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Schlauchpumpen als Lösung für die Kalkdosierung

Die Kalkdosierung in Versorgungsunternehmen stellt für die Prozesspumpen eine besondere Herausforderung dar. In jüngster Zeit kommen dabei zunehmend Schlauchpumpen zum Einsatz. Wir wollen hier einen Blick auf die Gründe für die wachsende Popularität werfen und einige Vorteile der Schlauchpumpen in diesem Einsatzbereich besprechen.

Auf der einen Seite ist die Aufbereitung von Schmutzwasser ganz wesentlich für den Schutz der Umwelt, in die es letztendlich eingeleitet wird. Andererseits werden damit Strafen der für Umweltschutz zuständigen Behörden vermieden. Eine typische biologische Behandlung umfasst den Einsatz von Kalk, der mit Wasser zu einer Aufschlämmung vermischt wird. Diese Aufschlämmung wird dann in das Schmutzwasser gegeben, sodass die organischen Bestandteile entfernt werden. Damit lassen sich pH-Wert bzw. Alkalität steuern.

Dabei muss der Kalk in sorgfältig abgemessenen Dosierungen zugegeben werden, um pH-Wert und Alkalität auf das richtige Niveau einzustellen. Das stellt an die Dosierpumpen besondere Anforderungen. Hauptgrund dafür ist Folgender. Obgleich für verschiedene Zwecke auch verschiedene Kalkverbindungen eingesetzt werden, teilen sie doch alle zwei wesentliche Eigenschaften – wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß: Die Kalkverbindungen sind sowohl abrasiv als auch chemisch aggressiv.

Exzenterschneckenpumpen waren für diese Art der Kalkdosierung früher weit verbreitet. Das ist unter Umständen überraschend, wenn man bedenkt, wie abriebanfällig sie gegenüber den Feststoffteilchen im Kalk sind. Bei diesem Pumpentyp dreht sich ein schneckenförmiger Rotor in einem eigens konfigurierten Stator. Dabei drückt der Rotor gegen den Stator und bildet dabei eine Reihe abgedichteter Hohlräume von identischer Größe. Die Hohlräume füllen sich mit dem zu transportierenden Medium – im vorliegenden Fall mit der Kalkverbindung. Durch die Drehung des Rotors bewegen sich die Hohlräume entlang der Pumpe weiter und transportieren den Kalk zur Auslassstelle.

Wartungsintensität durch Abrasion

Aufgrund der Druckpressung zwischen Rotor und Stator und der ständigen Bewegung beider gegeneinander ergibt sich ein beträchtliches Verschleißpotenzial. Bei einem abrasiven Medium wie Kalk dauert es häufig nicht lange, bis die Umdrehungsgeschwindigkeit erhöht werden muss, damit die erforderliche Dosierung aufrechterhalten wird. Für die Pumpe ergibt sich dann ein Teufelskreis. Die zunehmende Drehzahl führt zu mehr Verschleiß, was wiederum eine Erhöhung der Umdrehungszahl erforderlich macht. Bald müssen Ersatzteile angefordert werden, und eine teure Wartungsroutine wird schnell zur Norm. Damit steigen die Laufzeitkosten der Pumpe immens an. Vor allem dann, wenn es um abrasive Substanzen wie etwa Kalk geht, sind nicht nur Exzenterschneckenpumpen von dem Problem betroffen. Auch bei anderen Pumpenkonstruktionen können Komponenten ausfallen, es kann zu Lecks und Verstopfungen kommen, wenn sie aus Versehen trockenlaufen.

Diese operativen Probleme und zusätzlichen Laufzeitkosten gehören zu den Gründen, warum immer mehr Endnutzer die Vorteile von Schlauchpumpen für die Kalkdosierung entdecken – aber auch für viele andere Einsatzbereiche, bei denen es um abrasive Medien geht. Der Grund für die Verbreitung von Schlauchpumpen liegt in ihrem ganz besonderen Verfahren. Dazu gehört, dass ein flexibler Schlauch für einen beständigen Vorgang sich abwechselnder Verdichtung und Entspannung eingesetzt wird. Ähnlich der Funktion in Speiseröhre und Darm beim Menschen wird die Flüssigkeit durch die Pumpe befördert.

Ein flexibler Ansatz

Bei der Schlauchpumpe wird ein flexibler Präzisionsschlauch (bzw. ein Hochleistungsschlauch für anspruchsvollere Einsatzbereiche) eingesetzt, in den die zu pumpenden Medien auf der einen Seite hineingezogen werden. Eine Reihe rotierender Rollen läuft dann am Schlauch entlang, führen bei Berührung zur Verdichtung, indem sie zwischen Saug- und Auslassende des Schlauchs eine zuverlässige Abdichtung herstellen. Die Rollen schließen die Pumpflüssigkeit zwischen sich ein und transportieren sie durch Verdrängung konstant und reibungslos durch den Schlauch hindurch. Im Zuge ihrer Bewegung entspannen die Rollen die einzelnen verdichteten Schlauchabschnitte nach und nach, und der Schlauch bekommt wieder seine ursprüngliche Gestalt. Dabei entsteht ein Vakuum im Schlauch, das einen als Peristaltik bezeichneten Prozess hervorruft, mit dem am Saugende weitere Mengen an Flüssigkeit angezogen werden. Das entscheidende Element ist hier, dass das zu pumpende Medium – die Kalkverbindung – immer im Schlauch eingeschlossen ist und zu keinem Zeitpunkt mit beweglichen Teilen der Pumpe in Berührung kommt. Es gibt keine Ventile, Stopfbuchsen oder Dichtungen, die vom Kalk angegriffen werden könnten. Diese Komponenten bilden bei anderen Pumpentypen, die zur Kalkdosierung eingesetzt werden, häufig die Schwachpunkte.

So sind bei der Schlauchpumpe in diesem besonders anspruchsvollen Einsatzbereich im Vergleich zur Exzenterschneckenpumpe (bzw. zahlreichen anderen Typen) weniger Ausfallzeiten und geringere Wartungskosten zu verzeichnen. Man hat Schlauchpumpen untersucht, die zur Kalkdosierung eingesetzt wurden, und festgestellt, dass sie sechs Monate nach ihrer Installation keinerlei Schäden aufwiesen. Und das ist nur einer von vielen Vorteilen. Die einzige Komponente, die unter Umständen in gewissen Abständen ersetzt werden muss, ist der flexible Schlauch. Das ist normalerweise in etwa 90 min erledigt und versetzt die Pumpe sozusagen in den „Neuzustand“. Um den gleichen Effekt bei einer Exzenterschneckenpumpe zu erzielen, braucht man wesentlich länger, denn häufig müssen zahlreiche Komponenten ersetzt werden, darunter Dichtung, Kupplung, Stange, Rotor und Stator. Das erhöht nicht nur die benötigte Wartungszeit beträchtlich, sondern macht auch ein wesentlich größeres Ersatzteillager beim Endnutzer erforderlich.

Das Problem: Ablagerungen

Ein aktueller Bericht des Water Research Council bestätigt die Eignung von Schlauchpumpen für die Kalkdosierung. Zu den Vorteilen, die das Water Research Council zu dieser Einschätzung brachte, gehört die Eigenschaft von Schlauchpumpen, dass es nicht zu Problemen mit Kalkablagerungen kommt. Da Kalk normalerweise in einer Suspension gehalten wird (statt sie tatsächlich in Wasser zu lösen), kann er auch aus der Suspension ausfallen, besonders dann, wenn im Rahmen des Prozesses geringe Fließgeschwindigkeiten auftreten. Der Kalk lagert sich dann an den Oberflächen ab, mit denen er in Berührung kommt. Wenn sich diese Ablagerungen verhärten und an mechanischen Teilen (z. B. Rotor und Stator) festsetzen, wird die Funktionsfähigkeit der Pumpe zunehmend beeinträchtigt. Die Ablagerung wird immer dicker und die Leistung der Pumpe nimmt noch weiter ab.

Die Dichtungen von Exzenterschneckenpumpen sind dafür besonders anfällig, denn durch den Kalkbelag verstopft der Dichtungsfedermechanismus. Die Dichtflächen werden von den Kalkpartikeln abgeschliffen, und sobald die Pumpe stoppt, trocknet die Kalklösung auf den Dichtflächen tendenziell aus, wodurch die Dichtflächen zusammenkleben. Selbst herkömmliche Dosierpumpen mit Kugelventilen können unter diesen Umständen stark in Mitleidenschaft gezogen werden, weil die Kugelventile und Dichtungen durch den Kalk verstopfen. Mit Schlauchpumpen werden diese Probleme ohne komplizierte Dichtungs- und Kugelventil-Konstruktionen vermieden. Durch die Bewegung des Schlauchs ergibt sich für Betreiber von Schlauchpumpen ein weiterer Vorteil. Durch das beständige Biegen des Schlauches wird zunächst einmal verhindert, dass sich Kalkbelag überhaupt bilden kann. Damit besteht auch keine Notwendigkeit einer Reinigung, um dagegen vorzugehen. Da eine Schlauchpumpe in der Regel an einen flexiblen Abflussschlauch angeschlossen ist, reicht dieser Vorteil über die Pumpe hinaus, deren sanft pulsierender Rhythmus für eine entsprechende Bewegung der Abflussschläuche sorgt und so auch fort eine beginnende Kalkablagerung verhindert. Beim Thema Schläuche ist es immer ratsam, auf Hersteller wie Verder zu setzen, die ausschließlich Schläuche aus 100 % natürlichem Kautschuk einsetzen. Diese Schläuche sind gegenüber chemisch aggressiven Kalkkomponenten vollkommen beständig. Außerdem sollte darauf geachtet werden, dass die Flanschverbindungen für den Anschluss einer Verder-Schlauchpumpe aus Edelstahl bestehen und damit genauso beständig gegenüber Chemikalien sind.

Eine Frage der Genauigkeit

Eine wesentliche Anforderung bei der Kalkdosierung ist die zuverlässige Bereitstellung genau abgemessener Dosen. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem Schlauchpumpen besonders gut abschneiden. Moderne integrierte Messinstrumente erleichtern die pH-Wert-Messung des Prozesses sowie die Überprüfung, ob die richtige Kalkmenge dosiert wird oder nicht. Da die Dosiermenge einer Schlauchpumpe direkt von der Umdrehungszahl der Pumpe abhängt, kann die Drehzahl durch Übermittlung der Werte der Messinstrumente an die Pumpensteuerung ständig angepasst werden. Damit ist jederzeit eine genaue Dosierung gewährleistet. Außerdem kann die Aufbereitungsanlage auf die normalen Nachfrageänderungen zu unterschiedlichen Tageszeiten reagieren. Unter Berücksichtigung dieses ganzheitlichen Nutzens kann die Zusammenarbeit mit einem Schlauchpumpenanbieter wie Verder weitere Vorteile bieten, denn Verder ist in der Lage, vollständige Pumpenanlagen betriebsbereit zu liefern. Dazu gehören unter anderem Arbeits- und Bereitschaftspumpen sowie die erforderlichen Steueranlagen, Gehäuse und Leitungssysteme – aus denen vollständig integrierte und zuverlässige Pumpanlagen werden.

Der optimale Einsatz

Die hier genannten Vorteile sind schon Grund genug für den Einsatz von Schlauchpumpen zur Kalkdosierung. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass eine Schlauchpumpe – trotz des im Vergleich zur Exzenterschneckenpumpe unter Umständen höheren Preises – eine zweistufige Exzenterschneckenpumpen-Anlage häufig ohne Leistungsverlust ersetzen kann. Angesichts dessen erscheint der anfänglich höhere Kaufpreis doch als sehr günstig. Die finanziellen Vorteile setzen sich fort durch die längere Lebensdauer und die deutlich geringeren Wartungs- und Ersatzteilkosten sowie die kürzeren Ausfallzeiten und die in einigen Fällen geringeren Stromkosten.

Grundsätzlich ist auch daran zu erinnern, dass Schlauchpumpen vielseitig verwendbar sind und nicht nur Kalk, sondern eine Vielzahl anderer Flüssigkeiten transportieren können – von abrasiven Substanzen wie Ton und Schlamm bis hin zu sauberen und sterilen Flüssigkeiten. Durch die sanfte Pumpbewegung eignen sie sich auch perfekt für beliebige scherempfindliche polymere Flockungsmittel, die in der Wasser- und Schmutzwasseraufbereitung eingesetzt werden. Schlauchpumpen können Medien mit bis zu 80 % Feststoffanteil und einem spezifischen Gewicht von 1,8 und mehr transportieren. Dicke, dichte Flüssigkeiten sind also kein Problem. Im Gegensatz zu anderen Pumpentypen können Schlauchpumpen auch problemlos dauerhaft eingesetzt werden, womit ein unterbrechungsfreier Betrieb möglich ist. Mit der zunehmenden Beachtung von Umweltleistung und Klimaschutzfragen ist es beruhigend, dass Schlauchpumpen auch bei der Leistung ganz vorn mitspielen. Die flexiblen Leitungen der Pumpe befinden sich in einem Schmierstoffbad, das dafür sorgt, dass die Rollen reibungslos über den Schlauch gleiten. Wenn der unwahrscheinliche Fall eintreten sollte, dass die Kalkverbindung aus dem Schlauch austritt, gelangt sie in das Schmierstoffbad und ist damit immer noch sicher im Pumpengehäuse eingeschlossen. Im Gegensatz zur Exzenterschneckenpumpe kann der Kalk also unter keinen Umständen in die Umgebung gelangen. Zudem kann die Schlauchpumpe mit einem Messinstrument ausgestattet werden, dass eine Zunahme der Schmierstoffmenge erkennt und Undichtigkeiten sofort meldet.

Bei einem so genauen Verfahren wie der Kalkdosierung ist es sinnvoll, sich für den einzigen Pumpentyp zu entscheiden, der in jedem Stadium Vorteile bietet, und darüber hinaus mit einem Anbieter wie Verder zusammenzuarbeiten, einem in diesem Bereich ausgewiesenen Spezialisten. Kalkdosierung ist ein entscheidendes Element bei der Schmutzwasseraufbereitung – eine falsche Entscheidung sollte man sich also nicht leisten!