Sandkammern in der Abwasserbehandlung: Leitfaden zu Typen, Design und Wartung

Stellen Sie sich einen Bediener vor, der eine Fermenterluke öffnet und mehrere Zentimeter Sand auf dem Boden vorfindet. Der Entschlammungstrupp ist bereits eingeplant, die Gasmischdüsen sind teilweise vergraben und die Frage, die niemand laut stellt, ist, wie lange sich dieser Sand angesammelt hat. In den meisten Anlagen beginnt die Antwort am Kopfwerk, wo eine Sandfangkammer entweder zu klein war, hydraulisch überlastet war oder während der Wartung stillschweigend umgangen wurde. Ein richtig konzipiertes Sandentfernungssystem ist die günstigste Versicherung, die eine Kläranlage kaufen kann, da es jede Pumpe, jeden Diffusor, jeden Wärmetauscher und jede Entwässerungsmaschine weiter stromabwärts schützt. In diesem Artikel wird erklärt, was Sandfänge tun, wie sie funktionieren, welche drei Haupttypen es gibt, welche Konstruktionsfaktoren am wichtigsten sind und welche praktischen Fragen Betreiber stellen, wenn sie ein zuverlässiges System benötigen.

Was ist eine Sandkammer und warum ist Sand wichtig?

Eine Sandkammer ist eine Vorbehandlungseinheit, die schwere anorganische Feststoffe – Sand, Kies, Eierschalen, Knochenfragmente, Kaffeesatz, Samen und Glasfragmente – entfernt, indem sie sie absetzen lässt, während die organische Fraktion in Suspension bleibt. Körnung wird konstruktionsbedingt durch Partikelgröße und -dichte definiert: Mineralpartikel von etwa 0,15 bis 0,21 mm aufwärts, mit einem spezifischen Gewicht nahe 2,65, dem Wert von Quarzsand.

Sand wird in einer Kläranlage nicht abgebaut. Es sammelt sich einfach an. In Primärklärbecken bilden sich dichte Bodenablagerungen, feinblasige Diffusoren werden abgerieben, bis ihre Membranen versagen, Schlammleitungen verschleißen an Biegungen und anaerobe Fermenter verlieren nutzbares Volumen zu einer Sandschicht, die kein biologischer Prozess abbauen kann. In schweren Fällen gelangt der Sand in Bandpressen, Zentrifugen und Schneckenpressen und macht die routinemäßige Polymerkonditionierung zu einem Wartungsereignis.

• Abrasiver Verschleiß an Pumpenlaufrädern und -spiralen, insbesondere an Sandförder- und Rücklaufschlammpumpstationen;
• Verstopfung der Schlammtransfer- und Biogasleitungen;
• Verlust der effektiven Kapazität in Belebungsbecken und Fermentern;
• Totzonen, die organische Stoffe einschließen, septisch werden und Geruchsbeschwerden hervorrufen.

Da sich der Schaden langsam entwickelt, werden Sandprobleme oft fälschlicherweise als Gerätedefekte interpretiert. Ein Abstreifer, der immer wieder durchbrennt, oder eine Pumpe, die ständig an Effizienz verliert, kann einfach die Folgen einer überlasteten Kammer verarbeiten.

Wie Sandkammern funktionieren

Die Sandentfernung ist ein Schwerkraftklassierungsprozess. Der Designer wählt eine Zielpartikelgröße aus – üblicherweise 0,21 mm für kommunale Projekte – und sorgt für Strömungsbedingungen, die es Partikeln dieser Größe ermöglichen, sich auf dem Boden abzusetzen, während leichtere organische Feststoffe mit einem spezifischen Gewicht nahe 1,0 mitgerissen bleiben. In der Praxis wird die durchschnittliche Vorwärtsgeschwindigkeit in Kanälen mit horizontaler Strömung auf etwa 0,3 m/s kontrolliert, während belüftete und Wirbelkonstruktionen ein spiralförmiges oder tangentiales Strömungsmuster verwenden, um eine ähnliche Trennung mit einem anderen hydraulischen Ansatz zu erzeugen.

Der gesammelte Sand gleitet oder wird in einen Trog oder Trichter am Kammerboden geschabt und dann zu einem Trenn- und Waschschritt befördert. In einer Wirbelkammer sitzt der Trichter in der Mitte des Tanks, wo die Rotationsbewegung verlangsamt wird und das schwerste Material herausfällt.

Arten von Sandkammern

Sandkammern mit horizontaler Strömung

Horizontale Strömungskanäle, auch geschwindigkeitsgesteuerte Sandfänge genannt, sorgen dafür, dass das Abwasser mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,3 m/s vorwärts bewegt wird. Bei dieser Geschwindigkeit setzt sich Sand im Bereich von 0,2 bis 0,3 mm ab, während organische Stoffe durchgetragen werden. Die Kammer ist lang und rechteckig, mit einem Proportionalwehr oder einem Parshall-Gerinne vorgelagert, um die Geschwindigkeit über einen weiten Durchflussbereich konstant zu halten. Der Hauptvorteil ist die Einfachheit und der geringe Energieverbrauch; Die Hauptkosten sind der Platzbedarf und die Notwendigkeit einer präzisen hydraulischen Steuerung.

Belüftete Sandkammern

Belüftete Kammern sind rechteckige Tanks mit einer Reihe von Diffusoren an einer Seite. Die aufsteigenden Blasen induzieren eine spiralförmige Bewegung, die organisches Material in Schwebe hält, während sich schwererer Sand an der gegenüberliegenden Wand ablagert. Diese Scheuerwirkung erzeugt saubereren Sand als ein horizontaler Kanal und entfernt außerdem flüchtige Gerüche aus dem Abwasser. Der Kompromiss besteht in der kontinuierlichen Gebläseleistung und der Wartung der Diffusoren zusätzlich zu den Sandförderern.

Wirbelsandkammern

Wirbel- oder Wirbelsandkammern leiten Abwasser tangential in einen zylindrischen Tank und erzeugen dabei einen erzwungenen Wirbel mit einem zentralen Laufrad oder Propeller. Der Sand wird zum Rand hin transportiert und setzt sich im mittleren Trichter ab, während organische Partikel durch den Wirbel nach oben strömen. Durch die kompakte Bauweise und die einstellbare Laufradgeschwindigkeit ist das Design steuerempfindlich. Eine gut abgestimmte Wirbeleinheit fängt die meisten Partikel im Bereich von 0,15–0,21 mm auf einem Bruchteil der Grundfläche eines Kanalsystems ein. Für Anlagen mit begrenzter Standortfläche oder schwankendem Zufluss ist ein kompakter Zyklon-Sandabscheider nach dem gleichen Wirbelprinzip eine praktische Alternative zu einem durchgehenden Betonkanal.

Sandwäsche und -klassierung: Abschluss der Arbeit

Eine Sandfangkammer, die nur Material auffängt, reicht nicht aus. Aus dem Trichter gezogener Sand enthält immer noch 30–60 % Wasser und in einer schlecht abgestimmten Kammer genügend organisches Material, um zu gären und zu riechen. Nasser, geruchsintensiver Splitt ist teuer für den Transport per LKW, schwer zu deponieren und variiert je nach Wetterlage in der Qualität.

Sandklassierer kombinieren ein flaches Absetzbecken mit einer Förderschnecke, die den abgesetzten Sand aus dem Wasser hebt. Während sich die Schnecke dreht, scheuert sie den Sand gegen eine geneigte Rinne und das Waschwasser führt die leichteren organischen Stoffe in den Prozessfluss zurück. Das Ergebnis ist entwässerter, desodorierter Sand mit deutlich reduziertem Entsorgungsvolumen. Ein wellenloser Spiralkornklassierer ist für diese Aufgabe besonders gut geeignet, da die Spirale keine Mittelwelle hat, die verstopfen könnte, und die Abriebfestigkeit der Flügel die Lebensdauer in der anspruchsvollen Sandumgebung verlängert.

Designüberlegungen und Leistungsfaktoren

Die meisten betrieblichen Probleme bei der Sandentfernung gehen auf eine Handvoll Entscheidungen zurück: die Zielkorngröße, die hydraulische Spitzenflussbelastung, die Geschwindigkeitskontrolle und ob die Kammer für Wartungsarbeiten isoliert werden kann. Eine Kammer, die für einen durchschnittlichen Durchfluss bei trockenem Wetter ausgelegt ist, versagt bei nassem Wetter, wenn der zusätzliche Zufluss Sand direkt durch den Kanal und in die biologische Phase drückt. Deshalb dimensionieren die Planer das Splittsystem entsprechend dem Spitzendurchfluss und installieren, wo praktisch möglich, mindestens zwei parallele Einheiten.

Auch die Reihenfolge der Kopfarbeit ist wichtig. Das Screening steht an erster Stelle; Ein Zahnharken-Stangensieb entfernt Lumpen, Wischtücher und grobe Rückstände, die andernfalls den Sandkammereinlass verstopfen und die Strömungsverteilung stören würden. Dann schützt der Sandfang die Pumpen und alle nachgeschalteten Aggregate vor Abrieb. Insbesondere kommunale Anlagen benötigen diese Reihenfolge, um ihre Belüftungssysteme leise zu halten: siehe kommunale Abwasserbehandlung Übersicht für ein vollständiges Kopfwerksbild. Industrieanlagen unterliegen dem gleichen abrasiven Verschleiß und die Wahl der Kammer hängt von der Art der Feststoffe ab; die industrielle Abwasserbehandlung Auf dieser Seite wird erläutert, wie sich die Auswahl ändert, wenn die vorgelagerten Abwässer variabel sind.

• Größe für den Durchfluss bei Regenwetter zu Spitzenzeiten, nicht für den Tagesdurchschnitt;
• Legen Sie eine klare Zielentfernungsgröße fest und überprüfen Sie diese mit dem Ausrüstungslieferanten.
• Planen Sie den Sandwäscher und den Klassierer als Teil des Kammerpakets und nicht als nachträglichen Gedanken;
• Sorgen Sie für Trichterheizungen und Entwässerung, damit das gesammelte Material auch in kalten Klimazonen verarbeitbar bleibt.

Häufig gestellte Fragen