Biogasanlagen haben sich als Energieerzeuger etabliert. Als Abfallprodukt entstehen sogenannte Gärreste. Diese auf Ackerflächen rückzuführen ist oftmals schwierig und nur in begrenztem Umfang möglich. Eine alternative Lösung bietet die Firma A3 Water Solutions an. Das Unternehmen entwickelt, baut und vertreibt Anlagen, in denen Gärreste aus der Biogasproduktion zu Wasser und Mineraldünger umgesetzt werden. Der erste Schritt ist die Fest-Flüssig-Separation mittels Dekanter-Zentrifuge. Die gewonnene Flüssigkeit wird gesiebt und gelangt in die Ultrafiltration, wo sie mit Druck durch mehrstufige Porenmembranen gepresst wird. Verwendet werden Titanoxid-Keramikröhren mit Porenweiten von 0,2 µm bis herunter zu 0,05 µm. Alle Partikel und Moleküle, die größer sind als der Porendurchmesser, werden zurückgehalten und im so genannten Konzentrat angereichert. Das Filtrat dagegen durchdringt die Poren und gelangt in den dritten Aufbereitungsschritt, die Umkehrosmose. Hier werden in einem mehrstufigen Verfahren selbst molekulare Stoffe wie Salze, Stickstoff und andere gelöste Nährstoffe separiert. Heraus kommt sauberes Wasser mit quasi Trinkwasserqualität, das direkt ins Kanalnetz oder in einen Fluss oder Bach abgeleitet werden könnte. Allerdings nutzt man das Wasser zum Großteil innerhalb der Biogasanlage, etwa zum Anmaischen oder für Reinigungszwecke. Der separierte Konzentratstrom kann als hochwertiger Wirtschaftsdünger in der Landwirtschaft genutzt werden.
MID unbeeinflusst von Ablagerungen
Herzstück der Ultrafiltrationsanlage sind mehrere 1,50 m lange DN400-Edelstahlrohre, in denen jeweils 37 Keramikfilter installiert sind. In dem Kreislaufsystem zirkulieren 400 m3 Rohwasser; über Ventile werden stündlich 15 m3 Rohwasser zugeführt. Gleichzeitig werden pro Stunde 3 m3 Filtrat gewonnen und an die nachgeschaltete Umkehrosmose-Anlage weitergeleitet. Die übrigen 12 m3 Retentat werden wieder dem Vorlagebehälter der Filteranlage zugeführt und erneut gefiltert. Um die Anlage mit einer definierten Ausbeute zu fahren, sind verschiedene Regelventile in der Anlage installiert. Sensoren versorgen die Steuerung mit den Ist-Werten. So bestimmt etwa am Ausgang der Ultrafiltrationsanlage ein magnetisch-induktiver Durchflusssensor die Filtratmenge, die in die Umkehrosmose-Anlage geleitet wird. Da der Sensor ohne mechanische Teile auskommt, arbeitet er verschleißfrei. Das Medium kann noch kleinste Partikel beinhalten, daher ist dieser Aspekt besonders wichtig. Die Funktionsweise des hier eingesetzten Sensors wird durch etwaige Ablagerungen nicht beeinträchtigt. Der verwendete efector mid (Typ SM8000) von ifm electronic basiert auf dem Faradayschen Induktionsprinzip. Das in einem Magnetfeld durch das Rohr fließende leitfähige Medium erzeugt eine Spannung, die proportional der Geschwindigkeit ist. Aufgrund der definierten Rohrstrecke lässt sich aus der Durchflussgeschwindigkeit auch die Durchflussmenge ableiten. Über Elektroden wird die Spannung abgegriffen und in der Auswerteelektronik aufbereitet. Dadurch bedingt arbeitet der Sensor nur in Medien mit einer Leitfähigkeit von mindestens 20µS/cm, etwa in Wasser, Kühlschmiermittel oder Ölen. Hohe Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Messdynamik sind die herausragenden Merkmale des magnetisch-induktiven Sensors. Diese Eigenschaften gewährleisten eine schnelle Regeldynamik und damit eine optimale Ausbeute der Filtrationsanlage. Der Messbereich des SM8000 liegt zwischen 0,2 und 100 l/min beziehungsweise 0,01 und 6 m3/h. Die Auflösung beträgt 0,1 l/min oder 0,005 m3/h. Damit lassen sich auch kleinste Sollwert-Abweichungen zuverlässig regeln. Für die Signalverarbeitung kann man die beiden Ausgänge als Binär-, Analog- oder Impulsausgang konfigurieren. In der Anlage von A3 Water Solutions wird das Messsignal als analoges Stromsignal an die Steuerung weitergegeben.
Ultraschall-Sensor überwacht große Mengen an Retentat
In der Rückführung des Retentats in den Vorlagebehälter der Ultrafiltration sind größere Mengen zu überwachen. Daher verwendet A3 Water Solutions dafür einen Ultraschall-Durchflusssensor, der nach dem Differenzlaufzeitverfahren arbeitet. Hierbei werden auf einem vorgegebenen Messweg Schallimpulse gegen und mit der Strömung ausgegeben und durch Schallsensoren erfasst. Aus der Differenz der Laufzeit, die im Nanosekundenbereich liegt, kann die Durchflussmenge exakt ermittelt werden. Es lassen sich Medien wie Wasser, Glykol-Lösungen oder Öle mit geringer Viskosität messen. Der hier eingesetzte SU9000 misst Durchflussmengen bis 200 l/min bzw. 12 m3/h. Dieser Sensor besitzt ebenfalls Binär-, Analog- oder Impulsausgänge, eine Totalisatorfunktion und eine integrierte Temperaturüberwachung. Vor einiger Zeit entschied man sich bei A3 Water Solutions für die Fluidsensorik von ifm electronic. Marco Conen, Leiter Projektabwicklung, begründet dies mit dem günstigen Preis: „Die teureren Sensoren anderer Hersteller bieten tolle Funktionen, die wir aber für unsere Steuerung gar nicht benötigen, sie sind schlichtweg oversized.“Ein weiteres Gerät von ifm aber, das A3 Water Solutions in der Umkehrosmoseanlage einsetzt, ist einzigartig: ein vollelektronisches Kontaktmanometer. Es vereint die einfache Ablesbarkeit mechanischer Manometer mit den Vorteilen elektronischer Drucksensoren. Die Besonderheit: Der Druck wird elektronisch mit Hilfe einer Keramikmesszelle ermittelt, der Zeiger wird mittels Schrittmotor angesteuert. Damit arbeitet das Manometer ermüdungs- und verschleißfrei. Sämtliche Eigenschaften elektronischer Sensoren wie Schaltpunkte, Ausgangsfunktionen und LED-Anzeige sind mit der klassischen Zeigeranzeige kombiniert. Der LED-Kranz zeigt die eingestellten Schaltpunkte an und ist zudem als Trendanzeige einstellbar. Marco Conen: „Früher hatten wir ein Manometer zum einfachen Ablesen und einen Drucksensor für das Steuerungssignal. Das elektronische Manometer bietet beide Funktionen in Einem.“ Dabei liegt der Preis auf dem Niveau üblicher mechanischer Manometer gleicher Güte.
