Uni Dresden, Gastvorlesung - Klärwerk.info - Aktuelles · · 2012-07-30ATV – DVWK Arbeitsblatt...

Folie 1

06.07.2012 Pumpwerke, Rechengebäude bis zur Energieoptimierung etc. Folie 1

06.07.2012

Praktische Erfahrungen bei der

Modernisierung von Pumpwerken,

Rechengebäuden bis hin zur

4. Reinigungsstufe

06. Juli 2012

Dipl.-Ing. Klaus Alt

Uni Dresden, Gastvorlesung

Folie 2

06.07.2012 Pumpwerke, Rechengebäude bis zur Energieoptimierung etc. Folie 2

06.07.2012

Vorstellung

Hydro-Ingenieure GmbH

Beratendes und unabhängiges Ingenieurbüro

Gründung im Jahre 1982

Heute ca. 50 Mitarbeiter

Hauptsitz: Düsseldorf,

Niederlassung: Osnabrück,

Kaiserslautern, Karlsruhe

Umsatz ca. 4,5 Mio. € / Jahr

Ingenieurkammer Bau

(Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen)

Zertifiziert nach DIN EN ISO 9001:2000

seit dem 6. September 2007

Folie 3

06.07.2012 Pumpwerke, Rechengebäude bis zur Energieoptimierung etc.

Einleitung, Veranlassung

Grundsätzliche Anforderungen an Pumpwerke / Rechengebäude

Grundlagenermittlung, Bestandsaufnahme

Praktische Beispiele

Kassel, Frankfurt, Lineg Pumpwerke, Stuttgart Mühlhausen etc.

Zusammenfassung

Gliederung Teil 1

Folie 4


Einleitung, Veranlassung

fortgeschrittenes Alter der Bau-,

Maschinen-, EMSR-Technik

hoher Verschleißbedarf und

Instandhaltungskosten

Optimierungsbedarf,

Energieeffizienz offensichtlich

Ganzheitliche Betrachtung,

nachhaltige Investitionsstrategie

Modernisierungsbedarf einer Vielzahl von Pumpwerken / Rechengebäuden

Folie 5


Grundsätzliche Anforderungen an Pumpwerke / Rechengebäude

ATV – DVWK Arbeitsblatt 134 (Juni 2000)

Störungsarm, Minimum an Wartung

Pumpenstaffelung, Redundanzen

hydraulische Nachweise der Zulaufkanäle

Mindestkugeldurchgang

generelle Erweiterungsmöglichkeit bei

veränderter Abwassermenge

Energie

„Auslegung von Pumpwerken muss die gleiche Entsorgungssicherheit, wie bei

Ableitung im freiem Gefälle, haben.“

Folie 6


Grundlagenermittlung, Bestandsanalyse

Betriebserfahrungen des Betriebes bzw.

Dokumentation über viele Jahre (Betreiber-

Philosophie)

Fotodokumentation des Bestandes

Prüfung von vorhandenen Bestandsplänen

auf Aktualität (bei Bedarf Vermessung oder

neue Objektpläne)

Erfassung der bestehenden Leistungsdaten

bzw. Energiekosten im Ist-Zustand

Außerbetriebnahme von Anlagenteilen zur

Feststellung des baul. Sanierungsbedarfes

Folie 7


Beispiel Klärwerk Kassel, Ausbaugröße 300.000 EW

Trockenwetter 2,4 m3/s

Mischwasser 12,0 m3/s

Mischwasserpumpwerk mit 6 Schneckenpumpwerken

2+1 Grobrechen Fa. Geiger

Geigerwalzpressen

belüfteter Sandfang (2-straßig)

Folie 8


Beispiel Klärwerk Kassel

Hydraulische Engpässe bei Hochwasser-

stand der Fulda (QSoll = 9,6 m3/s, QIst = 6 m3/s)

Vorhandene Schneckenpumpen Spaans

sind verschlissen, ausgewaschene Tröge sind

sanierungsbedürftig

Grobrechen mit Spaltweite 25 mm nicht mehr

Stand der Technik

Zu hohe hydraulische Belastung des

Sandfangs

Fazit – Neukonzeption erforderlich

Kurzbeschreibung bestehender Betriebsprobleme (Auszug)

Folie 9



Ehemaliger Fließweg

Schmutzwasser = 2,6 m3/s

Mischwasser = 9,6 m3/s

Folie 10



Heutiger Fließweg

Schmutzwasser = 2,6 m3/s

Mischwasser = 9,6 m3/s

Folie 11


1. BAUABSCHNITT

Bau des Mischwasserpumpwerks (Q = 9,6 m3/s)

4 Schneckentrogpumpen DN 2800


Folie 12



1. BAUABSCHNITT

Herstellung des Abschlagsbauwerks und des Verbindungskanals DN 2200

Öffnen der Hallenfassade des alten Rohwasserpumpwerks

Folie 13


2. BAUABSCHNITT

Beton- und GfK-Abdeckung


Folie 14



2. BAUABSCHNITT

Abbruch der Hallenaufbauten

Folie 15



Praktische Erfahrungen

Bauen im Bestand = Kostenrisiko

Detaillierter Wirtschaftlichkeitsvergleich verschiedener

Lösungskonzepte erforderlich

Betreibererfahrung ist zu berücksichtigen bei der Wahl zwischen

bewährter Technik (Schneckenpumpen) und Alternativen

Branchenerfahrung bietet Argumentationsgrundlage

Anforderungen Abluftemissionen

Folie 16



1. BAUABSCHNITT

Einbau eines schwimmerregulierten Klappenwehrs

Folie 17



3. BAUABSCHNITT

Abbruch der Sandfang-Hallenaufbauten - Innenansicht

Folie 18



3. BAUABSCHNITT Ausrüstung der neuen Rechenhalle

3 Feinrechen Fabrikat FSM

(Spaltbreite 8 mm)

Auslegung 3 x 50 %

Rechengutförderung mit

Transportbändern

Notfallkonzept

Folie 19


Förderleistung Ist Qmax =1.180 l/s

Zufluss Vorflut-, Grund- und Regenwasser

Fortgeschrittenes Alter der Maschinen-

und E-Technik (50er Jahre)

hohe wasserwirtschaftliche Bedeutung

Beispiel Hochwasserpumpwerk PAH Diergardt Mevissen

Fazit – Modernisierungsbedarf

Folie 20



2 Vorflutpumpanlagen

(AEO = 140 ha)

2 Grundwasserpumpanlagen

Regenwassernetz

(AE = 19,2 ha, Ared = 6,72 ha)

Bestandssituation Einzugsgebiet

Folie 21



Bestandsaufnahme des Pumpwerkes

Folie 22


Erneuerung Maschinentechnik

Erneuerung der EMSR-Technik

Optimierung Rohrleitungsführung

Optimierung Zulauf Pumpensumpf

Verbesserung der Arbeitssicherheit

Verbesserung der Zugänglichkeit

Einbindung Notstromkonzept KA

Sanierungsziele


Folie 23



Hydraulischer Nachweis der

Zulaufkanäle

Überprüfung der

Gesamtförderleistung

Bestimmung der maßgebenden

Ereigniskombination

Auslegung und Staffelung der

Pumpen (Grundlast, Maximum)

Umbaukonzept mit möglichst

wenig Provisorien

Aufgaben

Folie 24



Optimierung mit 1.110 l/s (Überstaunachweise geführt)

Pumpenstaffelung: 3 baugleiche Pumpen (3 x 370 l/s = 1.110 l/s)

Absenkung der Pumpenschaltpunkte (zusätzliches Rückhaltevolumen)

Ausführung der 1.Pumpe mit FU, Wechsel mit 2. Pumpe planmäßig

Ergebnisse von 16 einzelnen Lastfallbetrachtungen

Folie 25



Folie 26



Folie 27



Prallplatte Prallplatte

Fließweg

Fließweg

Folie 28


Auskömmlichkeit des Honorares

Grundlagenermittlung LP 1 der Objekt-

planung mit 3 % i.d.R. nicht ausreichend

Bestandspläne (Kanalnetz, Pumpwerk)

Koordination der Vermessung

Hydraulische Berechnungen

Aufwandskalkulation bietet für beide Seiten

eine faire Abrechnungsgrundlage (statt 3 %

häufig eher 10 – 20 % je nach besonderen

Leistungen)

Folie 29


Grundlagenermittlung, Bestandsanalyse

Betriebserfahrungen des Betriebes bzw.

Dokumentation über viele Jahre (Betreiber-

Philosophie)

Fotodokumentation des Bestandes

Prüfung von vorhandenen Bestandsplänen

auf Aktualität

Energie

Sind geeignete Stromzähler vorhanden?

Dokumentation des Strombedarfes (PLT)

Wirkleistungsmessung eingebaut

Folie 30


Beispiel Hauptklärwerk Stuttgart-Mühlhausen

Anschlussgröße: 1.200.000 EW

Qt : 4.000 l/s

QM : 7.500 l/s

Biologie 3

Nachklärbecken 11 - 14

Pumpenhaus 4

Belebungsbecken 13 - 18

Vorgeschaltete Denitrifikation

Folie 31



Folie 32



Rücklaufschlamm

QRS 1.800 l/s

derzeit vorhanden 4 Rohrschachtpumpen

Folie 33



Variantenuntersuchung

Anzahl

Pumpen

Aufstellungs-

art

Anordnung

MID

Regelung

RS-Menge

Variante 1 4 nass Sammel-

druckleitung FU

Variante 2.1 4 trocken Druckleitungen FU

Variante 2.2 4 nass Druckleitungen FU

Variante 2.3 4 nass Vorschacht Platten-

schieber

Variante 3.1 3 trocken Vorschacht Teleskop-

abzug

Variante 3.2 3 nass Vorschacht Teleskop-

abzug

Variante 4 4 trocken Druckleitungen FU

Folie 34



0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200

Förd

erh

öh

e H

in [

m]

Hmin[m] Hmax[m] Reduzierte PKL PKL Einzelbetrieb Parallb. 4 P

Förderstrom Q in [l/s]

Ermittlung Pumpen- , Anlagenkennlinie und Wirkungsgrade

in Abhängigkeit der Fördermenge

Folie 35



E – Verbrauch

( kWh/a )

E – Kosten

( Euro/a )

Abweichung

Variante 1 243.973 29.277 10%

Variante 2.1 220.978 26.517 0%

Variante 2.2 243.973 29.277 10%

Variante 2.3 243.973 29.277 10%

Variante 3.1 278.335 33.400 26%

Variante 3.2 292.044 35.045 32%

Variante 4 220.978 26.517 0%

Energetische Bewertung der Varianten

Folie 36



Kreislaufwasser

QKLW 2.130 l/s

derzeit vorhanden 3 Rohrschachtpumpen im UG Pumpenhaus 4

Folie 37



Variante K 1

3 trocken aufgestellte Pumpen im UG Pumpen-

haus 4

Variante K 2.1

Je 1 Propellerpumpe im BB und Nutzung des

vorhandenen Verteilergerinnes

Variante K 2.2

Je 1 Propellerpumpe im BB und Förderung

über Druckleitung

Variantenuntersuchung

Folie 38



E – Verbrauch

( kWh/a )

E – Kosten

( Euro/a )

Abweichung

Variante K 1 499.455 59.935 242%

Variante K 2.1 168.501 20.220 15%

Variante K 2.2 146.034 17.524 0%

Energetische Bewertung der Varianten

Folie 39


Beispiel ZKA Kaiserslautern, Energie-und Wärmekonzept

Anschlussgröße:

210.000 EW

3-straßige Belebung,

Schlammfaulung

Volumen des

Belebungsbeckens 22.

500 m³

Folie 40



Energieverbrauch 2010 Pel: 4.800.000 kWh/a

Spezifischer Energieverbrauch: 22,9 kWh/(EW*a)

Folie 41



0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

[kW

h/M

] ZKA-KL: Stromverbrauch 2008-2010

∑ Stromverbrauch ZKA 2008 ∑ Stromverbrauch ZKA 2009 ∑ Stromverbrauch ZKA 2010

Folie 42



Umbau der vorgeschalteten Kaskadendenitrifikation in eine

intermittierende Denitrifikation mit Rohrströmungstechnologie

Einbau feinblasiger MESSNER - Plattenbelüfter

Ausbau der Rührwerke

Optimierung des Energieeintrags ins Belebungsbecken

Folie 43



Belebungsbecken 2 mit MESSNER-Plattenbelüftern

Folie 44



0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

[kW

h/M

] ZKA-KL: Stromverbrauch Prozessluft 2008-2010

∑ Prozessluft 2008 ∑ Prozessluft 2009 ∑ Prozessluft 2010

Prognose Prozessluft Linear (∑ Prozessluft 2008)

Reduzierung von 15.000-20.000 kWh/M

März - November 08: Belüftung neu / Rührwerke außer Betrieb

Folie 45



Austausch der BHKW

Alt: 2 BHKW Pel = 460 kW ηel= 30% ηth = 50%

Neu: 2 BHKW Pel = 400 kW ηel= 41% ηth = 42%

Anteil Eigenstromerzeugung nach Umsetzung aller Maßnahmen

Alt: 45%

Neu: 90%

Optimierung der Eigenstromerzeugung

Folie 46



0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Wärmeerzeuger (mit Ø Klärgas 2010, HW=6,4, eta_th=40%) und Verbraucher (mit TR PS=4%)

Defizit [MWh/M]

Wärmeerz.(mit Ø Klärgas 2010, HW=6,4, eta_th=40%) [MWh/M]

∑ Verbraucher (mit berechneten Schlammwärmebedarf "TR PS 4%") [MWh/M]

Wärmedefizit: 680 MWh/a

Folie 47



Erhöhung des Trockenrückstand

Primärschlamm durch Eindickung in den

Trichtern Vorklärbecken

TR von 3% auf 4%

Wärmeeinsparung von 150 MWh/a

Umsetzung Wärmekonzepte Betriebs-

und Verwaltungsgebäude

Wärmeeinsparung von 180 MWh/a

Wärmeeinsparpotentiale

Folie 48



Faulschlamm 500 MWh/a

Abwasser im Ablauf Nachklärbecken 600-800 MWh/a

Prozeßluft 120 MWh/a

Gemischkühlung BHKW 60 MWh/a

Ziel: Erwärmung des Rohschlammes (PS + ÜS)

Wärmerückgewinnung

Folie 49


Beispiel Kläranlage Hilden, Ausbaugröße 95.000 EW

Trockenwetter 1.400 m3/h

Mischwasser 2.800 m3/h

3-straßige Belebung, Schlammfaulung

Energieverbrauch 3.600.000 kWh/a

spezifisch 40 kWh/(EW*a)

Folie 50


Beispiel Kläranlage Hilden

Stromverbrauch Turboverdichter

Folie 51



Folie 52


Wirtschaftlichkeit Turbo- / Drehkolbengebläse

betriebliche Vorteile für Turboverdichter

Energieeinsparung gegenüber Ist-Zustand

2.400.000 - 1.850.000 = 550.000 kWh/a

= 85.000 €/a

Investition 520.000 € = 5 - 6 Jahre


Folie 53

06.07.2012

Vielen Dank

für die Aufmerksamkeit!

www.hydro-ingenieure.de

Hydro-Ingenieure • Planungsgesellschaft für Siedlungswasserwirtschaft mbH

Stockkampstraße 10 • 40477 Düsseldorf • www.hydro-ingenieure.de

Uni Dresden, Gastvorlesung - Klärwerk.info - Aktuelles · · 2012-07-30ATV – DVWK Arbeitsblatt...

Documents

Transcript of Uni Dresden, Gastvorlesung - Klärwerk.info - Aktuelles · · 2012-07-30ATV – DVWK Arbeitsblatt...