Abwasserentsorgung I Siedlungshydrologie

Präsentation zum Thema: "Abwasserentsorgung I Siedlungshydrologie"—  Präsentation transkript:

1 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

2 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

3 Immission Emission Ansatz der Wasserrahmenrichtlinie
Veränderte Systemanforderungen Emission

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

5 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

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

7 Lokale Steuerung Tu Verzugszeit Tg Ausgleichszeit

8 Verbundsteuerung

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

10 Abflusssteuerung erfordert ....

11 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

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 Steuerungspotenzial

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

15 Schritt 1: Erste Abschätzungen
PASST DWA AG ES 2.4 „Abflussteuerung“

16 Schritt 2: Vorstudie

17 Schritt 3: Detailstudie

18 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

19 Erste Abschätzung mit PASST

20 Anwendung von PASST Literatur Ergänzende Informationen Beispiele
Galerie

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 AST in NRW Ruhrgebiet

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

24 Bewertungstabelle PASST

25 Bewertungstabelle PASST

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

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

28 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

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

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

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

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

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

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

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

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

37 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

38 Verbundsteuerung © itwh

39 Fuzzy control als Regelungsansatz
® itwh

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

41 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

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

43  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

44 Tagesgang von Stofffrachten

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

46 Höherbelastung der Kläranlage
(Bruns, 1999)

47 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)

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

49 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

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

51 Integrierte Steuerung Modellkalibrierung
Itwh – ISI

52 Prognose der Ablaufkonzentration zur Kapazitätsermittlung
Itwh – ISI

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

54 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

55 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

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