06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland

7/25/2019 06 Wagner Belueftungssysteme Im Ausland

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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


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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 |


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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


Kostenrelevanz der Belftungstechnik


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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):


besondere Anforderungen anBelftungssysteme im Ausland

Hhenlage

(kg/h O2)

Wassertemperatur

Salzgehalt


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Variable Annahme des -Werts in Abhngigkeit von:

Lastfall

Reinigungsgrad (-ziel) des Abwassers

Verfahrensvariante

Aktuelle Bemessungspraxis vonBelftungssystemen


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)


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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]


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Versuchsaufbau

Untersuchung des Belebtschlamms der grotechnischen Anlagenex-situ in einer Versuchsanlage

Sauerstoffzufuhrmessungen mittels Desorptions- undAbluftmethode



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Versuchsaufbau

in den 3 Reaktoren wurden variiert:

Arten von Belfterelementen (Teller; Rohre)

Belegungsdichten

Wassertiefen

etc.



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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)



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2. Standort:ABA Licunhe, Qingdao

einstufige Belebungsanlage

850.000 E

mit Vorklrung und Faulung

Dez. 2014 Dez. 2015

TW= 11 28 C

moderater Salzgehalt



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Belftungssysteme bei extremenueren Rahmenbedingungen


www.stol.it


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Bemessung bei besonderenRahmenbedingungen - Wassertemperatur

direkter und indirekter Einfluss der Wassertemperatur auf dieBemessung des Belftungssystems


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)


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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]


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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]


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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)


Bemessung bei besonderenRahmenbedingungen - Salzgehalt

[Sander et al., 2015]


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Sauerstoffzufuhrmessungen inBelebtschlamm bei erhhtenSalzgehalten

gemessene-Werte meistdeutlich ber 1!

deutlich hhere -Werte alsnach Bemessungsempfehlungenanzunehmen!


[Sander et al., 2015] TS-Gehalt:

1,1-1,6 g/L

TS-Gehalt:

2,5-4,5 g/L


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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)


(kg/h O2)

[Sander u. Wagner, 2016]


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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.



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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 |


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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



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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



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Wir danken dem BMBF fr diefinanzielle Untersttzung!


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

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