelijk van de omstandigheden van het transporttraject moeten perslucht en polymeeroplossing op verschillende plaatsen in de leiding worden geïnjecteerd (zie afbeelding 3 voor twee injectieplaatsen). De kleppen voor de luchtinjectie kunnen dan ook handmatig via een meegeleverd bedieningselement met display worden aangestuurd. Dat is vooral relevant voor het reinigen van de leidingen, bijvoorbeeld vóór langere stilstandtijden van de installatie of het ontstoppen van de leiding.

De systeemparameters van de SAI kunnen op twee manieren worden ingesteld. Enerzijds kan een (op afstand bediende) besturing via een regelkamer worden uitgevoerd of anderzijds kunnen lokaal via een bedieningselement systeemparameters worden gemodificeerd. Voorts wordt de hoeveelheid verbruikte perslucht en de gebruikte polymeeroplossing gemeten en naast andere belangrijke systeemgegevens, bijvoorbeeld bedrijfsparameters voor systeemstatus of pompen, op het lokale display van de bedieningseenheid getoond.

Door Stephan Mottyll (Seepex GmbH)

Illustraties Seepex GmbH

www.seepex.com