Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Wissenschaftliche Untersuchungen haben in den letzten Jahren gezeigt, dass ein integrierter Betrieb der Teilsysteme Kanalnetz und Kl\u00e4ranlage die Gew\u00e4sserbelastung deutlich reduzieren kann. Insbesondere die Anpassung des Kl\u00e4ranlagenzuflusses an die aktuelle Reinigungskapazit\u00e4t kann stark sauerstoffzeh-rende und ammoniumhaltige Mischwasserentlastungen verhindern und somit den Vorfluter nachhaltig vor akuten Sch\u00e4digungen sch\u00fctzen. Ziel des Forschungsvorhabens ist die \u00fcbergreifende Entwicklung von Regelungskonzepten, in denen der Kl\u00e4ranlagenzufluss flexibel an die verf\u00fcgbaren Kl\u00e4ranlagenkapazit\u00e4ten angepasst wird und seinerseits als Randbedingung in ein Kanalnetz-Steuerungskonzept eingeht. Somit k\u00f6nnen vorhandene Abwassersysteme sehr effizient genutzt und die Emissionen in die Gew\u00e4sser verringert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn dem Forschungsprojekt wurden in der ersten Phase Untersuchungen zur Identifikation der Mess- und Regelungsgr\u00f6\u00dfen durchgef\u00fchrt, mit denen der bei Regenwetter stark schwankende Zufluss aus dem Einzugsgebiet an die hydraulische Kapazit\u00e4t und an die verf\u00fcgbare Reinigungsleistung angepasst werden kann. Die Messgr\u00f6\u00dfen mussten eine zuverl\u00e4ssige Vorhersage des Verhaltens der Kl\u00e4ranlage in Abh\u00e4n-gigkeit des Zuflusses erm\u00f6glichen.
\nFolgende Arbeiten wurden im Einzelnen durchgef\u00fchrt:
\n\u00b7\tAuswertungen vorliegender Messdaten von diversen Kl\u00e4ranlagen zur Identifizierung ma\u00dfgebender Messgr\u00f6\u00dfen, die die Belastungszust\u00e4nde und die Leistungsf\u00e4higkeit kritischer Prozesse wiedergeben.
\n\u00b7\tAuswahl eines geeigneten gro\u00dftechnischen Untersuchungsgebietes.
\n\u00b7\tVorentwurf von m\u00f6glichen, sinnvollen Steuerungskonzepten.
\n\u00b7\tDurchf\u00fchrung von Messungen und Auswertung der Messdaten im Hinblick auf die Weiterentwicklung der erforderlichen Messkonzepte zur Erfassung der Nitrifikations- und Nachkl\u00e4rungskapazit\u00e4t.
\n\u00b7\tErmittlung der Zusammenh\u00e4nge der Messwerte zum zul\u00e4ssigen Zufluss bzw. der Eignung zur zuverl\u00e4ssigen Prognose \u00fcber das Prozessverhalten.
\nIn einer zweiten Projektphase sollen Steuerungskonzepte umgesetzt und gro\u00dftechnisch erprobt werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Auswertung vorliegender Messdaten f\u00fchrte einerseits zu Erkenntnissen hinsichtlich kritischer Prozesse bei Mischwasser, andererseits wurden sie genutzt, um Konzepte zur Regelung des Mischwasserzuflusses zu entwerfen. Es kamen empirische und halbdeterministische Ans\u00e4tze zum Einsatz.
\nDie Nitrifikationskapazit\u00e4t wurde auf Basis von Massenbilanzen und vereinfachten kinetischen Ans\u00e4tzen beschrieben. Die Reaktionskinetik wurde auf zwei Arten ermittelt. Der vereinfachte deterministische Ansatz auf Basis der aktuell vorhandenen nitrifizierenden Biomasse erwies sich f\u00fcr eine schwach belastete Anlagen als relativ genau und langzeitstabil. Die rekursive Bestimmung der Nitrifikationskapazit\u00e4t ist nur anwendbar, wenn der eingehende Konzentrationsgradient eindeutig durch die Nitrifikation limitiert ist. Dies ist erst bei bereits erh\u00f6hten Ablaufwerten der Fall.
\nAufgrund der hohen Komplexit\u00e4t geeigneter deterministischer Modelle wurde die hydraulische Kapazit\u00e4t der Nachkl\u00e4rung nur durch empirisch ermittelte Steuerfunktionen (Regression oder Fuzzy-Regeln) beschrieben. Obwohl diese aufgrund der Unterschiede der Anlagencharakteristik und der Datenlage nicht \u00fcbertragbar sind, ist die Methode zur Ermittlung dieser Regeln \u00fcbertragbar. Einflussgr\u00f6\u00dfen sind der Schlammspiegel, der Gradient des Zuflusses dQ\/dt und die Schlammvolumenbeschickung. Die Nutzung relativ einfacher statistischer Zusammenh\u00e4nge hat den Vorteil, dass anlagenbedingte Besonderheiten automatisch beachtet werden (in deterministischen Modellen nicht m\u00f6glich).
\nEine Zuflussregelung in Abh\u00e4ngigkeit der Denitrifikation wurde nicht entworfen, da bei keiner der untersuchten Anl. Probleme auftraten. Der Nitratgehalt im Ablauf sollte dennoch als St\u00f6rgr\u00f6\u00dfe aufgenommen werden. Die biologische Phosphorelimination kann \u00fcber die chemische P-F\u00e4llung aufgefangen werden. Wichtig ist hier die Steuerung \u00fcber die PO4-P-Ablaufkonzentrationen, da die erh\u00f6hten Ablaufwerte h\u00e4ufig erst zeitversetzt zur Zulauffracht, n\u00e4mlich nach Wiedereinsetzen der P-R\u00fccklosung, auftreten.
\nDie Umsetzbarkeit und der \u00f6kologische Nutzen einer Steuerung des Zuflusses zur Kl\u00e4ranlage wurden am Beispiel der simulativen integrierten Lastfallstudie Chemnitz untersucht. Dazu wurde ein gekoppeltes Modell von Kanalnetz (Hystem-Extran-G\u00fcte, itwh) und Kl\u00e4ranlage (ifak) erstellt. Die Modellkopplung und Steuerung wird durch das Programm itwh-Control realisiert. Mit dem Gesamtmodell wurden die Emissio-nen in das Gew\u00e4sser von Kanalnetz und Kl\u00e4ranlage f\u00fcr f\u00fcnf Regenereignisse unterschiedlicher Intensit\u00e4t und Dauer ermittelt. Durch die Erh\u00f6hung des zul\u00e4ssigen Zuflusses von 2,6 m\u00b3\/s auf 3,0 m\u00b3\/s wurde eine Reduzierung der emittierten Gesamtfracht ermittelt, ohne dass es zu einer \u00dcberschreitung der zul\u00e4ssigen Ablaufgrenzwerte kam. Bei schwachen, lang anhaltenden Ereignissen konnte die eingeleitete Ammonium-Fracht um bis zu 23% reduziert und somit deutlicher Beitrag zur Umweltentlastung geleistet werden.
\nUm eine \u00dcberschreitung zul\u00e4ssiger Ablaufgrenzwerte jederzeit zu vermeiden, erfolgte die Implementierung eines Fuzzy-Regelungskonzeptes (St\u00f6rgr\u00f6\u00dfen: Schlammspiegel; CSB, NH4-N, Nges im Ablauf, TS-Gehalte BB, RS; maximaler Gradient Kl\u00e4ranlagenzufluss).Obwohl eine Stabilisierung und Sicherstellung der Reinigungsprozesse gew\u00e4hrleistet ist, sind gegen\u00fcber dem IST-Zustand Reduktionen der NH4-N-Frachten um bis zu 16 % m\u00f6glich.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Erw\u00e4hnung des DBU-Projektes und Teile der Ergebnisse in folgenden Vortr\u00e4gen und Ver\u00f6ffentlichungen:
\nSeggelke, K. (2005a): Integrierte Steuerung am Fallbeispiel Dresden modelltechnische Studie + praktische Untersuchungen Fachtagung Mess- und Regelungstechnik in abwassertechnischen Anlagen – Konzepte – Erfahrungen – Trends 22.\/23. Nov. 2005 in Wuppertal.
\nSeggelke, K. (2005b): Mess-, Steuerungs- und Regelungskonzepte zur Optimierung kritischer Prozesse bei Mischwasserzufl\u00fcssen, Fachtagung TU Kaiserslautern: Integrale Bewirtschaftung von Kanalnetz, Kl\u00e4ranlage und Gew\u00e4sser, 20. Okt. 2005.
\nFuchs, L. u. Seggelke, K. (2005): Integrierte Bewirtschaftung von Kanalnetz und Kl\u00e4ranlage. Fachtagung TAH, Regen- u. Mischwasserbehandlung -Status Quo + Perspektiven-, Hannover, 7.-8. September 2005.
\nKrebs, P. (2006): Die Siedlungswasserwirtschaft unter ver\u00e4nderten Systemanforderungen. Kolloquium zu Ehren des 60. Geburtstags von Prof. Willi Gujer, Z\u00fcrich 17.01.2006.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Hinblick auf die Zielereichung l\u00e4sst sich feststellen, dass die Identifikation des Belastungszustandes einer Kl\u00e4ranlage anhand verf\u00fcgbarer online-Messungen m\u00f6glich ist. Das Potenzial zur Minimierung der Gew\u00e4sserbelastung ist durch eine integrierte Steuerung gro\u00df. Die ausgew\u00e4hlte Kl\u00e4ranlage Chemnitz-Heinersdorf bietet aufgrund ihrer sehr guten messtechnischen Ausstattung, der technologischen Situation (R\u00dcB direkt vor d. KA-Zulauf) und dem engagierten Betreiber hervorragende Bedingungen zur Fortset-zung des Projekts in einer zweiten Phase und zur gro\u00dftechnischen Erprobung einer Steuerung des Zuflusses zur Kl\u00e4ranlage. Diese ist dringend erforderlich, um die erreichten Ergebnisse zu untermauern und diesen innovativen und zukunftweisenden Ansatz zur optimierten Aussch\u00f6pfung der vorhandenen Systemkapazit\u00e4ten zur Reduzierung der Umweltentlastung in die Praxistauglichkeit zu \u00fcberf\u00fchren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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