Dekanter für die Abgasreinigung auf Schiffen Schlamm ahoi!

Rund 40.000 Handelsschiffe sind laut Umweltbundesamt auf den Weltmeeren unterwegs. Dazu gesellen sich zahlreiche Fähren und Kreuzfahrtriesen. Im internationalen Warenverkehr hat die Schifffahrt mit 90 Prozent unangefochten die Pole Position inne. In Sachen Umweltschutz ist sie mit ihren hohen Emissionen jedoch seemeilenweit von einem Spitzenplatz entfernt.

Das soll sich ändern: Mit strengeren Richtlinien will die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) die Meere künftig besser vor Belastungen durch den starken Partikel- und Schwefelausstoß schützen. Ab 2020 darf der Schwefelgehalt des Treibstoffs, den Schiffe auf hoher See verbrennen, nur noch 0,5 statt wie bisher 3,5 Prozent betragen. Nord- und Ostsee sind bereits Vorreiter: Hier gilt seit 2015 ein Schwefelgrenzwert von 0,1 Prozent. Doch es geht noch besser.

Emissionsreduktion angedacht

Um die neuen IMO-Grenzwerte einzuhalten, müssten Reedereien statt des günstigen Schweröls auf hochwertigen Schiffsdiesel umsteigen – doch dieser ist deutlich teurer. Daher setzen viele Schiffseigner auf eine kosteneffizientere Alternative: Durch die Installation von Nasswäschern zur Rauchgasreinigung in den Abgasanlagen kann der geforderte Emissionswert eingehalten werden. Beim Reinigungsverfahren mit diesen sogenannten Scrubbern werden die Rauchgase mit Hilfe von aufbereitetem Seewasser gewaschen.

Dabei wird ein Großteil der Abgaspartikel wie Schwermetalle, Ruß oder HC-Emissionen gebunden. Die Scrubber erzeugen jedoch Abwasser, das vor der Einleitung ins Meer gereinigt werden muss (Closed Loop Scrubber). Dazu wird das verunreinigte Waschwasser diskontinuierlich – abhängig vom Verschmutzungsgrad – abgezogen und der Reinigung in der Flotationsanlage zugeführt.

Auch die nordeuropäische Fährgesellschaft Stena Lines verwendet Scrubber-Systeme zur Abgasreinigung. Stena Lines betreibt unter anderem acht Fähren, die täglich vom niederländischen Hoek van Holland zu den englischen Küstenstädten Harwich und Killingholme pendeln. Bei den großen Fährschiffen der Stena Lines wird ein Scrubber-System der Firma Wärtsilä eingesetzt, bei dem das verunreinigte Gaswaschwasser in einer speziell entwickelten BOTU-Flotationsanlage (Bleed Off Treatment Unit) gereinigt wird. Das gereinigte Wasser erfüllt die Einleitbedingungen und kann direkt ins Meer abgegeben werden.

Trennung durch Dekanter

Das Verfahren hat jedoch einen entscheidenden Nachteil: Der großvolumige, noch flüssige Flotationsschlamm muss in einem Tank zwischengelagert werden, bevor er beim Anlegen im Hafen entsorgt werden kann. Dabei handelt es sich um große Mengen von Schlamm, zudem neigen die Feststoffe im Tank zur Bildung von Ablagerungen. Entsprechend aufwändig und kostspielig ist das Handling.

Stena Lines stand also vor der Aufgabe, die Menge an Restschlamm deutlich zu vermindern. Dafür mussten Feststoffe und Flüssigkeiten weiter separiert werden – aber wie? In Eigenregie untersuchte Stena Lines verschiedenste Verfahren und fand letztlich eine intelligente Lösung: den Einsatz eines sogenannten Dekanters. Bei ihren größeren Schiffen hat sich Stena Lines für hochwertige Dekanter-Zentrifugen aus Deutschland entschieden. Während der Entwicklungs- und Optimierungsphase wurde zunächst ein gebrauchtes Z1L-Modell von Flottweg (Baujahr 1985) auf der Stena Transit installiert.

Bei der Ausrüstung der großen Fährschiffe Stena Line Brittanica und Hollandica setzte das Schifffahrtsunternehmen bereits auf Flottwegs Dekanter-Modell Z23-3/401. Mit derselben Funktionalität, aber moderner Regelungs- und Steuerungstechnik ausgerüstet, wurden die Dekanter in die Schlammbehandlung integriert. Mittlerweile steht mit dem Modell Z2E-4/4x1 eine komplett neue Maschine für solche Anwendungen zur Verfügung. Das optimierte Design mit etwas vergrößertem Trommelvolumen enthält alle Verbesserungen der neuen Z2-Baureihe.

Funktionsweise des Dekanters

Die Flottweg-Dekanter reihen sich ganz am Ende des Reinigungsverfahrens ein. Die modernen Vollmantel-Zentrifugen bearbeiten den Flotationsschlamm aus der Botu direkt an Bord. Der Schlamm wird durch ein zentral angeordnetes Zulaufrohr in den Einlaufraum der Schnecke geleitet.

Von dort gelangt er nach schonender Vorbeschleunigung über die Verteileröffnungen in die zylindrisch-konisch geformte Trommel, die mit einer sorgfältig abgestimmten Drehzahl rotiert. Wenn der Schlamm die volle Umlaufgeschwindigkeit erreicht hat, legt er sich als zylindrischer Ring an den Trommelmantel an. Unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft setzen sich die enthaltenen Feststoffe an der Trommelinnenwand ab.

Unkomplizierte Anwendung

Gleichzeitig dreht sich im Inneren eine Schnecke mit geringer Differenzdrehzahl relativ zur Trommel. Sie befördert die abgesetzten Feststoffe in Richtung des konisch verengten Trommelendes, wo diese nach unten ausgetragen werden. Der jetzt relativ trockene Schlamm wird gesammelt und im Hafen entsorgt. Die geklärte Flüssigkeit fließt zum zylindrischen Trommelende und läuft über Öffnungen im Trommeldeckel sauber und drucklos ab.

Gegenüber anderen Trennverfahren weist die Dekanter-Technologie kompakte Abmessungen und ein unkompliziertes Handling auf. So ist während des Betriebs kein Reinigungszyklus erforderlich. Da Flottweg für alle produktberührten Bauteile ausschließlich hochwertigen rost- und säurebeständigen Edelstahl verwendet – die Trommel ist aus hochfestem Duplex- und der Schneckenkörper aus Edelstahl-Schleuderguss –, ist die Maschine wirksam vor Verschleiß geschützt. Entsprechend besteht nur ein geringer Bedarf an Wartung und Ersatzteilen.

Außerdem entstehen keine zusätzlichen Abfälle, da die Flottweg-Dekanter keinerlei Filterhilfsmittel oder -tücher benötigen. Durch eine speicherprogrammierbare Steuerung oder Fernüberwachung können die Geräte während des Betriebs automatisch an variable Zulauf- und Betriebsbedingungen angepasst werden. Ein weiterer Vorteil ist die geschlossene Bauweise – dadurch werden keine Emissionen an die Umgebung abgegeben. Dank der korrosionsbeständigen Duplexwerkstoffe ist die eingesetzte modulare Modellbaureihe auch gegen Belastungen durch Natriumchlorid und Schwefel bestens gewappnet.

Günstige Entsorgung

Der Erfolg des Verfahrens zeigt sich auch auf hoher See schnell: Enthält die Schlammschicht nach dem Botu-Verfahren mit zwei Prozent TS/gew noch eine große Menge an wässriger Phase, entwässert der Dekanter etwa 20 bis 22 Prozent TS/gew. Die gereinigte Wasserphase wird mit dem gereinigten Flotationswasser abgegeben – zurück bleibt eine sehr kleine Restmenge an Schlamm, die dank der Dekanter von 500 auf 45 kg/h (neun Prozent) reduziert werden konnte. Die geringen Schlammmengen passen in einen kleinen Container, der leicht von Bord gehoben und im Hafen von Rotterdam entsorgt werden kann.

Nicht nur aus umwelttechnischer, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht ist der Dekanter ein Erfolg: Das Entsorgungsverfahren wurde dadurch deutlich optimiert, da die wöchentliche Entsorgung per LKW entfällt. Bei Stena Lines freut man sich außerdem darüber, dass das Back-Drive-System von Flottweg sehr einfach zu handhaben ist. Und dass durch die integrierte, vom Drehmoment abhängige Schneckendrehzahlregelung auch bei schwankenden Feststofffrachten keine Verstopfungen auftreten. Zusätzlich dazu bietet das moderne Steuerungssystem eine schnelle Übersicht über den Betriebszustand der gesamten Entwässerungseinheit.