Dynamische Abwasserbewirtschaftung Klärwärtertagung AfU AG 09.11.2017 Gian Andri Levy HOLINGER AG, Baden gian.levy@holinger.com 056 484 85 15
Traktanden 1. Grundlagen 2. Ziele 3. Vorgehen 4. Beispiele 5. Fazit, Ausblick Gemeinsam mehr Gewässerschutz! Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 2
1. Grundlagen - Um was geht es? 12 Gemeinden 43 000 Einwohner 27 Regenbecken 13 000 m³ Volumen Investitionskosten ca. 90 Mio. CHF Sonderbauwerke und Sammelkanal ARA Windisch Q ARA = 600 l/s Abwasseranfall bei Regenwetter (z=5): 90 000 l/s Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung 27.10.2017 3
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): 90 000 l/s Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung 27.10.2017 4
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 09.11.2017 5
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 09.11.2017 6
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 09.11.2017 7
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 09.11.2017 8
2. Ziele Aussenbauwerke (PW, RÜB) werden instrumentiert und ans PLS ARA angeschlossen Interessen: Unterhalt Havarie Überwachung Organisation Vision 2050 PLS ARA Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 9
3. Vorgehen: Dynamische Abwasserbewirtschaftung Erfolgskontrolle Regelung Datenanalyse Modellierung Instrumentierung Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung 09.11.2017 10
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 09.11.2017 11
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 09.11.2017 12
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 09.11.2017 13
3. Vorgehen Modellierung Kanalnetz Plausibility check current state Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 14
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 09.11.2017 15
2. Vorgehen Überwachung Emissionsorientierte Erfolgskontrolle (Anlagen) Immissionsorientierte Erfolgskontrolle (Gewässer) Aus: Immissionsorientierte Erfolgskontrolle Gewässer; Info ARA- Verantwortliche vom 22.9.2016; 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 09.11.2017 16
3. Vorgehen Überwachung Datenanalyse 160 Ammoniumfracht Zulauf ARA NH 4 N Fracht [kg N/d] 140 120 100 80 60 40 y = 0.0001x + 47.52 y = 0.0023x + 56.568 20 0 0 2'000 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 09.11.2017 17
3. Vorgehen: Arbeitsschritte 3. Datensammlung 4. Überprüfung und Optimierung 2. Entwicklung Steuerungskonzept und Programmierung 1. VGEP inkl. Erarbeitung hydrodynamisches Modell Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 18
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 09.11.2017 PW Schirmensee Feldbach 1 ARA 5 Regenbecken (RB) 4 Hochwasserentlastungen (HWE) ARA Seewis RB 1+21 ARA ARA V = 250 + m750 3 m 3 Zürichsee PW Seeguet PW Badeanstalt 19 PW Tal
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 09.11.2017 5
4. Beispiel Hombrechtikon Monitoring 700 600 Entlastungsdauer, summiert 2012 2013 2014 RKB 1 RKB 2 RKB Gartlig RKB Garstlig Notüberlauf Summierte Entlastungsdauer [h] 500 400 300 200 IBS Verbundsteuerung Sanierung ARA Q max =110 l/s RKB Grossacher RKB Holflüe 2015 2016 Daten in Abklärung 100 0 Jan 12 Jul 12 Jan 13 Jul 13 Jan 14 Jul 14 Jan 15 Jul 15 Jan 16 Jul 16 Jan 17 Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 21
4. Beispiel Hombrechtikon - Monitoring Regelbasierte Kanalnetzbewirtschaftung reduziert die Entlastung von Ammoniumfrachten bei Regen. 160 Ammoniumfracht Zulauf ARA 140 120 100 [kg N/d] 80 60 40 20 0 0 2'000 4'000 6'000 8'000 10'000 12'000 14'000 16'000 Q Zulauf [m 3 /d] ohne dyn. Bewirtsch. 2010-2012 mit dyn. Bewirtschaftung 2015-2016 Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017
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 09.11.2017 23
4. Beispiel ARA Meilen - Datenanalyse R+I Schema im Einzugsgebiet Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung 09.11.2017 24
4. Beispiel ARA Meilen - Datenanalyse Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017
3. Beispiel ARA Meilen - Datenanalyse Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 26
4. Beispiel ARA Meilen - Datenanalyse Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 27
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 50 40 30 20 10 0 1 2 3 50 Entlastungen Total 1. Q RB Lupfig = 2*Q TW 30 40 20 10 Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 0 1 2 3 28
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 50 40 30 20 10 0 1 2 3 50 Entlastungen Total 2. Q RB Lupfig = 8*Q TW 40 30 20 10 Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 0 1 2 3 29
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 Lupfig = dynamisch 50 40 30 20 10 0 1 2 3 50 Entlastungen Total 3. Q RB Lupfig = dynamisch 40 30 20 10 Dynamische Abwasserbewirtschaftung 09.11.2017 0 1 2 3 30
4. Beispiel ARA-AG Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung 09.11.2017 31
4. Beispiel ARA-AG Ingenieur Edward A. Murphy-Gesetz: Alles, was schiefgehen kann, wird auch schiefgehen! Dynamische Kanalnetzbewirtschaftung 09.11.2017 32
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 09.11.2017 33
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 09.11.2017 34
Dynamische Abwasserbewirtschaftung dient dem Wohle unserer Umwelt! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Gian Andri Levy HOLINGER AG, Baden gian.levy@holinger.com 056 484 85 15