Messtechnische Instrumentierung von Faulbehältern auf Kläranlagen

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1 Change from one to tw o c olumns Applikationsbeschreibung AD/WW/105-DE Messtechnische Instrumentierung von Faulbehältern auf Kläranlagen Optimale Verfahrenssteuerung und hohe Prozessstabilität durch genaue und reproduzierbare Messergebnisse. Measurement made easy Einleitung Erhöhte Anforderungen an die Reinigungsleistung kommunaler Kläranlagen sowie die sich ändernden Strategien und Konzepte zur Klärschlammentsorgung und der nachhaltige Umgang mit Energie machen es notwendig, die einzelnen verfahrenstechnischen Schritte einer Anlage ständig auf Ihre Effizienz zu überprüfen. Einen besonderen Schwerpunkt bildet dabei die anaerobe Schlammbehandlung in Faulbehältern. Die Prozesse der Schlammbehandlung im Faulturm sollen unter möglichst geringem Einsatz von Ressourcen eine möglichst optimale stoffliche Umsetzung erzielen. Störungen des Prozesses sind zu minimieren, besser zu vermeiden. Diese Anforderungen machen die Ausrüstung der Anlage mit optimal auf den Prozess abgestimmter Messtechnik notwendig.

2 Change from two to one c olumn Change from two to one c olumn Messtechnische Instrumentierung von Faulbehältern auf Kläranlagen Faulprozess Verfahren der aneroben biologischen Klärschlammstabilisierung Das Überführen von organischen Inhaltsstoffen des Klärschlammes in einen in ihrer Umgebung stabilen Zustand ist die Aufgabe der Klärschlammstabilisierung im Faulturm. Die im Rohschlamm enthaltenen Inhaltsstoffe sind durch Mikroorganismen nach der Stabilisierung nicht mehr angreifbar und Zersetzungen mit unerwünschten Nebenprodukten, wie beispielsweise geruchsintensive Zersetzungen, können nicht mehr stattfinden. Die Stabilisierung der Schlämme ist ebenfalls Voraussetzung für eine weitere Verwendung in der Landwirtschaft oder der Deponierung. Mit der Stabilisierung wird auch eine Reduzierung der Feststoffmengen erreicht und somit die Entwässerbarkeit der Schlämme verbessert. Weiterhin kann das bei diesem Verfahren entstehende Faulgas zur Energiegewinnung bzw. für Heizzwecke verwendet werden wodurch auch eine Senkung der Betriebskosten erreicht wird. Da es sich bei der Stabilisierung um einen biologischen Stoffwechselprozess handelt, ist dieser naturgemäß stark temperaturabhängig. So ist die Temperatur nicht nur bestimmend für die Geschwindigkeit des Abbauprozesses sondern auch für den erreichbaren Grad der Stabilisierung. Der Stoffabbau erfolgt in vier unterschiedlichen Phasen, welche Ihre typischen Mikroorganismen und Milieubedingungen erfordern. Nach Aufspaltung der Stoffe folgt die Versäuerungsphase mit der Umsetzung in organische Säuren, Alkohole und Aldehyde sowie CO2 und H2. In der anschließenden dritten Phase findet die Umsetzung in Essigsäure statt. Daran schließt sich die Methan-bildende vierte Phase an. Insbesondere die letzten Phasen sind in Ihrem Ablauf sehr von ph-wert und Temperatur abhängig und bedürfen der besonderen Prozessüberwachung. Change from one to tw o c olumns Instrumentierung Der Rohschlamm aus dem Voreindicker wird durch einen Wärmetauscher geführt. Zirkulierendes Heißwasser erhitzt den Schlamm auf die notwendige Prozesstemperatur, um die Temperatur im Faulturm bei Zuführung nicht zu stark abzusenken. Temperaturfühler in der Heizwasserleitung und Schlammleitung bilden die Sensorik zur Regelung der Heizung. Durch ein stetes Umwälzung des Behälterinhaltes über die Schlammheizung wird eine gleichleibende Temperatur im Behälter sicherstellt. So ist ein Einstellen der optimalen Temperatur von C möglich. Sowohl die Temperatur des zugeführten Schlammes, als auch die Temperatur im Behälter werden zur Überwachung gemessen. Nur so ist ein optimaler Ablauf des Stabilisierungsprozesses möglich. Die Milieubedingungen des Schlammes werden durch eine ph-messung überwacht und geben Aufschluss über den Ablauf des Faulprozesses. Die Volumenströme werden mit magnetisch-induktiven Durchflussmessern überwacht und regeln die Beschickung des Behälters, die umgewälzten Schlammmengen sowie die dem Behälter entnommenen Mengen an Schlamm und Schlammwasser. Das bei der Umsetzung entstehende Faulgas wird am Kopf des Faulbehälters abgezogen und in einen Gasspeicher geleitet. Der Überdruck in der Leitung beträgt lediglich mbar und stellt große Anforderungen an die einzusetzende Messtechnik. Typischerweise wird hier der Überdruck in der Gasanfallleitung und die Menge gemessen. Dies ermöglicht eine Beurteilung des Faulprozesses und ist teilweise auch notwendig für behördliche Nachweise. Neben der anfallenden Gasmenge werden auch die Mengen zur Fackel, zum Blockheizkraftwerk oder anderen Verbrauchern mit thermischen Masse-Durchflussmessern erfasst. Der aus dem Behälter abgezogene Schlamm wird zur weiteren Behandlung zum Nacheindicker gefördert. 2 AD/WW/105-DE Instrumentierung von Faulbehältern

3 Change from one to tw o c olumns Abb. 1: Instrumentierung Faulbehälter A Faulbehälter B Pumpe C Faulschlammleitung D Rohschlamm E Heizung F Heizschlamm G Faulgas H Stabilisierter Schlamm 1 Temperaturmessung im Faulturm 2 Magnetisch-induktive Durchflussmessung 3 Überdruckmessung Faulschlamm 4 Temperaturmessung Heizung und Heizschlamm 5 ph-wert-messung Faulschlamm 6 Thermische Masse-Durchflussmessung 7 Überdruckmessung Faulgas Instrumentierung von Faulbehältern AD/WW/105-DE 3

4 Change from two to one c olumn Messtechnische Instrumentierung von Faulbehältern auf Kläranlagen Nutzenbetrachtung Die Überwachung der Parameter Temperatur und ph-wert in der Schlammleitung sorgt für einen stabilen Prozessablauf. Bei Verwendung der ph-sonde mit Holz-Referenz ist eine lange Standzeit der Sonde zu erzielen, wodurch die Betriebs- und Wartungskosten gesenkt werden. Für die Zuführung von Co-Fermenten mit hohen Feststoffanteilen steht der Durchflussmesser FSM4000 mit Wechselfeldtechnik zur Verfügung, der auch bei diesen schwierigen Messstoffen dauerhaft gute Messergebnisse liefert. Abb. 3: Magnetisch-induktiver Durchflussmesser in der Faulschlammleitung Abb. 2: ph-wert- und Temperaturmessung des Heizschlammes Durch den Einsatz des magnetisch-induktiver Durchflussmessers ProcessMaster werden die Schlammströme mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit erfasst. Die PTFE-Auskleidung der Geräte minimiert durch die hohe Glattheit der Oberfläche die Gefahr von Ablagerungen oder Verkrustungen. Die Gasanfallmessung mit thermischen Masse- Durchflussmessern FMT500 ist hundertfach in der Praxis erprobt. In Vergleichen verschiedener Messtechniken und Hersteller führten die technologischen Vorteile dieses Gerätes zur Spitzenposition, die dem Anwender in reproduzierbaren und genauen Messergebnissen zu Gute kommt. 4 AD/WW/105-DE Instrumentierung von Faulbehältern

5 Eingesetzte Produkte Magnetisch-induktiver Durchflussmesser ProcessMaster FEP300 Kompakte Bauform Hohe Messgenauigkeit bis 0,2 % vom Messwert Hohe Wiederholbarkeit Glatte PTFE-Auskleidung Robuste Konstruktion Intuitive Bedienung durch Glasscheibe Klartext-Fehlermeldung mit Hilfetexte Durchflussmessung Durchflussmessung von: Behälter-Beschickung Umgewälzter Schlammmenge Entnommenem Schlamm- und Schlammwassermenge Thermischer Masse-Durchflussmesser Sensyflow FMT500-IG Explosionsgeschützte Ausführung für Zone 1 Messgenauigkeit ab 0,95 % / 1,9 % vom Messwert Wiederholbarkeit < 0,2 % vom Messwert Definierte Montage über Flansch mit Zentrierstift HART-Kommunikation Optional PROFIBUS DPV 1 Impuls- und Statusausgang Durchflussmessung Faulgas-Durchflussmessung in der Gasanfallleitung Messumformer für Überdruck Typ 261GS Kompakte und kostengünstige Bauweise Frontbündige metallische Messmembran Messgenauigkeit 0,1 % Gehäuse aus nichtrostendem Stahl Druckmessung Überdruckmessung von Faulschlamm Messumformer für Überdruck Typ 266GDT Explosionsgeschützte Ausführung Hohes Turndown-Verhältnis Messgenauigkeit 0,04 % Prozessanschluss über Flanschmembran DN 50 Optional PROFIBUS-Kommunikation Druckmessung Überdruckmessung Faulgas an der Gasanfallleitung Instrumentierung von Faulbehältern AD/WW/105-DE 5

6 Messtechnische Instrumentierung von Faulbehältern auf Kläranlagen Temperaturfühler TSP121 und Temperatur-Messumformer TTH300 Mit eingebautem Fühlerkopf-Messumformer Typ TTH300 Kundenspezifische Eintauchlängen Austauschbare Messeinsätze Optional PROFIBUS-Kommunikation Mit eingebautem Fühlerkopf-Messumformer Typ TTH300 Explosionsgeschützte Ausführung Robustes 12 mm-schutzrohr für große Eintauchlängen Kundenspezifische Eintauchlängen Austauschbare Messeinsätze Optional PROFIBUS-Kommunikation Temperaturmessung Temperaturmessung des Heizschlammes Überwachung der Temperaturen im Faulgas-Behälter Analysator AX400 für ph-wertmessung Relaisausgänge zur Grenzwert- und Alarmmeldung Gehäuseschutzart IP67, NEMA4X Diagnose- und Logbuch-Funktion Optional PROFIBUS Kommunikation ph-messung Erfassung ph-wert des Heizschlammes Sensoren für ph-wertmessung Typ AP300 Wechselarmatur zur Demontage unter Druck PTFE-Diaphragma Kostengünstige Basiselektrode ph-messung Erfassung ph-wert des Heizschlammes TYP TB557 Holz-Diaphragma Lange Standzeit 6 AD/WW/105-DE Instrumentierung von Faulbehältern

7 Notiz en Notizen Instrumentierung von Faulbehältern AD/WW/105-DE 7

8 Kontakt ABB Automation Products GmbH Process Automation Borsigstr Alzenau Deutschland Tel: Fax: Mail: vertrieb.messtechnik-produkte@de.abb.com ABB Automation Products GmbH Process Automation Im Segelhof 5405 Baden-Dättwil Schweiz Tel: Fax: Mail: instr.ch@ch.abb.com Hinweis Technische Änderungen sowie Inhaltsänderungen dieses Dokuments behalten wir uns jederzeit ohne Vorankündigung vor. Bei Bestellungen gelten die vereinbarten detaillierten Angaben. ABB übernimmt keinerlei Verantwortung für eventuelle Fehler oder Unvollständigkeiten in diesem Dokument. Wir behalten uns alle Rechte an diesem Dokument und den darin enthaltenen Themen und Abbildungen vor. Vervielfältigung, Bekanntgabe an Dritte oder Verwendung des Inhaltes, auch auszugsweise, ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung durch ABB verboten. Copyright 2014 ABB Alle Rechte vorbehalten 3KDE010010R3003 AD/WW/105-DE ABB AG Process Automation Clemens-Holzmeister-Str Wien Österreich Tel: Fax: Mail: instr.at@at.abb.com Weitere Informationen