7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
1/22
Belftungssysteme im Ausland besondere Anforderungen an
Bemessung und Betriebk
Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wagner
M.Sc. Stephan Sander
TU Darmstadt, Institut IWAR
Dr.-Ing. Jiansan Zhang
Bilfinger Water Technologies GmbH
Statusseminar zum BMBF-Verbundprojekt
Anpassung und Validierung deutscher Standards fr Klranlagen
im Ausland
1./2. Oktober 2015 im HCC Hannover
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
2/22
2
Gliederung
Einfhrung
durchgefhrte Untersuchungen
besondere Anforderungen an Belftungssysteme im Ausland
uere Rahmenbedingungen
planerische und betriebliche Aspekte
Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
3/22
3
Mechanische Stufe
5%
sonstige
5%
Belftung und
Umwlzung
Belebungsbecken
60%
Schlammbehandlung
15%
Schlammrckfhrung
Nachklrung
15%
[nach DWA BW, 2008] Stromverbrauch kommunaler
Abwasserbehandlungsanlagenkann um bis zu 25 % gesenkt werden
Belftungssystem istgrter Energieverbrauchervon Belebungsanlagen
Praxiserfahrung zeigt:
viele Belftungssysteme laufen die meiste Zeit in energetischungnstigen Bereichen!
przise Bemessung istVoraussetzung fr effizientenBetrieb
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
Kostenrelevanz der Belftungstechnik
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
4/22
4
Anlagen im Ausland unterscheiden sich insbesondere bzgl.uerer Rahmenbedingungen von hiesigen
bei Bemessung von Belftungssystemen von besondererRelevanz
Ermittlung erforderliche Sauerstoffzufuhr SOTR(StandardOxygen Transfer Rate) nach DWA-M 229-1 (2013):
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
besondere Anforderungen anBelftungssysteme im Ausland
Hhenlage
(kg/h O2)
Wassertemperatur
Salzgehalt
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
5/22
5
Variable Annahme des -Werts in Abhngigkeit von:
Lastfall
Reinigungsgrad (-ziel) des Abwassers
Verfahrensvariante
Aktuelle Bemessungspraxis vonBelftungssystemen
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
Verfahrensvariantemin mittel max(fr maximalenLastfall)
(fr mittlerenLastfall)
(fr minimalenLastfall)
kontinuierlich betriebene Denitrifikation(sim., interm., altern., vorg.)
0,60 0,75 0,85
SBR-Verfahren zur Stickstoffelimination 0,50 0,65 0,80
MBR-Verfahren (TS ~ 12 g/L, tTS= 25 d) 0,50 0,60 0,70
simultane aerobe Stabilisierung 0,70 0,80 0,90
Kohlenstoffelimination 0,35 0,50 0,60[Gnkel-Lange,
2013
]
(kg/h O2)
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
6/22
601. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
durchgefhrte Untersuchungen
Untersuchung der Sauerstoffzufuhr an zwei kommunalenBelebungsanlagen mit:
hohen und tiefen Wassertemperaturen wechselnden Salzgehalten
(Einfluss der Hhenlage auf Sauerstoffzufuhr wurde theoretischbetrachtet)
Projekt-Standorte: Qingdao (Shandong Provinz, Nordost-China) Haikou (Hainan Provinz, Sd-China)
[http://www.hoeckmann.de/kart
en/asien/china/index.htm]
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
7/22
7
Versuchsaufbau
Untersuchung des Belebtschlamms der grotechnischen Anlagenex-situ in einer Versuchsanlage
Sauerstoffzufuhrmessungen mittels Desorptions- undAbluftmethode
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
8/22
8
Versuchsaufbau
in den 3 Reaktoren wurden variiert:
Arten von Belfterelementen (Teller; Rohre)
Belegungsdichten
Wassertiefen
etc.
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
9/22
9
1. Standort:ABA Baishamen, Haikou
einstufige Belebungsanlage
455.000 E
ohne Vorklrung und Faulung
Feb 2014 Nov. 2014
TW= 25 35 C
Salzgehalt > 10 mS/cm (> 6 g/L)
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
10/22
10
2. Standort:ABA Licunhe, Qingdao
einstufige Belebungsanlage
850.000 E
mit Vorklrung und Faulung
Dez. 2014 Dez. 2015
TW= 11 28 C
moderater Salzgehalt
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
11/22
11
Belftungssysteme bei extremenueren Rahmenbedingungen
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
www.stol.it
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
12/22
12
Bemessung bei besonderenRahmenbedingungen - Wassertemperatur
direkter und indirekter Einfluss der Wassertemperatur auf dieBemessung des Belftungssystems
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
Volumen Belebung(VBB)
stndl. Sauerstoffbedarf(OVh)
erf. Sauerstoffzufuhr(SOTR)
FT
FT
CS,T;(TW-20)
DWA A 131
(2015, Entwurf)
DWA-M 229-1
(2013)
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
13/22
1301. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
Bemessung bei besonderenRahmenbedingungen - Wassertemperatur
(Bemessungsbeispiel fr Anlage mit 50.000 E)
mit steigender Wassertemperatur erhht sich die erforderlicheraumspezifische Sauerstoffzufuhr (SOTRmax/VBBin g/(mh)) erheblich!
[Wagner u. Sander, 2015]
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
14/22
1401. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
Druck beeinflusst O2-Sttigungskonzentration bei der Bemessunginsbesondere ber geodtische Hhe der Anlage hgeo (m . NN)
(Einblastiefe hD weitaus geringeren Einfluss auf Bemessung)
Bemessung bei besonderenRahmenbedingungen - Hhenlage
Stadt Hhe Einwohner
m . NN Mio. EW
Lhasa 3.650 0,5La Paz 3.600 0,9
Quito 2.850 1,4
Bogota 2.640 6,8
Mexico-City 2.310 8,8
Sana'a 2.250 2,5
Johannesburg 1.753 3,9
Nairobi 1.650 2,7Ulaanbaatar 1.350 1,0
Teheran 1.191 8,8
[Wagner u. Sander, 2015]
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
15/22
15
Salzkonzentrationen von mehreren g/L in kommunalen Abwssern sindbekannt bei:
Industrieeinleitern
Verwendung Meerwasserzur Toilettensplung(etwa Hong Kong;TDS > 11 g/L)
Meerwassereintrge inundichte Kanle(s. ZusammenhangTide und Leitfhigkeitin Haikou rechts;TDS > 6 g/L)
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
Bemessung bei besonderenRahmenbedingungen - Salzgehalt
[Sander et al., 2015]
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
16/22
1601. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
Sauerstoffzufuhrmessungen inBelebtschlamm bei erhhtenSalzgehalten
gemessene-Werte meistdeutlich ber 1!
deutlich hhere -Werte alsnach Bemessungsempfehlungenanzunehmen!
Bemessung bei besonderenRahmenbedingungen - Salzgehalt
[Sander et al., 2015] TS-Gehalt:
1,1-1,6 g/L
TS-Gehalt:
2,5-4,5 g/L
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
17/22
17
Bemessung bei besonderenRahmenbedingungen - Salzgehalt
Beschreibung des Einflusses vonSalzen (Meersalz, bzw. NaCl) aufBelftungskoeffizienten ber fS:
STDS = Gehalt gelster Salze [g/L]
Anwendungsbereich: STDS< 10 g/L
Bei STDS> 10 g/L; fS= 1,8
(Ansatz mit bentigten Sicherheiten)
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
(kg/h O2)
[Sander u. Wagner, 2016]
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
18/22
18
Planerische und betriebliche Aspektevon Belftungssystemen im Ausland
blichen Empfehlungen bzgl. Wartung und Instandhalten desBelftungssystems (s. DWA-M 229-2, 2015, Entwurf) sind zubercksichtigen
zudem gilt in kalten und warmen klimatischen Regionen[Wagner u. Gnkel, 2010]:
-Wert nicht von Wassertemperatur abhngig(Arbeitshypothese wurde im Rahmen des Projekts falsifiziert;Ergebnisse hier nicht dargestellt)
Kondenswasserablsse bei Druckluftbelftungssystemenvorgesehen, da Druckluft in Leitungen im Wasser abkhlt
Druckluftgeblse in einem Geblsehaus aufstellen undOberflchenbelftungssysteme einhausen.
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
19/22
19
Planerische und betriebliche Aspektevon Belftungssystemen im Ausland
in kalten klimatischen Regionen gilt:
Oberflchenbelftungssysteme: Gefahr der Entstehung vonUnwuchten durch Eisbildung
Druckbelftungssysteme: Bei Auenaufstellung der Geblse
Heizung unter Schallhauben vorsehen
in warmen klimatischen Regionen gilt:
Nitrifikation kann u.U. stattfinden auch wenn nur auf C-Elimination bemessen wird (erhhter Sauerstoffverbrauch!)
Geblse nur innen aufstellen oder zumindest Wetterdachvorsehen (Gefahr Sonneneinstrahlung)
Sandfallen in Ansaugschchten der Geblsehuser wenn Gefahrvon Sandstrmen vorhanden
Temperatur der Druckluft an Belftern < 60C halten01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
20/22
20
Zusammenfassung undSchlussfolgerungen
Belftungssysteme sind der grte Energieverbraucher bei derAbwasserbehandlung hohes Optimierungspotenzial
przise Bemessung ist Voraussetzung fr energieeffizientenBetrieb
Bercksichtigunguerer Rahmenbedingungen gerade beiAnlagen im Ausland relevant, etwa:
Wassertemperatur
Geodtische Hhe Anlage
Salzgehalt
-Wert nicht von Wassertemperatur abhngig
in kalten und warmen klimatischen Regionen sind beiBelftungssystemen weitere planerische und betrieblicheAspekte zu bercksichtigen
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
21/22
21
Verffentlichungen
DWA-M 229-1 (2013, zurzeit in berarbeitung): DWA-Merkblatt M 229, Systeme zurBelftung und Durchmischung von Belebungsanlagen, Teil 1: Planung, Ausschreibung undAusfhrung, Deutsche Vereinigung fr Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V, Hennef
Sander, S.; Gnkel-Lange, T.; Wagner, M. (2015): New Developments in the Design ofAeration Systems for Activated Sludge Plants, in: 12th IWA Specialised Conference onDesign, Operation and Economics of Large Wastewater Treatment Plants, IWA-Konferenz,6.9.09.2015, Prag
Sander, S.; Wagner, M. (2016, zurzeit im review Prozess): Energy Saving Potentials ofAeration Systems for WWTPs treating Highly Saline Wastewater, auf: SingaporeInternational Water Week, IWA-Konferenz, 10.14.07.2016, Singapur
Wagner, M.; Gnkel, T. (2010): Belftungssysteme in kalten und warmen Klimaten, in:Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wasserver- und entsorgung, Teil II: Abwasserbehandlung und Wasserwiederverwendung Band 2, Leitfadenzur Abwassertechnologie in anderen Lndern; Ruhr-Universitt Bochum (Hrsg.)
Wagner, M.; Sander, S. (2015): Belften unter besonderen Rahmenbedingungen, in:Belftung auf Abwasserreinigungsanlagen, WAV-Seminar, 19.05.2015, Wien
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland
22/22
22
Wir danken dem BMBF fr diefinanzielle Untersttzung!
01. Oktober 2015 | Institut IWAR | Prof. Martin Wagner |
Prof. Dr.-Ing. habil. Martin WagnerM.Sc. Stephan SanderTU Darmstadt, Institut IWARFranziska-Braun-Strae 764287 Darmstadt
[email protected]@iwar.tu-darmstadt.dewww.iwar.tu-darmstadt.de
Dr.-Ing. Jiansan Zhang
Bilfinger Water Technologies GmbH
Top Related