Management Geruch-Korro Gnirss 1 [Kompatibilitätsmodus] · Beton-Korrosionsrate H 2 S [ppm] mm/a T...
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1
Forschung und Entwicklung – Zukunft gestalten
Bedarfe zum Management
Geruch- und Korrosionsbelastungen im Kanalsystem
Regina Gnirß
22
Bedarfe zum Management
Einleitung
Betriebliche Maßnahmen
Ziele der Forschungsarbeiten
Kanalforschunganlage
Ergebnisse
Zusammenfassung und Ausblick
Gliederung
Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
3
Bedarfe zum Management
333
Effektive Technologien – nachhaltige Verfahren.Mehr Wissen – weniger Ressourcen verbrauchen
Themen: Bedarfsorientiert
Termin: Rechtzeitige Grundlage für die Investitionsplanung
Kosten: Synergien & Akquisition von Fördermitteln
Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
4444
FE-StrategieTechnologische Entwicklung:• Betriebsführung• Membrantechnik• Brennstoffzelle• Leittechnik
rechtliche / politische Anforderungen:• TVO• WRRL• WHG• AbwVwV
Funktion + Zustand vorhandener Anlagen:• Kanäle• Verfahrenstechnik• Anlagen
sozio-ökonomische Faktoren:• Demografie / Verbraucherverhalten• Konjunktur• Umweltschutz / Klima• naturnahe Charakterisierung• Sicherheit
Rah
men
-be
ding
unge
n
Langfristige Ausrichtung: - Prozessstrukturierung und Ressourcen- Verfahrenstechnische Ausrichtung- Systemtechnische Ausrichtung- Kapazitätsplanung und Leistungsnachweise- stetige Entwicklung der Verfahren und Sicherung des Know-hows für den Konzern
Tech
nik-
Stra
tegi
e
FE -
Man
agem
ent
Wasser-netz
Wasser-werke
Abwasser-netz
Abwasser-werke
Wasser-netz
Wasser-werke
Abwasser-netz
Abwasser-werke
FE-S
trate
gie
Steuerung der FE: - Ermittlung FE-Bedarfe- Kategorisieren FE-Bedarfe- Selektion und Priorisierung- Festlegung geeigneter Projektpartner- Fördermittelmanagement- Finanzielle Abwicklung
FE -
Bed
arfe
Technologische Entwicklung:• Betriebsführung• Membrantechnik• Brennstoffzelle• Leittechnik
rechtliche / politische Anforderungen:• TVO• WRRL• WHG• AbwVwV
Funktion + Zustand vorhandener Anlagen:• Kanäle• Verfahrenstechnik• Anlagen
sozio-ökonomische Faktoren:• Demografie / Verbraucherverhalten• Konjunktur• Umweltschutz / Klima• naturnahe Charakterisierung• Sicherheit
Rah
men
-be
ding
unge
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Langfristige Ausrichtung: - Prozessstrukturierung und Ressourcen- Verfahrenstechnische Ausrichtung- Systemtechnische Ausrichtung- Kapazitätsplanung und Leistungsnachweise- stetige Entwicklung der Verfahren und Sicherung des Know-hows für den Konzern
Tech
nik-
Stra
tegi
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FE -
Man
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Wasser-netz
Wasser-werke
Abwasser-netz
Abwasser-werke
Wasser-netz
Wasser-werke
Abwasser-netz
Abwasser-werke
FE-S
trate
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Steuerung der FE: - Ermittlung FE-Bedarfe- Kategorisieren FE-Bedarfe- Selektion und Priorisierung- Festlegung geeigneter Projektpartner- Fördermittelmanagement- Finanzielle Abwicklung
FE -
Bed
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555
- systematischer Bewertungsprozess- Auswahl von FE-Bedarfen- Priorisieren
OE FE
RangProzess-
feld Projekt-Nr. Punkte
1. AW 59 3.000
2. AW 60 3.000
3. AW 48 3.000
4. TW 2 2.750
5. AN 40 2.650
6. TW 8 2.600
7. TN 25 2.600
8. TN 24 2.500
9. TW 11 2.100
10. TN 26 2.050
11. AW 63 2.000
Wasserprognosemodelle und Einflußfaktoren
Krisen- und Sicherheitsmanagement bei der BetriebssteuerungAbschätzung des in Zukunft verstärkten Einsatzes bestimmter Medikamente in Folge der demografischen Entwicklung Qualitätsbeurteilung eingesetzter Materialien hinsichtlich Bruchsicherheit
Optimale Schlammentwässerung
In-Situ-Verfahren, wie "Bioxwand" oder Ozonung vor der Bodenpassage entwickeln
Konzepte für eine dezentrale RegenwasserbewirtschaftungStoffstromanalyse und Prognose von Sulfatfrachten zur Sicherung der Trinkwasserqualität
Störung der Nitrifikation (Problematik KW Waßmannsdorf)
Optimierung der Belüftung auf allen Kläranlagen
FE-BedarfVerschärfung der behördlichen Überwachungswerte für Nanorg.= 13 mg/L
Kriterien: - akute Anforderungen- Risikovermeidung- Potentialentwicklung / wirtschaftl. Nutzen
Untersuchung der Auswirkung erhöhter Boden-und GW-Temperaturen412.
Prognosetool zur GW-Neubildung unter Berücksichtigung der Klimaänderung511.
Beseitigung von Ablagerungen im Kanal -Schwallspülung / Oberflächensysteme13110.
Desinfektion mit geringem ökologischen Fußabdruck -LCA1439.
Modellgestützte Optimierung der Kanalreinigung458.
Substitution von Heizöl mit Fetten in der Verbrennung687.
Pulverkohledosierung vor Sandfiltration1136.
Kombination von Oxidationsprozessen u. Untergrundpassage -Schritt für den Transfer in die Praxis1125.
Stabilisierung der Nitrifikation(Toxische Einleitung im Zulauf zum KW Waßmannsdorf) Überwachung Industrieeinleiter604.
Frühzeitige Erkennung von Altlasten in Trinkwasserschutzgebieten und wirkungsvolle Sanierungsverfahren33.
Modellierung des Schwefelkreislaufs im Kanal und überprüfen der Einflussfaktoren an einer Kanalversuchsstrecke412.
Stoffstromanalyse und Prognose von Sulfatfrachten zur Sicherung der Trinkwasserqualität81.
Untersuchung der Auswirkung erhöhter Boden-und GW-Temperaturen412.
Prognosetool zur GW-Neubildung unter Berücksichtigung der Klimaänderung511.
Beseitigung von Ablagerungen im Kanal -Schwallspülung / Oberflächensysteme13110.
Desinfektion mit geringem ökologischen Fußabdruck -LCA1439.
Modellgestützte Optimierung der Kanalreinigung458.
Substitution von Heizöl mit Fetten in der Verbrennung687.
Pulverkohledosierung vor Sandfiltration1136.
Kombination von Oxidationsprozessen u. Untergrundpassage -Schritt für den Transfer in die Praxis1125.
Stabilisierung der Nitrifikation(Toxische Einleitung im Zulauf zum KW Waßmannsdorf) Überwachung Industrieeinleiter604.
Frühzeitige Erkennung von Altlasten in Trinkwasserschutzgebieten und wirkungsvolle Sanierungsverfahren33.
Modellierung des Schwefelkreislaufs im Kanal und überprüfen der Einflussfaktoren an einer Kanalversuchsstrecke412.
Stoffstromanalyse und Prognose von Sulfatfrachten zur Sicherung der Trinkwasserqualität81.
2009
2010
Untersuchung der Auswirkung erhöhter Boden-und GW-Temperaturen412.
Prognosetool zur GW-Neubildung unter Berücksichtigung der Klimaänderung511.
Beseitigung von Ablagerungen im Kanal -Schwallspülung / Oberflächensysteme13110.
Desinfektion mit geringem ökologischen Fußabdruck -LCA1439.
Modellgestützte Optimierung der Kanalreinigung458.
Substitution von Heizöl mit Fetten in der Verbrennung687.
Pulverkohledosierung vor Sandfiltration1136.
Kombination von Oxidationsprozessen u. Untergrundpassage -Schritt für den Transfer in die Praxis1125.
Stabilisierung der Nitrifikation(Toxische Einleitung im Zulauf zum KW Waßmannsdorf) Überwachung Industrieeinleiter604.
Frühzeitige Erkennung von Altlasten in Trinkwasserschutzgebieten und wirkungsvolle Sanierungsverfahren33.
Modellierung des Schwefelkreislaufs im Kanal und überprüfen der Einflussfaktoren an einer Kanalversuchsstrecke412.
Stoffstromanalyse und Prognose von Sulfatfrachten zur Sicherung der Trinkwasserqualität81.
Untersuchung der Auswirkung erhöhter Boden-und GW-Temperaturen412.
Prognosetool zur GW-Neubildung unter Berücksichtigung der Klimaänderung511.
Beseitigung von Ablagerungen im Kanal -Schwallspülung / Oberflächensysteme13110.
Desinfektion mit geringem ökologischen Fußabdruck -LCA1439.
Modellgestützte Optimierung der Kanalreinigung458.
Substitution von Heizöl mit Fetten in der Verbrennung687.
Pulverkohledosierung vor Sandfiltration1136.
Kombination von Oxidationsprozessen u. Untergrundpassage -Schritt für den Transfer in die Praxis1125.
Stabilisierung der Nitrifikation(Toxische Einleitung im Zulauf zum KW Waßmannsdorf) Überwachung Industrieeinleiter604.
Frühzeitige Erkennung von Altlasten in Trinkwasserschutzgebieten und wirkungsvolle Sanierungsverfahren33.
Modellierung des Schwefelkreislaufs im Kanal und überprüfen der Einflussfaktoren an einer Kanalversuchsstrecke412.
Stoffstromanalyse und Prognose von Sulfatfrachten zur Sicherung der Trinkwasserqualität81.
2011
Bedarfe zum Management
Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
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Wasserversorgung Abwasserentsorgung
202 Mio. m³ / Jahr 224 Mio. m³ / Jahr
7.857 km Netz 9.400 km Kanal9 Wasserwerke 1.127 km Druckrohre953 Brunnen 6 KW
147 Pumpwerke
Einleitung
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7
Einleitung
Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
Kanalnetz : ca.10.000 km
Pumpwerke: 146
Wasserverbrauch: ca. 110 L/EW*d
Aufenthaltszeit des Abwassers: 6 – 22 h
Bedarfsgerechte Kanalreinigung
8
EinleitungSchwerpunkte von Geruchsbelästigung
8Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
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• Aufnahme• Archivierung
Eingang• Zuständigkeit
• Maßnahme
Bearbei-tung
• 2 Wochen• Verlängerung
Fristen-setzung
• Information
• Ent-schädigung
Abschluss
Beschwerdemanagement (Entschädigung Kunde)
Dokumentation (Datenbank KunO)
Zielvereinbarung (BSC)
Betriebliche Maßnahmen
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Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss 1010
Ausgeschleudert
Kanalklinker mit EdelstahlsteigeisenGelmattenKompostfilter
Unterdrückung der Faulung durch Nitratdosierung
Chemische Reaktion mit Eisenschlamm
Abluftbehandlung
Geruchsblocker
bauliche Maßnahmen / Planung
Betriebliche Maßnahmen
AbluftbehandlungNitratdosierung
Korrosion
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Kunde
7 Kanal-betriebsstellen
AnlagenbetriebKanalnetz
bereichsübergreifendeArbeitsgruppe
Forschung und Entwicklung
BeschwerdenBeschwerden ErmittlungErmittlung PrüfungPrüfung
ÜberwachungÜberwachung AusarbeitungAusarbeitung UmsetzungUmsetzung
ErfassungErfassung AnalyseAnalyse ZuordnungZuordnung
KonzepteKonzepteBetrachtungBetrachtung AbstimmungAbstimmung
BedarfBedarf Stand der Technik
Stand der Technik FE-ProjekteFE-Projekte
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Betriebliche MaßnahmenProzesssteuerung
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12Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
Betriebliches Vorgehen
Umgang mit Geruchsbeschwerden (ca. 120 Stck. in 2010)
Erfassung bisheriger Maßnahmen sowie Produkte/Verfahren
Problemorientierte Betriebsführung durch Nutzung der Betriebsdaten
Konstruktionsänderung/ Umbau im Kanal
-
13Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
Ziele der Forschung
Verringerung des Beschwerdeaufkommens
Bewertung neuer Verfahren und Produkte
kostengünstige Lösungen für den Einsatz im Kanalnetz
Einsatz beständiger Werkstoffe für Schächte und Kanäle
Grundlegenden Prozesse bei der Geruchsvermeidung ermitteln
Vermeidungskonzepte (Planung und Bau)
14Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss 14
Kanalforschungsanlage - Schema
dosage of chemicals
pumping station
manhole
fresh air / other gases
sampling device
pipe materials
sewer
exhaust air
pipe fermenter online-analysis
recirculation
optional baffle
coating materials
e-noses
16Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
Arbeitsprogramm Geruch
Erarbeitung verbesserter Vorhersagmethoden (rule of thumb)
Dosierstrategien (Optimierter Einsatz verschiedener Produkte)
Beschreibung der Prozesskinetik
Untersuchung der Wirkungsweise von Gegenmaßnahmen
Partner: TU Berlin, Prof. Barjenbruch,TU Kassel, Prof. Frechen, und andere
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E-nose BBatch-mode
E-nose CContinuous mode
4 measurements (cycles), 34 min
4 measurements, 4 min detailed analyses still to be done
Ergebnisse
19
Ergebnisse
Betrieb von E-Nasen
- Unterschiedliche Ergebnisse (geringe/hohe Konz.)
- Korrelation mit Olfactometrischen Messungen
- Vergleich verschiedener E-Nasen noch schwierig
- Sensor Sensitivität
Aber: auch die H2S-Messgeräte messen unterschiedlich und driften
Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
20Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
Arbeitsprogramm Korrosion
Einfluss der biogenen Schwefelsäurekorrosion
Betone bei pH 3,5 – 4 (für hochbeständige Betone, Zusatzstoffe)
Mikroskopische Untersuchungen, Bestimmung d. abgetragenen Materials, Korrosionstiefe, Korrosionsart
Kunststoffe
-Gravimetrie (Massenänderung), Oberflächenhärte, Abrieb, elastisches/plastisches Verhalten, Bruchverhalten, (DIN 28052)
- Haftfestigkeit zum Untergrund
Partner: KIWA, MPA Berlin
21Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss 21
Ergebnisse
Stoppen der Korrosion
Reduktion der Korrosionsrate
Regelmäßige Inspektion
Beton-KorrosionsrateH2S [ppm] mm/a T °C Quelle
0 00,5 0,5 [1]3 10 25 [2]5 11 [3]20 15 25 [2]
22Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss 22
Probestücke (DN 400)
Aggressive Verunreinigungen - setzen den Werkstoffen stärker zu und stellen den Korrosionsschutz vor neue Herausforderungen
23Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
Ergebnisse (KIWA MPA)
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines durch Schwefelsäure geschädigten Mörtels
Quelle: KIWA MPA GmbH
Zustandsorientierte Instandhaltung Mikroskopische Aufnahmen
Kamerabefahrung ist zu oberflächlich Schadensbild ändert sich event. stark
Partner: IWA MPA
24Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
Zusammenfassung und Ausblick
Geruchs- und Korrosionsbekämpfung“ ist Priorität
Maßnahmen werden systematisch umgesetzt, aber lösen nicht das Problem
Korrosionsschutz (Materialienbeschichtungen & Korrosionsbeständigkeit)
Betonmaterialien unter realen Bedingungen testen
Prozesswickelnverständnis um Geruchsvermeidungs – undKorrosionsschutzkonzepte zu entwickeln
Neue Planungsgrundlagen schaffen durch bedarfsgerechte Forschung
252525
Rahmenbedingungen
rechtliche / politische
Anforderungen:
• TVO
• WRRL
• WHG
• AbwVwV
sozio-ökonomische Faktoren
• Demografie / Verbraucherverhalten
• Konjunktur
• Umweltschutz / Klima• naturnahe Charakterisierung
• Sicherheit
rechtliche / politische Anforderungen:
• TVO
• WRRL• WHG
• AbwVwV
Technologische Entwicklung:
• Betriebsführung
• Membrantechnik
• Brennstoffzelle
• Leittechnik
Funktion + Zustand
vorhandener Anlagen:
• Kanäle
• Verfahrenstechnik
• Anlagen
Technologische Entwicklung:• Betriebsführung
• Membrantechnik
• Energieeffizienz• Leittechnik
Funktion + Zustandvorhandener Anlagen:
• Kanäle
• Verfahrenstechnik• Anlagen
sozio-ökonomische Faktoren
Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss
Innovationsforum Wasserwirtschaft 2011 - Regina Gnirss 2626
Kontrolle
H2S-Onlinemessgeräte können individuell
zur Überwachung eingesetzt werden