Pumpstationen für besondere Fälle

Bei der Abwasserentsorgung im häuslichen und gewerblichen Bereich ist der Einsatz von Pumpenanlagen offensichtlich, wenn Entwässerungsgegenstände unterhalb der Rückstauebene ­liegen. Aber auch ein hoher Grundwasserspiegel oder ungünstige Bodenbeschaffenheiten können einer herkömmlichen Abwasser­führung im Weg stehen und die technische Entwässerungslösung mittels Pumpstation erzwingen. Oft braucht es dabei ­ergänzende Komponenten, um z. B. Anlagenteile gegen Korrosion zu ­schützen, Leitungen intakt zu halten und Volumina zu messen oder zu drosseln.

Oft liegen Standardsituationen vor, für die werkseitig vorausgerüstete Kompaktsysteme passend sind. Ganz im Gegensatz zur Standardlösung war ein einzelfallorientiertes und komplexes Unikat im Fall der Hochschule für angewandte Wissenschaften im oberfränkischen Coburg gefordert. Die Uni expandiert.
Im Rahmen eines zweistufigen Ausbauprogramms entstehen neue Studienplatzkapazitäten. Noch bis zum Jahr 2020 wird auf dem Campus gebaut. Bereits fertig ist ein neues Parkdeck, das den Studierenden auf vier Etagen 535 Parkplätze zur Verfügung stellt. Die Entwässerung des Parkdecks wird zunächst über einen Abscheider geführt, der die im Niederschlagsabfluss mitgeführten Leichtflüssigkeitsanteile abtrennt. Da aber die Basis des Entwässerungssystems unter dem Niveau der bestehenden Campus-Kanalisation liegt, musste die mit der Planung beauftragte Weyrauther Ingenieurgesellschaft (Bamberg) hinter dem Ablauf des Abscheiders eine Hebeanlage vorsehen. Sie hat die Aufgabe, den Abwasserstrom über den gegebenen Höhenunterschied von knapp 10 m zu fördern.

Doppelhebeanlage für Hochschule
Eine vom Systemanbieter Mall (Donaueschingen) gelieferte Doppelhebeanlage wurde als rechteckiges Pumpbauwerk ausgelegt. Darin unterteilt eine Trennwand den Betonkubus in einen Saugraum und eine Trockenkammer, in der zwei Mischwasserpumpen des Herstellers KSB in horizontaler Anordnung untergebracht sind. Jedes dieser beiden Aggregate hat eine Leistungsaufnahme von 12,5 kW und fördert bis zu 12 l/s. „Durch die gewählte Trockenaufstellung vereinfachen sich später die Wartungsarbeiten an Pumpen und Armaturen“, erläutert Dipl.-Ing. Steffen Kahl von der Weyrauther Ingenieurgesellschaft, „denn anders als bei der Verwendung von Tauchmotorpumpen muss der Pumpenraum nicht vor jedem Monteureinsatz gereinigt werden.“ Um kleinere Abwassermengen aufzunehmen, die beispielsweise beim Wechsel von Armaturen anfallen können, befindet sich im Boden der Trockenkammer ein Pumpensumpf.
Dessen Inhalt befördert eine Kellerentwässerungspumpe bedarfsweise zurück in die Saugkammer. Da Pumpentechnik und Verrohrungen werkseitig bereits vormontiert waren, hat der Einbau des Fertigteilbauwerks nur kurze Zeit in Anspruch genommen.
Für den reibungslosen Betrieb der Anlage sorgt eine Pumpensteuerung mit Stern/Dreieck-Anlaufschaltung. Sie lässt die ­Aggregate zunächst in Sternschaltung anlaufen, was die hohe Leistungsaufnahme beim Start auf ein Drittel der Dreieckschaltung kappt und so das Auslösen von Überstromschutzeinrichtungen vermeidet. Nach der Anlaufphase wechselt die Steuerung auf Dreieckschaltung. Des Weiteren reguliert sie über eine hydrostatische Drucksonde automatisch die Laufzeiten der Pumpen. Die Steuerung verfügt darüber hinaus über ein autarkes Notsystem, das bei Ausfall der Drucksonde die Pumpen selbsttätig einschaltet. Ein zusätzlich integriertes GSM-Störmodul verständigt den Betreiber der Anlage via SMS über jeden Störfall. Schlussend­lich wird die Pumpstation von einem Frostwächter überwacht. Das Gerät klimatisiert die Pumpenkammer um einen variabel einstellbaren Wert und stellt so ein für die Maschinentechnik güns­tiges Raumklima her. Korrosion an Pumpen und Armaturen aufgrund zu hoher Luftfeuchtigkeit soll dadurch vermieden werden.

Druckluft für saubere Leitung
An das skizzierte Entwässerungssys­tem sind neben dem Parkdeck auch ein neues IT- und Medienzentrum sowie ein Laborprüfstand des benachbarten Zentrums für Mobilität und Energie angeschlossen. Auf dem Prüfstand werden mit unterschiedlichen Additiven versetzte Kraftstoffe in Verbrennungsmotoren getestet. Abwässer aus diesem Forschungsbereich können Anteile der untersuchten Kraftstoffgemische enthalten und werden deshalb ebenfalls über den Abscheider und die nachgeordnete Pumpstation geleitet. Im IT- und Medienzentrum – es gilt als das neue Herzstück des Campus – sind neben Bibliothek und Rechenzentrum auch Lern- und Arbeitsbereiche für Studierende, IT-Arbeitsplätze und Seminarräume untergebracht. Abwässer, die hier vor allem aus Toiletten anfallen, gelangen direkt in die Hebeanlage. Aus diesem Grund wurden in der Anlage Mischwasserpumpen eingesetzt.
Doch damit nicht genug. Denn wenngleich der universitäre ­Abwasserstrom im laufenden Semester zwar reichlich fließt, kommt er während der Semesterferien oft zum Erliegen. Dann erhält das Entwässerungssystem kaum Nachschub und in seiner Druckleitung entsteht Stagnation.
In der Folge bilden sich Ablagerungen, die bis zum Leitungsverschluss anwachsen können, sowie Fäulnisprozesse mit Leitungskorrosion und erhöhter Geruchsbeläs­tigung als Auswirkungen. Damit es nicht zum „Rohrinfarkt“ kommt, hat Mall das Pumpwerk um die Kompressorstation „LevaFlush“ ergänzt. Diese spült regelmäßig Luft durch die Druckleitung und stellt so deren Durchgängigkeit sicher. „Für den Anwender ist wichtig, dass die Spülstöße nach Intervall und Dauer frei wählbar sind“, erklärt Kahl. „So kann die Spülung der Leitung an den wechselnden Abwasseranfall angepasst werden. Das minimiert den Stromverbrauch des Kompressors und spart damit Kosten.“ Untergebracht ist die Anlage in einer Waschbetonbox.
In Ergänzung zur Kompressorstation bietet Mall den Druckentspannungsschacht „LevaDrop“ an. Dieser nach ATV-Merkblatt A 157 vorzusehende Übergabeschacht zwischen Ende der Druckleitung und Freispiegelkanal ist besonders sorgfältig gegen Korrosion zu schützen; Turbulenzen sollten wegen der hier auftretenden anaeroben Verhältnisse minimiert und eine gute Entlüftung des Gasraumes sichergestellt sein. Hierzu wird der Zulauf unter Wasser eingeführt, und er ist konstruktiv so ausgebildet, dass Verwirbelungen weitgehend vermieden werden. Eine spezielle Innenbeschichtung gegen bio­gene Schwefelsäurekorrosion soll die Langlebigkeit des Schachtbauwerks gewähr­leisten.

Komponenten für die ­Pumpenperipherie
Betreiber von Entwässerungsanlagen sehen sich zunehmend damit konfrontiert, dass die wasserrechtliche Genehmigung zur Einleitung von Regenabläufen mit der Auflage einer Mengenbegrenzung oder Mengenerfassung verbunden ist. Bei der Neugestaltung eines Parkplatzes im Bundeswehr-Dienstleistungszentrum Wilhelmshaven war das beispielsweise der Fall. Dem zur Ermittlung eingeleiteter Volumina geforderten Wasserzähler konnte Mall als Auftragnehmer mit dem Mengenmessschacht „LevaCheck“ entsprechen. Eine Kompaktpumpstation „LevaPact“ fördert den vom Parkplatz ablaufenden Niederschlag auf die Zulaufhöhe des Mengenmessschachts, wo ein Messumformer als Auswertegerät dient und kontinuierlich die aktuelle Durchflussmenge erfasst. Hier wurde das System an die Gebäudeüberwachung des Bundeswehrstandorts angeschlossen. In gleicher Weise ließe es sich mit dem Leitstand des Kanalbetreibers koppeln, der so die Einleitmengen und eventuelles Fehlverhalten feststellen kann.
Doch nicht nur zum Monitoring eingeleiteter Mengen, auch zu deren Drosselung eignet sich der Mengenmessschacht, wenn drohende Überlastung der Kanalisation eine entsprechende Auflage mit sich bringt. Im Normalfall schwankt die im Kanal ankommende Abwassermenge in Abhängigkeit von den hydraulischen Verhältnissen im Schacht, da sich die Pumpenleistung je nach Abwasserniveau im Schacht verändert. Zur Drosselung der abgegebenen Abwassermenge misst ein magnetisch-induktiver Messaufnehmer die Veränderungen im Volumenstrom und gibt diese Ergebnisse an einen Frequenzumrichter weiter. Dieser regelt wiederum die Pumpenleistung über die Anpassung der Netzfrequenz. Die regulierte Abwasserabgabe über den Mengenmessschacht bietet dazu drei Pluspunkte: Sie kann Stromkosten sparen, da die Pumpen zu jedem Zeitpunkt nur mit der gerade benötigten Leistung laufen. Sie kommt ohne einen Bypass aus, da sich über eine Hochwasser-Alarmmeldung die volle Pumpenleis­tung freischalten lässt. Und ihr Anwendungsspektrum umfasst neben Regenwasser auch alle anderen Abwasserarten.
Vor dem Hintergrund, dass die Forderung nach gedrosselter Volumenabgabe in den Kanal meistens Regenwasser betrifft, hat Mall auch eine hierfür konzipierte und rein mechanische Drosselarmatur im Portfolio. Diese wird hinter einer Pumpstation oder Hebeanlage und bei Standardanwendung in eine Rückstauschleife eingebaut. Die Drosselleistung lässt sich per integrier­ter Skala einstellen.

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