Projekt 21200/01

Entwicklung und Erprobung eines kontinuierlichen Messverfahrens für die Sauerstoffeintragleistung in Belebungsbecken von Kläranlagen zur Verringerung des Energieverbrauchs

Projektträger

Fröse & OlderdissenIngenieurbüro
Friedrich-Seele-Str. 1 b
38122 Braunschweig
Telefon: 0531/501839

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Entwicklung und Erprobung eines kontinuierlichen Messverfahrens für die Sauerstoffeintragsleistung in Belebungsbecken auf Basis der Abluftmethode. Dieses Verfahren ermöglicht die kontinuierliche Erfas-sung der zeitlichen Veränderung der Effizienz von Belüftungsystemen im Anlagenbetrieb als Entschei-dungsgrundlage für die Unterhaltung und Ersatzbeschaffung. Außerdem wird die Möglichkeit geschaffen, kurzzeitige Änderungen des alpha-Wertes im Betrieb von Belebungsanlagen mit dem Ziel einer Effizienzsteigerung zu berücksichtigen. Es wird damit eine Messeinrichtung entwickelt, die auf Kläranlagen zu ei-ner deutlichen Energieeinsparung und damit zu einer Umweltentlastung führen wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuf dem Klärwerk Hamburg-Dradenau wurde ein Belebungsbecken mit acht verschiedenen Belüfter-Fabrikaten bzw. -Typen ausgerüstet. Die zeitliche Veränderung der Effizienz dieser verschiedenen Belüfterfelder wurde 15 Monate lang mit dem zu entwickelnden Online-Messgerät gemessen. Für die Entwicklung des Online-Messgerätes lagen geeignete Randbedingungen vor, da das Versuchsbecken mit einer flexiblen Regel- und Messtechnik für die Belüfter ausgerüstet ist. Das Versuchsbecken blieb in den Pro-zess der Kläranlage eingebunden, so dass der Zufluss zur Versuchsanlage den vorhandenen Schwan-kungen im Tagesablauf und Jahresgang unterlag.
Es wurden neue, wartungsarme Sensoren erprobt, die einen Dauerbetrieb des Online-Messgerätes erlauben. Um eine repräsentative Erfassung des Sauerstoffeintrags auch bei ungleichmäßiger Luftverteilung sicherzustellen, wurde eine Mehrwege-Probenstromumschaltung sowie eine Analysator-Steuerung zur Bedienung dieser Probenstromumschaltung entwickelt, so dass mehrere Messorte untersucht wer-den können, ohne die Messstellen ständig zu versetzen.
Mit Rücksicht auf den unbeaufsichtigten Betrieb wurde das Messsystem mit einer Einrichtung zur Fernwartung bzw. Datenfernübertragung über das Telefonnetz ausgerüstet. Um auch im Dauerbetrieb eine aussagefähige Berechnung des Sauerstoffeintrags durchführen zu können, wurde das Messsystem so erweitert, dass eine ständige Erfassung des Luftvolumenstroms möglich ist.
Um verschiedene Messmethoden und die Zuverlässigkeit der eingesetzten Elemente ausgiebig zu untersuchen, wurden zwei unterschiedliche Online-Messgeräte erstellt und erprobt.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen der fast zweijährigen Entwicklungsarbeiten wurden diverse Modifikationen bzw. Optimierungen der Sauerstoffeintragsmessung nach der Abluftmethode realisiert, so dass nunmehr eine Messeinrichtung zur Verfügung steht, die
· einen kompakten, standardisierten Aufbau hat und in Kleinserie herstellbar ist;
· für den Einsatz als quasi-kontinuierliche Messung geeignet ist;
· entweder fest auf einer Kläranlage installiert werden, aber auch mit relativ geringem Aufwand temporär auf Kläranlagen eingesetzt werden kann;
· durch die automatisierte Auswertung der Messwerte im Prozessrechner schnell die für den Betrieb erforderlichen Ergebnisse liefert.
Damit ist es möglich, auf jeder Belebungsanlage, die mit einer Druckbelüftung arbeitet, für den konkreten Einsatzfall jederzeit Aussagen über die Effizienz des Belüftungssystems machen zu können. So kann z. B. die Alterung der Belüfterelemente auf Grund der erhobenen Messdaten lückenlos verfolgt werden. Die Entscheidung, wann Reinigungsmaßnahmen sinnvoll sind und wann Belüfter aus betrieblichen oder wirtschaftlichen Gründen ersetzt werden sollten, kann auf Basis dieser Messdaten zuverlässig getroffen werden. So wird den Anlagenbetreibern ein Instrument an die Hand gegeben, die Systemauswahl und anschließend die Wartung des Belüftungssystems auf eine sichere Basis zu stellen. Der große Vorteil der entwickelten Messeinrichtung ist darin zu sehen, dass die Messung der Sauerstoffausnutzung unter allen denkbaren, sich zeitlich ändernden Randbedingungen auf einer Kläranlage möglich ist. Die Abluftmethode ist hervorragend geeignet, Ansätze zu einer betrieblichen Optimierung im Hinblick auf den Sauerstoffeintrag und den Energieaufwand zu finden.
Die Betreuung durch qualifiziertes Personal beschränkt sich auf den Aufbau der Messeinrichtung und eine im Normalfall wöchentliche Wartung der Messeinrichtung. Tägliche Routinearbeiten wie eine Sichtkontrolle der Messhauben und der Probenleitungen sowie ein kurzer Funktionstest des Analysengerätes können nach Einweisung vom Betriebspersonal der Kläranlage durchgeführt werden.
Ein weiterer Entwicklungsbedarf wird noch gesehen hinsichtlich des Winterbetriebs sowie bei starker Schaumbildung. Während der Versuche wurde zeitweise eine extreme Schaumbildung auf dem Belebungsbecken beobachtet, die hin und wieder dazu führte, dass Schaum in die Messleitungen gelangte und dann die Gewinnung eines repräsentativen Probenstroms verhinderte. Weiterhin wurde bei Temperaturen unter 0° C auch ein Einfrieren von Kondenswasser in den Schläuchen beobachtet; dieses Problem ist allerdings durch beheizte Messgasleitungen ohne weiteres beherrschbar.
Das entwickelte Messgerät lieferte für das Klärwerk Dradenau wichtige Erkenntnisse für die Auslegung inkl. der erzielbaren Energieeinsparung sowie hinsichtlich der Eignung verschiedener Belüfterelemente für die gegebenen Einsatzbedingungen. In einem nächsten Schritt sollte das Messgerät testweise auf un-terschiedlichen Kläranlagen zum Einsatz kommen, und zwar über Zeiträume von einigen Tagen bis meh-reren Wochen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse wurden im Rahmen eines zweitägigen Seminars mit dem Titel Belüftung von Be-lebungsbecken am 08. und 09.05.2006 in Osnabrück einer breiten Fachöffentlichkeit vorgestellt. Dieses Seminar wurde von mehr als 100 Personen besucht. Das Interesse an dem Messverfahren sowie an den Anwendungsmöglichkeiten war dabei sehr hoch.
Publikation:
- Fröse, G.; Mennerich, A.; Plumeyer, J. (2006): Entwicklung eines Verfahrens zur kontinuierlichen Messung des Sauerstoffeintrags unter Betriebsbedingungen. Zur Veröffentlichung in KA Abwasser Abfall eingereicht
Weitere Fachtagungen:
- 17. Kolloquium und Fortbildungskurs zur Abwasserwirtschaft, TUHH/ GFEU, Hamburg, September 2005. Tagungsband: ISBN 3-930400-75-8
- Treffen der Nachbarschaft Großklärwerke, 35. Treffen am 17. November 2005 in Hetlingen


Fazit

Mit der entwickelte Messeinrichtung zur Sauerstoffeintragsmessung nach der Abluftmethode können in Belebungsanlagen mit Druckbelüftung quasikontinuierliche Messungen der Sauerstoffausnutzung durch-geführt werden. Das entwickelte Messgerät lieferte für das Klärwerk Dradenau wichtige Erkenntnisse und kann jetzt auf anderen Kläranlagen eingesetzt werden. Es wurde im Rahmen eines zweitägigen Seminars Fachleuten vorgestellt und stieß auf großes Interesse bei Kläranlagenbetreibern.