P ASSAVANT I NTECH Leistungssteigerung von Kläranlagen durch bedarfsgerechte Regelung Martin Michel...

PASSAVANT INTECH

Leistungssteigerung von Kläranlagen durch

bedarfsgerechte Regelung

Martin MichelDipl.-Ing. Verfahrenstechnik

Rimpar

Firmengeschichte

Geschäftsfelder

Grundlagen und Übersicht

AQUALOGIC

Installationsbeispiele

Forschung

PASSAVANT INTECH

M a i d -b r o n n

Maid-bronn

Standort

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH 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

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH 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

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH Grundlagen und Übersicht

Grenzwerte

Bioreaktor

Kläranlage

Temperatur

Frachtschwankungen Hydraulische Spitzen

Verdünnung Prozesswässer

O2-Konzentration

Allgemeine Einflussfaktoren auf die Belebung

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

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)


Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

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


Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

• Niedrigere, gleichmäßige Ablaufwerte

• Höhere Prozessstabilität

• Optimierter Energieeinsatz

= Fuzzy-Logic-Regelungssystem für den belastungsabhängigen intermittierenden Betrieb


Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

Aerobe PhaseBelüftungsphase

Anoxische PhaseDenitrifikationsphase

Anaerobe PhasePhosphatrücklösephase

Zeit

Minimale DauerBelüftungsphase

Dynamische Belüftungsphase

DynamischeNitratknieerkennungs-

phaseMinimale

Bio-P-Dauer

Dynamische Phosphatrücklöse-

phase

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

Biologischer Abbau von Inhaltsstoffen

AQUALOGIC

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

Verfahrenstechnik

Biologie

Biotechnologie

Mess- und Regelungs-technikElektrotechnik

Software-Entwicklung

Umwelttechnik

Reglersystem AQUALOGIC

Interdisziplinäres Team


Universität WürzburgBITControl

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung


AQUALOGIC Software-Systemaufbau

• Softwarewerkzeug läuft auf Microsoft Betriebssystemen

• eigenständiges Programm wie z. B. Excel

• Softwareschnittstellen DDE/OPC

• einfache Koppelung an Leitsysteme oder SPS

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

PASSAVANT-INTECH

PC AQUALOGIC-Reglersystem

NO3

NH4

O ²

Messgrößenumformer

Messsignale

Steuerbefehle

Fernwartung

AQUALOGIC- SPS

(inkl. Notprogramm)

Messsignale

Steuer- befehle

Fremdaggregate z.B. • Belüftung • Fällmitteldosierung* • Prozesswasserdosierung* • Telenotruf*

... *

* Option

Eingangssignale für Tagebuchauf- zeichnung*

PO4

Redox

Elektrotechnischer Systemaufbau


Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

• 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

AQUALOGIC

Weitere Optimierung durch AQUALOGIC Zusatzmodule

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH AQUALOGIC

Weitere Optimierung durch AQUALOGIC Zusatzmodule

Prozesswasser-

tool für bedarfsgerechtes

Dosieren

CleargetElektro-nisches

Tagebuch

DDE/OPC -Schnittstelle

fürKopplungen

C-QuellenDosierung

Fällmittel-dosierungstool

für online-Messgeräte

Fällmittel-dosierungstoolfür belastungs-

abhängige Dosierung

Zulauf-management

Abwasser-zwischen-

speicherung

Tropfkörpertool zur belastungs-

abhängigen Parallelbeschik-

kung

PLS

Überschuss-schlamm

Rücklaufschlamm-

Regelung

AQUALOCICfür

SBR-Anlagen

Rezirkulations-

Regelung

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

• 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

Mögliche Anlagentypen

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

Maske „Leitstand“

AQUALOGIC

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung


Maske„Einstellungen für belüftete und unbelüftete Phasen“

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

Tagesgang mit Sauerstoff-Redox-Regelung

AQUALOGIC

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

Tagesgang mit Reglerart Sauerstoff-Nitrat

AQUALOGIC

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung


Maske “Ammonium-Nitrat-Regler - belüftete Phase”

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

Tagesgang Reglerart Sauerstoff-Ammonium-Nitrat

AQUALOGIC

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH 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

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

Ablauf

Zulauf

2.500 m ³ 2.500 m ³

RedoxO 2

RedoxO 2

KA Osterhofen: Fließbild

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH KA Osterhofen: Kurvenverläufe

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH KA Osterhofen: NO3-N Ablaufwerte

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH KA Osterhofen: NH4-N Ablaufwerte

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

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 Osterhofen: Ablaufwerte

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH KA Bad Feilnbach

0

2

4

6

8

10

12

14

Mai

02

Jul 0

2

Sep

02

Nov

02

Jan

03

Mrz

03

Mai

03

Jul 0

3

Sep

03

Nov

03

Jan

04

Mrz

04

Mai

04

Jul 0

4

Sep

04

Nov

04

Jan

05

Mrz

05

Mai

05

[mg

/l]

NH4 NO3 Nges

Inbetriebnahme Aqualogic

Ablaufwerte

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH KA Zell Bullay

Energieverbrauch und Ablaufwerte Gesamtstromverbrauch

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

1 2 3 4 5 6 7 8

Month

kWh

/mo

nth

Nges mg/l

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8

Month

mg

/l

Installation AQ und Belüftung


Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung


Energieverbrauch

01.01.2007 bis 30.06.2007DemoAbwasser

01.0107.01

13.0119.01

25.0131.01

06.0212.02

18.0224.02

02.0308.03

14.0320.03

26.0301.04

07.0413.04

19.0425.04

01.0507.05

13.0519.05

25.0531.05

06.0612.06

18.0624.06

30.0606.07

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

kWh

Stromaufn. Gebläse 1 (Belebung)



Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung


Tagesgang mit „Sektunfall“

10.08.2005 bis 12.08.2005Messwerte

12:5710.08

17:3310.08

22:0910.08

2:4511.08

7:2111.08

11:5711.08

16:3311.08

21:0911.08

1:4512.08

6:2112.08

10:5712.08

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

mg/l

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

A

O2 Belebung 1 (Belebung, Zell-Bullay-Alf) Stromaufn. Gebläse 1 (Belebung, Zell-Bullay-Alf)

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung


Fällmittelmenge

Phosphat Elimination

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8

l/h l/h


Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung


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

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

Referenzliste – Auswahl verschiedener Kläranlagen

Reduktion der Gesamtstickstoff-Ablaufwerte durch den Einsatz des AQUALOGIC-Reglersystems bei gleichzeitig niedrigerem

Energieverbrauch


-24%

-84%

-40%

-66%

-74%

-51%-47%

-23%

-58%

-75%

-29%

-72%

-61%

-53%

-41%

-28%-21%

-58%

-44%

-66%

-36%

-28%-24%

-31%

-40%

-82%

-57%

-75%

-52%

-38%

-25% -28% -29%

-49%

-36%

-79%

-48%

-30%

-91%

-24%-30%

-22%

-59%

-41%-37%

-58%

-41%

-25%

-63%

-30% -31%

-36%

-68%

-36%-32%

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

KA

mit

22.0

00 E

GW

KA

mit

7.00

0 E

GW

KA

mit

6.00

0 E

GW

KA

mit

7.00

0 E

GW

KA

mit

13.0

00 E

GW

KA

mit

3.00

0 E

GW

KA

mit

6.50

0 E

GW

KA

mit

15.0

00 E

GW

KA

mit

15.0

00 E

GW

KA

mit

4.00

0 E

GW

KA

mit

28.0

00 E

GW

KA

mit

3.70

0 E

GW

KA

mit

10.0

00 E

GW

KA

mit

25.0

00 E

GW

KA

mit

2.80

0 E

GW

KA

mit

100.

000

EG

W

KA

mit

4.20

0 E

GW

KA

mit

12.0

00 E

GW

KA

mit

4.30

0 E

GW

KA

mit

8.00

0 E

GW

KA

mit

14.0

00 E

GW

KA

mit

12.0

00 E

GW

KA

mit

40.0

00 E

GW

KA

mit

150.

000

EG

W

KA

mit

17.0

00 E

GW

KA

mit

10.0

00 E

GW

KA

mit

5.00

0 E

GW

KA

mit

12.0

00 E

GW

KA

mit

3.00

0 E

GW

KA

mit

3.00

0 E

GW

KA

mit

10.0

00 E

GW

KA

mit

4.90

0 E

GW

KA

mit

15.5

00 E

GW

KA

mit

10.0

00 E

GW

KA

mit

18.0

00 E

GW

KA

mit

1.25

0 E

GW

KA

mit

30.0

00 E

GW

KA

mit

18.0

00 E

GW

KA

mit

17.0

00 E

GW

KA

mit

8.00

0 E

GW

KA

mit

2.50

0 E

GW

KA

mit

1.40

0 E

GW

KA

mit

7.50

0 E

GW

KA

mit

4.40

0 E

GW

KA

mit

23.0

00 E

GW

KA

mit

30.0

00 E

GW

KA

mit

7.00

0 E

GW

KA

mit

5.90

0 E

GW

KA

mit

4.50

0 E

GW

KA

mit

2.50

0 E

GW

KA

mit

28.0

00 E

GW

KA

mit

2.90

0 E

GW

KA

mit

6.00

0 E

GW

KA

mit

360.

000

EG

W

KA

mit

28.0

00 E

GW

Ng

es in

mg

/l

-100%

-80%

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Ng

es-R

edu

ktio

n in

%

ohne AQUALOGIC mit AQUALOGIC Nges-Abnahme (%)

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung


Passavant-Intech GmbH und BITControl

Gemeinde/Kommune - Verbände - private Betreiber

LandratsamtUmweltamt

Wasserwirtschaftsamt

u. A. Senkung eines Ablaufparameters um 20 %

(Garantie von Passavant Intech und BITControl)

VORTEILE

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

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

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)

Problemstellung

AQUALOGIC-Einstellungen mussten für eine mittlere Temperatur justiert werden

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH 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

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH Beobachtung

0

10

20

30

40

50

60

70

80A

gg

reg

atle

istu

ng

[%

] / T

emp

erat

ur

[°C

]

Durchschnittliche Aggregatleistung der Belüfter in der belüfteten Phase

Durchschnittliche Temperatur Belebungsbecken

20042003 20062005

Eingetragenes Luftvolumen auf Belebtschlammanlagen schwankt stark mit der Temperatur

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

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

Mögliche Einflussfaktoren

für die Schwankungen des Luftvolumens

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH Mögliche Einflussfaktoren

Endogene Atmung

C

PN

Ab

ster

ben

Lyse

Wachstum

O2

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30

Temparatur [°C]

Ko

mp

ress

orl

eist

un

g

Exponentielle Abhängigkeit

Abhängigkeit nach Arrhenius

Abhängigkeit

TREAeAk

Exponentielle Darstellung

))*10/2((ln0

Tekk

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH Anpassung

Bisher

Parameter „Kompressorleistung“ als fester Wert eingestellt.

Nachführung per Hand

Neuerung

Parameter „Kompressorleistung“ wird über Algorithmus ständig an Temperatur angepasst

Firmengeschichte

Geschäftsfelder


AQUALOGIC


Forschung

PASSAVANT INTECH

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 5-1197222 RimparTel. +49-9365-80 82 68Fax. +49-9365-80 82 [email protected]

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