Leistungssteigerung von Kläranlagen durch bedarfsgerechte Regelung

1. Leistungssteigerung von Kläranlagen durch bedarfsgerechte Regelung Martin Michel Dipl.-Ing. Verfahrenstechnik Rimpar

2. Standort

3. 1988Gründung INTECH PEV GmbH 1991 Patent FUZZY-LOGIC in der Abwasserreinigung ab 1993 Kooperation mit der Universität Würzburg/ Lehrstuhl für Biotechnologie Ende 1996 Regler/Labormaßstab 1997 Pilotanlage - KA Aub, 6.000 EW 1998Gründung INTECH BTS GmbH 1999 Beratung der KA Würzburg, 360.000 EW Umweltpreis der Bayerischen Landesstiftung 2004 INTECH BTS GmbH wird ein Unternehmen der Passavant-Roediger-Gruppe und firmiert seitdem als PASSAVANT-INTECH GmbH Nov 2005 Eröffnung der Außenstelle Nord-West  bisher über 230 AQUALOGIC-Installationen Firmengeschichte

4. Beratung und Entwicklung im Bereich Regelungs- und Automatisierungstechnik für biotechnologische Prozesse Regelungstechnik für die Abwasserreinigung Belüftungstechnik für die Abwassserreinigung Bioverfahrenstechnische Beratung und Entwicklung in der Abwasserreinigung Konzeptentwicklung zur Optimierung von Kläranlagen Beratung von Planern und Ausrüstern Erstellung von Gutachten und Betriebsanweisungen Geschäftsfelder

5. Allgemeine Einflussfaktoren auf die Belebung Hydraulische Spitzen Frachtschwankungen Bioreaktor Kläranlage Prozesswässer Verdünnung Temperatur Grenzwerte O2-Konzentration Grundlagen und Übersicht

6. Grundlagen und Übersicht • Grundsätzliche „Stellschrauben“ zur Beeinflussung der biologischen Reinigungsleistung einer Belebungsanlage • Bauvolumen (Erhöhung oder Reduzierung) • Erhöhung der Sauerstoffzufuhrkapazitäten • MSR-Technik • Verfahrensumstellung, -anpassung • Veränderung der biologischen Masse • Beeinflussung der internen Volumenflüsse (Rezirkulation, Schlammrückführung, Prozesswässer) • Verwendung von Zusatzstoffen (Fäll- und Flockungsmittel,externe C-Quellen, firmenspezifische Hilfsmittel)

7. Angestrebte Ziele durch neue MSR-Technik Erhöhung der biologische Aktivität/Effizienz durch regelungstechnische Optimierung der Abbauprozesse Niedrigere Ablaufwerte Verbesserung der Prozessstabilität Erhöhte Betriebssicherheit durch umfassende Prozessautomatisierung Energieeffizienz Grundlagen und Übersicht

8. Niedrigere, gleichmäßige Ablaufwerte Höhere Prozessstabilität Optimierter Energieeinsatz Grundlagen und Übersicht = Fuzzy-Logic-Regelungssystem für den belastungsabhängigen intermittierenden Betrieb

9. Ammonium Phosphat Redoxpotential Sauerstoffgehalt Nitrat Verlauf des O2-Gehaltes Abschaltpunkt Redoxpotential- verlauf Nitratknie Minimale Denitrifika- tions- dauer Dynamische Nitratknieerkennungs- phase Dynamische Belüftungsphase Dynamische Phosphatrücklöse- phase Minimale Bio-P- Dauer Minimale Dauer Belüftungsphase Zeit Aerobe Phase Belüftungsphase Anoxische Phase Denitrifikationsphase Anaerobe Phase Phosphatrücklösephase AQUALOGIC Biologischer Abbau von Inhaltsstoffen Ammonium, Nitrat, Phosphat und Redoxpotentialverlauf im aerob/anaerob-Zyklus, Verlauf O2-Gehalt, Regelphasen

10. Verfahrenstechnik Umwelttechnik Biologie Biotechnologie Reglersystem AQUALOGIC Software- Entwicklung Mess- und Regelungs-technik Elektrotechnik Grundlagen und Übersicht Interdisziplinäres Team Universität Würzburg BITControl

11. Grundlagen und Übersicht • AQUALOGIC Software-Systemaufbau • Softwarewerkzeug läuft auf Microsoft Betriebssystemen • eigenständiges Programm wie z. B. Excel • Softwareschnittstellen DDE/OPC • einfache Koppelung an Leitsysteme oder SPS

12. Grundlagen und Übersicht Elektrotechnischer Systemaufbau

13. Prozesswasser-/Trübwasserdosierung P-Fällmitteldosierung über Phosphatmessung und Zulaufmenge P-Fällmitteldosierung über Sauerstoffmessung und Zulaufmenge C-Quellendosierung Rezirkulationsregelung Überschussschlamm-/Rücklaufschlammregelung Zulaufmanagement/Abwasserzwischenspeicherung AQUALOGIC für SBR-Anlagen AQUALOGIC Weitere Optimierung durch AQUALOGIC Zusatzmodule

14. Prozesswasser- toolfür bedarfsgerechtes Dosieren C-Quellen Dosierung Fällmittel- dosierungstool für online- Messgeräte DDE/OPC- Schnittstelle für Kopplungen AQUALOCIC für SBR-Anlagen AQUALOGIC Weitere Optimierung durch AQUALOGIC Zusatzmodule Clearget Elektro-nisches Tagebuch Fällmittel- dosierungstool für belastungs-abhängige Dosierung PLS Überschuss-schlamm Rücklaufschlamm- Regelung Zulauf- management Abwasser-zwischen-speicherung Tropfkörpertool zur belastungs-abhängigen Parallelbeschik-kung Rezirkulations- Regelung

15. Bereits ausgerüstete Kläranlagen: Ausbaugrößen zwischen 300 und 360.000 EGW Volldurchmischte Belebungsbecken Rohrreaktor Gegenstromreaktor (Schreiber-Anlagen) Kaskaden Belüftete durchmischte Abwasserteiche (Nordenskjöld) Kombination Tropfkörper/Belebung Weitere Ausrüstung Belüftungsarten: Druckbelüftung, Oberflächenbelüfter Sensorik: Redox, Sauerstoff, Ammonium, Nitrat, … AQUALOGIC Mögliche Anlagentypen

16. AQUALOGIC Maske „Leitstand“

17. AQUALOGIC Maske„Einstellungen für belüftete und unbelüftete Phasen“

18. AQUALOGIC Tagesgang mit Sauerstoff-Redox-Regelung

19. AQUALOGIC Tagesgang mit Reglerart Sauerstoff-Nitrat

20. AQUALOGIC Maske “Ammonium-Nitrat-Regler - belüftete Phase”

21. AQUALOGIC Tagesgang Reglerart Sauerstoff-Ammonium-Nitrat

22. Schreiberanlage, aerob stabilisierend 2 Rundbecken mit Umlaufbrücke, O2-Minimator abgelöst Sensorik: Sauerstoff, Redoxpotential Ausbaugröße/Belastung: 16.000 EW / 12.000 EW VBB 1+2: 2 x 2.500 m3 Gebläse: BB 1+2: je 2 Gebläse, einstufig Vlmax = 4 x 12,5 Nm3/min Trockenwetterzufluss: ca. 2.600 m3/d KA Osterhofen: Technische Daten

23. KA Osterhofen: Fließbild

24. KA Osterhofen: Kurvenverläufe

25. KA Osterhofen: NO3-N Ablaufwerte

26. KA Osterhofen: NH4-N Ablaufwerte

27. KA Osterhofen: Ablaufwerte

28. KA Bad Feilnbach Ablaufwerte

29. KA Zell Bullay Energieverbrauch und Ablaufwerte Installation AQ und Belüftung Installation AQ und Belüftung

30. KA Zell Bullay Energieverbrauch

31. KA Zell Bullay Tagesgang mit „Sektunfall“

32. KA Zell Bullay Fällmittelmenge Installation AQ und Belüftung

33. KA Wertheim, 28.000 EW: Belebung, vorgeschaltete Denitrifikation; 20% Energieeinsparung gesamt, -37% Nges im Ablauf KA Kirrweiler, 25.000 – 100.000 EW: Belebung, vorgeschalteter Tropfkörper; 16% Energieeinsparung gesamt, -53% Nges im Ablauf KA Aub, 6.000 EW: Rechteckbecken, intermittierender Betrieb optimiert; 4% Energieeinsparung bei deutlich geringeren Schwankungen, -40% Nges im Ablauf KA Schwarzacher Becken, 18.000 EW: Rohrreaktor; 39% Energieeinsparung in der Biologie, -49% Nges im Ablauf KA Würzburg, 360.000 EW: 4 Straßen, Kaskaden; 12,5% Energieeinsparung (Gebläse), spezifischer Energieverbrauch um 16,1% gesenkt, -32% Nges im Ablauf AQUALOGIC Beispiele für erreichte Energie-Einsparungen

34. Grundlagen und Übersicht • Referenzliste – Auswahl verschiedener Kläranlagen Reduktion der Gesamtstickstoff-Ablaufwerte durch den Einsatz des AQUALOGIC-Reglersystems bei gleichzeitig niedrigerem Energieverbrauch

35. Grundlagen und Übersicht Gemeinde/Kommune - Verbände - private Betreiber u. A. Senkung eines Ablaufparameters um 20 % (Garantie von Passavant Intech und BITControl) V O R T E I L E Landratsamt Umweltamt Wasserwirtschaftsamt Passavant-Intech GmbH und BITControl • sehr günstige Modernisierungsmaßnahme • ertüchtigte Kläranlage auf dem Stand der Technik • reduzierte Betriebskosten und Einsparungen in der Zukunft • dauerhaft gesenkte Ablaufwerte • stabiler Reinigungsprozess • dynamische Reaktion auf Belastungsschwankungen • erhöhte Betriebssicherheit

36. Problemstellung Einfluss der Temperatur bzw. Jahreszeit auf Reinigungsleistung erkennbar Vor allem kritisch: Phasen mit „starker“ Temperaturänderung warm  kalt: Ammonium verschlechtert sich kalt  warm: Nitrat verschlechtert sich Bei einigen Anlagen: Verschlechterung der Schlammeigenschaften im Winter durch verstärktes Auftreten von fädigen Organismen (z.B. Microthrix parvicella)  AQUALOGIC-Einstellungen mussten für eine mittlere Temperatur justiert werden

37. Ziel Automatische Anpassung von AQUALOGIC an sich ändernde Temperaturen. Ganzjährig gute Reinigungsleistung Positiver Effekt auf Schlammeigenschaften vor allem im Winter Verringerung des Wartungsaufwandes Finden der geeigneten Stellschraube und eines Algorithmus für automatische Anpassung

38. Beobachtung Eingetragenes Luftvolumen auf Belebtschlammanlagen schwankt stark mit der Temperatur

39. Mögliche Einflussfaktoren für die Schwankungen des Luftvolumens Sauerstoff löst sich warmen Wasser schneller (Brown´sche Molekularbewegung) Löslichkeit von Sauerstoff in kaltem Wasser höher Schwankender Zulauf und verschiedene Abbauleistung abhängig von der Jahreszeit Endogene Atmung

40. C P N Lyse Absterben Wachstum Mögliche Einflussfaktoren Endogene Atmung O2

41. Abhängigkeit Exponentielle Darstellung

42. Anpassung • Bisher • Parameter „Kompressorleistung“ als fester Wert eingestellt. • Nachführung per Hand • Neuerung • Parameter „Kompressorleistung“ wird über Algorithmus ständig an Temperatur angepasst

43. Hintergrund, PRS-Logo und Begrenzungslinien sind auf der Master-Folie definiert. Diese auf keinen Fall ändern ! Vielen Dank Martin Michel, Dipl.-Ing. Passavant-Intech GmbH Kettelerstrasse 5-11 97222 Rimpar Tel. +49-9365-80 82 68 Fax. +49-9365-80 82 50 m.michel@passavant-intech.de