Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projektes war die Entwicklung einer neuartigen Steuerung f\u00fcr sequentiell betriebene Reaktoren (SBR), die (1) ein H\u00f6chstma\u00df an Prozessstabilit\u00e4t beim Betrieb von SBR-Kl\u00e4ranlagen gew\u00e4hrleistet, (2) Fahrweisen erm\u00f6glicht, bei denen die gesetzlichen Ablaufgrenzwerte deutlich unterschritten werden, (3) minimale Betriebskosten der Gesamtanlage erfordert und (4) die ein H\u00f6chstma\u00df an Flexibilit\u00e4t gegen\u00fcber ver\u00e4nderten Anforderungen der Abwasserbehandlung (Zulauf) und des Anlagenausbaus (z.B. zus\u00e4tzliche Reaktoren) erlaubt. Entwicklung und Test des neuen Steuerungskonzeptes sollten auf der Basis (1) eines fundierten Prozessverst\u00e4ndnisses aus Versuchsanlagen und (2) einer mathematischen Modellierung aller wesentlichen Teilprozesse mit Hilfe der Methode der dynamischen Simulation erfolgen. Die in dem F\u00f6rderprojekt zu entwickelnde Steuerung sollte auf der Kl\u00e4ranlage des N\u00fcrburgrings implementiert und erprobt werden. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sollten somit einen effektiven Betrieb der Kl\u00e4ranlage des N\u00fcrburgrings erm\u00f6glichen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt gliederte sich in die Arbeitsphasen:
\n\u00b7\tPlanung der gro\u00dftechnischen SBR-Anlage unter besonderer Ber\u00fccksichtigung der erh\u00f6hten Anforderungen an eine flexible Anlagensteuerung (Ingenieurb\u00fcro Dr. Siekmann)
\n\u00b7\tErstellen eines Programms zur Computersimulation von SBR-Anlagen (TU M\u00fcnchen, ifak),
\n\u00b7\tEntwicklung eines neuen leistungsf\u00e4higen Steuerungskonzeptes (TU M\u00fcnchen, ifak),
\n\u00b7\tTesten des Steuerungskonzeptes mit Hilfe von (a) Laborversuchen, (b) mathematischer Simulation (TU M\u00fcnchen, ifak),
\n\u00b7\tUmsetzen des Steuerungskonzeptes f\u00fcr die Kl\u00e4ranlage des N\u00fcrburgrings (Dr. Siekmann, TU M\u00fcnchen, ifak).<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes wurden Batchtests und Versuche mit SBR-Laborreaktoren durchgef\u00fchrt. Durch die Batchtests wurde die Auswirkung l\u00e4ngerer Stillstandsphasen unter verschiedenen Milieubedingungen auf die Ammonium-Oxidationsrate untersucht. Durch die Versuche mit den Laborreaktoren wurde die Auswirkung von Stillstandsphasen, der Einfluss der Zyklusgestaltung und die Dauer der Stillstandsphasen auf den gesamten Reinigungsprozess untersucht.
\nDie Ergebnisse aus den Batchversuchen zeigten, dass Belebtschlamm zur Konservierung der Leistungsf\u00e4higkeit der Bioz\u00f6nose nicht unter aeroben Bedingungen gelagert werden sollte, sondern ohne jegliche Bel\u00fcftung. Dadurch konnten nach mehrt\u00e4giger Lagerung ohne Substratzufuhr sehr viel h\u00f6here Ammonium-Oxidationsraten erreicht werden als nach einer Lagerung mit Bel\u00fcftung. W\u00e4hrend die Ammonum-Oxidation bei einer Lagerung mit Bel\u00fcftung bereits nach etwa 25 Tagen vollst\u00e4ndig zum Erliegen kam, war dies bei Lagerung ohne Bel\u00fcftung erst nach etwa 45 Tagen der Fall. Aus den Versuchen mit den SBR-Laborreaktoren ergab sich, dass das Hauptproblem bei einer Wiederinbetriebnahme nach einer l\u00e4ngeren Stillstandsphase die Akkumulation von Nitrit war. Bereits nach einer sechst\u00e4gigen Stillstandsphase konnte nach Wiederinbetriebnahme eine erh\u00f6hte Nitritkonzentration im Ablauf festgestellt werden. Nach einer zw\u00f6lft\u00e4gigen Stillstandsphase lag bereits ein Gro\u00dfteil des Stickstoffes im Ablauf als Nitrit vor. Auch die Zeitspanne bis zu einer vollst\u00e4ndigen Erholung der Bioz\u00f6nose unter Normallast stieg mit zunehmender Dauer der Stillstandsphasen an. Infolge der am N\u00fcrburgring vorliegenden Lastsituation mit extrem hohen Ammoniumbelastungen im Zulauf spielte auch die Zyklusgestaltung eine wichtige Rolle hinsichtlich eines stabilen Anlagenbetriebs. In den Laborversuchen wurden zwei unterschiedliche Zyklusprogramme miteinander verglichen. Das eine Programm (Zyklus B) bestand aus einer einzigen F\u00fcllphase, in der das gesamte Austauschverh\u00e4ltnis je Zyklus ausgetauscht wurde; anschlie\u00dfend erfolgte eine lange Nitrifikationsphase und eine lange Denitrifikationsphase. Das zweite Programm (Zyklus A) bestand aus mehreren kleinen F\u00fcllphasen mit zugeh\u00f6rigen kurzen Nitrifikations- und Denitrifikationsphasen. Es zeigte sich, dass infolge der hohen Stickstoffkonzentrationen und der oben genannten Nitritakkumulation nach l\u00e4ngeren Stillstandsphasen, bei Zyklustyp B kein sicherer und stabiler Betrieb aufrecht erhalten werden konnte, da sich kritisch hohe Nitritkonzentrationen aufbauten. Im Weiteren wurde dadurch auch die Denitrifikation gehemmt und es kam zu hohen Nitritkonzentrationen im Ablauf sowie einem Zusammenbruch der Reinigungsleistung. Dagegen konnten sich bei Zyklustyp A keine kritisch hohen Nitritkonzentrationen aufbauen, da der je Zyklus zu eliminierende Stickstoff in mehreren Teilschritten entfernt wurde. Vergleicht man nun die Auswirkungen kurzer Stillstandsphasen (Dauer etwa 8 h) mit langen Stillstandsphasen (Dauer mehrere Tage), so zeigte sich, dass trotz der gleichen mittleren Belastung \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum, die Leistungsf\u00e4higkeit der Bioz\u00f6nose durch lange Stillstandsphasen besser konserviert werden konnte als durch kurze. Bei nur kurzen Stillstandsphasen stellten sich niedrigere Reaktionsgeschwindigkeiten ein, da diese kurzen Pausen wie eine Verl\u00e4ngerung der Zyklen wirkten und sich die Bioz\u00f6nose auf ein niedrigeres Lastniveau einstellte.
\nDiese Ergebnisse aus den Laborversuchen wurden in die Steuerung f\u00fcr die Kl\u00e4ranlage N\u00fcrburgring integriert. Dazu wurde das zugrundegelegte Belebtschlammodell ASM1 hinsichtlich der Absterbeprozesse modifiziert. In die Berechnung der Absterberaten der autotrophen und heterotrophen Organismen wurden Reduktionsfaktoren f\u00fcr eine Abbildung des Einflusses anoxischer und anaerober Zust\u00e4nde integ-riert.
\nEbenso wurde die Problematik infolge hoher Stickstoffkonzentrationen in die Anlagensteuerung integriert. Lagen erh\u00f6hte Stickstoffbelastungen im Zulauf der Anlage vor, erfolgte eine automatische Umschaltung auf einen Zyklus mit mehreren F\u00fcllphasen sowie bei einem weiteren Anstieg eine Verringerung des Austauschvolumen je Zyklus. Damit wurde einerseits eine hemmende Wirkung von zu hohen Ammoniumkonzentrationen vermieden und andererseits die Gefahr einer kritischen Akkumulation von Nitrit minimiert. W\u00e4hrend der mehrt\u00e4gigen Stillstandsphasen wurde entsprechend den erzielten Laborergebnisse auf eine Bel\u00fcftung des Belebtschlammes verzichtet. Dadurch konnte einerseits die Leistungsf\u00e4higkeit der Bioz\u00f6nose l\u00e4nger konserviert und andererseits der Energieverbrauch der Anlage minimiert werden.
\nDie Ergebnisse der Eigen\u00fcberwachung aus dem ersten Betriebsjahr der Anlage zeigten, dass das Ziel eines stabilen und sicheren Anlagenbetriebes infolge der lastflexibeln Steuerung voll erreicht wurde.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Zur Verbreitung der im Rahmen des F\u00f6rderprojektes erzielten Ergebnisse wurden die in der folgendenden Zusammenstellung angegebenen Ver\u00f6ffentlichungen und Vortr\u00e4ge durchgef\u00fchrt:
\nAlex, J; Arnold, E.; Siekmann, K: Entwicklung einer lastflexiblen SBR-Steuerung f\u00fcr die Kl\u00e4ranlage des N\u00fcrburgringes. VDI\/ VDE-GMA-Fachtagung Mess- und Regelungstechnik in abwassertechnischen Anlagen – Konzepte, Erfahrungen, Trends, Lagen, 22-23.11.1999. Tagungsband, ISBN-3-18-091516-1.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Aus den im Rahmen dieses Projektes erzielten Ergebnissen l\u00e4sst sich zusammenfassend feststellen, dass das Ziel der Entwicklung einer lastflexiblen Steuerung f\u00fcr die Kl\u00e4ranlage N\u00fcrburgring voll und ganz erreicht wurde.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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