Dekanterzentrifugen verbessern den Mikrotunnelbau

Laut Ben Truschel, Equipment Manager der Bradshaw Construction Corporation, ist es an sich ungewöhnlich, für die Arbeiten an einem Mikrotunnelbauprojekt eine Flottweg Zentrifuge in Betracht zu ziehen. „Wenn man an Flottweg Zentrifugen denkt, denkt man meistens an Bergbau, Chemie, Abwasser und andere Branchen“, erklärt Truschel. „Man denkt eher nicht an Tunnelbauprojekte. Beim Mikrotunnelbau dreht sich alles um den Schlamm – den ganzen Schlamm, die ganze Zeit."

Auf seinen Reisen durch Europa und dem Nahen Osten erfuhr Truschel jedoch von einem Mikrotunnelprojekt in Doha (Katar), bei dem erfolgreich Flottweg Dekanterzentrifugen eingesetzt wurden. Der Auftrag wurde dann jedoch storniert und die Ausrüstung war zu einem vergünstigten Preis verfügbar. Daraufhin beschloss Truschel, einen alternativen Anbieter für sein Fachgebiet zu finden. „Abgesehen vom Preis war das Attraktive an Flottweg, dass sie für diesen Auftrag ein komplettes System lieferten. Es umfasste ein Bedienfeld, die Förderpumpe, die Rohrleitungen – also das gesamte System.  So etwas sieht man normalerweise nicht. Die Person, mit der ich zusammenarbeitete, war ein Deutscher und nannte Flottweg den ‚Mercedes unter den Zentrifugen‘.“

 

Truschel gefiel, dass sich im Portfolio von Flottweg alles um Zentrifugen drehte und dass das Unternehmen mit Stolz Trenntechnologien als seine Kernkompetenz bezeichnete. Er entschied sich für die Kombination der Geräte mit Polymermaschinen von ClearWater Industries, einem in Wisconsin ansässigen Hersteller von Wasserklärungsanlagen und chemischen Aufbereitungssystemen. „Wir haben die Geräte der beiden Unternehmen zu einem modularen Paket zusammengeführt“, sagt er. „Ich glaube, das war wahrscheinlich das erste Mal, dass so etwas gemacht wurde. Das Zusammenführen der Technologien von zwei hochspezialisierten Unternehmen wie Flottweg und ClearWater war für unsere Mikrotunnelbauprojekte, die unsere Kernkompetenz sind, absolut sinnvoll.“ 

Das Verfahren des Mikrotunnelbaus

Beim Mikrotunnelbau, der auch als „Tunnelbau des digitalen Zeitalters“ bezeichnet wird, wird ein hochmoderner, ferngesteuerter Rohrvortrieb mit einer Kombination aus SPS, Bedienfeld und einem Bediener eingesetzt. Der Bediener über Tage steuert das Mikrotunnelbausystem mithilfe eines Computers, um die Mikrotunnelbohrmaschine vorwärts zu bewegen und zu steuern, das Rohr vorzutreiben und den Boden auszuheben.  Rund 90 Prozent des Geschäfts der Bradshaw Construction Corporation entfallen auf Mikrotunnelbau, hauptsächlich für Projekte der Wasserversorgung oder Abwasserentsorgung. Die Tunnel, die meistens für zukünftige Versorgungsleitungen geschaffen wurden, haben einen Durchmesser von einem halben bis drei Meter. 

 

Das Fördermittel der Microtunneling-Maschine ist ein Schlamm auf Wasserbasis – ähnlich wie bei einer Bohrung für die Öl- oder Gasförderung, bei der man senkrecht nach unten bohrt. Bradshaw verwendet beim Tunnelbau eine ähnliche Bohrspülung, die im Gegensatz zu der in der HDD-Branche üblichen direkten Zirkulation in umgekehrter Richtung zirkuliert. „Wir müssen die Endflüssigkeit und das Aushubmaterial von der Bohrspülung trennen. Hier kommt Flottweg ins Spiel“, erklärt Truschel. „In der Bergbau- oder Zuschlagstoffindustrie ist das Produkt der Zuschlagstoff – der Feststoff. Das Material wird abgebaut und muss dann oft gereinigt werden, wofür Wasser verwendet wird. Das Wasser wird verschmutzt und muss dann gereinigt werden – in der Regel aus Gründen der Entsorgung oder des Umweltschutzes.

„Bei unseren Projekten ist es genau umgekehrt. Der Schlamm ist das Produkt. Wir versuchen nur, den Boden aus dem Weg zu räumen, damit wir unseren Tunnel einfahren können. Die Herausforderung für uns besteht darin, dass der Boden in der Regel nicht gleichmäßig ist. Er kann aus Sand, Schlick, Ton, hartem oder schwachem Gestein und allem dazwischen bestehen. Bradshaw Construction ist verantwortlich für den Aushub dieses Bodens, das sichere Abstützen des Bodens und den Transport des Aushubs. Da die Maschinen für den Mikrotunnelbau Schlamm fördern, müssen die Feststoffe von der Flüssigkeit getrennt werden. 

„Unser Produkt ist eigentlich der Schlamm“, sagt er. „Er ist die Bohrflüssigkeit. Wir wollen die Bohrflüssigkeit optimal für den Tunnelvortrieb aufbereiten.“ Bei den meisten Projekten von Bradshaw handelt es sich um Neubauten und das Unternehmen verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung. In diesen Jahren haben sie verschiedene Arten von Separationsanlagen ausprobiert.

 

Die erste Stufe der Trennung ist die Abtrennung des eigentlichen Ausbruchsmaterials, das aus der Maschine selbst kommt.  Dieses wird in der Regel in einer 4-, 5- oder 6-Zoll-Schlammleitung zur Anlage geführt, je nach Größe der Maschine.  Je größer die Maschine ist, desto größer kann die Schlammleitung sein. Diese Schlammzufuhr hat in der Regel einen Feststoffgehalt von mindestens 30 %. Die Größe des Materials kann von 5 µm bis zu 7,5 cm reichen. Tonerde und Schlamm haben normalerweise eine Größe von bis zu 74 µm. „Wenn wir abbauen, wird der latente Abraum zunächst in eine Separationsanlage geleitet, die über ein primäres Scalpingdeck verfügt, das alle großen Feststoffe entfernt“, sagt Truschel. „Was übrig bleibt, ist Sand, Schlamm und Tonerde. Nach dem ersten Scalpingdeck werden die Materialien in der Regel mit einer Zentrifugalschlammpumpe aufgenommen und durch eine Reihe von Hydrozyklen auf ein Entsandungsdeck gepumpt. Das ist eine zweite Schicht – das zweite Deck ist so ausgelegt, dass der gesamte Sand entfernt wird.“ 

Was übrig bleibt, ist Material in der Größe von Schlamm und Ton, feine Partikel, die in der Regel 74 µm oder weniger groß sind, nachdem die Separationsanlage einen erheblichen Reinigungsaufwand betrieben hat. „Die einzige Möglichkeit, feine oder kleine Partikel – die eine Größe von 74 µm und weniger haben – aus dem Schlamm zu entfernen, besteht darin, sie mit kleinen Hydrozyklonen mit Feinsiebung zu verarbeiten und sie dann durch eine Zentrifuge zu schicken“, sagt Truschel. Durch die Kombination von Flottweg- und ClearWater-Technologien baute Bradshaw eine Reihe modularer Einheiten, die eine Dekanterzentrifuge verwenden – zwei Modelle von Flottweg (Z4E und Z5E). Das Unternehmen nutzt dieses System seit 2019 und hat jetzt vier Systeme in Betrieb.

Der Separationsprozess

Die Flottweg Zentrifugen der Z-Serie sind modular aufgebaut und lassen sich so an die jeweilige Anwendung anpassen. Bei der Abscheidung von Feststoff-Flüssig-Gemischen mit hohem Feststoffanteil arbeiten Dekanterzentrifugen kontinuierlich mit hohen Zentrifugalkräften zur Abscheidung der fein verteilten Feststoffe aus der Suspension. Die Zentrifugalbeschleunigung trennt die feste Phase und eine oder zwei Flüssigkeiten voneinander ab. Da das Sediment (die feste Phase) eine höhere Dichte hat, sammelt es sich an der Wand der Trommel. Eine Förderschnecke fördert den Feststoff kontinuierlich zu den Auslassöffnungen. Die Flüssigphase(n) fließen entlang der Schnecke. 

 

Ein Dekanter kann als Sedimentationsbehälter betrachtet werden, der um eine Achse gewickelt ist. Im Sedimentationsbehälter bewegen sich die Feststoffpartikel, die schwerer als die Flüssigkeit sind, durch die Schwerkraft nach unten und bilden ein Sediment (feste Phase) am Boden des Behälters. Die festen und flüssigen Phasen werden durch die Zentrifugalbeschleunigung getrennt.  In der rotierenden Trommel der Zentrifuge bewegen sich die Feststoffpartikel, die eine höhere Dichte haben und somit schwerer als die Flüssigkeit sind, aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen. Das Sediment bildet sich an der Innenwand der Zentrifugentrommel. Da in einer Zentrifuge Zentrifugalkräfte von ca. 3000 g ausgeübt werden (die normale Schwerkraft beträgt 1 g), ist die Trennung der festen Partikel von der Flüssigkeit viel schneller und effizienter.

Vorteile des Einsatzes der Zentrifugentechnologie beim Mikrotunnelbau

Das Messen der Ergebnisse ist beim Tiefbau ganz entscheidend, sagt Truschel.  „Wenn man auf eine Baustelle geht und sieht, dass das Abwasser aus der Zentrifuge kristallklar ist, dann ist das ein optimales Ergebnis“, erklärt er. Auch wenn es ungewöhnlich scheinen mag, eine Flottweg Zentrifuge für ein Mikrotunnelprojekt einzusetzen, haben wir eindeutig positive Ergebnisse gesehen."

Truschel sagt, dass das System, das er mit Flottweg-Geräten geschaffen hat, offensichtliche Vorteile hat. 

 

1. Hochwertige Maschinen, die bei minimalen Standzeiten klare Abwässer erzeugen. „Dies sind mobile Geräte, die viel unterwegs sind. Es ist wirklich schwer zu sagen, wie viele Betriebsstunden den Standzeiten gegenüberstehen, aber ich würde sagen, dass es wahrscheinlich weniger als 1 % Standzeit im Vergleich zu den tatsächlichen Betriebsstunden ist“, sagt Truschel. „Wenn das System 100 Stunden ununterbrochen läuft, hat man weniger als eine Stunde Standzeit.“
2. Unterstützung in Bezug auf die Verfügbarkeit von Ersatzteilen und Kundendienst.
3. Individuelle Anpassung. „Viele andere Anbieter liefern eine Zentrifuge und ein Bedienfeld, und um den Rest muss man sich dann selbst kümmern“, sagt Truschel. „Flottweg hat uns sehr geholfen, indem das Unternehmen maßgeschneiderte Geräte für uns gebaut hat, was ebenfalls für Flexibilität sorgt.“
4. Leistung. „Die Hauptsache ist, dass die Anlage Leistung liefert“, sagt er. „Wir wollen die Feststoffe aus der Flüssigkeit entfernen. Wir müssen sicher sein, dass wir genügend Feststoffe entfernen können, um ein klares Abwasser zu erhalten.“

Beim Mikrotunnelbau wird das saubere Abwasser zurück in den Bohrflüssigkeitstank geführt. „Am Ende des Projekts, wenn der Tunnel fertiggestellt ist, bleibt diese ganze Bohrflüssigkeit übrig. Wir können sie nicht einfach auf den Boden kippen“, sagt Truschel. „Mit einer hochwertigen Zentrifuge von Flottweg und einer hochwertigen Flockungseinheit von ClearWater können wir 99 % der Feststoffe aus der Bohrflüssigkeit entfernen. Man kann sie in ein Filtersystem einleiten und dann buchstäblich direkt in einen Regenwasserkanal zurückleiten.“ Dadurch werden auch die Entsorgungskosten erheblich gesenkt.

 

Autor:

Daniel Lakovic, Business Development Manager bei Flottweg Separation Technology Inc.