Abwasserpumpen Eisfrei am Boden und in der Luft

Mit drei Start- und Landebahnen sowie einem Flugaufkommen von über 25 Millionen Fluggästen pro Jahr ist der Flughafen Zürich einer der Hauptverkehrs­knotenpunkte der Schweiz. Ein reibungsloser Ablauf der Flüge ist unabdingbar. Insbesondere während Frostperioden oder
bei erhöhtem Schneefall hat das Wetter
aber oftmals großen Einfluss auf die Pünktlichkeit von Ankünften und Abflügen. Sowohl Flugzeuge als auch Flugbetriebsflächen müssen frei von Schnee und Eis gehalten und eine erneute Eisbildung verhindert werden, um den Flughafen auch im Winter betriebsbereit zu halten.

Neben rein mechanischer Räumarbeit ist deshalb der Einsatz von Enteisungsmitteln unerlässlich. Herkömmliches Streusalz kommt aus Gründen des
Korrosionsschutzes nicht in Frage. Die Unverträglichkeiten mit den Werkstoffen der Flugzeuge sind zu groß. Stattdessen erfolgt die Enteisung mit Hilfe chemischer Enteisungsflüssigkeiten. Sie bestehen aus einem Gemisch von Wasser und Glykol. Darüber hinaus enthalten die Medien bestimmte Zusatzstoffe, die die Wirksamkeit verbessern. Hierzu gehören unter anderem Verdickungsmittel, die ein längeres Anhaften an der Flugzeugoberfläche garantieren.

Entsorgung von Enteisern

Die eingesetzten Mittel dürfen aber auch nicht zu schädlichen Verunreini­gungen des Grundwassers oder der oberirdischen Gewässer führen. Folglich müssen sie biologisch abbaubar sein. Des Weiteren dürfen die Hauptkomponenten keine höhere Wassergefährdungsklasse besitzen.

Zunächst löste der Flughafenbetreiber das Problem, indem er das anfallende Niederschlagswasser an klärtechnische Einrichtungen der Stadt Zürich abgab. Damit waren jedoch erhebliche Kosten verbunden. Um die Aufwendungen für die Entsorgung nachhaltig zu reduzieren und die Umwelt nicht zu belasten, erarbeitete die Betreibergesellschaft zusammen mit einem
Planungsbüro eine neue Methode zur Abwasserbehandlung von verunreinigtem Oberflächenwasser.

In einem ersten Schritt standen von 2000 bis 2006 umfangreiche Feldversuche auf dem Plan. Eine Machbarkeitsstudie auf den Grünflächen des Flughafens erbrachte den Nachweis, dass Mikroorganismen im Boden die eingesetzten Enteisermittel (Alkohole und Formiate) bei entsprechender Verdünnung abbauen. Die jährliche Abbauleistung (Kohlenstift, DOC) lag durchschnittlich zwischen 98,3 und 99,8 Prozent. Auch bei sehr tiefen Temperaturen fiel sie nicht unter 97,8 Prozent. Ferner entwickelten die Ingenieure eine Beregnungs- und Anlagentechnik, die eine ganzjährige Verregnung – selbst bei Temperaturen von bis zu -25 °C – gewährleistet. Die Leistung der Versenkregner beträgt 10 m³/h bei einem Druck von 8 bar. Das verwendete
Material ist zudem beständig gegenüber den verwendeten Enteisungsmitteln.

Hightech unter der Erde

Die Funktionsweise der Gesamtanlage lässt sich gut anhand des Stapelbeckens 8 beschreiben, da dort alle Aufgabenstel­lungen zusammenkommen. Enteisermittel
fallen im Winter sowohl auf Pisten und Rollwegen als auch auf den zentralen Flugzeugenteiserplätzen an; auf letzteren meist in hochkonzentrierter Form, dafür aber in geringen Mengen. Auf den versiegelten Oberflächen sammeln sich hingegen große
Mengen an Enteiserflüssigkeit, jedoch nur in schwacher Konzentration. Über ein Rohrsystem fließt das Oberflächenwasser dann im Freigefälle zum Stapelbecken. Hier erfolgt automatisch eine Analyse des Mediums. Bei hoher Konzentration leitet das System alles in die Aufkonzentrierung und führt das Material wieder zurück in den Wertstoffkreislauf.

Schwach belastetes Wasser wird nach der Analyse im Stapelbecken gespeichert und für die Durchmischung in andere Becken gefördert. Abhängig vom Verschmutzungsgrad wird das Abwasser dann über Grünflächen verrieselt oder über Retentionsfilterbecken geleitet. In diesen speziell erbauten und begrünten Geländemulden erfolgt der biologische Abbau mit gleichzeitiger Versickerung. Nach der Behandlung wird ein Teil auch in den Vorfluter, die Glatt, abgeleitet.

Aufgrund der positiven Ergebnisse erfolgte die Ausweitung des Konzepts auf den gesamten Flughafenbereich und die Inbetriebnahme im Dezember 2014. Der folgende Winter zeigte, dass das System mit sehr hohen Reinigungswerten reibungslos arbeitet. Die anfallenden Abwasserkosten von den Freiflächen des Flug­hafens konnte der Betreiber gegenüber der Stadt Zürich komplett einsparen.

Das Unternehmen Grundfos erhielt im Rahmen dieses Projekts den Auftrag zur Lieferung der Pumpentechnik. Die anfallenden Aufgaben machten den Einsatz verschiedener Modelle mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen erforderlich. Insgesamt sind auf dem Flughafen Zürich
60 Pumpen einschließlich LC-Filter, Schwimmer und Aufstellteile installiert.

Pumpentechnik entscheidend

Nach der Analyse des Abwassers fördern zwei Pumpen vom Typ S2 100.200.500 mit einer Leistung von insgesamt 900 m³/h das Medium in die Aufkonzentrierung. Ist das Oberflächenwasser nur schwach belastet, verbringen sie es in die Retentionsflächen. Da zwei örtlich getrennte Areale existieren, sind für die Weiterleitung zur zweiten Retentionsfläche zwei weitere Abwasserpumpen erforderlich. Hierbei handelt es sich jeweils um das Modell SE 110.200 mit einer Leistung von 690 m³/h.

Zur Beschickung der Beregnungsanlage ist eine Anlage von zehn CRNE 64-6 mit einer Leistung von 500 m³/h im Einsatz. Da über größere Zeiträume kontinuierlich Beregnungswasser anfällt, sind diese Pumpen mit einem Frequenzumrichter ausgerüstet, um Energiekosten einzusparen. Zur Durchmischung der miteinander kommunizierenden Stapelbecken sind zwei CRN 120 vorgesehen. Auch sie verfügen über einen Frequenzumrichter. Zur Probennahme dient schließlich noch eine CRN-5-5-Pumpe.

Die hier zum Einsatz kommenden Hochdruckkreiselpumpen der Baureihen CRNE und CRN bestehen komplett aus hochwertigem Edelstahl EN 1.4401. Eine Besonderheit ist überdies die Patronen-Gleitdichtung der Pumpen. Dank der Bauweise können die Dichtungselemente
nie falsch zusammengeführt werden. Die empfindlichen Gleitflächen kommen
folglich nicht mit fettigen Fingern oder Schmutz in Kontakt. Ausfälle durch
fehlerhafte Montage der Dichtung lassen sich somit reduzieren. Optimierungen erhöhen den Wirkungsgrad der Pumpen. Versuche haben gezeigt, dass ein Spalt zwischen Kammer und Laufrad von lediglich 0,1 mm bereits einen Wirkungsgradverlust von 5 Prozent zur Folge hat. Der Einsatz eines schwimmenden Dichtungsringes reduziert interne Leckverluste zudem auf ein Minimum.

Aluminium-Kühlmantel

Die im Stapelbecken eingesetzte Abwasserpumpenbaureihe SE1, ebenfalls aus Edelstahl, ist speziell für den Dauerbetrieb ausgelegt. Sie deckt einen Leistungsbereich über 300 m³/h ab. Das Kühlsystem ermöglicht sogar einen Dauerlauf bei Trockenaufstellung, da der integrierte Aluminium-Kühlmantel unabhängig vom Medium arbeitet und somit nicht anfällig für Verstopfungen ist. Außerdem ist der Laufradspalt ohne Spezialwerkzeug nachstellbar und garantiert einen konstant hohen Wirkungsgrad. Eine nichtrostende
Spannvorrichtung ermöglicht es, die Pumpe schnell und ohne Spezialwerkzeug von der Motoreinheit zu trennen. Das erleichtert und verkürzt die Dauer für den Zugang bei Wartungen und Inspektionen und reduziert die Kosten.

Ferner sichert die Wellendichtung in Patronenbauweise mit glatten Oberflächen ohne außenliegenden Federn lange Betriebszeiten. Der Aufbau ist leicht zu handhaben und ermöglicht eine
unkomplizierte Auswechselung vor Ort. Die längswasserdicht vergossene Kabel­einführung mit vertauschsicherer Edelstahl-Steckverbindung verhindert, dass Feuchtigkeit über den Kabelkern in den Motor eindringen und ihn beschädigen kann. Die Konstruktion mit kurzer Welle verringert zudem störende Schwingungen und erhöht damit die Lebensdauer von Gleitringdichtung und Kugellager.

Variable Aufstellung möglich

Für die Bewältigung höhere Abwasserströme ab 300 m³/h kommt die S-Baureihe zum Einsatz. Eine horizontale oder eine vertikale Trockenaufstellung dieser Pumpen ist ebenso möglich wie ein mobiler Einsatz oder eine Nassaufstellung. Wird die Pumpe vom Fördermedium nur teilweise überdeckt, bereitet das keine Pro­bleme. Das ist besonders wichtig, wenn wechselnde Ausgangspositionen vorgegeben sind. Folglich können die Pumpen teilweise trocken, teilweise überdeckt oder nass aufgestellt werden. Die Laufräder sind für den jeweiligen Einzelfall anpassbar.

Der wasserdichte Motor (Schutzart IP 68, Isolierklasse F) verfügt über jeweils einen Temperaturfühler in den Wicklungen, einen Feuchtefühler in der elektrischen Anschlusskammer und eine Dichtungsüberwachung im unteren Motorlager. Die Kugellager sind wartungsfrei und das Dichtungssystem garantiert einen vollständigen, leckagefreien Förderstrom von der Pumpe zur Leitung. Eine doppelte Gleitringdichtung sorgt darüber hinaus für eine zuverlässige Abdichtung zwischen Fördermedium und Motor. Die Kabel­einführung am Pumpenkopf ist absolut
wasserdicht und korrosionsbeständig.

Eine weitere Besonderheit dieser Kanallaufräder ist das SmartTrim-System. Hierbei lässt sich der Axialspalt der Hydraulik sehr bequem und ohne Spezialwerkzeug von außen nachstellen. Damit läuft die Pumpe stets im optimalen Wirkungsbereich und verursacht nur niedrige Energiekosten, da ein Blockieren verhindert wird. Die Abwasserpumpen sind in der Lage, hohe Förderleistungen bei relativ niedrigem Wasserstand zu erbringen,
ohne dass der Motor Schaden nimmt.