Abwasserentsorgung I Siedlungshydrologie Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Abwasserentsorgung I Siedlungshydrologie 1 Fallstudie 2 Modellierung 3 Stoffhaushalt 4 Kanalnetzbewirtschaftung Peter Krebs Dresden, Dezember 2006

4 Kanalnetzbewirtschaftung Peter Krebs Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen

Immission Emission Ansatz der Wasserrahmenrichtlinie Veränderte Systemanforderungen Emission

Abflussganglinie und Extremwert „Dimensionierung“ Fließgewässer Simulation, da kritische Bedingung nicht offensichtlich

Ziele der Steuerung Betriebsoptimierung: „Das beste aus dem System rausholen“ Minimierung des Entlastungsvolumens Ausgleich oder Maximierung des Kläranlagenzuflusses Priorisierung der Ableitung nach Verschmutzungsgrad Minimierung der Gesamtemission Optimierung der Fließgewässerqualität

Stauraumaktivierung Aktivierung von Speicherraum, der bei kleinen und mittelintensiven Ereignissen nicht zur Ableitung benötigt wird

Lokale Steuerung Tu Verzugszeit Tg Ausgleichszeit

Verbundsteuerung

Abflusssteuerung erfordert .... Messtechnik Wuppersammler Reuschenberg: Durchflussmessung Stellorgane Hebewerk Fotos aus dem Wupperverbandsgebiet Leittechnik und Analyse Prozessbild RÜB Brücke

Abflusssteuerung erfordert ....

4 Kanalnetzbewirtschaftung Peter Krebs Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen

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

Steuerungspotenzial

Grundsätzlicher Planungsverlauf Schritt 1: Erste Abschätzungen Schritt 2: Vorstudie Schritt 3: Detailstudie

Schritt 1: Erste Abschätzungen PASST www.dwa.de DWA AG ES 2.4 „Abflussteuerung“

Schritt 2: Vorstudie

Schritt 3: Detailstudie

4 Kanalnetzbewirtschaftung Peter Krebs Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen

Erste Abschätzung mit PASST

Anwendung von PASST Literatur Ergänzende Informationen Beispiele Galerie

AST in Deutschland Der DWA AG ES 2.4 sind 42 in Planung befindliche Studien umgesetzte Projekte bekannt Weitere 4 Projekte im Ausland dokumentiert

AST in NRW Ruhrgebiet

Auszug aus Bewertungstabelle PASST Entwässerungsgebiet B. Abwasseranfall C. Kanalnetz D. Betriebliches Netzverhalten E. Gewässer F. Kläranlage vermutlich nicht steuerungswürdig vermutlich steuerungswürdig für Steuerung prädestiniert

Bewertungstabelle PASST

Bewertungstabelle PASST

Bewertungstabelle PASST (*) Möglicher Mischwasserzufluss und Faktor fS,QM gemäß Arbeitsblatt DWA A198

Bewertungstabelle PASST Punkte 0 – 24 vermutlich nicht steuerungswürdig 25 – 35 vermutlich steuerungswürdig > 35 für Steuerung prädestiniert

4 Kanalnetzbewirtschaftung Peter Krebs Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen

Fallbeispiel: Verbundsteuerung Dresden Stauraumbewirtschaftung in Kanälen: 55.000 m3 In Becken: 36.000 m3 © itwh

Gesteuerte Systembereiche Ca. 75 % des Einzugsgebietes können durch die Bewirtschaftungsmaßnahmen erfasst werden © itwh

Steuerungskonzept Dresden Die Becken sind an 2 zentralen Standorten am Abfangsammler angeordnet © itwh

Steuerungskonzept Dresden Die Abfangsammler vereinigen sich direkt vor der Kläranlage © itwh

Steuerungskonzept Dresden Die aktivierbaren Volumina liegen beidseitig der Elbe, angebunden an die Abfangsammler © itwh

Steuerungskonzept Dresden Die Aktivierung der Volumina erfolgt mit 20 Regelorganen © itwh

Steuerungskonzept Dresden Die notwendigen Messdaten werden an ca. 30 Standorten gewonnen © itwh

Steuerungskonzept Dresden Aufgrund der Komplexität des Systems ist die optimale Nutzung der Speicherräume nur mit Hilfe einer Verbundsteuerung möglich © itwh

Steuerungskonzept Dresden 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 © itwh

Verbundsteuerung © itwh

Fuzzy control als Regelungsansatz ® itwh

Ausschnitt aus einer Regelbasis aus Beeneken et al. (1994)

4 Kanalnetzbewirtschaftung Peter Krebs Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen

Grenzen der herkömmlichen Steuerung  Schlechte Korrelation zw. Verminderung des Entlastungsvolumens und Zunahme des Sauerstoffgehaltes !

 Nutzen der Variabilitäten ! 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

Tagesgang von Stofffrachten

NH4-Belastung der Kläranlage bei Mischwasser Zeit Abfluss Zeit Konz., Fracht Fracht Konzentration

Höherbelastung der Kläranlage (Bruns, 1999)

Steuerung von Kanalnetz und Kläranlage B Staukanal Sammler 1 Entlastung VBKLA NH3 D Hahnenberg RÜB RÜB Kläranlage (BKLA) NH3 A Entlastung VKLA Entlastung CSB NH4 NH3 C BB NKB Drosselorgan Stofffluss Informationsfluss Einleitung Kläranlage Dhünn (Erbe, 2005)

Ergebnisse integrierte Steuerung Q C im FG NH3-N KA RÜB Osenau SS

Konventionelle Steuerung Prädiktive Steuerung Überprüfung, Abgleich (über Online-Modell) Konventionelle Steuerung Regen-messungen Messungen im System Steuerungs-strategie Reale Welt Virtuelle Welt Online-Übertragung Umsetzung Regen-vorhersagen Ka-, KA-, FG-Simulation Steuerungs-alternativen Beste Alternative Prädiktive Simulation Prädiktive Simulation, Zeitgewinn

Mit prädiktiver Steuerung Wirkung der prädiktiven Steuerung  Sauerstoff im Fließgewässer Ohne Steuerung Mit prädiktiver Steuerung Rauch und Harremoës (1999)

Integrierte Steuerung Modellkalibrierung Itwh – ISI

Prognose der Ablaufkonzentration zur Kapazitätsermittlung Itwh – ISI

Integrierte Steuerung NH4-N-Frachten ins Gewässer Itwh – ISI

4 Kanalnetzbewirtschaftung Peter Krebs Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Abwasserentsorgung I, Siedlungshydrologie 4 Kanalnetzbewirtschaftung 4.1 Grundlagen 4.2 Abflussbasierte Steuerung 4.3 PASST 4.4 Fallbeispiel Dresden 4.5 Weitergehende Steuerungsansätze 4.6 Folgerungen

Folgerungen Steuerung und Simulation gewinnen angesichts der WRR an Bedeutung Abflusssteuerung nutzt Reserven im System und hat sich in mehreren Systemen bewährt Erfolg der Abflusssteuerung ist system- und ereignisabhängig Verbesserung der Wirkung bzgl. Gewässerqualität mittels prädiktive Simulation Verbesserungen bei Online-Messungen und integrierter Simulation nötig

Dank DI Martin Lindenberg, itwh Dresden Dr. Volker Erbe, Wupperverband für die Bereitstellung von Bild- und Informationsmaterial