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6. OWL – ABWASSERTAG, 7. November 2013 „Planung und Betrieb von Abwasserfördersystemen bei zukünftig veränderten Rahmenbedingungen “ Dipl.-Ing. Dieter Weismann www.geco-dialog.de Guten Tag.

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„Planung und Betrieb von Abwasserfördersystemenbei zukünftig veränderten Rahmenbedingungen “Dipl.-Ing. Dieter Weismann

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Guten Tag.

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Planung und Betrieb von

Abwasserfördersystemen bei

zukünftig veränderten Rahmenbedingungen

Mein Thema:

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Dipl.-Ing. Dieter Weismann, Chemnitz/Sa.

• Erfahrungen: Planen, Errichten, Umrüsten, Optimieren...

• Fachbuchautor, Studien und Gutachten• GECO e.V. (www.geco-dialog.de)

• CEOCOR-Wissenschaftsvereinigung (www.ceocor.lu)

awa.consult, Gera/Th.

• Pump- und Fließsysteme

• System-Untersuchungen und Vorschläge

• Technik, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit

• Mikrobiell unterstützter Geruch & Korrosion

• Quasidynamische System-Betrachtungen• Studien und Gutachten

• Begleitung “Optimierungs- und Effizienz-Maßnahmen”

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Chemnitz

- drittgrößte Stadt Sachsen

- etwa 250.000 EW

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„Sulfid - Praxishandbuch der AbwassertechnikBiogene Korrosion, Geruch, Gefahr verhindern und Kosten beherrschen“Herausgeber: D. Weismann und M. Lohse

2007, 733 Seiten, Mehrere Co-Autoren

„Kommunale Abwasserpumpwerke“2. deutsche Auflage

Herausgeber: D. Weismann und T. Gutzeit

2006, 509 Seiten

Fachbücher

3. deutsche Auflage,vollständig überarbeitet,in Vorbereitung

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Fachverband: Fachverband Fachverband Fachverband Fachverband

MikrobielleMikrobielleMikrobielleMikrobielle KorrosionKorrosionKorrosionKorrosion• Gründung 04/2011

• GE - GEruch

• CO - COrrosion Sparte MIC

Mikrobiell beeinflusste Korrosion

Sparte PROJEKTEZIM, F&E, Messe,

Workshops

Sparte MIOMikrobiell beeinflusster

Geruch

AG1Forschung & Entwicklung

AG2Erkennen & Analysieren

AG3Materialien &

Schutz

AG1Forschung & Entwicklung

AG2Erkennen & Analysieren

AG3Technologie &

Schutz

AWASYSAnschluss-

projekte

IFAT 2014MA-Stand

IDEENPOOL

TagungJanuar 2015

RestrukturierungStart

4. MGV 2014

Information/Anmeldung

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Inhalt des Referates

• Abwasserförderung - Aufgabe mit höchstem Schwierigkeitsgrad. • Abwasserfördersystem - Viele Abhängigkeiten mit Kostenpotenzialen.

• Bedingungen - Veränderungen erfordern “neue Ideen”.

• Planung - Statische Betrachtungen reichen nicht aus.

• Betrieb - Wissen, was wirklich läuft und dann handeln.

• Ausblick - Probleme sind gute Gründe für Innovationen.

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Erster Punkt

• Abwasserförderung - Aufgabe mit höchstem Schwierigkeitsgrad. • Abwasserfördersystem - Viele Abhängigkeiten mit Kostenpotenzialen.

• Bedingungen - Veränderungen erfordern “neue Ideen”.

• Planung - Statische Betrachtungen reichen nicht aus.

• Betrieb - Wissen, was wirklich läuft und dann handeln.

• Ausblick - Probleme sind gute Gründe für Innovationen.

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Was ist Abwasser?

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…das durch häuslichen, gewerblichen, landwirtschaftlichen oder sonstigen Gebrauch in seinen Eigenschaften veränderte und das bei Trockenwetter damit zusammen abfließende Wasser(Schmutzwasser) sowie das von Niederschlägen aus dem Bereich von bebauten oder befestigten Flächen abfließende und gesammelte Wasser (Niederschlagswasser).

Als Schmutzwasser gelten auch die aus Anlagen zum Behandeln, Lagern und Ablagern von Abfällen austretenden und gesammelten Flüssigkeiten.

Legaldefinition (Abwasserabgabengesetz - AbwAG)

AB WASSERSuggestion: Transport A nach B ist wahrscheinlich kein Problem!

~25%

~75%

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Das ist Abwasser!

Das mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit komplizierteste, flüssige, diffuse, mit lebenden Mikroorganismen, biologischen und chemischen Inhaltsstoffen belastete, physikalischen und klimatischen Einflüssen unterworfene und dadurch, sowie durch etwaige Vermischungen entstehend, sich unkontrolliert verändernde Gemisch von Wasser, Fluiden, löslichen und unlöslichen Stoffen unterschiedlicher Art, in veränderlichen und verschiedenen Zustands- und Dissoziationsformen und Konzentrationen, in unstetigen Verhältnissen.

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Ist Abwasser Abfall?

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Aus Abfall wird Abwasser

• Hier gilt das Abfallrecht (KrWG)„…Stoffe…, derer sich der Besitzer entledigt, entledigen will oder entledigen muss.“

• Hier gilt das Wasserrecht (WHG…)„Stoffe, sobald sie…in Abwasseranlagen

eingeleitet oder eingebracht werden,…“

Pflichten:• vermeiden

• wieder-verwenden

• recyceln

• verwerten

• beseitigen………………… ....

Pflichten ( §§§§55, Abs.1):• „…ist so zu beseitigen, dass

das Wohl der Allgemeinheit

nicht beeinträchtigt wird.“

rechtliche Schnittstelle

gemäß Satzung

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Abwasser ist nicht gleich Abwasser

Abwasser unterschiedlich in

• Herkunft• Anfallzeit

• Anfallmenge• Inhaltsstoffe

• biologischer Zustand• chemischer Zustand

• physikalischer Zustand

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Diffus-dynamische Veränderungen

…wie…

• Vermischungen (pysikalisch)• chemische Reaktionen

• biologische Abbauprozesse

…begünstigt u.a. durch • geometrische Verhältnisse

• Baulich-technische Bedingungen• gewähltes Abwasserförderverfahren

• Fließgeschwindigkeiten • Verweilzeiten

• Ablagerungen und Sielhaut• Temperaturen und pH-Wert

• Konzentrationen• Witterung…

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Aufgabe mit höchstem Schwierigkeitsgrad?

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Ja, denn fast alles macht es schwierig

• schwankende Mengen • unterschiedliche Anfallzeiten• diffuse, stoffliche Zusammensetzung

• diffuse, chemischen und physikalischen Eigenschaften• diffuse, biologische Inhaltsstoffe

• breite Veränderungspotenziale• oft große Entfernungen

• manchmal große Höhenunterschiede• meist mit Geländeprofil verlegte Druckleitung…

…und das überwiegend mit

• feststehenden, baulich-technischen Verhältnissen• mit nur wenigen flexiblen Elementen (FU, Niveaust.)

Diffus-dynamische Verhältnisse in einem statischen System!

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Zweiter Punkt

• Abwasserförderung - Aufgabe mit höchstem Schwierigkeitsgrad.• Abwasserfördersystem - Viele Abhängigkeiten mit Kostenpotenzialen.

• Bedingungen - Veränderungen erfordern “neue Ideen”.

• Planung - Statische Betrachtungen reichen nicht aus.

• Betrieb - Wissen, was wirklich läuft und dann handeln.

• Ausblick - Probleme sind gute Gründe für Innovationen.

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Abwasserfördersystem - viel mehr als eine Pumpe!

Abwasser-

zufluss

Abwasser-

abflussAbwasser-

Druckleitung

Abwasser-

pumpwerk

Abwasser-

übergabe

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Verfahren für Abwasserfördersysteme

Pneumatische VerfahrenHydraulische Verfahren

GemischteSysteme

Direkt wirkend

Indirektwirkend

Strömungs-maschinen

Verdränger-maschinen

Überdruck-systeme

Vakuum-systeme

KombinierteSysteme

Strömungs-maschinen

Verdränger-maschinen

Abwasserförderung

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Fließgeschwindigkeit

Wirkungsgrad Motor

Sammelraum

Druckleitung

Abwasserbelüftung

Dosierung

Förderverfahren

Schaltlastspiele

Niveausteuerung

Einflussmöglichkeiten

Wirkungsgrad Hydraulik

Materialauswahl

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Effiziente Abwasserförderung: Klingt einfach - Ist schwer zu machen

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Beispiel - Abwassermenge steigt

Erster Anschein: Negativ zu bewerten!

• Ansteigen der Förderdauer oder Fördermengen (bei FU) • Höherer Energieaufwand, vermehrter Verschleiß

• Baulich-technische Grenzauslastung könnte erreicht werden

Bei nähere Betrachtung: Bis Obergrenze eher positiv zu bewerten!• Sinken Verweilzeiten in Abwassersammelraum

• Sinken Verweilzeiten in Druckleitung• Sinken Ablagerungspotenzial und Sielhautbildung

• Geringere negative Veränderung Abwasserqualität • Geringere Erhöhung biochemisches Reaktionspotenzial

• Geringere Erhöhung Ausgasungspotenzial • Erhöhung Selbstreinigung des Systems

• Potenziell keine Ersatzmaßnahmen notwendig

I.d.R. JA! ATV-DVWK A-134

Überlastung betrachtet?

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Beispiel - Abwassermenge sinkt

Erster Anschein: Positiv zu bewerten!

• Sinken der Förderzeiten • Einsparen von Energie, geringerer Verschleiß

Bei nähere Betrachtung: Eher negativ zu bewerten!

• Erhöhung Verweilzeiten in Abwassersammelraum• Erhöhung Verweilzeiten in Druckleitung

• Erhöhung Ablagerungspotenzial und Sielhautbildung• Negative Veränderung Abwasserqualität

• Erhöhung biochemisches Reaktionspotenzial• Erhöhung Ausgasungspotenzial

• Erhöhung Förderwiderstand (Ablagerungen + Gase in HP‘s)• Erhöhter Strombedarf zum Überwinden des Widerstandes

• Ersatzaufwendungen Spülen AWPW und DL• Ersatzaufwendungen Abwasserqualität und Hydraulik…

Unterlastung betrachtet?

I.d.R. NEIN!

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Beispiel pH-Wert pH 6: 100% H2S pH 9: 0% H2S

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Beispiel Abwassertemperatur

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Problem- und Kostenpotenziale

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Bauwerk AWFS - nur 3 Jahre Nutzungsdauer!

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Energiekosten?

Zuverlässigkeit?

Investitionskosten?

Wartungsarmut?

Emissionsfreiheit?

Nutzungsdauer?

Gesundheit?

Betriebskosten?Life Cycle Costs?

Energieeffizienz?

Nachhaltigkeit?

Ressourcen schonend?

Was ist wichtig?

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Viele Abhängigkeiten mit Kostenpotenzialen!

Abwasser-

zufluss

Abwasser-

abflussAbwasser-

Druckleitung

Abwasser-

pumpwerk

Abwasser-

übergabe

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Dritter Punkt

• Abwasserförderung - Aufgabe mit höchstem Schwierigkeitsgrad. • Abwasserfördersystem - Viele Abhängigkeiten mit Kostenpotenzialen.

• Bedingungen - Veränderungen erfordern “neue Ideen”.

• Planung - Statische Betrachtungen reichen nicht aus.

• Betrieb - Wissen, was wirklich läuft und dann handeln.

• Ausblick - Probleme sind gute Gründe für Innovationen.

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Statische und dynamische Bedingungen

Abwasserfördersysteme » bauliche und

technische Anlagen

Abwasser » diffuser Mediencocktail mitbiol. und chem. Reaktionspotenzial

Abwassererzeuger » veränderter Umgang mitTrinkwasser und Kreislaufnutzung

Rahmenbedingungen » Demografie, Energiekosten, Verwertung von Abwasser

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Einfluss Einwohnerzahl bis 2030 (Deutschland)

[http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DE_Strompreis_Zusammensetzung_HH_2012.png]

EW-Zahl-Entwicklung bis 2030: • Deutschland -10%

• alte Bundesländer -0,4% bis -13,8% • neue Bundesländer -10,5% bis -21,3%

• Stadtstaaten +4,6% bis -3,6%

• Hamburg +4,6%• Sachsen-Anhalt -21,3

• Saarland ähnlich wie S.-A.

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Einfluss Regionale Alterung bis 2020 (Deutschland)

[gwf-WASSER/ABWASSER, November 2010M. Nowack, S. John, J. Tränckner, E. Günther]

OWL

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Einfluss Wanderung der Einwohner bis 2020 (Deutschland)

[BBR M. Nowack, S. John, J. Tränckner, E. Günther]

OWL

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Einfluss Strompreis bis 2020 (Deutschland)

[http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/86/Strompreisentwicklung-BRD_2000-2010.png/800px-Strompreisentwicklung-BRD_2000-2010.png]

+30 bis +50% erscheint realistisch

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Einfluss Wasserverbrauch bis 2020 (Deutschland)

-10 bis -20 % erscheint realistisch

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Pflichten daraus: • effizientere Motoren

• effizientere Laufräder/Hydrauliken

was bedeutet:

• Wegfall vieler Laufräder• Einsatz von „Sperrstoff-Problemlösungen“

• Invest-Kosten Neubau und Sanierung• Umbaukosten

absehbar:

• zukünftig auch für nass aufgestellte Pumpen…

Einfluss EU-Effizienzvorgaben (Ökodesign-Richtlinie)

„Richtlinie 2009/125/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 21. Oktober 2009 zur Schaffung eines Rahmens für die

Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energiever-

brauchsrelevanter Produkte“

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Einfluss Art des Wasserverbrauchs in Haushalten

„NASS“

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„Planung und Betrieb von Abwasserfördersystemenbei zukünftig veränderten Rahmenbedingungen “Dipl.-Ing. Dieter Weismann

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Folgen daraus: • Vermeiden von Abfall, der zu Abwasser wird

• Wiederverwenden von Abfall, der zu Abwasser werden würde• Recyceln von Abfall, der zu Abwasser werden würde• Verwerten von Abfall, der zu Abwasser werden würde

was bedeutet:

• Herausforderungen an Haustechnik: neue Lösungen!

absehbar:• sinkende Abwassermengen

• mit allen Konsequenzen

Einfluss Abfallvermeidung (KrWG)

„Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der

umweltverträglichen Bewirtschaftung von Abfällen“

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Fazit

100 Jahre…

…modernste AbwasserTechnologie…

…braucht neue Ideen!?

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AWASYS in diesem Sinne (www.awasys.eu)

VIDEO-KLICK

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Vierter Punkt

• Abwasserförderung - Aufgabe mit höchstem Schwierigkeitsgrad. • Abwasserfördersystem - Viele Abhängigkeiten mit Kostenpotenzialen.

• Bedingungen - Veränderungen erfordern “neue Ideen”.

• Planung - Statische Betrachtungen reichen nicht aus.

• Betrieb - Wissen, was wirklich läuft und dann handeln.

• Ausblick - Probleme sind gute Gründe für Innovationen.

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DWA • ATV-DVWK A-134

„Planung und Bau von Abwasserpumpanlagen“

• DWA A-116, Teil 1 bis 3

„Besondere Entwässerungsverfahren Teil 1 - Unterdruckentwässerungssysteme

Teil 2 - DruckentwässerungssystemeTeil 3 - Druckluftgespülte Abwassertransportleitungen

DIN-EN

• DIN-EN752-6„Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden-Teil 6 - Pumpanlagen“

Planungsrichtlinien und –normen

Für die Zukunft ausreichend?

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DWA • ATV-DVWK M-154

„Geruchsemission aus Entwässerungssystemen-…“

• DWA M-168

„Korrosion von Abwasseranlagen, Abwasserableitung“

Gesetzliche Normen • WHG, Abschnitt 2, §54 ff.

„Abwasserbeseitigung“

Für die Zukunft ausreichend?

Planungsrichtlinien und -normen

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Umfrageergebnisse AWASYS-Teilnehmer:

Halten Sie die derzeitigen Planungsansätze für Pump anlagen für ausreichend, um zukünftige Anforderungen sicher und wirtschaftlich zu erfüllen?

• Ja: 18%

• Nein: 70%

Ist die Technologie der Abwasserförderung ausgereif t?

• Ja: 13%• Nein: 82%

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• Abwassertransport von „A“ nach „B“• technische Zuverlässigkeit

• geringer Energieverbrauch• niedrige Kosten• lange Nutzungsdauer

Bisherige Anforderungen

Abwasser-

zufluss

Abwasser-

abflussAbwasser-

Druckleitung

Abwasser-

pumpwerk

Abwasser-

übergabe

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• Abwassertransport von „A“ nach „B“• Positive Beeinflussung der Medienqualität

• technische Zuverlässigkeit• Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Bedingungen• geringer Energieverbrauch

• problemorientiert optimierter Energieverbrauch• niedrige Kosten

• problemorientiert optimierte Kosten• lange Nutzungsdauer

• problemorientiert lange Nutzungsdauer

Zukünftige Anforderungen

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• Situation feststellen (Neubau, Umbau, Rückbau)• Ziele festlegen

• notwendiges Betrachtungs-/Bilanzierungsgebiet erfassen

• relevante Einflüsse erkennen

(z.B. Standort, Demografie, Wirtschaft, Kosten) • 3 Referenzmodelle definieren

(Abwassermenge wie geplant, AWM sinkt, AWM steigt oderAbwasserqualität bleibt, AQ sinkt, AQ steigt…)

• Referenzmodelle untersuchen/berechnen/abschätzen• Risiken und Maßnahmen untersuchen/berechnen/abschätzen

• Vor- und Nachteile gegenüberstellen, Kosten vergleichen• über Weiteres entscheiden

Planung wird umfangreicher

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Weg von statischen Betrachtungen

• Abwasser verändert sich unkontrolliert• Mengen verändern sich unstetig

• Verhalten der Menschen verändert sich• Demografie setzt Bedingungen• Energiepreise in steigender Entwicklung

• Materialpreise unterliegen Steigerungsraten

Scheinbar statische Systeme müssen „quasidynamisch“betrachtet werden!

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Planung OHNE QDS

» PARTIELLE-Lebenszykluskosten» Technik» Investitionen» Energiebedarf

» GÜNSTIGSTE LÖSUNG

Planung MIT QDS

» SYSTEM-Lebenszykluskosten» Technik» Investitionen» Energiebedarf» Verfahren» Betrieb» Nutzungsdauer» Problemmanagement» EFFIZIENTESTE LÖSUNG

Quasidynamische Systembetrachtung

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- Sauerstoff- und Schwefelwasserstoffbilanzen im Kanal-/Pump-/Entwässerungssystem

- Geruchsstoffpotenziale - Geruchsstoffausbreitung

- Korrosionspotenziale - Auswirkungsabschätzung auf Materialien und Bauteile

- Variantensimulation von Ersatz- und Gegenmaßnahmen - Konkretisierung von möglichen Maßnahmen bei den Varianten

- Vergleiche: EnergieeffizienzMaterialeffizienzZuverlässigkeitWartungsaufwandInvestitionskostenWirtschaftlichkeit

Arbeit mit Prognosen

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Erfassung der Situation

- Objektdaten (Lage, Dimensionen, Werkstoffe) - Abwasserquantität (hydraulische Daten)- Abwasserqualitäten (analytische Daten)

- Problemspezifische Daten

Ermittlung der Prognosegrundlagen

- Vergleichsrechnung von mehreren Modellen - Abgleich mit praktischen Erfahrungen

Erstellung der Prognose

- Erläuterung der Ergebnisse und Hinweise

Beispiel: Geruch und Korrosion (sulfidbedingt)

POMEROY

HVITVED-JACOBSEN

THISTLETHWAYTE

POLDER &

MECHELEN

DWA 116

Praxis-

erfahrungen

BOON

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Fünfter Punkt

• Abwasserförderung - Aufgabe mit höchstem Schwierigkeitsgrad. • Abwasserfördersystem - Viele Abhängigkeiten mit Kostenpotenzialen.

• Bedingungen - Veränderungen erfordern “neue Ideen”.

• Planung - Statische Betrachtungen reichen nicht aus.

• Betrieb - Wissen, was wirklich läuft und dann handeln.

• Ausblick - Probleme sind gute Gründe für Innovationen.

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Wer optimieren will, muss wissen, was wirklich läuft

AbwasserqualitätZufluss?

Arbeitsregime?

Förderdrücke?

Zustand Bauwerk?

Menge Übergabepunkt? Abwasserqualität

Übergabepunkt?

Fördermengen?

Zuflussmenge?

Zustand Technik?

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Konkrete Daten

sind unerlässlich für: • Erhaltung und Steigerung der Zuverlässigkeit

• Entscheidungen zu Sanierung und Neubau• Maßnahmen Optimierung und Effizienzsteigerung • Beseitigung von hydraulischen Problemen

• Strategien zu Geruch (MIO) und Korrosion (MIC) • …

Aber:

• AWPW schätzungsweise zu 75% nicht dafürtechnisch nicht ausgestattet!

Woher nehmen?

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Mobile Datenerfassung

Modulares Messsystem zur:• temporären Erfassung in AWFS

• Erfassung Betriebsregime• Erfassung Quantitäten• Erfassung Qualitäten

• konfigurierbar für hydr. und pneum. Systeme • inkl. qualifizierter Auswertung

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Ergebnisse:

Reguläre Ergebnisse: • Betriebsregime und -daten

• Energie- und Umweltbilanzen • Abwasser-Quantitäten und -verlauf • Auswertung und Vorschläge

Optionale Ergebnisse:

• Abwasser-Qualitäten und -verlauf• Emissions- und Korrosionspotenzial

• Ursachenanalyse von Problemen• Unterbreiten von Möglichkeiten und Optionen

• Untersuchung von Auswirkungen und• Ermitteln daraus entstehenden Kostenpotenziale

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Ergebnisse: • sinkende Abwassermengen im AWFS

• steigendes Problempotenzial• vermehrte Anwendung von „Ersatzmaßnahmen“• steigende spezifische Kosten pro m³

Notwendigkeiten:

• Quasidynamische Systembetrachtung • „Mehr Wissen“ und „Ersatzlösungen“ im Betrieb

…und dringend notwendig:• problemorientierte Innovationen

- für Abwasserfördersysteme - für AW -Systeme inkl. ARA- für Haustechnik

Ausblicke und Notwendigkeiten

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Reales Ziel?

http://kamelopedia.mormo.org/index.php/Datei:Wollmilchsau.jpg

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AWASYS-Anschlussprojekte – Start Januar 2014

Mitwirken? Information und Anmeldung unter

www.awasys.eu

• Arbeitsgruppe 1

“Praktikable Lösungen für bestehende Abwasserförder systeme”» Projektorganisation für konkrete Lösungsansätze

• Arbeitsgruppe 2

“Abwasserfördersysteme der Zukunft”» Beratung der AG1

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Danke.