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

Standort

Firmengeschichte 1988 Gründung 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 1998 Gründung 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

Geschäftsfelder 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

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

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)

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

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

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

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

Grundlagen und Übersicht Elektrotechnischer Systemaufbau

AQUALOGIC Weitere Optimierung durch AQUALOGIC Zusatzmodule 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

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

AQUALOGIC Mögliche Anlagentypen 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 Maske „Leitstand“

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

AQUALOGIC Tagesgang mit Sauerstoff-Redox-Regelung

AQUALOGIC Tagesgang mit Reglerart Sauerstoff-Nitrat

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

AQUALOGIC Tagesgang Reglerart Sauerstoff-Ammonium-Nitrat

KA Osterhofen: Technische Daten 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: Fließbild

KA Osterhofen: Kurvenverläufe

KA Osterhofen: NO3-N Ablaufwerte

KA Osterhofen: NH4-N Ablaufwerte

KA Osterhofen: Ablaufwerte Vergleichs-Zeitraum CSB [mg/l] NH4-N [mg/l] NO3-N [mg/l] Nges [mg/l] Durchschnitt von Oktober bis Dezember 2003 ohne AQUALOGIC 25,1 1,7 4,3 6,1 Durchschnitt von Oktober bis Dezember 2004 mit AQUALOGIC 21,4 0,4 0,7 1,1 Änderung - 15 % - 76 % - 84 % - 82 %

KA Bad Feilnbach Ablaufwerte

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

KA Zell Bullay Energieverbrauch

KA Zell Bullay Tagesgang mit „Sektunfall“

KA Zell Bullay Fällmittelmenge Installation AQ und Belüftung

AQUALOGIC Beispiele für erreichte Energie-Einsparungen 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

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

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 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

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

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

Beobachtung Eingetragenes Luftvolumen auf Belebtschlammanlagen schwankt stark mit der Temperatur

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

C P N O2 Lyse Mögliche Einflussfaktoren Endogene Atmung Absterben Wachstum

Abhängigkeit Exponentielle Darstellung

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

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