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Abwasserentsorgung I Siedlungshydrologie Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Dresden, Dezember.

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Präsentation zum Thema: "Abwasserentsorgung I Siedlungshydrologie Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Dresden, Dezember."—  Präsentation transkript:

1 Abwasserentsorgung I Siedlungshydrologie Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Dresden, Dezember Fallstudie 2 Modellierung 3 Stoffhaushalt 4 Kanalnetzbewirtschaftung

2 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 2 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie

3 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 3 Emission Immission Ansatz der Wasserrahmenrichtlinie Veränderte Systemanforderungen

4 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 4 Dimensionierung Simulation, da kritische Bedingung nicht offensichtlich Abflussganglinie und Extremwert Fließgewässer

5 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 5 Ziele der Steuerung Minimierung des Entlastungsvolumens Minimierung der Gesamtemission Betriebsoptimierung: Das beste aus dem System rausholen Priorisierung der Ableitung nach Verschmutzungsgrad Optimierung der Fließgewässerqualität Ausgleich oder Maximierung des Kläranlagenzuflusses

6 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 6 Stauraumaktivierung Aktivierung von Speicherraum, der bei kleinen und mittelintensiven Ereignissen nicht zur Ableitung benötigt wird

7 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 7 Lokale Steuerung T u Verzugszeit T g Ausgleichszeit

8 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 8 Verbundsteuerung

9 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 9 Abflusssteuerung erfordert.... Messtechnik Wuppersammler Reuschenberg: Durchflussmessung Stellorgane Hebewerk Leittechnik und Analyse Fotos aus dem Wupperverbandsgebiet Prozessbild RÜB Brücke

10 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 10 Abflusssteuerung erfordert....

11 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 11 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie

12 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 12 Abflusssteuerung Wirkung wie Rückhaltevolumen aber flexibler und ereignisabhängig steuerbar Gute Voraussetzungen ( PASST) großes Rückhaltevolumen lange Aufenthaltszeit unterschiedlich leistungsfähige Fließgewässer nicht sehr intensive Ereignisse Vorsicht bei Interaktion mit Sedimenten biochemische Prozesse, Geruch, Korrosion

13 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 13 Steuerungspotenzial

14 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 14 Grundsätzlicher Planungsverlauf Schritt 1: Erste Abschätzungen Schritt 2: Vorstudie Schritt 3: Detailstudie

15 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 15 Schritt 1: Erste Abschätzungen PASST DWA AG ES 2.4 Abflussteuerung

16 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 16 Schritt 2: Vorstudie

17 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 17 Schritt 3: Detailstudie

18 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 18 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie

19 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 19 Erste Abschätzung mit PASST

20 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 20 Ergänzende Informationen Literatur Beispiele Galerie Anwendung von PASST

21 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 21 AST in Deutschland Der DWA AG ES 2.4 sind 42 in Planung befindliche Studien umgesetzte Projekte bekannt Weitere 4 Projekte im Ausland dokumentiert

22 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 22 AST in NRW Ruhrgebiet

23 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 23 Auszug aus Bewertungstabelle PASST A.Entwässerungsgebiet B.Abwasseranfall C.Kanalnetz D.Betriebliches Netzverhalten E.Gewässer F.Kläranlage vermutlich nicht steuerungswürdig vermutlich steuerungswürdig für Steuerung prädestiniert

24 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 24 Bewertungstabelle PASST

25 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 25 Bewertungstabelle PASST

26 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 26 Bewertungstabelle PASST (*) Möglicher Mischwasserzufluss und Faktor f S,QM gemäß Arbeitsblatt DWA A198

27 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 27 Bewertungstabelle PASST Punkte 0 – 24 vermutlich nicht steuerungswürdig 25 – 35 vermutlich steuerungswürdig > 35 für Steuerung prädestiniert

28 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 28 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie

29 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 29 Fallbeispiel: Verbundsteuerung Dresden Stauraumbewirtschaftung in Kanälen: m 3 In Becken: m3 © itwh

30 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 30 Gesteuerte Systembereiche Ca. 75 % des Einzugsgebietes können durch die Bewirtschaftungsmaßnahmen erfasst werden © itwh

31 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 31 Die Becken sind an 2 zentralen Standorten am Abfangsammler angeordnet Steuerungskonzept Dresden © itwh

32 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 32 Die Abfangsammler vereinigen sich direkt vor der Kläranlage Steuerungskonzept Dresden © itwh

33 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 33 Die aktivierbaren Volumina liegen beidseitig der Elbe, angebunden an die Abfangsammler Steuerungskonzept Dresden © itwh

34 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 34 Die Aktivierung der Volumina erfolgt mit 20 Regelorganen © itwh Steuerungskonzept Dresden

35 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 35 Die notwendigen Messdaten werden an ca. 30 Standorten gewonnen Steuerungskonzept Dresden © itwh

36 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 36 Aufgrund der Komplexität des Systems ist die optimale Nutzung der Speicherräume nur mit Hilfe einer Verbundsteuerung möglich Steuerungskonzept Dresden © itwh

37 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 37 Sämtliche Mess- und Steuerstellen sind an das zentrale Leitsystem der Kläranlage angebunden In dieses Netzwerk ist auch der Steuerungsrechner eingebunden Unter Verwendung einer Regelbasis werden anhand von systemweiten Messwerten Steuerungs- entscheidungen getroffen Die Steuerungsentscheidungen werden an die lokalen Unterzentralen zur Umsetzung übermittelt Steuerungskonzept Dresden © itwh

38 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 38 © itwh Verbundsteuerung

39 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 39 ® itwh Fuzzy control als Regelungsansatz

40 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 40 Ausschnitt aus einer Regelbasis aus Beeneken et al. (1994)

41 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 41 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie

42 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 42 Grenzen der herkömmlichen Steuerung Schlechte Korrelation zw. Verminderung des Entlastungsvolumens und Zunahme des Sauerstoffgehaltes !

43 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 43 Grundsatz Nutzen der Variabilitäten ! Räumliche Variabilität stark verschmutztes Abwasser zur Kläranlage schwach verschmutztes Abwasser entlasten Zeitliche Variabilität Tageszeit ist maßgebend für die Entscheidung, ob entlastet wird Gute Wirkung bei räumlich variablem Niederschlag Regenintensität und –höhe relativ gering

44 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 44 Tagesgang von Stofffrachten

45 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 45 Zeit Konz., Fracht Fracht Konzentration Zeit Abfluss NH 4 -Belastung der Kläranlage bei Mischwasser

46 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 46 Höherbelastung der Kläranlage (Bruns, 1999)

47 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 47 Drosselorgan Stofffluss Informationsfluss Dhünn VKLA RÜB Kläranlage (BKLA) Entlastung BB NKB Einleitung Kläranlage Steuerung von Kanalnetz und Kläranlage RÜB Hahnenberg Entlastung NH 3 A Staukanal Sammler 1 L B Entlastung VBKLA NH 3 D CSB NH 4 NH 3 C (Erbe, 2005)

48 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 48 Ergebnisse integrierte Steuerung KA RÜB Osenau NH 3 -N SS QC im FG

49 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 49 Messungen im System Steuerungs- strategie Steuerungs- alternativen Reale Welt Virtuelle Welt Beste Alternative Prädiktive Steuerung Umsetzung Regen- messungen Regen- vorhersagen Konventionelle Steuerung Ka-, KA-, FG- Simulation Online- Übertragung Prädiktive Simulation Prädiktive Simulation, Zeitgewinn Überprüfung, Abgleich (über Online-Modell)

50 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 50 Wirkung der prädiktiven Steuerung Rauch und Harremoës (1999) Ohne SteuerungMit prädiktiver Steuerung Sauerstoff im Fließgewässer

51 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 51 Integrierte Steuerung Modellkalibrierung Itwh – ISI

52 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 52 Prognose der Ablaufkonzentration zur Kapazitätsermittlung Itwh – ISI

53 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 53 Integrierte Steuerung NH 4 -N-Frachten ins Gewässer Itwh – ISI

54 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 54 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie

55 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 55 Folgerungen Steuerung und Simulation gewinnen angesichts der WRR an Bedeutung Verbesserung der Wirkung bzgl. Gewässerqualität mittels prädiktive Simulation Abflusssteuerung nutzt Reserven im System und hat sich in mehreren Systemen bewährt Verbesserungen bei Online-Messungen und integrierter Simulation nötig Erfolg der Abflusssteuerung ist system- und ereignisabhängig

56 Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie Kap. 4 Kanalnetzbewirtschaftung © PK, 2007 – Seite 56 Dank DI Martin Lindenberg, itwh Dresden Dr. Volker Erbe, Wupperverband für die Bereitstellung von Bild- und Informationsmaterial


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