Dynamische Abwasserbewirtschaftung

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Hilko Franke
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1 Dynamische Abwasserbewirtschaftung Klärwärtertagung AfU AG Gian Andri Levy HOLINGER AG, Baden

2 Traktanden 1. Grundlagen 2. Ziele 3. Vorgehen 4. Beispiele 5. Fazit, Ausblick Gemeinsam mehr Gewässerschutz! Dynamische Abwasserbewirtschaftung

3 1. Grundlagen - Um was geht es? 12 Gemeinden Einwohner 27 Regenbecken m³ Volumen Investitionskosten ca. 90 Mio. CHF Sonderbauwerke und Sammelkanal ARA Windisch Q ARA = 600 l/s Abwasseranfall bei Regenwetter (z=5): l/s Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung

4 1. Grundlagen Gemeinde GEP 2 VGEP Messungen ARA Daten Regendaten GWS-Konzept Gewässer- Untersuchungen Statische Einstellungen NEU: «dynamisches GEP 3. Generation» ARA Windisch Q ARA = 600 l/s Abwasseranfall bei Regenwetter (z=5): l/s Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung

1. Grundlagen Regendaten EZG ARA Windisch 3

csv für Simulation Inhomogene Regenereignisse

5 1. Grundlagen Regendaten EZG ARA Windisch 3 Regenmesser -Birr - ARA Windisch - Baden Regenstationen Kt. AG (>10 Jahre) Datenaufbereitung in kmd, wdk, csv für Simulation Inhomogene Regenereignisse < == > statische Abwasserinfrastruktur Dynamische Abwasserbewirtschaftung

6 2. Ziele Optimale Ausnutzung der bestehenden Infrastruktur 1. Optimale Auslastung der ARA über Ereignisdauer 2. Maximale Ausnutzung des Speichervolumens 3. Bevorzugter Ort der Entlastung 4. Minimierung der Entleerungszeiten Dynamische Abwasserbewirtschaftung

7 2. Ziele Statisch eingestellte Weiterleitmengen werden flexibilisiert: Ober-/Untergrenzen verändern, regelbasiert, zentral gesteuert Gegenwart Zukunft Statische Kanalnetz- Einstellungen Statisch- Dynamische Kläranlagen- Bewirtschaftung Dynamische Kanalnetz- Bewirtschaftung Dynamischvorausscheuende Kläranlagen- Bewirtschaftung Dynamische Abwasser- Bewirtschaftung (regelbasiert) Dynamische Abwasserbewirtschaftung

8 2. Ziele SE und ARA verschmelzen zum integrierten Abwasserverband Gegenwart Zukunft SE ARA SE & ARA Gde AV XX XX XX XX XX Gde AV XXXX AfU XX XX AfU HOL XX XX HOL XXXX XXXX Dynamische Abwasserbewirtschaftung

9 2. Ziele Aussenbauwerke (PW, RÜB) werden instrumentiert und ans PLS ARA angeschlossen Interessen: Unterhalt Havarie Überwachung Organisation Vision 2050 PLS ARA Dynamische Abwasserbewirtschaftung

10 3. Vorgehen: Dynamische Abwasserbewirtschaftung Erfolgskontrolle Regelung Datenanalyse Modellierung Instrumentierung Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung

11 3. Vorgehen Datenanalyse Aufzeigen Handlungsbedarf ARA Zulauf Qmax (statisch-dynamisch) Entlastungsverhalten (Gesamtspeichervolumen) Entleerungsregime Überprüfung Sensoren (Drift, Fehlstellungen etc.) Abgleich mit VGEP Herausforderung: Verarbeitung einer grossen Datenmenge! Beispiel: EZG mit 4 RÜB à 4 Sensoren mit 10-Minutenwerten: Anzahl Datenpunkte in nur 2 Jahren = 16 * 2 * 365 * 24 * 6 = 1.7 Mio Dynamische Abwasserbewirtschaftung

[m] Einzelne Entlastungsereignisse Ungenauigkeit/ Fehler des Sensors Neu

12 3. Vorgehen Datenanalyse Beispiel 1 Entlastungsereignisse gemäss Entlastungssensor Einstauhöhe im Becken beim Anspringen des Entlastungssensors [m] Einzelne Entlastungsereignisse Ungenauigkeit/ Fehler des Sensors Neu eingebauter Sensor zeichnet nicht auf was er sollte. Dynamische Abwasserbewirtschaftung

13 3. Vorgehen Modellierung AV möchte Betrieb für Gewässerschutz optimieren AV hat anstehende Ausbaumassnahmen AV hat ein genehmigtes oder kein genehmigtes VGEP Dynamisieren der ARA-Durchflussmenge! Fall PLS-Daten vorhanden Hydrodyn. Modell vorhanden AV 1 Ja Ja AV 2 Ja Nein AV 3 Nein Ja AV 4 Nein Nein In jedem Fall können wir mit vernünftigen Mitteln die Frachten optimieren! Dynamische Abwasserbewirtschaftung

14 3. Vorgehen Modellierung Kanalnetz Plausibility check current state Dynamische Abwasserbewirtschaftung

15 3. Vorgehen Regelung Diskussion Bewirtschaftungskonzept mit AfU Funktionsbeschrieb pro SBW Programmierung Beispiel 2 Aus: VSA TechRiLi STORM, Bans 1, Abbildung 6.3, April 2013 Dynamische Abwasserbewirtschaftung

2. Vorgehen Überwachung Emissionsorientierte Erfolgskontrolle (Anlagen) Immissionsorientierte Erfolgskontrolle (Gewässer) Aus: Immissionsorientierte Erfolgskontrolle Gewässer; Info ARA-

16 2. Vorgehen Überwachung Emissionsorientierte Erfolgskontrolle (Anlagen) Immissionsorientierte Erfolgskontrolle (Gewässer) Aus: Immissionsorientierte Erfolgskontrolle Gewässer; Info ARA- Verantwortliche vom ; AfU AG, Dr. Arno Stöckli Digitale Instrumente für Monitoring: Noch zu entwickeln! - Veränderung der Entlastungsdauer - Veränderung des Frachtverhaltens - Veränderung Regenereignis/ Abflussverhalten - Vollständige Nutzung des Speichervolumens - Koordiniertes Entleerungsregime - u.a.m. Dynamische Abwasserbewirtschaftung

$Ammoniumfracht Zulauf ARA NH 4 N Fracht [kg$ N/d] 140 120 100 80 60 40 y = 0.0001x + 47.

568 20 0 0 2'000 4'000 6'000 8'000 10'000

17 3. Vorgehen Überwachung Datenanalyse 160 Ammoniumfracht Zulauf ARA NH 4 N Fracht [kg N/d] y = x y = x '000 4'000 6'000 8'000 10'000 12'000 14'000 16'000 Q Zulauf [m 3 /d] vorher (ohne dyn. Bewirtsch.) mit dyn. Bewirtschaftung Regelung Modellierung Instrumentierung Dynamische Abwasserbewirtschaftung

18 3. Vorgehen: Arbeitsschritte 3. Datensammlung 4. Überprüfung und Optimierung 2. Entwicklung Steuerungskonzept und Programmierung 1. VGEP inkl. Erarbeitung hydrodynamisches Modell Dynamische Abwasserbewirtschaftung

4. Beispiel Hombrechtikon ZH Entwässerung n.

Grossacher V = 125 m 3 HWE Talgarten PW Im Hasel HWE

Garstligweg RB Garstlig V = 240 m 3 Steuerung:

Legende Hochwasserentlastung Regenbecken Pumpwerk

2017 PW Schirmensee Feldbach 1 ARA 5 Regenbecken

19 4. Beispiel Hombrechtikon ZH Entwässerung n. Gossau PW Lützelseebad PW Hueb PW Lutikon RB Grossacher V = 125 m 3 HWE Talgarten PW Im Hasel HWE Beisler RB Holflüe V = 270 m 3 HWE Holgass HWE Garstligweg RB Garstlig V = 240 m 3 Steuerung: Analoge Modems: digitale Modems Alarme + Regelung Legende Hochwasserentlastung Regenbecken Pumpwerk Schmutz- oder Mischwasserleitung Druckleitung Entlastungsleitung Gewässer Dynamische Abwasserbewirtschaftung PW Schirmensee Feldbach 1 ARA 5 Regenbecken (RB) 4 Hochwasserentlastungen (HWE) ARA Seewis RB 1+21 ARA ARA V = m750 3 m 3 Zürichsee PW Seeguet PW Badeanstalt 19 PW Tal

20 4. Beispiel Hombrechtikon - Simulation Sonderbauwerk IST 2012 Weiterleitungsmengen Qab SOLL 2012 (vor GEP) Grundeinstellung Grundeinstellung Grundeinstellung SOLL 2015 (gemäss GEP) RB Holflüe 56 l/s 105 l/s 150 l/s RB Grossacher 43 l/s 43 l/s 80 l/s Spezialeinstellung bei RB2 ARA V > 50% RB Garstlig 75 l/s 125 l/s 200 l/s 80 l/s RKB 1 (ARA) 160 l/s 160 l/s 170 l/s RKB 2 (ARA) - HWE Beisler 570 l/s 570 l/s 700 l/s HWE Holgass 110 l/s 70 l/s 100 l/s Verbundsteuerung erlaubt: Qab als Funktion von RB-Füllstand unterhalb Rasche serielle Entleerung der RB nach Ereignis in f(ara Zufluss) HWE Garstligweg 110 l/s 360 l/s 400 l/s HWE Talgarten 150 l/s 150 l/s 150 l/s Dynamische Abwasserbewirtschaftung

21 4. Beispiel Hombrechtikon Monitoring Entlastungsdauer, summiert RKB 1 RKB 2 RKB Gartlig RKB Garstlig Notüberlauf Summierte Entlastungsdauer [h] IBS Verbundsteuerung Sanierung ARA Q max =110 l/s RKB Grossacher RKB Holflüe Daten in Abklärung Jan 12 Jul 12 Jan 13 Jul 13 Jan 14 Jul 14 Jan 15 Jul 15 Jan 16 Jul 16 Jan 17 Dynamische Abwasserbewirtschaftung

22 4. Beispiel Hombrechtikon - Monitoring Regelbasierte Kanalnetzbewirtschaftung reduziert die Entlastung von Ammoniumfrachten bei Regen. 160 Ammoniumfracht Zulauf ARA [kg N/d] '000 4'000 6'000 8'000 10'000 12'000 14'000 16'000 Q Zulauf [m 3 /d] ohne dyn. Bewirtsch mit dyn. Bewirtschaftung Dynamische Abwasserbewirtschaftung

23 4. Beispiel Hombrechtikon Fazit ARA Seewis, Hombrechtikon Dynamisierung der Bewirtschaftung der Aussenwerke Maximale Nutzung Volumen Regenbecken Verlagerung Überlaufmengen zu RB ARA Dynamische Entleerungssteuerung Minimierung der Frachtverluste bei Regen Dynamische Abwasserbewirtschaftung

24 4. Beispiel ARA Meilen - Datenanalyse R+I Schema im Einzugsgebiet Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung

25 4. Beispiel ARA Meilen - Datenanalyse Dynamische Abwasserbewirtschaftung

26 3. Beispiel ARA Meilen - Datenanalyse Dynamische Abwasserbewirtschaftung

27 4. Beispiel ARA Meilen - Datenanalyse Dynamische Abwasserbewirtschaftung

28 4. Beispiel ARA Brugg-Windisch 50 Entlastungen RB ARA 40 Q ARA = 2*Q TW Entlastungen RB Lupfig Entlastungen Total 1. Q RB Lupfig = 2*Q TW Dynamische Abwasserbewirtschaftung

29 4. Beispiel ARA Brugg-Windisch 50 Entlastungen RB ARA 40 Q ARA = 2*Q TW Entlastungen RB Lupfig Entlastungen Total 2. Q RB Lupfig = 8*Q TW Dynamische Abwasserbewirtschaftung

4. Beispiel ARA Brugg-Windisch 50 Entlastungen RB ARA 40 Q ARA = 2*Q TW 30 20 10 0 1 2 3 Entlastungen RB Lupfig Q RB Lupfig = 2*Q TW Q RB Lupfig = 8*Q TW Q RB

30 4. Beispiel ARA Brugg-Windisch 50 Entlastungen RB ARA 40 Q ARA = 2*Q TW Entlastungen RB Lupfig Q RB Lupfig = 2*Q TW Q RB Lupfig = 8*Q TW Q RB Lupfig = dynamisch Entlastungen Total 3. Q RB Lupfig = dynamisch Dynamische Abwasserbewirtschaftung

31 4. Beispiel ARA-AG Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung

32 4. Beispiel ARA-AG Ingenieur Edward A. Murphy-Gesetz: Alles, was schiefgehen kann, wird auch schiefgehen! Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung

33 5. Fazit, Ausblick Pflicht der Betreiber: ARA Einhaltung der Einleitbedingungen Kanäle sichere Ableitung des Regenwassers Auslöser Dynamische Abwasserbewirtschaftung (nicht priorisiert) Optimale Nutzung der Infrastruktur PLS-Daten Aussenbauwerke und ARA Klärwerkmeister, AV-Präsident, Bauverwalter Sanierung/Erweiterung/Neubau ARA, RB, PW GEP/VGEP-Überarbeitung Gewässerverschmutzungen AfU, Planer, Berater Dynamische Abwasserbewirtschaftung

34 5. Fazit Dynamische Abwasserbewirtschaftung Mehr als Pflichterfüllung! Aktiver Gewässerschutz Optimale Nutzung Infrastruktur Datenmanagement zentral Jederzeit umsetzbar optimales Kosten/Nutzen-Verhältnis Gemeinsam mehr Gewässerschutz! Dynamische Abwasserbewirtschaftung

35 Dynamische Abwasserbewirtschaftung dient dem Wohle unserer Umwelt! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Gian Andri Levy HOLINGER AG, Baden

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