Sewatec-pompen van KSB helpen bij het reinigen van het Ontariomeer

Een schone oplossing voor het probleemgebied Hamilton Harbour

De 45 kilometer lange kustlijn rond Hamilton Harbour aan het Canadese gedeelte van het Ontariomeer is al eeuwenlang een belangrijk gebied voor de omliggende steden. De industrialisatie en groei van de stad Hamilton en zijn haven, ooit een rijke bron van verse vis en een plaats van ontspanning en recreatie voor de lokale bevolking, hebben een negatieve invloed gehad op het leven in het gebied. Halverwege de twintigste eeuw had het ecosysteem van Hamilton Harbour ernstig te lijden onder de afzetting van giftige stoffen, neerslag, verlies van habitat, verslechtering van de waterkwaliteit en diverse andere factoren waaraan het ecosysteem tientallen jaren was blootgesteld.

In 1987 werd het 500 vierkante kilometer grote gebied van Hamilton Harbour door de International Joint Commission (IJC), een organisatie die toezicht houdt op een overeenkomst tussen Canada en de Verenigde Staten ter garantie van de waterkwaliteit in de Grote Meren, aangemerkt als een van 43 probleemgebieden ("areas of concern"). De opname op de lijst met plaatsen waar het gebruik en de ecologische toestand van de Grote Meren vanwege milieuproblemen aanzienlijk zijn aangetast, was een alarmsignaal voor de stad. Daarom zijn de afgelopen jaren grootschalige milieuprojecten uitgevoerd. De grootste hiervan is het meerfasige "Clean Harbour"-programma.

Het grote afvalwaterzuiveringsproject

In 2008 presenteerde de stad een rapport over een milieuonderzoek naar het servicegebied van de waterzuiveringsinstallatie van Woodward, met als doel een plan op te stellen voor modernisatie van de installatie. De in het rapport aanbevolen investeringen zijn bedoeld om regenwatersystemen te bouwen, extra behandelingscapaciteit te creëren en te voldoen aan de behandelingsdoelen die zijn uiteengezet in het actieplan voor sanering van Hamilton Harbour (Hamilton Harbour Remedial Action Plan), door het Ministerie van Milieu van Ontario (Ministry of Environment, Conservation and Parks) en in de federale milieuwetgeving (Federal Environmental Protection Act).

De waterzuiveringsinstallatie die zich in het zuidoostelijke gedeelte van de haven bevindt, is de grootste installatie in het stroomgebied van Hamilton Harbour en een van de grootste in Ontario. De grootste opslaglocatie voor giftig afval aan de Canadese zijde van de Grote Meren bevindt zich eveneens in de haven. Aangezien de installatie belast is met de zuivering van de grootste van de afzonderlijke toevoerstromen in Hamilton Harbour, heeft de kwaliteit van het behandelde afvalwater een directe en doorslaggevende invloed op de waterkwaliteit in de haven en de lokale milieusituatie. Het project voor modernisering van de waterzuiveringsinstallatie van Woodward Avenue is een meerjarenproject dat uit meerdere fasen en een reeks subprojecten bestaat met elk hun eigen specificaties en tijdlijnen.

De investering van 340 miljoen dollar in de modernisering van de installatie is onder andere bedoeld om het tweedelige afwaterzuiveringsproces uit te breiden met een derde behandelingsstap. Dit verbetert niet alleen de afvalwaterzuivering door de installatie, maar zorgt ook voor naleving van de strikte limieten voor lozing van fosfor, ammoniak en gesuspendeerde vaste stoffen, zoals uiteengezet in het actieplan voor sanering van Hamilton Harbour. Een belangrijk subproject is de constructie van een nieuw afvalwaterpompstation met een regelsysteem voor de opvang van het afvalwater bij zware regenval en overstromingen. Om ervoor te zorgen dat de afvalwaterzuivering goed werkt en dat onbehandeld afvalwater niet wegstroomt in de haven, is een krachtig pompstation dat is ontworpen voor huidige en voorspelde afvalwatervolumes van cruciaal belang. De bouwwerkzaamheden voor de modernisering werden in mei 2017 gestart en de afronding van het project was gepland voor juli 2021.

Het pompstation van Woodward Avenue

De bestaande waterzuiveringsinstallatie, die bijna 60 jaar oud is, heeft een gemiddelde nominale capaciteit van 409 miljoen liter per dag en een maximale capaciteit van 614 miljoen liter per dag. Als deze waarden worden overschreden, wordt het overtollige water, een mengsel van industrieel en huishoudelijk afvalwater en oppervlaktewater, in de haven afgevoerd. Om te voldoen aan de voorspelde vereisten voor afvalwaterzuivering op lange termijn, wordt de installatie uitgebreid naar een maximale capaciteit van 1.700 miljoen liter per dag. Om aan deze eisen te voldoen, moest een uiterst efficiënt pompstation worden ontworpen met pompen die zich hebben bewezen in de behandeling van grote hoeveelheden onbehandeld afvalwater. Na een grondig onderzoek van verschillende pompalternatieven op de markt koos Maple Reinders, de installatiebouwer van het pompstation, samen met de stad Hamilton, het Canadese bedrijf KSB Pumps Inc. als pompleverancier. De doorslaggevende factoren waren de technologie en expertise van KSB op het gebied van het ontwerp van pompstations.

Het bestaande pompstation op Woodward Avenue is vrij ongebruikelijk vanwege de cirkelvormige constructie. Deze constructie is ongetwijfeld gunstig gebleken, want ook voor het nieuwe pompstation is gekozen voor een circulaire constructie. Het bestaat uit een gedeelde, ronde natte put, die is opgesteld in een ronde droge put, waarin 12 verticale, droog opgestelde KSB-pompaggregaten van de serie Sewatec K700-950 G1 VGW voor het transporteren van media met vaste stoffen zijn geïnstalleerd. Het pompstation bevindt zich in totaal 81 meter boven zeeniveau en de ondergrondse natte put, op bijna 30 meter, ligt aanzienlijk dieper dan bij het vorige station. Deze grotere en diepere natte put voorkomt overstroming van de pompinstallatie en biedt een grotere opslagcapaciteit.

Het ontwerp met een natte put die in een droge put is geïntegreerd biedt talrijke voordelen. Ten eerste bieden pompen in droge opstelling, in tegenstelling tot nat opgestelde pompen, eenvoudige toegang tot alle pomponderdelen tijdens onderhoud en reparatie op locatie. Ten tweede kunnen componenten die uit de droge put moeten worden verwijderd, eenvoudig met een kraan naar buiten worden gehesen. Dankzij het gedeelde ontwerp van de natte put, waarbij aan elke zijde zes pompen zijn aangesloten, kan de helft van de put voor reinigingsdoeleinden uit bedrijf worden genomen zonder nadelige gevolgen voor de prestaties van het pompstation.
 

Een uitzonderlijk ontwerp vereist uitzonderlijke oplossingen

Vanwege de nogal onconventionele constructie van het pompstation werd KSB bij het ontwerp van de pompbevestiging geconfronteerd met een aantal ontwerpuitdagingen. Eerst moest de vraag worden beantwoord hoe de pompen aan de buitenkant van de natte put moeten worden ingedeeld. Het antwoord was een opstelling met persaansluitingen/zuigaansluitingen in verschillende installatiehoeken. Dit betekende dat voor deze installatie speciale flensvoeten moesten worden gebouwd. Hiervoor heeft KSB een op maat gemaakt pomphuis ontworpen met een geïntegreerde flensbasis voor elke pomp. Hiermee kunnen de pompen direct worden verankerd op de op locatie gegoten fundamentsokkels - een concept dat alleen wordt geleverd door KSB.

Voor een optimale werking van het afvalwaterpompstation zijn 10 pompen in continubedrijf vereist en twee extra pompen in stand-bymodus. De pompen moesten een totale capaciteit van 23.600 l/s kunnen leveren en vaste stoffen met een grootte van 190 mm kunnen verpompen. Het derde belangrijke probleem waarvoor een oplossing moest worden gevonden was de fluctuerende toevoer. Wanneer de toevoer van afvalwater laag is, bestaat er een risico op cavitatie, maar bij zware regenval moeten grote toevoervolumes worden verwerkt. Door gebruik te maken van vier toerentalgeregelde aandrijvingen wordt de pompcapaciteit automatisch aangepast aan het toevoervolume. Ten slotte was een hoog pomprendement vereist.

Vanwege de mogelijkheid grote vaste stoffen te transporteren en het debiet te regelen, kunnen operators van de zuiveringsinstallatie de afvalwatercollectoren legen voor reinigingsdoeleinden. Dit wordt gedaan door het bedrijf en de aansturing van de afvalwatercollectoren te bedienen. In de bestaande installatie is het niet mogelijk om het afvalwaterpeil in de natte put te verlagen teneinde het debiet in de afvalwatercollectoren te regelen. Als er tijdens zware regenval verhoogde toevoervolumes en debieten optreden, kunnen de afgezette vaste stoffen niet meer in de afvalwatercollectoren worden vastgehouden. De verontreiniging gaat dan rechtstreeks naar de hoofdzuiveringsinstallatie en veroorzaakt daar een overbelasting. Door het ontwerp van het nieuwe pompstation kunnen de afvalwatercollectoren, indien nodig, worden geleegd en kan de extra zandlading uit het systeem worden verwijderd.

KSB-pompen van het type Sewatec met verstoppingsvrije waaiers

Alle verticaal opgestelde Sewatec-pompen worden geleverd met een 15 m lange carbon aandrijfas, een motor met 700 pk (522 kW), een gedeelde mechanische asafdichting, een geoptimaliseerde, lange versnellingsbocht (1050 x 750 mm) en trillingsbewaking. De versnellingsbochten zijn uitgevoerd met een reinigingsopening van 200 mm. De motoren worden in een verhoogde positie in de droge put geplaatst, zodat ze geen hinder ondervinden van een mogelijke overstroming van de natte put. Hoewel de pomp is ontworpen voor een droge installatie, staat de mechanische asafdichting via een spoelleiding in contact met schoon water van een externe bron. Extra ingebouwde afdichtingselementen bieden aanvullende bescherming en voorkomen dat er afvalwater uit de pomp ontsnapt. Vanwege het grote aantal beschikbare installatietypen en de diverse typen waaiers voor het transport van onbehandeld afvalwater en transportmedia zoals organische vaste stoffen/slib, is de Sewatec de perfecte oplossing.

"Voor dit contract moest aan verschillende criteria worden voldaan: Hoog pomprendement, goede NPSH-prestaties en het vermogen om vaste stoffen in niet-gezuiverd afvalwater en regenwater te transporteren", legt Marcus Henderson, Regional Sales Manager van KSB Pumps Inc., Canada, uit. Elke pomp is voorzien van een verstoppingsvrije, 898 mm grote meerkanaalwaaier (K-waaier) met een vrije doorgang van 190 mm. De pomp heeft een capaciteit van 1.968 l/s en een totale opvoerhoogte van 21 meter. In het bovenste gebied van het normale bedrijfsbereik wordt een totale opvoerhoogte van 26,25 meter bereikt en in het onderste gebied een totale opvoerhoogte van 16 meter.

"De Sewatec-pompen van KSB zijn ideaal voor deze taak en hebben zich al bewezen in waterzuiveringsinstallaties over de hele wereld", aldus Marcus Henderson. "Deze droog opgestelde pompen zijn uitgerust met toerengeregelde IE4-motoren. Het geoptimaliseerde hydraulische systeem levert een hoog rendement, wat resulteert in een lager energieverbruik en lagere bedrijfskosten. Volgens de voorwaarden voor de opdracht was een hydraulisch rendement van 86% vereist, waarbij KSB op basis van het ontwerp van de pompen 86,97% kon garanderen. Onder de opdrachtvoorwaarden behaalden de pompen in de KSB-fabriek in Halle een rendement van 89,1%, d.w.z. ca. 2,1% hoger dan wij hadden gegarandeert."

Voor de mechanische asafdichtingen werkte KSB samen met een lokale leverancier van afdichtingen aan een speciaal ontwerp dat is aangepast aan de pompinstallatie en de pompas. Er werd gekozen voor gedeelde mechanische asafdichtingen boven het lagerhuis, die op locatie toegankelijk zijn en kunnen worden vervangen. Het ontwerp van de droogput biedt het voordeel dat zowel de afdichtingen als de lagers gemakkelijk toegankelijk zijn voor onderhoud.

In het voorjaar van 2020 werd de constructie van de droge en natte putten, inclusief de betonnen fundamentsokkel voor de pompen, voltooid. Hierna werd begonnen met de werkzaamheden in de bovengrondse bedrijfs- en bewakingsgebieden. De eerste pomp werd met een kraan in de installatiepositie gehesen en boven op de flensvoeten verankerd. De volledige installatie van alle pompen, aandrijvingen en assen is gepland voor 2021.