Verstopfungsresistenz von Abwasserpumpen lässt sich nicht über die Laufradöffnung bestimmen.

Bei einer Abwasserpumpe wird die Durchlassgröße (Throughlet) häufig als Maß für die Verstopfungsresistenz herangezogen – obwohl Daten zeigen, dass dieser Wert dafür kaum aussagekräftig ist. Verstopfungen sind ein äußerst unerwünschtes Betriebsproblem in der Abwasserförderung: Sie reduzieren die Pumpeneffizienz erheblich und können zu starken Blockaden, ungeplanten Serviceeinsätzen oder sogar zu Abwasserüberläufen führen.

Dieses Whitepaper erläutert die Bedeutung der hydraulischen Konstruktion einer Pumpe für einen verstopfungsfreien Betrieb. Außerdem wird aufgezeigt, warum die Durchlassgröße einer Pumpe ein irreführender Parameter ist, wenn es darum geht, die Verstopfungsresistenz zu bestimmen.

Modernes Abwasser

Untersuchungen und Studien zu modernem Abwasser zeigen, dass dieses nur selten harte, feste und kugelförmige Objekte enthält, deren Durchmesser so groß ist wie der Innendurchmesser des Rohrsystems. Wirklich feste und harte Materialien wie Steine, Ziegel oder Stahl kommen ebenfalls selten vor. Zudem erreichen solche Gegenstände die Pumpe in der Regel gar nicht, da sie sich auf horizontalen Flächen mit geringer Strömung oder stehender Flüssigkeit absetzen.

Der mit Abstand häufigste Feststoffanteil im kommunalen Abwasser ist organischer Natur und besteht häufig aus langen, faserigen Strukturen, beispielsweise Fasern.

Modernes Abwasser enthält außerdem mehr synthetische Textilien und künstliche Fasern als je zuvor. Hauptursache dafür ist die große Anzahl an Haushaltsreinigungsprodukten wie Taschentücher, Feuchttücher oder Reinigungstücher. Diese Produkte sollten eigentlich im Restmüll oder Kompost entsorgt werden. Viele Verbraucher spülen sie jedoch über die Toilette herunter – wodurch zusätzliche synthetische Fasern in den Abwasserstrom gelangen.

Wie traditionelle hydraulische Konstruktionen durch modernes Abwasser beeinflusst werden

Faserige bzw. langgezogene Stoffe bleiben häufig in herkömmlichen Laufradtypen hängen – selbst dann, wenn die Durchlassgröße (Throughlet) groß ist. Wie unten dargestellt, liegt die kritische Stelle an der Vorderkante der Laufradschaufeln. Alle Laufradkonstruktionen besitzen eine oder mehrere solcher Vorderkanten.

^{Ablagerungen in einem Einkanal-Laufrad (links) und einem Vortex-Laufrad (rechts)}

Weiche, faserige und langgezogene Stoffe im Abwasser gelangen kontinuierlich in die Pumpe. Einige davon treffen auf die Vorderkante einer Laufradschaufel. Die Fasern neigen dazu, sich um diese Kante zu wickeln und sich auf beiden Seiten der Schaufel umzulegen. Bei geraden oder nur leicht gekrümmten Vorderkanten lösen sich diese Ablagerungen in der Regel nicht wieder – stattdessen sammeln sich immer mehr Partikel an. Dadurch entstehen größere Klumpen oder Bündel aus organischem Material, die häufig als „Rag Balls“ bezeichnet werden.

Sammeln sich solche Materialien in einem herkömmlichen Laufraddesign, verringert sich zunächst der Förderstrom der Pumpe, da die Feststoffe den freien Durchfluss der Flüssigkeit zunehmend einschränken. Dadurch sinkt in der Regel auch die Effizienz der Pumpe. Dieses Phänomen wird als weiche bzw. teilweise Verstopfung (Soft oder Partial Clogging) bezeichnet, da die Pumpe weiterhin in Betrieb bleibt. Allerdings benötigt sie deutlich länger, um einen Pumpenschacht zu entleeren, wenn das Laufrad teilweise blockiert ist.

Mit zunehmender Ansammlung kann außerdem die Leistungsaufnahme der Pumpe steigen, insbesondere wenn die angesammelten Stoffe das Spiralgehäuse (Volute) berühren und zusätzlichen Widerstand verursachen. Dieser Widerstand verringert die Effizienz weiter und erhöht das Risiko eines Stillstands durch Motorüberlastung. Die Feststoffe wirken dabei wie eine Bremse, wodurch mehr Antriebsleistung erforderlich ist. Überschreitet der Betriebsstrom den zulässigen Abschaltstrom, wird die Pumpe aufgrund einer harten Verstopfung (Hard Clogging) automatisch abgeschaltet.

Durch die verringerte Effizienz steigen auch die Betriebskosten für den Betreiber, da die Pumpe länger laufen und mehr Energie verbrauchen muss, um den Zufluss zu bewältigen. Kommt es zusätzlich zu einer Motorüberlastung oder Pumpenabschaltung, entstehen weitere Kosten, weil ein Servicetechniker zur Pumpstation fahren muss, um die Pumpe zu reinigen und wieder in Betrieb zu nehmen.

Selbstreinigendes Hydraulikdesign mit N-Technologie 

Heute stehen deutlich bessere und fortschrittlichere hydraulische Konstruktionen zur Verfügung, die die Verstopfungsresistenz von Abwasserpumpen erhöhen und gleichzeitig die Pumpeneffizienz langfristig aufrechterhalten. Ein modernes selbstreinigendes Design mit stark nach hinten gebogenen Vorderkanten der Laufradschaufeln sowie einer Entlastungsnut (Relief Groove) hat sich als Lösung für die meisten Verstopfungsprobleme bewährt.

Dieses selbstreinigende Hydraulikdesign verhindert, dass sich die typischen Verunreinigungen im modernen Abwasser ansammeln. Feststoffe, die auf die Vorderkanten des Laufrads treffen, werden kontinuierlich zur Laufradperipherie transportiert und über die Entlastungsnut im Einsatzring (Insert Ring) durch den Pumpenauslass aus der Pumpe herausgeführt.

^{Modernes, selbstreinigendes Hydraulikdesign mit N-Technologie}

Verstopfungen und Lebenszykluskosten von Pumpen 

Eine verstopfungsresistente Pumpe führt zu geringeren Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership). Die wichtigsten Faktoren der Lebenszykluskosten sind dabei die Anfangsinvestition, die Energiekosten sowie die Wartungskosten.

Die folgenden Balkendiagramme veranschaulichen die Lebenszykluskosten für unterschiedliche Pumpengrößen in Abhängigkeit von der Anzahl der Verstopfungsereignisse. In kleinen Abwasserpumpstationen kommt es relativ häufig zu zwei ungeplanten Serviceeinsätzen pro Jahr, die durch Pumpenverstopfungen verursacht werden. Die Kosten dieser Einsätze können den Anschaffungspreis der Pumpen erreichen oder sogar übersteigen.

In besonders störanfälligen Pumpstationen mit bis zu zehn Serviceeinsätzen pro Jahr übersteigen die ungeplanten Wartungskosten die Installationskosten deutlich. Bei kleineren Pumpen können diese Kosten sogar höher sein als die Energiekosten.

^{Kostenverteilung für eine Pumpstation ohne Serviceeinsätze (links), mit zwei Serviceeinsätzen (Mitte) und mit zehn Serviceeinsätzen (rechts)}

Da Energie- und Wartungskosten den größten Anteil an den Gesamtbetriebskosten ausmachen, ist für Betreiber die beste Lösung eine gut geplante Pumpstation mit modernen Pumpen, die verstopfungsfrei, zuverlässig und energieeffizient arbeiten.