Aufrufe
vor 7 Monaten

wlb - UMWELTTECHNIK 2/2018

wlb - UMWELTTECHNIK 2/2018

t MESSE SPECIAL t TITEL

t MESSE SPECIAL t TITEL ANLAGENBAU DYNAMISCHE MODELLIERUNG VERBESSERT ENERGIEBILANZ Der Löwenanteil des bei der Abwasserreinigung eingesetzten elektrischen Stroms fließt in die Belebung. Bei Energiestudien lohnt es sich, gerade diese Prozesse genau unter die Lupe zu nehmen. Armin Meister setzt mit seinem Ingenieurbüro bei der Bestandsanalyse und Optimierung von Kläranlagen auf dynamische Modellierungsverfahren aus der Systemtheorie. Autor: Thorsten Sienk, freier Fachjournalist, Bodenwerder Schärfere Einleitungsgrenzwerte und die Forderungen nach höherer Energieeffizienz sind die Innovationstreiber in der Abwassertechnik – und Auslöser für umfangreiche Modernisierungen. Kommunale Investitionen haben das Ziel, die Prozesse in den Belebungsbecken zu optimieren und den Wirkungsgrad zu verbessern. Mit einem „alte Technik raus, neue Technik rein“ ist es dabei aber nicht getan – wenn Effizienzpotenziale voll ausgeschöpft werden sollen. Durch eine strukturierte Herangehensweise ist es dem Physikingenieur Armin Meister aus Rüsselsheim bei der Kläranlage Bingen gelungen, den Energiebedarf durch konzeptionelle Veränderungen und den Einsatz moderner Hybridgebläse von Aerzen erheblich zu senken. Parallel dazu erhöhte sich die Eliminationsleistung der Anlage gravierend. „Die Bestandsanalyse steht bei jedem Projekt vor den eigentlichen Lösungsansätzen“, meint Meister. Viel zu häufig seien es bauliche und konzeptionelle Mängel, die die Leistung einer Kläranlage empfindlich mindern – und den Energiebedarf pro Einwohnergleichwert in die Höhe schnellen lassen. „Es ist deshalb fahrlässig, Optimierungen auf Grundlage vorliegender Fehler vorzunehmen.“ Angesichts der Tatsache, dass in der Planung von Kläranlagen immer zu betrachten ist, welche Eingangsgrößen zu welchen Ausgangsgrößen führen, beeinflussen alle Systemparameter sowie die baulichen Gegebenheiten das Ergebnis. Es gibt Wechselwirkungen, 14 wlb UMWELTTECHNIK 2/2018

t t t TITEL MESSE SPECIAL zeitlichen Versatz zwischen Ursache und Wirkung sowie rekursive Prozesse, die sich beeinflussen und überlagern. GRÖSSTER HEBEL IST PROZESSVERBESSERUNG Durch Modellierung Prozesse und Umwelt nach vorne bringen: Für die auf 80 000 Einwohnergleichwerte ausgelegte Kläranlage in Bingen führte diese tiefgreifende Herangehensweise zu einer erheblichen Verbesserung und Stabilisierung der Reinigungsleistung. Die Energieeinsparungen im Bereich der Belebungsstufe teilen sich etwa je zu Hälfte in konzeptionelle Verbesserungen und den Einsatz besserer Maschinentechnik. „Energiekosten und Einleitwerte bestimmen neben Personal und Instandhaltung die Betriebskosten“, fasst Meister zusammen – vor allem, weil niedrige Einleitwerte direkt zu fallenden Abwasserabgaben an das Land führen. Investitionen lohnen sich also doppelt. Die optimierten Prozesse fordern in der technischen Ausführung Systeme, die sich mithilfe eines schnellen und dichten Netzes von Sensorik möglichst durchgängig im optimalen Lastpunkt fahren lassen. Armin Meister hat dafür die Lastkurven mehrerer Jahre untersucht und darauf aufbauend die Modellierung entworfen. Sie bildet die Grundlage, die zukünftigen Anforderungen an die Verdichterstationen zu definieren. „So war es möglich, bei Gewährleistung der abwassertechnischen Anforderungen sowie der erforderlichen Redundanz die – in Bezug auf den Energieverbrauch und die Gesamtwirtschaftlichkeit – optimale Aggregatauswahl zu treffen.“ Dies führte zu Aerzen Drehkolbenverdichtern vom Typ Delta Hybrid. „Anstelle statischer Bemessungsansätze treten dynamische Simulationen, um die technischwirtschaftlich beste Lösung herauszufinden.“ Armin Meister, Physikingenieur, Rüsselsheim BETRIEB IM OPTIMALEN LASTPUNKT Hierbei handelt es sich mit Blick auf die optimalen Lastpunkte um vier unterschiedliche Aggregate mit abgestuften Leistungen und entsprechend angepasster Motorengröße für zwei unabhängige Druckluftsysteme. Dieses Quartett deckt annähernd 90 % der Betriebsfälle ab, sodass die älteren und energetisch ungünstigeren Bestandsaggregate ausschließlich bei seltenen Hochlast- oder Redundanzereignissen zum Einsatz kommen. Der größte Delta Hybrid Drehkolbenverdichter vom Typ D 62 S liefert mit 110 kW Motorleistung und 1 000 mbar maximalem Differenzdruck bis zu 3 500 m³/h. Die Typen D 36 S, D 24 S und D 12 S sind kleiner dimensioniert und fördern 2 150, 1 390 und 690 m³/h mit Motorleistungen von 75, 55 und 30 kW. Installiert sind die beiden kleineren Aggregate im vorhandenen Maschinenhaus, in dem auch die Bestandsgeräte stehen. Die beiden großen Delta Hybrids sind im Freien platziert. Eine einfache Überdachung schützt sie vor der Witterung. „Ich war zunächst skeptisch, ob die Gebläse das auf Dauer mitmachen. Die Zeit hat aber gezeigt, dass es überhaupt keine Probleme mit der Betriebssicherheit gibt“, berichtet Betriebsleiter Norman Becker. ROBUSTER AUFBAU FÜR OUTDOOR-EINSATZ Die Entscheidung, die beiden Delta Hybrid Typen D 62 S und D 36 S „outdoor“ aufzustellen, hatte zwei Gründe: Zu wenig Platz und eine unzulängliche Belüftung im Maschinenhaus. Der bei der Luftverdichtung herrschende Joule-Thomson-Effekt hat zur Folge, dass 01 Neu trifft alt: Die in die Jahre gekommenen Bestandsgebläse dienen heute als Redundanz und Reserve für Lastspitzen 02 Per Touch-Panel lässt sich die Gebläsetechnik vor Ort bedienen 01 02 wlb UMWELTTECHNIK 2/2018 15