Einsparung von Energiekosten in Kläranlagen durch Optimierung des Belüftungssystems Christoph Sahlmann

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Innozenz Hauer
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1 Einsparung von Energiekosten in Kläranlagen durch Optimierung des Belüftungssystems Christoph Sahlmann

2 Inhaltsverzeichnis 1. Motivation und Ziele 2. Prozesskontrolle 3. Optimierung der Betriebsbedingungen (Gelöstsauerstoffkonzentration) 4. Optimierung der Ausstattung (Belüfter) 5. Diskussion Christoph Sahlmann Christoph Sahlmann 2

3 Motivation - Die Belüftung ist der größte Stromverbraucher auf der Kläranlage Ziel: Optimierung des Belüftungssystem Einsparpotential: ca % Christoph Sahlmann 3

4 Ziele 1. Prozesskontrolle - Jährliche Aufnahme der Effizienz des Belüftungssystems unter Betriebsbedingungen - Vergleich mit früheren Jahren und anderen Anlagen 2. Optimierung der Betriebsbedingungen in Schwachlastzeiten - Reduzierung der Gelöstsauerstoffkonzentration - Regelung der Gelöstsauerstoffkonzentration 3. Optimierung der Ausstattung - Alterung der Belüfter - Anzahl der Belüfter Christoph Sahlmann 4

Vergleich mit früheren Jahren und anderen Anlagen 2.

5 Prozesskontrolle Auswertung von Jahresmittelwerten 1. Zusammenstellen der relevanten Betriebsparameter 2. Beurteilung der Effizienz von Gesamtsystem, Gebläse und Belüfterelementen 3. Systematische Betrachtung aller Einflussgrößen 4. Geringer Aufwand Verdichtung der Daten führt zu Informationsverlust 4. Keine Aussagen zu Effizienz und Betriebssicherheit unter Extrembedingungen möglich Christoph Sahlmann 5

Beurteilung der Effizienz von Gesamtsystem, Gebläse und Belüfterelementen 3.

6 Prozesskontrolle Vergleich des Belüftungssystems Auslegung Ausstattung Betriebsdaten (Jahresmittelwerte) Kennzahlen Christoph Sahlmann 6

7 Prozesskontrolle - Zulaufbedingungen 6 spez. Sauerstoffbedarf (bezogen auf Q BB ) spez. Sauerstoffbedarf [g 2 /m³] KW Münchehofe KW Ruhleben KW Schönerlinde KW Waßmannsdorf KW Stahnsdorf KW Wansdorf Christoph Sahlmann 7

Sauerstoffbedarf [g 2 /m³] 5 4 3 2 1 KW Münchehofe KW

8 Prozesskontrolle - Gelöstsauerstoffkonzentration 6 mittlere Sauerstoffkonzentration 5 O 2 -Konz. [mg/l] KW Münchehofe KW Ruhleben KW Schönerlinde KW Waßmannsdorf KW Stahnsdorf KW Wansdorf Christoph Sahlmann 8

[mg/l] 4 3 2 1 KW Münchehofe KW Ruhleben KW Schönerlinde

9 Prozesskontrolle - Sauerstoffprofil Christoph Sahlmann 9

10 Prozesskontrolle Effizienz 2 spez. Energieverbrauch e OvV [Wh / kg O2 ] KW Ruhleben KW Schönerlinde KW Waßmannsdorf KW Münchehofe KW Stahnsdorf KW Wansdorf Christoph Sahlmann 1

11 Prozesskontrolle - Kosten Jahreskosten pro Belebungsbecken KW Ruhleben Block A Jahreskosten [ /a] BB 1.1 BB 1.2 BB 2.1 BB 2.2 BB 3.1 BB Christoph Sahlmann 11

A Jahreskosten [ /a] 15. 125. 1. 75. 5. 25. BB 1.

12 Optimierung der Betriebsbedingungen Optimierung der Betriebsbedingungen für Schwachlastzeiten (Sommer, Nacht) 1. Reduzierung der O 2 -Sollwerte 2. Regelstrategie für variable O 2 -Sollwerte Christoph Sahlmann 12

Nacht) 1. Reduzierung der O 2 -Sollwerte 2.

13 Effizienz des Sauerstoffeintrags 3 spezifischer Sauerstoffeintrag in Reinwasser: ssotr (Herstellerangabe) sotr [(g O2/m³QL met)] 2 1 in belebtem Schlamm assotr (normiert) Effizienz unter Betriebsbedingungen - 11 % - 22 % - 33 % - 44 % Effizienz nach Alterung der Belüfter O 2 -Konzentration [mg/l] Christoph Sahlmann 13

(normiert) Effizienz unter Betriebsbedingungen - 11 % - 22 % - 33 % - 44 % Effizienz

14 Stickstoffprofil Tagesspitze / Nachtsenke 2 Konzentration [mg/ L] :3-16: NO3-N NO2-N NH4-N Abl. anoxisch Abl. Z1 Abl. Z2 Abl. aerob Konzentration [mg/ L] : - 8: Abl. anoxisch Abl. Z1 Abl. Z2 Abl. aerob Christoph Sahlmann 14

Z2 Abl. aerob Konzentration [mg/ L] 2 15 1 5 6: - 8: Abl.

15 Reduzierung der O 2 -Sollwerte Luftvolumenstrom [Nm³/d] % -9 % -19 % -17 % Zone 3 Zone 2 Zone 1 2./2./2. 1.5/1.5/1. 1.2/1.2/1.2.8/1./1.2 O 2 -Sollwerte (Z1/Z2/Z3) [mg/l] Christoph Sahlmann 15

1 % -9 % -19 % -17 % Zone 3 Zone 2 Zone 1 2./2./2. 1.5/1.

16 Regelstrategie notwendiger O 2 -Sollwert 4 O 2 -Konzentration [mg/l] reale Konzentrationen (Sollwerte:,8/1,/1,2 mg/l) notwendige Konzentration Christoph Sahlmann 16

17 Optimierung der Ausstattung Auswahl von Belüftern anhand von: 1. Effizienz der Belüfter 2. Alterung der Belüfter - Abnahme der Effizienz - Anstieg des Druckverlusts Optimierung der Anzahl der Belüfter - Einfluss des Belüftervolumenstroms auf die Sauerstoffeintragseffizienz Christoph Sahlmann 17

Alterung der Belüfter - Abnahme der Effizienz - Anstieg des Druckverlusts

18 Effizienz der Belüfter 4 spez Sauerstoffeintrag in Reinwasser (berechnet aus SA) ssotr [g O2 /(m³ QL m ET )] KW Münchehofe KW Ruhleben KW Schönerlinde KW Waßmannsdorf KW Stahnsdorf KW Wansdorf Christoph Sahlmann 18

)] 3 2 1 KW Münchehofe KW Ruhleben KW Schönerlinde KW

19 Alterung der Belüfter 3 25 günstig ssotr [g O2 /(m³ QL m ET ] Waß Membran I Waß Membran II Ruh Keramik Waß Keramik mittel Schön Membran,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, Alter der Belüfter [a] Christoph Sahlmann 19

20 Alterung der Belüfter - Belüftervolumenstrom ssotr [g O2 /m³ QL m ET ] Membran I (N) Membran I (1J) Keramik Belüftervolumenstrom q B [m³/hm] Christoph Sahlmann 2

21 Alterung der Belüfter - Druckverlust Druckverlust [mbar] K neu M1 neu K 1Jahr M1 1Jahr Belüftervolumenstrom q B [m³/h m ] Christoph Sahlmann 21

22 Kosten der Belüfter Christoph Sahlmann 22

23 Zusammenfassung - Der Vergleich der Belüftungssysteme unter Betriebsbedingungen ist mit den verschiedenen Kennzahlen möglich. - Die regelmäßige Kontrolle relevanter Betriebsparameter, wie Gelöstsauerstoffkonzentration (c O2 ), Belüftervolumenstrom (q B ) und Druckverlust der Belüfter (p B ) reduziert Betriebskosten. - Die Überprüfung der Effizienz des Belüftungssystems zeigt Optimierungsbedarf an (Anzahl und Alterung der Belüfter). - Dieses Einsparpotential kann durch die vorgestellte Vorgehensweise aufgedeckt und genutzt werden Christoph Sahlmann 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ich freue mich auf eine lebhafte Diskussion Christoph Sahlmann

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