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Manufacturing-Execution-SystemeDie selbstregelnde Fabrik

Mobile MES-Anwendungen mit Hydra von MPDV

Begriffe wie Selbstregelung, Selbstoptimierung oder selbstlernende Maschinen tauchten bereits in den Anfängen der Industrie 4.0 auf. Sie halten sich hartnäckig, werden in jüngster Zeit sogar häufiger genannt.

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Pumpwerke für IndustrieabwässerPumpwerk im Chemiepark

In Hochbehältern reinigt das Gemeinschaftsklärwerk (GKW) im Chemiepark Bitterfeld Wolfen die tägliche Abwasserflut aller Standortunternehmen sowie kommunales Abwasser aus 24 umliegenden Gemeinden. Pumpwerke haben die Aufgabe, das Abwasser aus dem wesentlich tiefer liegenden Kanalnetz auf das Niveau der Kläranlage zu fördern. Keine leichte Aufgabe angesichts hoher Frachten an Feststoffen und aggressiver chemischer Komponenten sowie möglicher pH-Werte vom unteren bis zum oberen Ende der Skala. Eine betriebssichere Lösung bedarf unter solchen Voraussetzungen widerstandsfähiger Materialien und robuster Technik.

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ti7 A: Pumpwerk im Chemiepark

Eine der Altanlagen des Chemieparks, das Pumpwerk Nord im Areal C, war den Anforderungen nicht mehr gewachsen. Untergebracht in einem Gebäude aus dem Jahr 1920, krankte es nicht nur an maroder Bausubstanz. Auch die Pumptechnik war nicht mehr in der Lage, die erforderliche Leistung zu bringen. Hinzu kam, dass die Lage des alten Pumpwerks dem Chemiepark-Management ein Dorn im Auge war: mitten in einem Grundstück, das als Industriefläche vermarktet werden sollte.

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Anspruchsvolle Aufgabe

Mit einem neuen, günstiger platzierten Hauptpumpwerk sollten die bestehenden Probleme behoben und zugleich abwassertechnische Vorleistungen für zukünftige Investoren im Areal C erbracht werden. Das projektierte Industrieabwasser-Pumpwerk mit einem Bauvolumen von 125 m3 sollte einen maximalen Abwasserzufluss von 160 m3/h bewältigen können. Die Abwassertemperatur könne – so die Vorgabe – bis auf 35 °C klettern und beim pH sei mit Werten zwischen 1,5 und 12,0 zu rechnen. Wegen des hohen Feststoffanteils im Abwasser war außerdem vorgesehen, das neue Pumpwerk mit einer Behälterspülanlage auszustatten. Die bislang in Areal C angesiedelten Chemieunternehmen, deren Abwässer im Pumpwerk Nord zusammen fließen, sind in der Produktion von organischen Zinnverbindungen, Siliziumtetrachlorid, Wasserchemikalien sowie von Wasch- und Körperpflegemittel tätig.

Das Unternehmen Mall Umwelttechnik, Donaueschingen, hat diese Herausforderung angenommen und die geforderte Pumpstation einschließlich aller elektro- und maschinentechnischen Aggregate sowie eines Betriebsgebäudes erstellt. Dabei war die Grundwassersituation – eine ökologische Erblast der Region Bitterfeld – ein besonders heikler Punkt in der Bauplanung und -ausführung. Das Grundwasser ist nach wie vor hoch belastet, heute gilt dieser Ressource jedoch besonderes Augenmerk. Die Abwässer der ortsansässigen Unternehmen werden im Gemeinschaftsklärwerk, einer eigenständigen Betriebsgesellschaft im Chemiepark, mit Hilfe moderner Technologie biologisch gereinigt, bevor sie dem Naturkreislauf zurück gegeben werden. Und natürlich müssen alle vorgelagerten Komponenten des Entwässerungssystems ebenfalls höchsten Anforderungen in Sachen Umweltschutz genügen. So auch das Pumpwerk, das im Areal C neu zu errichten war. Seine Bauwerkssohle, die bei 70,35 Metern über NN liegt, wird weit vom Grundwasserspiegel überlagert, der 75,40 Meter über NN erreicht. Bei 76,60 Metern über NN folgt die Geländeoberkante.

Die Anforderung hinsichtlich des Grundwassers war eine dreifache. Natürlich musste sicher gestellt werden, dass die Abwässer der angeschlossenen Industriebetriebe nicht das Bauwerk angreifen und so ins anstehende Erdreich diffundieren können. Gleichzeitig war aber auch die Außenseite des Betonbehälters gegen betonangreifende Kontaminanten im Grundwasser zu schützen. Deshalb sollte die Außenwand des Bauwerks einen Schutzanstrich erhalten. Und als Drittes war Schnelligkeit bei der Montage von besonderer Bedeutung, um die Kosten der Grundwasserhaltung möglichst gering zu halten.

Werkstoffe im Verbund

Um die chemische Resistenz und die nötige Stabilität gegen den Erddruck gleichermaßen zu gewährleisten, hat Mall die Werkstoffe Beton und Kunststoff kombiniert. Der Behälter des Pumpwerks wurde aus großformatigen Stahlbetonelementen erstellt, die das Werk Coswig mit HS-Zement in B 55-Qualität vorgefertigt hatte. Bereits im Werk wurden die Innenflächen der Fertigteile mit zertifizierten, 3,0 mm starken PE-HD-Inlinern vollständig verkleidet. Das hierzu angewendete Gießnoppenverfahren verbindet den Inliner dauerhaft und abrissfest mit dem Beton.

Auf der Baustelle mussten dann nur noch die Fertigelemente zusammengefügt und die PE-HD-Platten verschweißt werden. Geprüfte Schweißer aus Malls Fachabteilung Pumpen- und Anlagentechnik haben diesen Montageschritt gemäß DVS-Richtlinie ausgeführt. Anhand zweier funkenelektrischer Prüfungen – die erste nach der Produktion im Werk, die zweite nach dem Verschweißen auf der Baustelle – führt Mall den Nachweis, dass die Qualität stimmt. „Bei den hohen Anforderungen, die an die chemische Beständigkeit des Bauwerks durch das vorliegende Industrieabwasser gestellt werden, ist die Lösung mit den im Werk vorgefertigten und mit PE-HD ausgekleideten Großbehälterteilen eine technische Meisterleistung“, sagt Hartmut Henze. Er hat das Projekt von Seiten des Auftraggebers als Investleiter begleitet.

Die Innenauskleidung ist gegen eine große Zahl chemischer Aggressoren resistent. Unter anderem widersteht sie Schwefelsäure bis 98 %, Salpetersäure bis 65 %, Salzsäure bis 37 % und Natronlauge bis 50 %. Für den Schutz vor Angriffen aus dem anstehenden Grundwasser sorgt ein bituminöser Kaltanstrich, mit dem Mall die verkieselten Außenwände versiegelt hat.

Als die Fertigteile ihren Bestimmungsort im Chemiepark erreichten, war die Baugrube bereits hergerichtet. Den Mall-Monteueren genügte ein Arbeitstag, um die Elemente zusammen zu fügen. Schon am zweiten Tag wurden Zuläufe, Druckleitung und der Rechenschacht angeschlossen. Nun konnten die Tiefbauarbeiten zügig zuende gebracht werden, so dass Ulricke Plettau, Bauingenieurin beim ausführenden Bauunternehmen, anerkennend resümiert: „Durch die kurzen Montagezeiten haben wir Kosten in der Grundwasserhaltung eingespart und den Baufortschritt wesentlich beschleunigt.“

Ein Messhaus, ebenfalls von Mall geliefert und neben dem Pumpwerk gesetzt, bietet im Keller Platz für die vom Pumpwerk kommenden und mit Rückschlagklappen versehenen Druckleitungen, für Schieber, Durchflussmengenmessung, pH-Bestimmung und eine Probenahmeeinrichtung. Im Hochbauteil sind die Stromversorgung sowie Steuerschränke für die Abwasserpumpen und den Wirbeljet untergebracht.

Anlagentechnik inklusive

Das Wirbeljet-Aggregat ist jene Komponente, die dem hohen Feststoffgehalt des Abwassers Paroli bietet. Als Sonderausführung für Ovalbehälter auf Basis eines Fabrikats der Firma KSB, Frankenthal, ist sie am Behälterboden installiert. Dort verhindert das vollständig überflutete Reinigungsmodul durch Aufwirbeln der Feststoffe während des Abpumpvorgangs die Sedimentation von Schlämmen. Eine rechnergestützte Steuerung erlaubt es, die Reinigungszeiten, Schwenkgeschwindigkeiten und Schwenkbereiche individuell zu programmieren.

Für den Abwassertransport sorgen zwei Tauchmotorpumpen, ebenfalls von KSB, wobei eine Pumpe den Grundlastbedarf abdeckt und die zweite für Spitzenlastfälle in Bereitschaft steht. Die Pumpen – wie auch alle Rohrleitungen, Armaturen und sonstigen Ausrüstungskomponenten – sind in Edelstahl 1.4571 ausgeführt. Mit einer Motorleistung von jeweils 32 kW bewegt jede Pumpe einen Förderstrom von 80 m3/h über 50 Meter Förderhöhe. „Tauchmotorpumpen aus Edelstahl in Verbindung mit dem schwenkbaren Wirbeljet gewährleisten einen kontinuierlichen Abpumpvorgang im Bauwerk, ohne dass schädliche Absetzungen von Feststoffen sich aufbauen können“, sagt Planungsingenieur Rolf Laue über die von Mall anschlussfertig gelieferte Anlagentechnik.

Betriebserfahrungen

Das Pumpwerk, das bei Außenmaßen von 9 × 6 Metern eine Bauhöhe von 3,30 Metern und eine Erdüberdeckung von 2,60 Metern aufweist, hat zwei Einstiege mit Leitern aus GFK. Im Februar 2003 wurde die Anlage errichtet; im März ging sie in Betrieb. Während des ersten Betriebsjahres hat sie rund 48.000 m3 Industrieabwasser bewegt. Heiner Sittig, Planungsingenieur beim Gemeinschaftsklärwerk, zieht aufgrund der bisherigen, durchweg positiven Betriebserfahrungen folgendes Fazit: „Sowohl Pumpenanlage als auch Wirbeljet arbeiten bisher störungsfrei. Ebenso sind an den Auskleidungen der Behälterwand bisher keine Schädigungen festzustellen. Dies spricht für eine geeignete Materialauswahl in Hinblick auf die spezifischen Belastungen des Industrieabwassers.“

Kasten ((ist kein Muss!!!))

Zu DDR-Zeiten

war die Region Bitterfeld der bedeutendste Chemiestandort des sozialistischen Bruderstaates. Heute, rund anderthalb Jahre nach der Zweitprivatisierung, präsentiert sich der Chemiepark Bitterfeld Wolfen als einer der modernsten seiner Art in Europa. Auf der verfügbaren Fläche haben sich bislang 350 Unternehmen aus verschiedenen Sparten der chemischen Industrie sowie aus anderen Industriezweigen sowie dem Dienstleistungssektor angesiedelt. Sie profitieren vom zentralen Standortmanagement durch die P-D Chemiepark Bitterfeld Wolfen GmbH, die im Verbund mit zahlreichen Serviceunternehmen ein breites Spektrum an Ver- und Entsorgungsleistungen bereit stellt. Hierzu zählt auch die Reinigung der Abwässer durch ein Gemeinschaftsklärwerk, dem ein modernes Entwässerungsnetz die tägliche Schmutzflut zuleitet.

Zum Thema

Abwasserpumpwerke an Industriestandorten müssen höchsten Anforderungen hinsichtlich Chemikalienbeständigkeit, Umwelt- und Betriebssicherheit genügen. Wenn dabei Bauwerk plus Anlagentechnik aus einer Hand anschlussfertig geliefert und zügig montiert werden, dann ist die Zufriedenheit des Auftraggebers sozusagen im Leistungsumfang enthalten. Dazu unser Praxisbeispiel aus dem Chemiepark Bitterfeld Wolfen.ms

Der Autor ((ohne Bild!))

Tom Kionka

Freier Fachjournalist

D-97353 Wiesentheid

Tel. 09383/909203

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