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Abschlussbericht
Vierte Phase zum Abschluss der Projekte
AZ 09936/01-/02:
Bau und Erprobung einer mobilenVersuchsanlage im technischen Maßstab
zur Optimierung der Entwässerungvon kommunalen Klärschlämmenmit Hilfe eines online geregelten
Flockungsprozesses
Aktenzeichen AZ 09936/03
Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH
– CUTEC-Institut GmbH –
Leibnizstr. 21 + 23
D-38678 Clausthal-Zellerfeld
Tel. 05323 933-272
Fax 05323 933-100
E-Mail: [email protected]
Internet: www.cutec.de
29.02.2008
Abschlussbericht AZ 09936/03
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
2
Konsortium
Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH
(CUTEC-Institut)
Leibnizstraße 21+23
D-38678 Clausthal-Zellerfeld
Dr.-Ing Chr. Schröder
Dipl.-Ing. M. Niedermeiser
Prof. Dr.-Ing. M. Sievers
HAB Heiland Apparatebau
Alt-Salbke 6-10
39122 Magdeburg
Dipl.-Ing. H. Heiland
AUCOTEAM GmbH
Ingenieurgesellschaft für Automatisierungs-
und Computertechnik mbH
Storkower Straße 115 a
D-10407 Berlin
Dipl.-Ing. B. Röding
Dr.-Ing. H. Merten
Klärwerk Hildesheim
Kanalstraße 50
31137 Hildesheim
Frau Dipl.-Ing. M. Hoffrichter-Bohle
Abschlussbericht AZ 09936/03
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
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Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG.................................................................................................................................................................4
2. DER FLOCKUNGSSENSOR ........................................................................................................................................6
2.1. DIE CCD- ZEILENKAMERA ALS SENSORBASIS ............................................................................................................6
2.2. GRUNDLAGEN DER SOFTWARE ..................................................................................................................................8
2.2.1. Programmiersprache LabVIEW.....................................................................................................................8
2.2.2. Grundkonzept .................................................................................................................................................8
2.2.3. Strukturierung von Hard- und Software ......................................................................................................10
2.3. DER FLOCKUNGSSENSOR DER ERSTEN GENERATION...............................................................................................14
2.3.1. Bedienoberfläche und Softwaremenüs.......................................................................................................14
2.3.2. Messstrategie ...............................................................................................................................................17
2.3.3. Klärschlammbild aufnehmen .......................................................................................................................18
2.3.4. Klärschlammbild bearbeiten ........................................................................................................................19
2.3.5. Klärschlammbild analysieren .......................................................................................................................19
2.3.6. Prozessleitsystem ........................................................................................................................................20
2.3.7. Neuronales Netz...........................................................................................................................................21
2.3.8. Visualisierung der Prozessdaten.................................................................................................................22
2.3.9. Protokollierung der Messdaten....................................................................................................................22
2.4. TECHNISCHE AUSFÜHRUNG DER ERSTEN GENERATION............................................................................................22
2.4.1. CCD - Zeilenkamera ....................................................................................................................................22
2.4.2. Regelbare Lichtquelle ..................................................................................................................................23
2.4.3. Industrie- PC (IPC).......................................................................................................................................24
2.4.4. Steuerungsschaltschrank ............................................................................................................................25
2.4.5. Justage der Sensoranordnung ....................................................................................................................27
2.5. ZWEITE GENERATION FLOCKUNGSSENSOR..............................................................................................................29
2.5.1. Software........................................................................................................................................................29
2.5.2. Technische Ausführung des „FlocSens“ Flockungssensors......................................................................34
2.5.3. Messungen mit dem „FlocSens“ Flockungssensor ....................................................................................37
3. DAS FLOCKUNGSSYSTEM ......................................................................................................................................41
3.1. DIE EINGESETZTEN KONDITIONIERUNGSANLAGEN .....................................................................................................42
3.1.1. Die ursprüngliche Konditionierungsanlage .................................................................................................42
3.2. ERFAHRUNGEN MIT DER FLOCFORMER-TECHNOLOGIE AUßERHALB DES PROJEKTES.................................................47
3.3. VERSUCHE MIT DEM NEUEN FLOCFORMER IN HILDESHEIM ........................................................................................61
3.4. ÜBERSICHT DER GESAMTERGEBNISSE FLOCFORMER...............................................................................................64
4. ZUSAMMENFASSUNG ...............................................................................................................................................66
1 Einleitung
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
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1. EinleitungDie Verfahrensstufen ”Eindicken” und ”Entwässern“ sind im Kläranlagenbetrieb von großer Be-
deutung, weil sie entscheidend die Kosten der nachfolgenden Klärschlammverwertung oder
-entsorgung, insbesondere die der thermischen Verwertung, beeinflussen. Eine Optimierung
der mechanischen Entwässerung trägt erheblich zur Reduzierung der Gesamtkosten der Ab-
wasserbehandlung bei.
Zielsetzung des vorgestellten Projektes ist die Erprobung einer automatisierten Lösung zur Op-
timierung der Konditionierung und Entwässerung von kommunalen Klärschlämmen. Auf diese
Weise soll zum einen das Ergebnis der mechanischen Entwässerung verbessert und zum an-
deren der Polymerverbrauch verringert werden.
Folgende Teilaspekte sollten im Rahmen des Projektes behandelt werden:
- die praktische Umsetzung bestimmter Strömungszustände in technischen Apparaten,
um eine gezielte Formung von der Schlammflocken und damit ein besseres Fest-
Flüssig-Trennverhalten zu erzielen
- die online-Messung von Partikelgrößenverteilungen geflockter Schlämme, um damit den
Zustand der geformten Flocken im Hinblick auf das Entwässerungsverhalten beurteilen
zu können.
Im Einzelnen sollte hierzu ein Flockungssystem mit einem Durchsatz bis zu ca. 30 cbm Klär-
schlamm pro Stunde maschinentechnisch entworfen, gebaut und auf verschiedenen Kläranla-
gen erprobt werden. Weiterhin war die Entwicklung eines Messsystems auf Basis einer Zeilen-
kamera im online-Betrieb zu erproben.
Das neuartige Konditionierungssystem zur Behandlung kommunaler Klärschlämme besteht aus
einem zweistufigen Flockungsapparat und einem Flockungssensor. Die zwei Stufen des Flo-
ckungsapparates besitzen bis zu vier verschiedene Steuerungsmöglichkeiten. In Verbindung mit
dem Flockungssensor ermöglicht die Mischtechnik eine zeitnahe Regelung der Konditionierung
sowohl in Hinsicht auf die Zugabe des Flockungshilfsmittels als auch auf die eingesetzte Flo-
ckungskinetik. Das System wurde im Vorfeld des Demonstrationsprojektes über mehrere Jahre
im halbtechnischen Pilotmaßstab erprobt und ist mittlerweile in verschiedenen Baugrößen am
Markt verfügbar. Abbildung 1 zeigt beispielhaft das Verfahrensschema einer kommunalen Klär-
schlammbehandlung inklusiv der neuen Konditionierungstechnik.
1 Einleitung
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
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Abbildung 1: Einbindung der neuen Konditionierungstechnik in den Kläranlagenprozess
2 Der Flockungssensor
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2. Der FlockungssensorMit Hilfe des Flockungssensors wird der konditionierte Schlamm analysiert. Das Verfahren ar-
beitet ohne Probenahme und ohne Beeinflussung des Messmediums durch Beobachtung der
Schlammflocken mit Hilfe einer Kamera. Es ist deshalb sehr bedienungsfreundlich und relativ
sicher. Mit einer Zeilenkamera wird der Grauwerteverlauf einer Zeile erfasst. Aus diesem Grau-
werteverlauf werden mit Hilfe mehrerer Bildverarbeitungsschritte mittlere Sehnenlängen von Flo-
cken berechnet. Die Summation aller erfassten Sehnenlängen führt zu einer Flockengrößenver-
teilung, aus der dann wiederum weitere Merkmale abgeleitet werden können. Die abgeleiteten
Merkmale geben dann Hinweise auf die Qualität der Flockung. In Abbildung 2 wird das
generelle Funktionsschema des Flockungssensors aufgezeigt. Bei Feststellung einer Abwei-
chung von der idealen Flockenstruktur wird die Betriebsweise des Flockungsreaktors und ggf.
des Rapid-Mischers so angepasst, dass die gewünschte Struktur erreicht wird.
Abbildung 2: Generelles Funktionsschema des Flockungssensors
Die Kenntnis der optimalen Flockenstruktur ermöglicht eine zielorientierte Regelung der Konditio-
nierung. Die Umsetzung der Anforderungen an die Flockenstruktur erfolgt in den beiden Flo-
ckungsreaktoren (Rapid-Mischer und Flockungsreaktor). Beide Reaktoren sind hintereinander
geschaltet und das Endprodukt aus beiden Reaktoren wird analysiert.
2.1. Die CCD- Zeilenkamera als Sensorbasis
Eine CCD-Zeilenkamera (CCD = charged coupled device) besteht aus den beiden optischen
Komponenten CCD-Zeile und Objektiv. Das Objektiv bildet einen linienförmigen Bereich des Ob-
jekts auf die CCD-Zeile ab. Eine CCD-Zeile besteht aus vielen einzelnen Photodioden (meist
Sehnenlängenverteilung
Zeilen-kamera
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 100 200 300 400[pixel]
Partikelanzahl-Summenverteilung
Bildverarbeitungsschritte
line scan
2 Der Flockungssensor
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2048 oder 4096), die in einer Zeile angeordnet sind. Jede dieser Photodioden, deren lichtemp-
findliche Fläche meist 10µm x 10µm groß ist, entspricht einem Bildpunkt (engl.: Pixel). Nach Ab-
lauf der Integrationszeit (z.B. 2 Millisekunden) wird die Helligkeit eines jeden einzelnen Bildpunk-
tes durch Ladungsverschiebung elektronisch „ausgelesen“, so dass die linienhafte optische
Information elektronisch weiterverarbeitet werden kann.
Abbildung 3: Funktionsprinzip einer CCD - Zeilenkamera
Die CCD-Zeilenkamera erfasst von dem vorbeiziehenden Medium jeweils eine einzelne Zeile an
Bildpunkten.
Abbildung 4 verdeutlicht die Arbeitsweise einer CCD-Zeilenkamera. Dort erfasst eine festste-
hende CCD-Zeilenkamera eine sich von links nach rechts bewegende Sechskantmutter in vier
aufeinander folgenden Segmenten.
Abbildung 4: Arbeitsweise einer CCD-Zeilenkamera
A = Brennweite
B = Lesedistanz
D = Lesehöhe
C = Tiefenschärfe
Schauglas
Kamera
2 Der Flockungssensor
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
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Über dem Kamerasymbol sind nebeneinander das rechte, die beiden mittleren und zuletzt das
linke Teilsegment der Sechskantmutter in der Reihenfolge dargestellt, wie sie von der Kamera
eingelesen werden.
Die darüber liegende Reihe enthält die Abbildungen der schrittweise erfassten Teilsegmente, die
um das jeweils zuletzt eingelesene Teilsegment ergänzt werden. Dieses Beispiel dient einzig der
Veranschaulichung der Arbeitsweise einer CCD-Zeilenkamera und ist, was die Auflösung der
eingelesenen Segmente bzw. Zeilen anbelangt, natürlich grob vereinfacht dargestellt.
Die Scan-Technik auf Zeilenbasis erlaubt ein lückenloses Erfassen unterschiedlichster Objekte,
dadurch können Zeilenkameras im Vergleich zu Videokameras noch flexibler an die jeweils ge-
gebene Situation angepasst werden. Anstatt mit einer starren Bildwiederholfrequenz zu arbeiten,
kann die Belichtungszeit den Erfordernissen der Messung angeglichen werden, somit eine Syn-
chronisation zu der Geschwindigkeit der Objekte erfolgen.
Des Weiteren ist die Pixelauflösung der Zeilenkameras gegenüber Videokameras in der Regel
erheblich höher. In Verbindung mit der kurzen Belichtungszeit ist eine gute Bildschärfe bewegter
Objekte auch im µm- Bereich gewährleistet.
2.2. Grundlagen der Software
2.2.1.Programmiersprache LabVIEW
Zur Programmierung des Flockungssensors wird die Programmiersprache LabVIEW verwendet.
LabVIEW ist eine grafisch orientierte Programmierumgebung der Fa. Nationale Instruments.
2.2.2.Grundkonzept
Im Rahmen der Entwicklungen der Software zur Mess- und Verfahrensführung der Klär-
schlammkonditionierungsanlage sind die folgenden Teilaufgaben zu lösen.
Bedienung der Software
Für die Messsoftware sollen zweckgerichtet spezifische Bedieneroberflächen entwickelt wer-
den. Für Einstell-, Kontroll- und Parameterzugriffe sollen ein entsprechender Service-Bereich
und zur Bedienung ein möglichst einfaches Dialog- Menü geschaffen werden. Zur Realisierung
dieser Aufgaben ist die Programmiersoftware LabVIEW ein nahezu optimales Werkzeug. Mit ihr
lassen sich mit Hilfe der Frontpaneltechnologie relativ zügig Bedienoberflächen bzw. Benutzer-
schnittstellen programmieren. Damit nach Beendigen der Messsoftware nicht alle Parameter und
Einstellungen der Messkonfiguration verloren gehen, ist die Möglichkeit der Abspeicherung die-
ser Daten in Form einer Initialisierungsdatei vorzusehen.
2 Der Flockungssensor
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Bildaufnahme
Das Aufnehmen von Klärschlammbildern über eine CCD-Zeilenkamera ist in mehrere Teilaufga-
ben zerlegbar. Einmal ist es notwendig, die CCD-Zeilenkamera über eine Software anzusteuern
bzw. zur Aufnahme der Klärschlammbilder zu bewegen. Dabei muss entschieden werden, über
welche Schnittstelle die Kamera angesprochen werden soll. Eine Messung beruht auf verschie-
denen Parametern (Bildgröße/-format, Anzahl der Messungen usw.). Diese Parameter können
entweder während der Laufzeit vom Nutzer eingegeben werden oder sie werden dem Messpro-
gramm in Form von Dateien zugeführt.
Belichtung des Klärschlamms
Um eine ausreichende Belichtung des Klärschlamms während der Messung zu gewährleisten,
ist zusätzlich zu der Kamerabelichtung eine weitere Lichtquelle notwendig. Eine solche Lichtquel-
le ist in Form einer Kaltlichtquelle für das Projekt bereits vorgesehen. Diese Kaltlichtquelle er-
zeugt mit Hilfe eines LWL-Faserbündels ein Linienlicht, mit dem sich der Klärschlamm bzw. die
CCD-Zeile der Kamera optimal beleuchten lässt. Um die Flockenstruktur des Klärschlamms
auch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten optimal abbilden zu können, muss die Belichtung
des Klärschlamms entsprechend angepasst werden. Dazu ist es notwendig, dass neben der
verstellbaren Belichtungszeit der CCD-Zeilenkamera auch die Helligkeit der Kaltlichtquelle regel-
bar ist. Diese Optimierung von Helligkeitsintensität und Belichtungszeit muss von der Software
realisiert werden. Dabei sind die Schnittstellen zwischen Soft- und Hardware (Kaltlichtquelle) zu
klären und die Ansteuerung entsprechend zu realisieren.
Bildbearbeitung
Nach der Aufnahme eines Klärschlammbilds müssen an diesem eine Reihe von normierten
Bildbearbeitungsbefehlen durchgeführt werden, um eine anschließende Schlammanalyse vor-
zubereiten. Die Art der Bildbearbeitungsbefehle sowie die dazugehörigen Parameter wurden
bereits im Testlabor ermittelt und sind für das Projekt bindend festgelegt. Daher beschränkt sich
die Aufgabe der Software auf die Organisation der Bildverarbeitung.
Bildanalyse
Nach der Bildverarbeitung soll eine optische Bewertung des erhaltenen Bilds nach normierten
Behandlungsregeln erfolgen. Die Analyse der Bilddaten umfasst eine mathematisch statistische
Auswertung. Die Auswertung soll über Auswertealgorithmen zur Abschätzung der Flockengröße
(Sehnenlängen) und Flockengrößenverteilung realisiert werden. Abschließend muss eine Klas-
sifizierung der erhaltenen Sehnenlängenverteilungen zu bereits vordefinierten Qualitätsparame-
tern stattfinden. Eine solche Auswertung kann mit Hilfe der mathematischen Bibliotheken der
Programmierumgebung LabVIEW durchgeführt werden.
2 Der Flockungssensor
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Einbindung der Messsoftware in die Verfahrensführung
Des Weiteren sind Anforderungen hinsichtlich der Verfahrensführung an die Software zu stellen.
Die von der Messsoftware ermittelten Qualitätsparameter müssen zwecks Bildung von Stellgrö-
ßen an das Neuronale Netz weitergereicht werden. Nachdem das Neuronale Netz die Sollwert-
vorschläge für die Stellglieder der Klärschlammkonditionierungsanlage ermittelt hat, werden die-
se an die Messsoftware gesendet. Dazu muss eine bidirektionale Kommunikation zwischen
LabVIEW und dem Neuronalen Netz geschaffen werden. Da das Neuronale Netz bei der Inbe-
triebnahme der Anlage noch nicht über ausreichend viele Referenzdaten verfügt, erscheint es
sinnvoll, vor dem Hinzuschalten des Neuronalen Netzes in den Regelbetrieb eine Datenbank
von Klärschlammmesswerten anzulegen. Mithilfe dieser Datenbank kann der Anlernlernprozess
des Neuronalen Netzes beschleunigt werden. Es gehört zu den Aufgaben der Messsoftware,
eine derartige Datenbank zu realisieren. Die Datensätze müssen neben den Qualitätsparame-
tern auch die jeweils aktuellen Online-Stellgrößen der Flockenreaktoren enthalten, damit das
Neuronale Netz entsprechende Korrelationen zwischen Ein-/Ausgangsgrößen entwickeln kann.
Um das Anlegen einer solchen Datenbank weitestgehend zu automatisieren, ist ein Menü inner-
halb der Messsoftware vorzusehen, in dem es möglich ist, Start- und Stoppwerte für die Stell-
größen sowie eine variable Schrittweite vorzugeben. Um die vom Neuronalen Netz gebildeten
Stellgliedersollwerte an das Prozessleitsystem (SPS) weiterzureichen, muss des Weiteren eine
Kommunikation zwischen der Messsoftware und dem Prozessleitsystem realisiert werden. Dazu
erscheint es sinnvoll, auf das Client- Server Prinzip zurückzugreifen. Es muss recherchiert wer-
den, mit welchen Softwaretools diese Kommunikation zu realisieren ist. Um eine komfortable
Verfahrensführung des Gesamtprozesses zu ermöglichen, sollen auch Störmeldungen und On-
line-Prozesswerte über die Messsoftware visualisiert werden. Für die Störmeldungen ist eine
gesonderte Quittiermöglichkeit vorzusehen.
Speicherung der Messdaten
Um eine Weiterverarbeitung in anderen Softwareumgebungen bzw. eine graphische Darstellung
der Messdaten zu ermöglichen, ist die Speicherung der Messdaten in Dateiform notwendig.
Dabei besteht die Möglichkeit, die Messwerte in Form eines Messprotokolls in Textdateien, in
Exceldateien oder in einer Datenbank zu speichern.
2.2.3.Strukturierung von Hard- und Software
2.2.3.1. Gerätevernetzung und Kommunikation
Um dem Anspruch einer modernen Klärschlammkonditionierungsanlage zu entsprechen, wurde
neben den konstruktiven Innovationen ein dazu passendes und intelligentes Steuerungskonzept
entworfen, siehe Abbildung. Im Mittelpunkt steht dabei ein Industrie-PC (IPC) mit den darauf in-
stallierten Softwarekomponenten und der angekoppelten SPS, worüber der überwiegende Teil
2 Der Flockungssensor
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
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der Anlagensteuerung realisiert bzw. organisiert wird. Auch Kamera, Lichtquelle und Reinigung
werden über den Industrie-PC gesteuert.
Grundsätzlich ist die Klärschlammkonditionierungsanlage auch ohne Messsoftware (LabVIEW)
steuerbar. Mit der auf dem IPC installierten Software IO-Display, die ähnlich wie LabVIEW als
OPC-Client arbeitet, ist das Bedienen und Beobachten der Anlage ebenfalls möglich. Diese Soft-
ware bietet eine Bedieneroberfläche, in der Sollwertvorgaben für die Stellglieder direkt eingege-
ben werden können. Zusätzlich werden auch Online-Werte der Prozesssensorik und Störmel-
dungen der Anlage angezeigt. Das Bedienen und Beobachten der Anlage über das IO- Display
ist überwiegend für die Inbetriebnahmephase vorgesehen. Erst wenn die vollständige Funktiona-
lität des Prozessleitsystems und der Anlagenkonstruktion festgestellt ist, ist es sinnvoll, die An-
lage mit der Messsoftware und dem Konditionierungssensor zu fahren.
Eine Regelung der Klärschlammkonditionierungsanlage ist einzig über die Messsoftware mög-
lich. Über das IO-Display kann die Anlage nur im Handbetrieb (also ungeregelt) gefahren wer-
den.
Die vier Stellgrößen (Flockungsreaktoren) werden über separate Frequenzumrichter angesteu-
ert und befinden sich in ständiger Kommunikation mit dem Prozessleitsystem. Die SPS erhält die
Sollwerte für die Stellgrößen von dem Industrie-PC und reicht sie an die entsprechenden Fre-
quenzumrichter weiter. Des Weiteren werden die Istwerte der Stellgrößen über die entsprechen-
de Sensorik und mögliche Störmeldungen der Antriebe über die Frequenzumrichter an die SPS
übermittelt.
2.2.3.2. Projektmanagement durch den Industrie- PC
Dem Industrie- PC (IPC) kam im Mess- und Steuerungskonzept der alten Klärschlammkonditio-
nierungsanlage eine tragende Rolle zu. Der Industrie- PC verwaltete und organisiert sämtliche
Softwarekomponenten des Projekts. Als Rechner- Betriebssystem war Windows NT 4.0 instal-
liert. Dieses Betriebssystem zeichnet sich insbesondere durch seine Systemstabilität aus und
wird daher vielfach in der Industrie eingesetzt.
Abbildung 5 : Projektmanagement durch den IPC
2 Der Flockungssensor
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2.2.3.3. Softwarearchitektur und Schnittstellen
Ein wesentlicher Bestandteil der Softwarearbeit liegt in der Zusammenfassung und Vereinheitli-
chung von Softwaremodulen der Messdatenerfassung/-verarbeitung. Bisher ist es zur Bedie-
nung des Gerätes Schlammsensor notwendig, mehrere unterschiedliche Softwaremodule zu
starten (siehe Abbildung 6), um die einzelnen Arbeitsschritte der Schlammanalyse/-bewertung
durchzuführen. Entsprechend der Aufgabenstellung soll dieser Softwarepool für den Einsatz
fertig entwickelter Geräte strukturiert, vereinheitlicht, im erforderlichen Umfang ergänzt und mit
einer geeigneten Bedienoberfläche versehen werden. In Abbildung 7 ist die ermittelte Software-
struktur dargestellt, welche die gestellten Anforderungen umsetzen soll.
Abbildung 6: Softwarestruktur in der vorherigen Projektphase
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Abbildung 7: Aktuelle Softwarestruktur
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2.3. Der Flockungssensor der Ersten Generation
2.3.1.Bedienoberfläche und Softwaremenüs
Dieses Kapitel befasst sich mit der Bedienstruktur der Software, dem Passwortschutz und dem
Abspeichern und Laden von Service-Einstellungen.
Bedienhierarchie
In der Abbildung 8 ist die Bedienhierarchie der Softwaremenüs dargestellt. Ihr kann entnommen
werden, auf welchem Weg das gewünschte Menü erreichbar ist. Die Aufgaben und Funktionen
der dargestellten Menüs werden in den folgenden Kapiteln beschrieben.
Abbildung 8: Bedienhierarchie der Software
Bediener- Panel
Das Bediener-Panel, siehe Abbildung, soll insbesondere dem Klärwerksmitarbeiter als Mensch-
Maschine-Schnittstelle dienen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Bedien- und Anzeige-
funktionen auf das Notwendigste beschränkt. Zum Starten der Klärschlammmessungen genügt
bereits das Betätigen des Start-Buttons. Als Besonderheit ist zu erwähnen, dass Eingabefelder
mit der Farbe Weiß und Anzeigefelder mit der Farbe Gelb dargestellt werden. Durch Betätigen
des Buttons „ zum Programm- Menü“ wird ein Wechsel vom Bediener- Panel zum Bediener-
/Service- Menü ausgelöst.
2 Der Flockungssensor
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Programm- Menü
Das Programm-Menü ist als das Hauptmenü anzusehen. Es verwaltet das Bediener- und das
Service-Menü. Von dort aus sind sämtliche Untermenüs aufrufbar.
Bediener- Menü
Das Bediener-Menü, siehe nächste Abbildung 9, beinhaltet jene Programm-Menüs, die ohne Ein-
gabe eines Passworts zugänglich sind. Änderungen an den Einstellungen innerhalb dieser Me-
nüs können den eigentlichen Messvorgang nicht beeinflussen bzw. Messergebnisse nicht ver-
fälschen.
Abbildung 9: Bediener- Menü
Service- Menü
Das Service-Menü enthält jene Programm-Menüs, die nur mit Eingabe eines Passworts zugäng-
lich sind. Unbedachte Änderungen der Einstellungen innerhalb dieser Menüs können den Mess-
vorgang erheblich beeinflussen. Daher ist der Zugang zu diesen Menüs ausschließlich dem
Servicepersonal vorbehalten.
Abbildung 10: Service- Menü
2 Der Flockungssensor
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Zugang zum Service-Menü freigeben
Um die Funktionen des Service-Menüs nutzen zu können, ist die Eingabe eines Passworts not-
wendig. Anschließend muss die Eingabe durch Betätigung des Buttons „Login“ bestätigt werden
(siehe Abbildung). Wird das Passwort nicht korrekt eingegeben, so erscheint ein Pop-Up Fens-
ter mit der Meldung „Falsches Passwort“ und parallel dazu ertönt ein Piep-Ton. Eine Änderung
des Passworts kann im Menü Bildbearbeitungskonfiguration vorgenommen werden, siehe Abbil-
dung.
Abbildung 11: Zugang zum Service- Menü freigeben
Service- Einstellungen
Mit Hilfe der Funktion „Service- Einstellungen“, können die Einstellungen der Servicemenüs als
Initialisierungsdatei abgespeichert bzw. geladen werden, siehe nächsten beiden Abbildungen.
Abbildung 12: Frontpanel – Service- Einstellungen
Abbildung 13: Frontpanel – Service- Einstellungen laden
2 Der Flockungssensor
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Nach dem erstmaligen Ausführen der Messsoftware erscheint das Dialogfenster „Service-
Einstellungen Laden ?“. Bei Betätigung des Buttons „OK“, werden die Parameter- und Einstell-
werte aus der Konfigurationsdatei in die Service-Menüs geladen.
Abbildung 14: Dialogfenster – Service- Einstellungen laden ?
Abbildung 15: Frontpanel – Programm beenden
Vor Beendigung der Software erscheint noch die Abfrage „Service-Einstellungen speichern ?“,
siehe Abbildung 16.
Abbildung 16: Dialogfenster – Serviceeinstellungen abspeichern ?
Durch Betätigung des Buttons „OK“ werden die Parameter- und Einstellwerte der Service- Me-
nüs in die Konfigurationsdatei geschrieben.
2.3.2.Messstrategie
Eine vollständige Messung besteht aus mehreren Arbeitsschritten. Dazu gehören im wesentli-
chen die Bildaufnahme, Bildbearbeitung, Bildanalyse und Messprotokollierung. Diese Arbeits-
schritte lassen sich wiederum in eine Vielzahl von Funktionen unterteilen. Um dem Nutzer die
Möglichkeit einzuräumen, gezielte Änderungen am Messablauf vorzunehmen, wurden die we-
sentlichen Funktionen in Form einer Ablaufsteuerung organisiert. Zum Aktivschalten muss die
Funktion angewählt werden. Mit der Angabe der Schrittnummer wird die Bearbeitungsreihenfolge
der Funktionen festgelegt. Die Schrittnummer mit der höchsten Priorität ist die Null. In dem Aus-
zug einer Ablaufsteuerung in Abbildung 17 würde erst die Funktion „Bildaufnahme“ und anschlie-
ßend die Funktion „Bild laden“ ausgeführt werden
2 Der Flockungssensor
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Abbildung 17: Frontpanel – Programm- Ablaufsteuerung
2.3.3.Klärschlammbild aufnehmen
Initialisierung
Sämtliche zur Bildaufnahme notwendigen Parameter werden von der Bildaufnahme- DLL in
eine Initialisierungsdatei geschrieben. Dazu gehören auch Einstellwerte wie Zeileneinlesefre-
quenz und Aufnahmemodus, für die Standardwerte festgelegt sind.
Bildgröße
Die Bildgröße setzt sich aus Breite und Höhe zusammen und kann geändert werden, wobei zur
Bildbreite auch die Angabe einer Startposition (Bildanfang) erforderlich ist. Die Zeilenkamera
kann eine Zeile bis zu einer Länge von 2048 Pixel einlesen, was der maximalen Bildbreite ent-
spricht. Die maximale Bildhöhe ist durch den Speicher der Framegrabber- Karte bzw. durch den
Arbeitsspeicher des verwendeten Rechners begrenzt. Mit der verfügbaren Rechentechnik kön-
nen 4000 Zeilen mit einer Zeilenlänge von 2048 Pixel zu einem Bild zusammengefügt werden.
Abbildung 18: Frontpanel – Eingabe der Bildgröße
Belichtungszeit
Um aussagekräftige Klärschlammbilder zu erhalten, ist es notwendig, dass der Klärschlamm
ausreichend belichtet werden. Zur Festlegung bzw. zur Regelung der Belichtungszeit ist ein
Hand- und Automatikbetrieb vorgesehen, siehe Abbildung 19. Im Automatikbetrieb wird aus
dem online gemessenen Schlammdurchsatz die Klärschlammgeschwindigkeit berechnet. An-
schließend wird die berechnete Klärschlammgeschwindigkeit zusammen mit der eingestellten
Pixelauflösung der Kamera zur Berechnung der optimalen Belichtungszeit herangezogen.
2 Der Flockungssensor
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Abbildung 19: Frontpanel – Belichtung
Bildaufnahme
Vor der Bildaufnahme wird die Kamera mit den Einstellwerten der Initialisierungsdatei initialisiert.
Anschließend liest die Kamera Zeile für Zeile des belichteten Klärschlamms ein und reiht die ein-
zelnen Zeilen im Speicher aneinander.
Bild erhalten
Nachdem das Bild im Arbeitsspeicher des Rechners vorliegt, kann es im TGA- bzw. BMP- For-
mat auf die Festplatte gespeichert werden.
2.3.4.Klärschlammbild bearbeiten
Die Frontpanel- Auszüge, die in diesem Kapitel gezeigt werden, beziehen sich auf das Menü
Bildbearbeitungskonfiguration. In dem einen Speicherbereich wird das Rohbild nach dem Laden
abgelegt und in dem anderen wird das nach Durchführung eines jeden Bildbearbeitungsbefehls
überarbeitete Bild abgelegt. Die Durchführung der Bildbearbeitungsbefehle ist aufeinander fol-
gend. Jeder Befehl wird mit einem entsprechenden Bild belegt. Dadurch können vom Rohbild
ausgehend die Auswirkungen der einzelnen Bildbearbeitungsschritte nachvollzogen werden.
2.3.5.Klärschlammbild analysieren
Bewertungskennwerte
Für eine Charakterisierung der Flockungseigenschaften im Sinne der Bewertung einer voraus-
sichtlichen Entwässerbarkeit des konditionierten Schlamms wurden Bewertungskennwerte defi-
niert. Berechnungsgrundlage für diese Kennwerte ist die normierte Anzahldichtverteilung der
Sehnenlängen, siehe Abbildung 20, und die Anzahlsummenverteilung, siehe Abbildung 21, der
aufgenommenen Schlammstrukturen. Mit den entwickelten Kennwerten können z.B. spezifische
Kennfelder ermittelt werden, die eine Steuerung des Prozesses und damit eine Optimierung des
Entwässerungsergebnisses ermöglichen.
2 Der Flockungssensor
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Abbildung 20: Frontpanel - Anzahldichteverteilung
Abbildung 21: Frontpanel Sehnenlängenverteilung
2.3.6.Prozessleitsystem
Die Kommunikation zwischen LabVIEW und dem Prozessleitsystem wird mit Hilfe eines OPC-
Servers realisiert.
2 Der Flockungssensor
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2.3.7.Neuronales Netz
Wie bereits beschrieben, wird der Klärschlammkonditionierungsprozess im Wesentlichen über
vier Stellgrößen geführt. Da es sich um eine mobile Klärschlammkonditionierungsanlage handelt,
hat die Anlage die Eigenschaft, sich auf wechselnde äußere Bedingungen (Einsatz in verschie-
denen Kläranlagen) einstellen zu können. Das stellt eine besondere Herausforderung an die Re-
gelungstechnik dar. Benötigt wird demnach eine Regelung, die sich flexibel auf die jeweilige Pro-
zessumgebung einstellen kann. Der Einsatz eines Neuronalen Netzes scheint zur Lösung
dieser Anforderungen am besten geeignet. Die Umsetzung über ein Neuronales Netz bietet den
Vorteil, dass die Regelung in die Lage versetzt wird, aus Versuchsdaten zu lernen. Das Lernen
des Netzes kann sowohl aufgrund bestehender Daten im Block erfolgen, als auch während des
normalen Betriebes der Anlage aus den Betriebsdaten (Stellgrößen und Bewertungskennwerte)
und den damit erreichten Entwässerungsresultaten.
Regelstrategie
Die nachfolgend beschriebene Regelstrategie bezieht sich auf ein bereits trainiertes neuronales
Netz. Ein Netz wird als trainiert bezeichnet, wenn es bereits auf eine umfassende Datenbank mit
Referenzdaten bzw. Matrizen zugreifen kann.
Das neuronale Netz schreibt Sollwertvorschläge für die Stellgrößen Menge Polymere, Drehzahl
Rapidmischer, Drehzahl Flockenformungsreaktor und Spaltweite Flockenformungsreaktor in die
Datei ’Transfer_aus_neuro.txt’. Durch die Änderung des Zeitstempels dieser ASCII- Datei er-
kennt LabVIEW, dass aktualisierte Sollwertvorschläge vorliegen. Daraufhin wird die Datei ’Trans-
fer_aus_neuro.txt’ in die LabVIEW- Software eingelesen. Diese Funktionalität bietet insbesonde-
re eine Hilfestellung während der Inbetriebnahmephase der Anlage.
Nach Übergabe der Sollwerte an die entsprechenden Stellglieder wird über einen Timer eine
Wartezeit gestartet. Diese Wartezeit hat den Zweck, dass die Sollwertvorgaben auf den Verfah-
rensprozess der Klärschlammkonditionierung einwirken können, bevor der Klärschlamm analy-
siert wird. Die Dauer der Wartezeit wird im Menü Bildbearbeitungskonfiguration festgelegt. Nach
Ablauf der Wartezeit wird ein Klärschlammbild aufgenommen, bearbeitet, und analysiert.
Eine Einschätzung des Regelungsergebnisses kann einzig über den Entwässerungswert des
Schlamms vorgenommen werden. Eine online- Messung des Entwässerungswertes ist derzeit
an der Anlage nicht realisiert, daher muss dieser vorerst konventionell gemessen und bei Bedarf
nachträglich in die LabVIEW- Software eingegeben werden. Eine Handeingabe des Entwässe-
rungswertes ist nur während der Anlernphase des Netzes notwendig. Sobald genügend Refe-
renzdaten vorhanden sind, berechnet das Neuronale Netz einen fiktiven Entwässerungswert,
der zur Optimierung der Stellgrößenwerte herangezogen wird.
2 Der Flockungssensor
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22
2.3.8.Visualisierung der Prozessdaten
Ein wichtiger Aspekt der Verfahrensführung ist die Visualisierung von Prozessdaten. Um diese
Anforderung zu erfüllen, wurde das Menü Onlineanzeigen Prozesswerte und das Menü Störun-
gen in die Software implementiert. In dem Menü Onlineanzeigen Prozesswerte können die wich-
tigsten Prozesswerte online beobachtet werden. Eine Aktualisierung der Daten findet einmal pro
Messdurchlauf statt. Über das Menü Störungen werden Störmeldungen der Klärschlammkonditi-
onierungsanlage angezeigt. Dabei wird zwischen externen und LabVIEW- internen Störmeldun-
gen unterschieden. Die externen Störmeldungen werden über den OPC- Server eingelesen und
die internen Störmeldungen werden von LabVIEW selbst generiert. Wenn die Störungsursache
beseitigt ist, ist das Quittieren angezeigter Störmeldungen über die Betätigung des Buttons „Stö-
rung quittieren“ möglich. Eine Aktualisierung der Störmeldeanzeigen findet einmal pro Mess-
durchlauf statt.
2.3.9.Protokollierung der Messdaten
Messprotokoll
Zum Generieren eines Messprotokolls muss im Menü Messeinstellungen die Option „Messpro-
tokoll anfertigen“ angewählt werden. Der Protokollname kann frei gewählt werden. Für jeden
Messdurchlauf wird ein separates Messprotokoll generiert.
Messdiagramm
Um die Entwicklung wichtiger Messgrößen online betrachten zu können, werden diese im Menü
Messdiagramm als Kurvendiagramme mitgeschrieben. Durch Anwahl des Kippschalters in der
Stellung „Ein“ werden über die einzelnen Messdurchläufe die ausgewählten Messgrößen aufge-
zeichnet.
2.4. Technische Ausführung der Ersten Generation
Die Basiskomponenten für den Flockungssensor sind neben der eigentlichen CCD-Zeilen-
kamera eine Duchflussküvette mit Beleuchtungseinheit sowie ein IPC, auf dem die Auswertungs-
routinen durchgeführt werden. Im Folgenden werden die eingesetzten Hardwarekomponenten
der Ersten Generation kurz aufgeführt.
2.4.1.CCD - Zeilenkamera
Für den Sensor der Ersten Generation wurde eine CCD-Kamera von Sony eingesetzt. Die Sen-
sor-Zeile dieser Kamera zeichnete sich durch eine sehr hohe Lichtempfindlichkeit aus, wie sie
für die Aufnahme des dunklen Mediums Klärschlamm benötigt wird. Die Fixierung auf diese Sen-
sorzeile wurde aus den vorhergehenden Projekten übernommen.
2 Der Flockungssensor
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Daten
Typ : Sony
Effektive Pixel : 2048
Max. Zeilenrate : 2300 Zeilen / s
Belichtungszeit : 50 s bis 130 ms
Digitale Ausgänge : 8 Bit LVDS Interface
Abbildung 22: CCD- Zeilenkamera mit Justageplatte
2.4.2.Regelbare Lichtquelle
Die Einbeziehung einer regelbaren Lichtquelle schafft die Möglichkeit, eine optimale Beleuch-
tung des Schlammes zu realisieren. In Kombination mit der Regelung der Belichtungszeit der
CCD - Zeile können so Verhältnisse realisiert werden, die auch bei wechselnden äußeren Be-
dingungen (Schlammfarbe, Strömungsgeschwindigkeit) eine Abbildung des Schlammes auf der
CCD- Zeile in ähnlichem Belichtungsbereich gestatten.
Die mittlere Belichtung der CCD - Zeile wird in jedem Messzyklus berechnet und dient als Maß
für die Regelung der Beleuchtungsstärke und der Belichtungszeit. Gleichzeitig dient die pixel-
bezogene Berechnung der mittleren Belichtung eines jeden Pixels zur Ermittlung der Basislinie
der CCD - Zeile, die wiederum der Kompensation systematischer Messfehler bei jeder Messung
dient.
In früheren Laborversuchen wurde der Einsatz einer Kaltlichtquelle aufgrund von Lichtleistung
und Lebensdauer der Module als geeignet befunden. Als Beleuchtungsmittel dient eine Halo-
genreflektorlampe mit einer nominellen Leistung von 150 W bei 21 V. Die nominelle Farbtempe-
ratur beträgt 3250 K. Das von der Kaltlichtquelle generierte Licht wird mit Hilfe eines Lichtwel-
lenleiters (LWL- Faserbündel) zur Beleuchtungseinheit übertragen. Die Beleuchtungseinheit
projiziert ein Linienlicht mit den Abmessungen von 25 mm x 1mm. Im Versuchsaufbau findet
eine Trennung von Medium und Optik durch ein Schauglas (Dicke = 5mm) statt.
2 Der Flockungssensor
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Abbildung 23: CCD-Kamera und Lichtwellenleiter
2.4.3. Industrie- PC (IPC)
Ergonomie und Bedienung
Der Industrie PC (IPC) mit externer Tastatur und TFT- Monitor wird für die Bedienung und
Steuerung der Klärschlammkonditionierungsanlage genutzt. Die gewählte Variante gestattet es,
den Schlammsensor in unmittelbarer Nähe des Flockungsreaktors an beliebiger Position in der
Zuführung des Schlammes zur Konditionierungsanlage anzubringen und trotzdem die Bedie-
nung in ergonomisch günstiger Position vorzunehmen. Der maximale Abstand zwischen Mess-
sensor und Steuerungstechnik wird durch die gegebene Länge des Kamera-Datenkabels und
des LWL- Faserbündels bestimmt.
Aufgaben
- Bereitstellung einer Software zum Bedienen der Anlage
- Visualisierung von Prozessdaten
- Ansteuerung und Auswertung der CCD- Zeilenkamera
- Ansteuerung der Lichtquelle
- Kommunikation mit der OPTO 22- SPS über TCP/IP
- Kommunikation mit dem Neuronalen Netz
- Sollwertvorschläge für die Stellgrößen Drehzahl Flockungsreaktor, Spaltweite Flockungs-
reaktor, Drehzahl Rapid Mixer und Menge Polymere an die OPTO 22 SPS senden
2 Der Flockungssensor
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Abbildung 24: IPC Mess- und Steuerungsrechner
2.4.4.Steuerungsschaltschrank
Aufgaben
- Einschalten der gesamten Anlage über einen Hauptschalter
- Gewährleistung der Sicherheit über einen Not- Aus Schalter
- Einlesen der Prozesswerte über die entsprechende Sensorik
- Ansteuern der Stellglieder über Frequenzumrichter
- Erfassung von Störmeldungen. Einige Störmeldungen werden zwecks Visualisierung (unter
LabVIEW) an den IPC weitergereicht
- Anzeigen von Sammelstörungen über eine Rundumleuchte (befindet sich gut sichtbar auf
dem Steuerungsschaltschrank)
2 Der Flockungssensor
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Abbildung 25: Steuerungsschaltschrank mit eingeschalteter Kaltlichtquelle
Abbildung 26: Gesamtansicht des Flockungssensors der Ersten Generation
2 Der Flockungssensor
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2.4.5. Justage der Sensoranordnung
Vor Durchführung der Messungen musste sichergestellt sein, dass Zeilenkamera, Linienlicht
und Schauglas präzise aufeinander eingestellt waren. Um die Einstellungen überprüfen zu kön-
nen, war eine Justagehilfe auf der linken Hälfte des Schauglases aufgeklebt.
Abbildung 27: Foto – Justage am Durchflussrohr
Abbildung 28: Justagehilfe
JustagehilfeHalterung für Schauglas Durchflussrohr- DN200
2 Der Flockungssensor
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28
Abbildung 29: Foto – Bildaufnahme
Eine optimale Ausrichtung der Opto-Mechanik erbrachte eine Justagehilfe, die in Abbildung 30 zu
sehen ist. Es handelt sich dabei natürlich um das Rohbild. Sämtliche Bildbearbeitungsbefehle
werden eigens für diese Aufnahme deaktiviert.
Abbildung 30: Rohbild - Justagehilfe
Nach erfolgreicher Justage wird die Kamera gemeinsam mit dem Linienlicht über eine Justage-
platte um 5,2 mm auf das Schauglas zu bewegt. Damit ist gewährleistet, dass das Linienlicht die
CCD- Zeile unmittelbar hinter der Glasplatte ausleuchtet.
Linienlicht
Kameraobjektiv
2 Der Flockungssensor
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2.5. Zweite Generation Flockungssensor
Die Weiterentwicklung des Flockungssensors zur zweiten Generation hatte das Ziel den Betrieb
und die Nutzung des Sensors für normale Benutzer einfacher zu gestalten. Dies betraf sowohl
die Hardwareseite, hier insbesondere die vorgesehene Installationsmöglichkeiten, als auch die
Struktur und Bedienbarkeit der Software.
Der Flockungssensor „FlocSens“ wurde für zwei unterschiedliche Applikation entwickelt. Für
Online-Messungen im technischen Konditionierungsprozess, zur Bewertung der ausgeführten
Flockung, wurde eine Bypass-Lösung entwickelt. Diese zeichnet sich durch einen kompakten
Aufbau aus, der robust und unempfindlich gegen Wasser und Verschmutzung ist. Die zweite
Applikation ist eine Laboranwendung, mit der der Konditionierungsprozess in Batch-Versuchen
analysiert werden kann. Mit dieser Anwendung kann z.B. ein Screening von unterschiedlichen
Polymer durchgeführt werden.
2.5.1.Software
Die Softwarebedienung wurde dadurch vereinfacht, dass in den Betriebsmenüs die Anzahl der
möglichen Einstellungen auf das Wesentlichste reduziert, und Funktionen weitgehend automati-
siert wurden. Es wird weiter unterschieden zwischen dem normalen Bediener-Menü „ Operator
Menu“ und dem agbesicherten Service- und Betriebseinstellungsmenü „Service Menu“. Abbil-
dung zeigt einen Screenshot des Start- und Auswahlmenüs.
Abbildung 31: Haupt- und Auswahlmenü des Flockungssensors
Der obere Teil des Menüs verweist auf die Untermenüs des normalen Bediener Menüs und der
untere Teil auf die Passwort-geschützten Untermenüs der Service und Betriebseinstellungen.
2 Der Flockungssensor
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30
Im Folgenden werden kurz die Funktionen der Untermenüs erläutert, beginnend mit dem norma-
len Bedienermenüs, siehe. Abbildung 32.
Abbildung 32: Untermenüs der Bedieneroberfläche
Im ersten Untermenü Messeinstellungen, welches in Abbildung 33 wiedergegeben wird,
„Measuring Settings“ kann der Name der mitscheibenden Protokolldatei festegelegt werden und
der Protokollierungsvorgang selber gestartet werden. Darüber hinaus kann festgelegt werden,
ob die Originalbilder des aufgenommen Klärschlamms gespeichert werden, um sie z.B. im
Nachhinein ein weiters Mal analysieren zu können. Als letzte Funktion kann der Bild-Zähler „ge-
nullt“ oder auch ein alternativer Start-Zählwert festgelegt werden.
Abbildung 33: Untermenü Messeinstellungen im Benutzer-Modus
2 Der Flockungssensor
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31
Der Menüpunkt „Sludge Parameter“ verweist in das Auswertungsmenü der aktuellen Schlamm-
messung, siehe Abbildung 34. Es werden die Anzahlsummenverteilung und die Anzahldichtever-
teilung des aktuell analysierten Flockenbildes dargestellt und die daraus berechneten
Schlammparameter. Mit Hilfe dieser Auswertungen kann der geflockte Schlamm z.B. in Hinblick
auf Flockengrößenverteilung, Flockendichte und voraussichtliches Verhalten im Trennprozess
charakterisiert werden.
Abbildung 34: Untermenü der aktuelle Schlammparameter im Benutzer-Modus
Der nächste Menüpunkt “Diagramm” verweist auf die zeitliche Darstellung des Flockungsverlau-
fes. Die Abbildung 35 zeigt einen Screenshot für einen Flockungsversuch im Becherglas. Zeit-
und Größenachse sind frei skalierbar und mit Hilfe von Markern können Ereignisse wie z.B. die
Polymerzugabe mit protokolliert werden. An dem zeitliche Verlauf lässt sich erkennen, wie die
Anzahl kleiner Strukturen (rot) nach der Polymerzugabe abnimmt und statt dessen die Anzahl
großer Flocken (blau) zunimmt. Über die Zeit wird jedoch die Anzahl dieser großen Flocken auf-
grund des stetigen Rührens wieder geringer. Der Rührer zerschlägt die großen Flocken wieder.
2 Der Flockungssensor
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Abbildung 35: Untermenü Flockendiagramm, zeitlicher Verlauf, im Benutzer-Modus
Einen optischen Eindruck der vorliegenden Flockenstruktur erhält der Benutzer im Fenster
“FlocSens”. In diesem Fenster kann die Flockenstruktur selber und die bildverarbeitenden
Schritte eingesehen werden. Darüber hinaus werden z.B. Statusmeldungen über die aktuelle
Belichtungssituation und den Berechnungsfortschritt angezeigt.
Abbildung 36: Übersichtsfenster der „FlocSens“ Anwendung
2 Der Flockungssensor
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33
Das Service-Menü lässt sich nur nach einer Passworteingabe im Hauptmenü öffnen.
Abbildung 37: Passwort-Maske des Service-Menüs
Das sich öffnende Fenster ermöglicht geschulten Benutzern die Helligkeitseinstellungen für die
Bildaufnahme zu ändern. Diese Änderungen können sowohl für die manuelle Beleuchtungsein-
stellung als auch für die Beleuchtungsautomatik geändert werden.
Abbildung 38: Beleuchtungseinstellung im Service-Menü
Im letzten Bildschirm des Service Menüs können das Passwort geändert werden, das Verzeich-
nis für die Protokolldateien und die Parameter für die Bildaufnahme definiert werden.
2 Der Flockungssensor
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34
Abbildung 39: Festlegung des Passworts und von Bildparametern im Service-Menü
2.5.2.Technische Ausführung des „FlocSens“ Flockungssensors
Herzstück des neuen Flockungssensors ist eine CCD-Zeilenkamera, die mit einem Standard
Fire-Wire Schnittstelle an eine große Anzahl von Computern angeschlossen werden kann. Im
Sinne einer möglichst kompakten Bauweise wurde eine anwendungsspezifische LED-
Beleuchtung entwickelt. Diese hat im Vergleich zu den vorher eingesetzten Kaltlichtquellen den
Vorteil, dass die Stromaufnahme bei gleicher Beleuchtungsintensität geringer und dem entspre-
chend die Wärmeentwicklung deutlich geringer ist. Als zusätzlicher Vorteil ist die Lebenserwar-
tung der LED-Beleuchtung um ein vielfaches höher als die der Halogen-Kaltlichtlampe. Die
folgenden Abbildungen zeigen Detailansichten des „FlocSens“ in der Applikationsvariante „Onli-
ne-Messung im Prozess“. In der Aufsicht in Abbildung 40 ist die Anordnung von Zeilenkamera,
Optik und LED-Beleuchtung gut zu erkennen. Diese Einheiten werden zu einer Komponente zu-
sammengefügt und können dann direkt an die entwickelte Durchflussküvette geschraubt wer-
den. Abbildung 41 zeigt die Frontansicht der Aufnahmeneinheit. Der Betrachter befindet sich in
der Position der Küvette. Geschützt und abgedichtet wird die Sensorik durch ein Gehäuse, wel-
ches mit der Küvette wasserdicht abschließt, siehe Abbildung 42.
2 Der Flockungssensor
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Abbildung 40: Aufnahmeinheit des „FlocSens“ in Aufsicht
Abbildung 41: Aufnahmeinheit des „FlocSens“ in Frontansicht
2 Der Flockungssensor
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36
Abbildung 42: Durchflussküvette und Gehäuse des „FlocSens“
Der Aufbau der Gesamtapplikation, zur Demonstration jedoch ohne Gehäuse, ist in Abbildung 43
zu sehen. Als Messrechner dient ein konventionelles Notebook.
Abbildung 43: Gesamtapplikation des „FlocSens“ in Prozessausführung
2 Der Flockungssensor
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37
Die zweite Applikation für den „FlocSens“ ist die Laboranwendung. Hier kann die Flockung im
Becherglasversuch analysiert werden. Das folgende Foto zeigt den Messaufbau der Anwen-
dung.
Abbildung 44: Gesamtapplikation des „FlocSens“ in Laborausführung
2.5.3.Messungen mit dem „FlocSens“ Flockungssensor
Prozessanwendung
Die ursprüngliche Anwendung des „FlocSens“ ist die online Prozessmessung. Bei dieser Art der
Messung analysiert der Sensor Flocken oder Agglomerate, die durch einen Konditionierungs-
prozess erzeugt werden. Durch eine Adaption des Sensors an den jeweiligen Trenn- der Ent-
wässerungsprozess kann aus der gebildeten Flockenstruktur erkannt werden, ob diese gute
oder schlechte Eigenschaften hinsichtlich der nachfolgenden Separation aufweist.
Das nachfolgende Diagramm zeigt das Versuchsprotokoll einen fünfstündigen Entwässerungs-
versuches mit einer kontinuierlich arbeitenden Pressverfahren. Aufgenommen wurden die Sen-
sorparameter „Fraktion große Flocken“ (grün) und „Fraktion kleine Flocken“ (rot). Als Prozess-
daten wurden weiterhin die Kegel-Umdrehungszahl des eingesetzten FlocFormers (blau) und
der Vordruck des Filtrationsprozesses (grau) protokolliert. Ein hoher Vordruck weist auf eine
gute Entwässerungsleistung hin.
2 Der Flockungssensor
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38
Abbildung 45: FlocSens Auswertung am Beispiel von FlocFormer Drehzahl und Prozessdruck
Folgende Informationen sind dem Diagramm zu entnehmen:
Die Umdrehungszahl des FlocFormer beeinflusst die aufgebaute Flockenstruktur. Besonders
gut ist der Effekt ersichtlich für die großen Drehzahlsprünge. Die höchsten Eingangsdrücke der
Filtration werden bei ca. 180 Umdrehungen pro Minute erreicht. Zum Ende des Versuches wird
die Drehzahl extrem variiert. Die Fraktionen der Flockengrößen folgen der Umdrehungszahl,
ebenso der Druckverlauf. Hohe Drehzahlen führen zur Erosion der Flocken und erhöhen die
Fraktion der kleinen Flocken. Bei moderaten Umdrehungszahlen nimmt die Fraktionsgröße wie-
der ab. Reziprok zur Anzahl der kleinen Flocken verhält sich der Druckverlauf. D. h., bei vielen
kleinen Flocken wird ein geringer Druck aufgebaut und ein schlechtes Entwässerungsergebnis
erzielt. Nach Abschaltung der Flockenformung geht der Druck gegen null zurück. Zu diesem
Zeitpunkt kommt die Filtration des Mediums zum Erliegen.
Ein anderes Beispiel für die gleiche Art des Pressenprozess, jedoch auf einer anderen Kläranla-
ge, wird an Abbildung 46 dargestellt. Hier ist ein Sensorparameter gegen die Entwässerungsleis-
tung des Prozesses aufgetragen. Der Korrelationskoeffizient ist mit knapp 0,88 gut zur Prozess-
regelung geeignet.
2 Der Flockungssensor
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39
Abbildung 46: FlocSens Auswertung am Beispiel des gemessenen Entwässerungsergebnisses
Laboranwendung
Eine der wichtigsten Laboranwendungen für den „FlocSens“ ist die Beurteilung von verschiede-
nen Polymertypen hinsichtlich ihrer Effizienz für einen zu untersuchenden Klärschlamm. Das Ziel
der Messungen ist es, das beste Polymer für die Konditionierung eines Schlamms zu identifizie-
ren. Für die Messung wird unbehandelter Klärschlamm in ein Becherglas gegeben und gerührt.
Zu einem Zeitpunkt t=0 erfolgt unter Rühren die Zugabe des Polymers, gekennzeichnet durch
den Marker „P“. Nach der Zugabe des Flockungshilfsmittels wird der Flockenaufbau und ggf. die
Flockenzerstörung analysiert. Der Flockungssensor berechnet die Größenverteilungen der klei-
nen (min), mittleren (med) und großen (max) Flockenstrukturen. Anhand des Verlaufes der
Fraktionen lassen sich unmittelbar Rückschlüsse auf die entstehenden Flockengrößen und die
Stabilität der Agglomerate ziehen. Die folgenden Diagramme zeigen den Flockungsverlauf mit
drei verschiedenen Polymeren, die einem kommunalem Faulschlamm in der gleichen Menge
zudosiert werden.
2 Der Flockungssensor
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40
Polymertyp FlocSens Auswertung Visuelles Bild
Zetag 7635
6g/kg TR
Die großen Flocken steigen bis 48% an und sind
dann stabil. Die Relation von großen zu kleinen
Flocken beträgt ca. 1,5:1.
Zetag 7555
6g/kg TR
Die großen Flocken steigen bis 64% an und sind
dann stabil. Die Relation von großen zu kleinen
Flocken beträgt ca. 3:1.
Zetag 8846
FS
6g/kg TR
Die großen Flocken steigen bis 22% an und ver-
halten sich dann stabil. Die Relation von großen
zu kleinen Flocken beträgt ca. 1:2,5.
Abbildung 47: Polymerscreening mit „FlocSens“
0
10
20
30
40
50
60
70
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0:2
2
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5
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3
7:0
6
Messzeit
Flo
ck
en
-An
teil
[%
]
minFloc
medFloc
maxFloc
P B
0
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20
30
40
50
60
70
0:0
0
0:2
2
0:4
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1:0
7
1:2
9
1:5
2
2:1
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2:3
7
2:5
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3:4
4
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6
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4
5:3
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5:5
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6
Messzeit
Flo
ck
en
-An
teil
[%
]
minFloc
medFloc
maxFloc
P B
0
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40
50
60
70
0:0
0
0:2
2
0:4
4
1:0
7
1:2
9
1:5
2
2:1
4
2:3
6
2:5
9
3:2
1
3:4
4
4:0
6
4:2
9
4:5
1
5:1
4
5:3
6
5:5
8
6:2
1
6:4
3
7:0
6
Messzeit
Flo
ck
en
-An
teil
[%
]
minFloc
medFloc
maxFloc
P B
3 Das Flockungssystem
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41
3. Das Flockungssystem
Seit dem Jahr 1997 wurde ein zweistufiger Flockungsreaktor, der FlocFormer, mit vier Frei-
heitsgraden apparativ entwickelt und umgesetzt. Das entwickelte Flockungssystem ist schema-
tisch in Abbildung 48 dargestellt. Im FlocFormer wird zunächst das Flockungshilfsmittel in einem
Turbo-Mischer homogen unter turbulenten Bedingungen in den Schlamm eingebracht. Es wer-
den großvolumige und scherinstabile Flocken erzeugt. Diese werden anschließend in einem
Flockenformungsreaktor gezielt erodiert und kompaktiert, so dass relativ gleichmäßige kompak-
te Flocken entstehen. Der Betriebspunkt des Konditionierungsapparates kann durch Änderun-
gen in den Freiheitsgraden bewusst an sich ändernde Volumen- oder Massenströme sowie sich
ändernde Schlammeigenschaften angepasst werden. Insgesamt sind für das Flockungssystem
folgende Randbedingungen berücksichtigt worden:
• variable Durchflussmenge des Klärschlamms,
• variable Trockensubstanzmengen im Klärschlamm,
• variable Dosiermenge des Flockungshilfsmittels,
• variable Strömungsverhältnisse im Mischer,
• variable Verweilzeiten im Flockenformungsreaktor,
• variabler Energieeintrag im Flockungsformungsreaktor,
• möglichst kompakte Bauweise der Komponenten.
Abbildung 48: Schema Flockungssystems „FlocFormer“
geflockter Schlamm
3 Das Flockungssystem
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42
Zur Optimierung der Flockenstruktur können vier Betriebsparameter des Flockungssystems an-
gepasst werden:
• Polymer (Typ und Dosis)
• Mischintensität im Turbo Mischer (Drehzahl)
• Umfangsgeschwindigkeit im Kegelrührer
• Spaltweite des Kegelrührers
Der letzte Parameter, die Spaltweite des Kegelrührers, ist eine Besonderheit des Flockungssys-
tems. Erst durch die online veränderliche Spaltweite lassen sich Betriebsschwankungen im
Schlammvolumenstrom und im Feststoffgehalt des Schlamms, aber auch z.B. veränderte Be-
dingungen auf dem Klärwerk nach Umbaumaßnahmen weitestgehend ausgleichen.
3.1. Die eingesetzten Konditionierungsanlagen
Im Laufe der Projektlaufzeit wurde eine Reihe von FlocFormer Anlagen gebaut und betrieben.
Die ursprüngliche im Projekt geplante Konditionierungsanlage zur Behandlung von 30 m3/h Klär-
schlamm pro Stunde konnte leider nie zufrieden stellend auf einer Kläranlage betrieben werden,
da sie aufgrund von Unwuchten nicht abgedichtet werden konnte. Dennoch konnten aus ihr
wichtige Erkenntnisse für den Bau aller weiteren Anlagen gewonnen werden. Im Folgenden wer-
den die Konditionierungsanlagen in der Reihenfolge ihrer Entstehung beschrieben und kurz die
Einsatzort und erzielten Ergebnisse erläutert.
3.1.1.Die ursprüngliche Konditionierungsanlage
Oberste Prämisse für die Konditionierungsanlage war die Transportfähigkeit der Anlage. Die
erste Anlage bestand aus vier Baueinheiten, die auf einem Grundgestell fixiert wurden. Diese
Baueinheiten waren der Rapid-Mischer, der Kegelmischer, der Flockungssensor und die
Steuer- und Regeleinheiten. Die Anlage sollte möglichst einfach mit Gabelstapler und Decken-
kran montiert und demontiert werden können. Das anspruchvollste und größte Einzelbauteil war
der Kegelmischer. Alle anderen Bauteile wurden um den Kegelmischer herum positioniert.
Das Kernstück des Flockenformungsreaktors ist der axial verschiebbare Innenkegel, mit dem
die Spaltweitenänderung realisiert wird. Der Innenkegel rotiert konzentrisch im äußeren Kegel-
gehäuse. Die Rotationsgeschwindigkeit sollte für den 30 m3 Reaktor ca. 200 Umdrehungen pro
Minute betragen. Die Axialbewegung wird durch einen Hubspindelantrieb realisiert, der die
Hubbewegung über einen axial geführten Schlitten an die Welle des inneren Kegels weitergibt.
Der Innenraum des Kegelrührers steht im Betrieb unter Überdruck. Aus diesem Grund muss die
Welle des inneren Kegels mit Dichtungen durch das Gehäuse geführt werden. Auch die Dich-
3 Das Flockungssystem
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43
tungen müssen neben der Rotation die axiale Verschiebung der Welle erlauben. Weitere Anfor-
derungen an die Dichtungen werden durch das Medium Klärschlamm gestellt. Aufgrund seines
mineralischen Anteils ist der Schlamm sehr abrasiv, so dass es im Bereich der Dichtungen auf
der Welle zu erhöhtem Verschleiß kommen kann. Als letzte Anforderung muss die Dichtung
eine hohe Stützfunktion aufweisen, da eine konstruktive Axial-Radial-Lagerung aufgrund Ihrer
Empfindlichkeit gegen Schmutz in den Gehäusedurchführungen nicht eingesetzt werden kann.
Somit können insbesondere Radialkräfte aufgrund von Unwuchten nur über eine konstruktive
Lagerung am Hauptantrieb des Kegels erfolgen. Insgesamt ist bei der Konstruktion aufgrund
der Lagerungssituation darauf zu achten, dass der Innenkegel in seinem Schwerpunkt betrie-
ben wird und die Welle aufgrund von auftretenden Biegemomenten möglichst kurz gehalten
wird.
Basierend auf diesen Betrachtungen wurde eine Konditionierungsanlage für einen zu behan-
delnden Volumenstrom von 30 m3/h konstruiert und gebaut. Im Folgenden wird diese erste
Konditionierungsanlage anhand von Photos erläutert.
Abbildung 49 zeigt die Gesamtansicht der ursprünglichen Konditionierungsanlage in Hildes-
heim. Mittig auf dem Grundgestell ist der FlocFormer angeordnet, rechts daneben der Rapid-
Mischer und links die Schränke der Mess- und Steuereinrichtungen. Der obere Schrank bein-
haltet das Prozess-Leitsystem (PLS) und die Kaltlichtquelle des Flockungssensors. Der untere
Schrank befindet sich der Industrie-PC (IPC) auf dem die Softwarepakete des Flockensensors
laufen. Im oberen Teil des FlocFormers geht die Messstrecke ab, die den Flockungssensor ent-
hält. Am linken Bildrand ist der Schaltschrank zu erkennen, der die Hauptstromversorgung so-
wie die Frequenzumrichter für die eingesetzten Motoren enthält. Der größte Einzelverbraucher
der Konditionierungsanlage ist der Hauptantrieb des FlocFormers mit einer Anschlussleistung
von 7,5 kW. Der Anlage ist in Hildesheim in eine der Hauptförderleitungen zu einem der De-
kanter eingebaut.
3 Das Flockungssystem
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Abbildung 49: Gesamtansicht der 30m3 Konditionierungsanlage im Klärwerk Hildesheim
Die Abbildung 50 zeigt zwei Ansichten des Rapid-Mischers. Der Rapid-Mischer wird vom Haupt-
Schlammvolumenstrom durchflossen. Zu erkennen sind die drei Zuleitungsrohre für das Poly-
mer. Die Welle des Rapid-Mischers wird durch eine Mehrkammer-Radialdichtung zum Motor
geführt. Der Motor steht auf einer eigenen Traverse.
Abbildung 50: Zwei Ansichten des Rapid-Mischer zur homogenen Einbringung des Polymers
3 Das Flockungssystem
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45
Die nächste Abbildung zeigt den Außenkegel des FlocFormers. An der Spitze ist die Dichtungs-
aufnahme und die herausragende Welle des Innenkegels zu erkennen. Von der oberen Haube
des FlocFormers geht das Messrohr des Flockungssensors ab. Der FlocFormer steht auf vier
Trägern die im Mantel des Aussenkegels verschweißt wurden.
Abbildung 51: Detail Flockenformungsreaktor (FlocFormer) zur Ausprägung
einer spezifischen Flockenstruktur
Die folgende Abbildung 52 zeigt im Detail die axiale Verschiebeeinrichtung unterhalb des Kegels.
Der Hauptantrieb ist unterhalb einer Metallplatte angeordnet und lagert den gesamten Innenke-
gel. Die Metallplatte wird durch mehrere axiale Lagerungssysteme gehalten, so dass sie nur
nach oben oder unten verschoben werden kann. Die axiale Verschiebung wird durch einen
elektrischen Hubspindelantrieb durchgeführt, der ebenfalls an der Platte angreift. Die Durchfüh-
rung der Welle in den Kegel wird durch eine Stopfbuchspackungs-Dichtung realisiert. Diese ist
sehr robust und weitestgehend unempfindlich gegen abrasive Verschmutzungen.
Die Abbildung 53 zeigt nochmals die Mess- und Steuereinrichtungen der ursprünglichen 30 m3
Flockungsanlage sowie das Messstrecke des Flockungssensors. Die Schaltschränke sind
3 Das Flockungssystem
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46
übereinander an einer Traverse verschraubt. Dies hat die Vorteile, dass nur eine geringe Stand-
fläche benötigt, der Operator den Monitor auf Augenhöhe hat und die Datenleitungen des Flo-
ckungssensors relativ kurz gehalten werden konnten.
Abbildung 52: Detail Hubspindelantrieb, axial geführter Schlitten sowie Hauptantrieb des FlocFormers
während der Montage
Abbildung 53: Im Vordergrund die Mess- und Regeleinrichtungen sowie darüber des Messrohr
mit dem Flockungssensor
3 Das Flockungssystem
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47
Wie schon eingangs festgestellt wurde, entsprach die ausgeführte 30m3 Anlage nicht den sie
gestellten Anforderungen. Das größte Problem bereitete die Ausprägung einer Umwucht bei hö-
heren Rotationsgeschwindigkeiten des Flockenformungsreaktors. Ausgelöst wurde diese durch
eine Exzentrizität des Innenkegels. Ausgelegt wurde der FlocFormer für ca. 200 n/min, jedoch
konnte die Anlage aufgrund der auftretenden Schwingungen nicht über 120 n/min hinaus be-
schleunigt werden. Die dann immer noch auftretenden Schwingungen der Anlage führten zu
Fehlbeanspruchungen der eingesetzten Dichtungen und einer Undichtigkeit der Anlage. Die An-
lage wurde nach einer Stunde Betriebszeit wieder demontiert und konnte auch während der Pro-
jektlaufzeit nicht wieder genutzt werden.
3.2. Erfahrungen mit der FlocFormer-Technologie außerhalb desProjektes
Da sich ab Anfang 2004 abzeichnete, dass sich der ursprüngliche Zeitplan des Projektes auf-
grund technischer Probleme mit der großen Demonstrationsanlage nicht einhalten ließ, mussten
Lösungswege gesucht, um dennoch die FlocFormer Technik im technischen Maßstab realisie-
ren zu können.
Die Analyse der bisherigen Konstruktion erbrachte eine Reihe von konstruktiven Verbesse-
rungsvorschlägen:
• Der Hauptantrieb des FlocFormers wird von unten nach oben verlegt. Dadurch kann ei-
ne Wellendichtung eingespart werden und die Montage und Demontage der Anlage wird
erleichtert. Darüber hinaus kann die Messstrecke des Flockungssensors tiefer, und da-
mit benutzerfreundlicher, angeordnet werden.
• Anstelle der nicht mehr benötigen Wellendichtung kann ein Führungsrad in den Kegel-
rumpf des Innenkegels geführt werden. Das Führungsrad verhindert ein Auswandern
des Kegels bei Umwucht.
• Die Welle des Innenkegels wird verkürzt, um mögliche Biegemomente bei Umwuchten
leichter abfangen zu können.
• Der Rapid-Mischer wird vollständig an den FlocFormer gekoppelt, um ein einheitliches
Schwingen der Anlage zu ermöglichen.
Die Verbesserungsvorschläge wurden aufgenommen und in einem geänderten Design der Kon-
ditionierungsanlage zusammengefasst. Abbildung 54 zeigt den Designvergleich der Konstrukti-
onsvarianten. Beim neuen Design wurde der Antrieb nach oben versetzt. Auch hier wird der An-
triebsmotor mit der Welle axial auf einem Schlitten geführt. Die axiale Lagerung ist an zwei
3 Das Flockungssystem
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Säulen zur Rechten und zur Linken des Kegels fixiert. Die Welle wird wiederum durch Stopf-
buchsen in den Innraum geführt. Jedoch nur an der Oberseite. Die Unterseite des Gehäuses ist
geschlossen und mit Achse mit Führungsrad ausgestattet worden. Der Innenkegel ist unten mit
einem Rundloch versehen worden. Das Führungsrad ragt nun in diese Loch hinein und ermög-
licht eine Führung des Innenkegels nahe seinem Massenschwerpunkt.
Abbildung 54: Vergleich der Designvarianten des FlocFormers
Nachdem das Hauptproblem identifiziert werden konnte, wurde die Anlagenstruktur konstruktiv
weit reichend überarbeitet. Zur Hannover Messe 2004 stand dann bereits eine kleine Anlage für
einen Durchsatz von 8 m3/h zur Verfügung. Zur Vermeidung von Unwuchten des Kegelrotors
wurde dieser bereits in der Messe-Anlage aus Kunststoff-Vollmaterial gefertigt und mit einem
internen Führungssystem versehen. Abbildung 55 zeigt die Messeanlage auf dem Gelände der
CUTEC.
Altes Design Neues Design
3 Das Flockungssystem
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Abbildung 55: Messeanlage FlocFormer auf dem Gelände der CUTEC
Im Vordergrund ist der Kegel zu erkennen. Über dem Kegel befindet sich der Hauptantrieb auf
der axial geführten Brücke zwischen den Säulen. Der Rapid Mischer ist über eine Flanschver-
bindung direkt mit dem FlocFormer verbunden.
Im August 2004 wurde die Messanlage zum ersten Mal regulär betrieben. Für diesen Test ange-
boten hatte sich die Kläranlage Bernburg/Saale. Hier betreibt der Abwasserzweckverband „Saa-
le-Fuhne-Ziethe“ eine kommunale Kläranlage. Zur Entwässerung der anfallenden Klärschlämme
werden auf der Anlage zwei parallel laufende Dekanter eingesetzt. Die Dekanter haben einen
nominellen Durchsatz von jeweils 25 m3/h, wobei jedoch nur ein Durchsatz von
12 – 18 m3/h pro Maschine aufgrund unzureichender Entwässerungsresultate möglich ist.
Im ersten technischen Versuche mit dem FlocFormer bei einem Volumenstrom von 8 m3/h konn-
te die Funktionsfähigkeit und Effizienz der Konditionierungstechnik erfolgreich erprobt werden.
Abbildung 56 zeigt die Anlage in Bernburg.
3 Das Flockungssystem
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50
Abbildung 56: 8 m3 Messeanlage auf der Kläranlage in Bernburg/Saale
Im nächsten Test wurde die Anlage zur Behandlung von Deponiesickerwasser eingesetzt. Auf
der Kreismülldeponie Hattorf des Landkreises Osterode am Harz wurde in Kooperation zwi-
schen dem Landkreis Osterode und der CUTEC-Institut GmbH eine technische Versuchsanlage
zur Behandlung des anfallenden Deponiesickerwassers in den Jahren 1999 bis Anfang 2007
betrieben. Das Projekt hatte das Ziel, ökonomische und verfahrenstechnische Erkenntnisse zu
erbringen, die die Auslegung und Planung einer stationären Sickerwasseranlage unterstützt. Die
Versuchsanlage bestand aus den Verfahrensstufen Biologie, Fällung/Flockung/Trennung und
Aktivkohleadsorption. Im regulären Betrieb der Versuchsanlage wurde ein Dekanter zur Abtren-
nung der agglomerierten Schadstoffe des Deponiesickerwassers eingesetzt. Abbildung 57 zeigt
einen Ausschnitt des regulären Fließbildes der Versuchsanlage.
3 Das Flockungssystem
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
51
Abbildung 57: Schema der konventionellen Deponiesickerwasserbehandlung
Mit dem Ziel die Abtrennung der Schadstoffe zu verbessern und den Verbrauch elektrischer
Energie zu verringern, wurde in einem Versuch der Dekanter durch einen konventionellen
Scheibeneindicker ersetzt. Vor dem Scheibeneindicker wurde zur Flockung der Schadstoffe des
Deponiesickerwassers der FlocFormer eingesetzt, siehe Abbildung 58. Das Resultat zeigte,
dass sich sowohl der Trennprozess verbessern ließ – um ca. 40% - als auch der Strom-
verbrauch deutlich gesenkt werden konnte. Die benötigte Energie betrug nur noch ca. 30% der
regulären Verfahrensstufe.
Abbildung 58: Schema der Deponiesickerwasserbehandlung mit dem FlocFormer
Nach dem erfolgreichen Zwischenspiel in der Abwasserbehandlung wurde die Messeanlage
wieder in Ihrem Stammbereich, der Klärschlammbehandlung, eingesetzt. Erneute Versuche in
Bernburg, jedoch diesmal mit angepassten Polymeren, erbrachten eine deutliche Verbesserung
der Entwässerungsleistung. In diesen Versuchen konnte die Entwässerungsleistung von den
regulären 21,2% TS auf 26,3% TS angehoben werden.
3 Das Flockungssystem
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52
Im Mai 2005 wurde die Anlage auf der IFAT 2005 in München dem Fachpublikum präsentiert. Die
Präsentation des FlocFormers, die insbesondere in einem japanischen Fachblatt angekündigt
worden war, führte zu einer sehr hohen Besucherzahl des Messestandes.
Im September 2005 wurde der FlocFormer als Konditionierungseinrichtung vor einer Excenter-
schneckenpresse der Firma Hans Huber AG, Berching, auf der Kläranlage in Scharzfeld getes-
tet. Für diesen Versuch wurde von der Firma Hans Huber AG eine Container-Versuchsanlage
auf die Kläranlage nach Scharzfeld gebracht. Hier konnte der Nachweis erbracht werden, dass
der FlocFormer bei allen drei getesteten Polymeren ein höheres Entwässerungsergebnis er-
bringt, als die reguläre Konditionierungseinrichtung für Excenterscheckenpressen. Zusätzlich
wurde festgestellt, dass die Filtratqualität erheblich verbessert wurde.
Abbildung 59: Versuche mit einer Excenterschneckenpresse und dem FlocFormer
als Konditionierungsapparat
Die Ergebnisse der drei Versuche werden in den folgenden beiden Diagrammen aufgezeigt. Das
erste Diagramm zeigt die ermittelten Entwässerungsergebnisse und das zweite die korrespon-
dierenden Ergebnisse der Filtratanalyse.
3 Das Flockungssystem
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53
Abbildung 60: Entwässerungsergebnisse der Excenterschneckenpresse
Abbildung 61: Filtratbelastung der Excenterschneckenpresse
Der nächste Einsatzort des FlocFormers war die Kläranlage Oelde in Westfalen. Hier konnte an
einem Westfalia Dekanter die Erhöhung der Entwässerungsleistung von ca. 25% auf über 29%
TS gezeigt werden. Die beiden folgenden Diagramme zeigen den Einfluss der FlocFormer Kondi-
tionierung auf die Entwässerungsleistung. Das erste Diagramm (Abbildung 62) zeigt das Ent-
wässerungsergebnis von Referenzversuchen, die im regulären Dekanterbetrieb durchgeführt
worden, im Vergleich zu Versuchen mit dem FlocFormer, der mit verschiedenen Parametern
3 Das Flockungssystem
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54
betrieben wurde. Der Polymerverbrauch betrug bei allen Versuchen ca. 6,5 g/kg TS. Das zweite
Diagramm demonstriert den Einfluss der Parametrierung des FlocFormers auf das Entwässe-
rungsergebnis bei sonst gleichen Prozessbedingungen.
Abbildung 62: Entwässerungsergebnisse Dekanter mit und ohne FlocFormer Konditionierung
Abbildung 63: Entwässerungsergebnisse Dekanter mit unterschiedlichen FlocFormer Einstellungen
3 Das Flockungssystem
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55
Zum Ende 2005 stand dann aufgrund der Erfahrungen mit der 8 m3/h Anlage fest, dass das Kon-
ditionierungsverfahren „FlocFormer“ auch im technischen Maßstab positive Ergebnisse liefert.
Überraschend war jedoch die Erkenntnis, dass zusätzlich zu den erhöhten Entwässerungsleis-
tungen auch die Filtratqualität des jeweiligen Entwässerungsaggregates verbessert wurde.
Basierend auf Erfahrungen, die während der Versuche mit der Messeanlage gewonnen werden
konnten, fand ab Anfang 2006 ein Upscaling der Anlagen und eine Änderung des Layouts hin zu
kompakteren Baumaßen statt. Als erste Anlage des neuen Typs wurde eine Anlage mit
einem maximalen Durchsatz von 12 m3/h entwickelt. Die Bezeichnung für diese Anlage lautet
FlocFormer Größe 3 (FlocFormer 3).
Parallel zu der Entwicklung weiterer Baugrößen wurden ab März 2006 in Kooperation mit der
Hans Huber AG drei weitere Versuche mit der 8 m3/h Messeanlage durchgeführt. Die erste Sta-
tion war Hayingen, Schwäbische Alb. Hier wurde der FlocFormer wiederum als Konditionie-
rungsanlage vor einer Excenterschneckenpresse eingesetzt. Aufgrund der sehr niedrigen
Schlammtemperaturen von 1-2°C und eines sehr geringen Durchsatzes von ca. 2 m3/h konnte
das Entwässerungsergebnis nicht verbessert, jedoch der Polymerverbrauch um ca. 38% ge-
senkt werden. Die nächste Station mit der Hans Huber AG war die kommunale Kläranlage
Illnau-Effretikon in der Schweiz. Hier konnte das Entwässerungsergebnis einer Dekanter-
Anwendung von 25% TS auf 28% TS verbessert werden.
Abbildung 64: FlocFormer auf der Kläranlage Illnau-Effretikon, Schweiz
3 Das Flockungssystem
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56
Als vorerst letzter Versuch mit der Huber AG wurden im April 2006 wiederum ein Dekanter-
Versuch auf der kommunalen Kläranlage Telgte/Westfalen durchgeführt. Als Resultat wurde eine
Erhöhung der Entwässerungsleistung von 25,2% TS auf 26,8% TS erzielt.
Zur Achema 2006 (Mai 2006) wurde dann der oben beschriebene FlocFormer 3 zum ersten Mal
der Öffentlichkeit vorgestellt. Die Anlage ist trotz der Erhöhung des behandelbaren Volumen-
stroms deutlich kleiner und kompakter als die bisher eingesetzte Messeanlage.
Ihren ersten Versuchseinsatz hatte der FlocFormer 3 im Juni 2006 im belgischen Houthalen.
Hier betreibt die belgische Firma Aquafin eine Klärschlammtrocknungsanlage, die von zwei pa-
rallel betriebenen Dekanterstraßen beschickt wird. In Houthalen wird der Schlamm von acht re-
gionalen Kläranlagen entwässert. Dies machte den zweiwöchigen Versuch sehr anspruchsvoll,
da sich die Zusammensetzung des zu entwässernde Schlamms permanent änderte. Trotzdem
konnte das Entwässerungsergebnis in den Versuchen von mittleren 25,2% TS auf 27% bzw.
28% angehoben werden. Abbildung 65 zeigt den FlocFormer 3 in auf der Anlage in Houthalen.
Abbildung 65: FlocFormer auf der Klärschlamm-Trocknungsanlage in Houthalen, Belgien
3 Das Flockungssystem
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57
Insbesondere aufgrund der Messepräsenz der FlocFormer Anlagentechnik konnte die japani-
sche Firma Tsukishima Kikai Co. Ltd. (TSK), Tokyo, von der neuen Technologie begeistert wer-
den. Die Firma TSK ist ein Anlagenbauer im kommunalen Ver- und Entsorgungsbereich in Ja-
pan. Im September 2007 wurde erstmals ein FlocFormer 2L, zur Behandlung eines maximalen
Volumenstroms von 9,5 m3/h, auf die Kläranlage nach Kyoto, Japan, gebracht.
Auf dieser Kläranlage wurden zu dieser Zeit eigene Entwässerungsversuche der Firma TSK mit
einem neuen Entwässerungsaggregat, der TornadoPress, durchgeführt. Die primäre Aufgaben-
stellung für den FlocFormer war es, den Verbrauch der Flockungshilfsmittel zu senken. Interes-
sant wurde der Versuch durch zwei Randparameter:
1. Die Firma TSK hatte die TornadoPress Anwendung bereits mit einem relativ aufwändigem
Konditionierungsapparat eigener Bauart ausgestattet und
2. Die in Europa, für diese Art von Entwässerungsanwendung üblichen, vernetzten Flüssig-
Polymere entsprechen nicht dem japanischen Stand der Technik. Hier werden vor allem we-
nig vernetzte Polymere in Pulverform eingesetzt.
Das Ergebnis des zweiwöchigen Versuches in Kyoto war eindeutig. Der Flockungshilfsmittel-
verbrauch konnte durch den Einsatz des FlocFormers von 26 kg /t TR auf 14 kg /t TR gesenkt
und parallel dazu die Entwässerungsleistung von 15,2% TS auf 17,5% bzw. 19,8% TS erhöht
werden. Abbildung 66 zeigt den FlocFormer im Einsatz auf der Kläranlage in Kyoto.
Abbildung 66: FlocFormer auf der Kläranlage Kyoto, Japan
Diese positiven Ergebnisse veranlassten TSK dazu ab März 2007 eine Langzeit-Versuchs-
kampagne mit einer neuen Versuchsanlage FlocFormer 2L zu beginnen. Die erste Versuchssta-
tion, Niigata, Japan, wurde im März 2007 noch von der CUTEC vor Ort betreut, die weiteren
Versuche an verschiedenen Anlagenstandorte wurden von TSK eigenständig durchgeführt und
von der CUTEC aus kommentiert und optimiert. Abbildung 67 zeigt den FlocFormer 2L beim
Testlauf und in Niigata. An allen vier Versuchsstandorten konnten im Rahmen dieser Versuchs-
kampagne positive Ergebnisse mit dem FlocFormer für die Anwendung TornadoPress und
3 Das Flockungssystem
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
58
Bandfilterpresse bestätigt werden. Ein weiterer positiver Aspekt dieser Versuchskampagne
waren, aufgrund der externen Betrachtung von TSK, Verbesserungsvorschläge für bestimmte
Detaillösungen des FlocFormer Konstruktion.
Abbildung 67: FlocFormer bei der Fertigungsprüfung und im Einsatz auf der Kläranlage Niigata, Japan
Im September 2007 hat die CUTEC die Forschungsanlage „DeSiFloc“ zur Deponiesicker-
wasserbehandlung auf der Kreismülldeponie des Landkreises Osterode am Harz in Betrieb ge-
nommen. Basierend auf den Versuchsergebnissen zur Deponiesickerwasserflockung aus dem
Jahre 2005 wurde eine Behandlungsanlage erstellt, mit der eine Abtrennung von Schadstoffen,
im Vergleich zu konventionellen Verfahren, sehr viel effizienter möglich ist. Das neuartige Verfah-
ren findet nach der biologischen Vorbehandlung seine Anwendung. Die biologisch nicht abbauba-
ren bzw. nicht abgebauten Schadstoffe werden durch den eingesetzten FlocFormer 2L gezielt
ausgeflockt und können hiernach sehr weitreichend durch ein einfaches Siebverfahren aus dem
Abwasserstrom herausgefiltert werden. Die Betriebskosten des neuen Verfahrens sind sehr
günstig, so beträgt der Stromverbrauch nur ca. 15% des konventionell eingesetzten Trennver-
fahrens, da keine hochenergetische Zentrifugation eingesetzt wird. Eine abschließende, teure,
Aktivkohlebehandlung hat lediglich noch eine Schutzfunktion für das ableitende Gewässer. Auf
diese Weise können die Aktivkohlekosten um ca. 80% gesenkt werden.
Mit dem Einsatz des FlocFormers kann die Verfahrensführung der Deponiesicker-
wasserbehandlung im Vergleich zum konventionellen Behandlung verfahrenstechnisch und öko-
nomisch schlüssiger durchgeführt werden. Für das Gesamtsystem liegt der Fokus hierbei dar-
3 Das Flockungssystem
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
59
auf, dass alle Schadstoffe, bis auf die Stickstoffkomponenten die weiterhin biologisch abgebaut
werden sollen, kostengünstig durch das FlocFormer Verfahren aus dem Abwasser zu entfer-
nen. Dadurch kann jedem Schritt der Verfahrenskette „Deponiesickerwasserbehandlung“ eine
bestimmte Aufgabe zugeordnet werden. So kann z.B. die Biologie zur reinen Stickstoff-
Elimination genutzt werden. Wenn nur noch Spezialisten für die einzelnen Verfahrenschritte ein-
gesetzt werden, ist die Gesamtleistung des Systems besser zu optimieren und dadurch wird der
Betrieb der Anlage wirtschaftlicher. Zusätzlich kann die Anlage flexibler auf sich ändernde Rah-
menbedingungen, wie variierende Schadstoffkonzentration oder Volumenströme, angepasst
werden. Die Abbildung stellt im übersichtlichen Vergleich die neue CUTEC-Verfahrensführung
der konventionellen gegenüber. Alle Komponenten der Anlage werden mit einem einheitlichen
Prozessleit- und Visualisierungssystem geregelt.
Abbildung 68: Vergleich der Verfahren zur Deponiesickerwasserbehandlung
Die beiden folgenden Fotos, Abbildung 69 und Abbildung 70, zeigen jeweils Teilansichten der neu
errichteten chemisch-physikalischen Behandlungsstufe der DeSiFloc-Anlage. Die Trennvorrich-
tungen zur Reduktion des CSBs mit den Komponenten FlocFormer, Scheibeneindicker, Schief-
3 Das Flockungssystem
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
60
bettfilter und Neutralisation sind stufenförmig angeordnet, damit die Separation mit nur einer Be-
schickungspumpe betrieben werden kann.
Abbildung 69: Teilansicht der chemisch-physikalischen Behandlung DeSiFloc mit FlocFormer
Abbildung 70: Teilansicht der chemisch-physikalischen Behandlung DeSiFloc Trennstufe
und Aktivkohle-Behältern
3 Das Flockungssystem
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
61
Anfang des Jahres 2008 wurde ein weiterer FlocFormer, in diesem Fall ein Version 3L mit einem
maximalen Durchsatz von ca. 17 m3/h, nach Japan geliefert. Abbildung 71 zeigt das Gerät nach
der Funktionsprüfung in der CUTEC vor der Verschickung.
Abbildung 71: FlocFormer 3L vor der Verschickung nach Japan
3.3. Versuche mit dem neuen FlocFormer in Hildesheim
Um einen erfolgreichen Projektabschluss nicht zu gefährden, wurde von der CUTEC auf eigene
Kosten ein passender FlocFormer für die ausstehenden Dekanter-Versuche auf der Kläranlage
in Hildesheim gefertigt. Mitte Dezember 2007 wurde der FlocFormer mit der Typbezeichnung 5L
auf der Kläranlage installiert und endlich konnten die Versuche mit den hohen Volumenströmen
durchgeführt werden. Die folgenden beiden Abbildungen 72 und 73 zeigen den FlocFormer 5L
auf der Kläranlage.
3 Das Flockungssystem
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62
Abbildung 72: Frontansicht FlocFormer 5L auf der Kläranlage in Hildesheim
Abbildung 73: Seitenansicht FlocFormer 5L auf der Kläranlage in Hildesheim
3 Das Flockungssystem
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63
Es wurden jeweils Versuche mit der konventionellen Konditionierung im Zulauf des Dekanters,
und mit FlocFormer und unterschiedlicher Parametrierung durchgeführt. Die sonstigen Prozess-
bedingungen wie Polymerverbrauch, TS Rohschlamm, etc. sollten in den Versuchen konstant
sein. Die beiden folgenden Abbildungen zeigen die Ergebnisse für zwei Versuchstage, bei denen
die Eingangsbedingungen als konstant anzusehen waren. Abbildung zeigt das Ergebnis für einen
Versuchstag mit einem kontinuierlichen Volumenstrom von ca. 21,5 m3/h. Der TS-Gehalt des
Faulschlamms lag bei ca. 23,4 g/L. Zielstellung der Versuche war es die best mögliche Paramet-
rierung des FlocFormers heraus zu finden.
Abbildung 74: Entwässerungsergebnisse eines Versuchs auf der Kläranlage in Hildesheim
Mit dem Einsatz des FlocFormers konnten durchweg höhere Entwässerungsergebnisse erzielt
werden, als mit der konventionellen Konditionierung. Die Schwankungen in der Entwässerungs-
leistung sind durch unterschiedliche Einstellungen des FlocFormers bedingt.
Die nächste Abbildung zeigt das Entwässerungsergebnis für einen weiteren Versuchstag. In die-
sem Fall der behandelte Volumenstrom ebenfalls bei 21,5 m3/h. Der TS-Gehalt lag bei 22,8 g/L.
Abbildung 75: Entwässerungsergebnisse eines weiteren Versuchstages auf der Kläranlage in Hildesheim
3 Das Flockungssystem
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
64
Auch hier erbringt die Konditionierung mit dem FlocFormer höhere Entwässerungsergebnisse
als mit der konventionellen Betriebsweise.
3.4. Übersicht der Gesamtergebnisse FlocFormer
Die FlocFormer Technologie ist mittlerweile in über 20 verschiedenen Anwendungen getestet
worden. Alle Anwendungen erbrachten eine Verbesserung oder Intensivierung des Entwässe-
rungs- oder Trennprozesses. Die Maschinentechnik hat durch stetige Weiterentwicklung von
Detaillösungen einen hohen Standard erreicht. Die beiden folgenden Tabellen fassen die bisheri-
gen Betriebsergebnisse der unterschiedlichen FlocFormer Anwendungen zusammen.
3 Das Flockungssystem
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65
1 Bernburg Messe Kommunaler
Klärschlamm
Aug 04 Flottweg
Dekanter Z4D-
4/454
99EUR108 22,80% 24,00% 24,20% 13,0 kg/t TS 15,5 kg/t TS
2 Hattorf Messe Sickerwasser Feb 05 Flottweg
Dekanter Z3L/
Synthofloc
5045 HC,
FeCl3
Keine TS
Mesung
Keine TS
Mesung
Keine TS
Mesung
Keine TS
Mesung
Keine TS
Mesung
Rotamat
Scheiben-
Eindicker RoS 2
S (Huber)
CSB, siehe
unten
CSB, siehe
unten
CSB, siehe
unten
CSB, siehe
unten
CSB, siehe
unten
3 Bernburg Messe Kommunaler
Klärschlamm
Apr 05 Flottweg
Dekanter Z4D-
4/454
Sedifloc 173,
Sidra DS2081,
Praestol
K333L, Zetag
21,20% 26,30% 28,19% 15,0 kg/t TS 13,5 kg/t TS
4 Scharzfeld Messe Kommunaler
Klärschlamm
Okt 05 ROTAMAT
Schenckenpres
se RoS3Q
(Huber)
Praestol
K233L, Zetag
8868FS,
Praestol
K255L, Nalco
99EUR119,
24,00% 27,30% 27,41% 12,8 kg/t TS 11,8 kg/t TS
5 Oelde Messe Kommunaler
Klärschlamm
Nov 05 Westfalia
Dekanter
AD1220
Stockhausen
A7112
24,80% 29,50% 30,73% 7,4 kg/t TS 6,9 kg/t TS
6 Hildesheim Projekt Kommunaler
Klärschlamm
Feb 05 Dekanter
Klöckner
Humbold Deutz
CP 3054
Degussa
Praestol 62857
24,01% 24,28% 25,45% 8,0 kg/t TS 8,0 kg/t TS
7 Hayingen Messe Kommunaler
Klärschlamm
Mär 06 ROTAMAT
Schenckenpres
se RoS3
(Huber)
Reiflock S1 20,69% 20,29% 20,60% 32,0 kg/TS 19,7 kg/t TS
8 Effretikon,
Schweiz
Messe Kommunaler
Klärschlamm
Mär 06 ROTAMAT
CenTSifuge
RoD 1500
(Huber)
Flow DW317,
Flow vp2171,
VTA LD245, 3F
156VF
25,00% 28,10% 28,10% 17.0 kg/t TS 14,8 kg/t TS
9 Telgte Messe Kommunaler
Klärschlamm
Apr 06 ROTAMAT
CenTSifuge
RoD 1500
(Huber)
Stock K234L 25,20% 26,80% 26,80% 13,1 kg/t TS 13,7 kg/t TS
10 Houthalen,
Belgien
FF 3 Kommunaler
Klärschlamm
Jun 06 Flottweg
Decanter Z4D-
4/454
Clarfloc AQE
125
25,20% 27,00% 28,00% 14 12
11 Kyoto, Japan FF 2L Kommunaler
Klärschlamm
Sep 06 TornadoPress
(TSK, Japan)
TSK 100% 115% 124% 100% 54%
12 Niigata,
Japan
FF 2L Kommunaler
Klärschlamm
Mär 07 TornadoPress
(TSK, Japan)
TSK 100% 115% 124% 100% 54%
13 Akita, Japan FF 2L Kommunaler
Klärschlamm
Apr 07 TornadoPress
(TSK, Japan)
TSK 100% 100% 100% 100% 78%
14 Bernburg Kommunaler
Klärschlamm
Apr 07 TornadoPress
(TSK, Japan)
TSK 100% 115% 124% 100% 54%
15 Ibaragi,
Japan
FF 2L Kommunaler
Klärschlamm
Jun 07 TornadoPress
(TSK, Japan)
TSK 100% 100% 106% 100% 80%
16 Ibaragi,
Japan
FF 2L Kommunaler
Klärschlamm
Jun 07 Bandfilterpresse
(TSK, Japan)
TSK 100% 100% 103% 100% 67%
17 Osaka,
Japan
FF 2L Kommunaler
Klärschlamm
Aug 07 TornadoPress
(TSK, Japan)
TSK 100% 90% nv 100% 77%
18 Hattorf FF 2L Deponiesickerw
asser
Sep 07 Rotamat
Scheiben-
Eindicker RoS 2
S (Huber)
Synthofloc
5045 HC,
FeCl3
Keine TS
Mesung
Keine TS
Mesung
Keine TS
Mesung
Keine TS
Mesung
Keine TS
Mesung
19 Hildesheim FF 5L Kommunaler
Klärschlamm
Dez 07 Dekanter
Klöckner
Humbold Deutz
CP 3054
Degussa
Praestol 62857
24,00% 26,00% 27,80% 8 8
20 Japan FF 3L Kommunaler
Klärschlamm
Jan 08 Bandfilterpresse
(TSK, Japan)
TSK nv nv nv nv nv
2 Hattorf Messe Sickerwasser Feb 05 Flottweg
Dekanter Z3L/
Synthofloc
5045 HC,
FeCl3
3480 mg/L 350 mg/L 211 mg/L 199 mg/L
Rotamat
Scheiben-
Eindicker RoS 2
S (Huber)
18 Hattorf FF 2L Deponiesickerw
asser
Sep 07 Rotamat
Scheiben-
Eindicker RoS 2
S (Huber)
Synthofloc
5045 HC,
FeCl3
n/a 100% 70% n/a
Niedrigster
CSB Filtrat
FlocFormer
PolymerCSB
Zulauf
CSB Filtrat
regulär
CSB Filtrat
FlocFormer
Duchschnitt
TS
FlocFormer
Durchschnitt
Höchster
TS
FlocFormer
Polymer
Verbrauch
regulär
Polymer
Verbrauch
FlocFormer
ZeitEntwässerung
sartPolymer TS regulär
Projekt
Nr.Standort
FlocFormer
TypMedium
Projekt
NrStandort
FlocFormer
TypMedium Zeit
Entwässerung
sart
4 Zusammenfassung
CUTEC29.02.2008HAB Heiland Apparatebau · AUCOTEAM GmbH · Klärwerk Hildesheim
66
4. Zusammenfassung
Das Ziel in diesem Demonstrationsprojekt war es, einen Flockungsreaktor zur Behandlung eines
Volumenstromes von 30 m3/h zu entwickeln und diesen durch einen Flockungssensor zu regeln.
Dieses Ziel konnte aufgrund von Schwierigkeiten mit der zuerst gebauten Versuchsanlage letzt-
endlich nicht nachgewiesen werden. Gleichwohl ist mittlerweile durch intensive Entwicklungsar-
beit der CUTEC die Konditionierungseinrichtung „FlocFormer“ und der Flockungssensor „Floc-
Sens“ zur Marktreife gebracht worden. Ein FlocFormer zur Behandlung von 30 m3/h steht auch
zur Verfügung, aufgrund von zeitlichen Aspekten konnten jedoch nur abschließende Versuche
zur Funktionsdemonstration durchgeführt werden.
Die FlocFormer-Technologie wurde bis jetzt in über 20 Applikationen getestet. Die Ergebnisse
der Versuche sind positiv. Je nach Art der Anwendung konnten zum Teil ganz erhebliche Steige-
rungen der Entwässerbarkeit oder Verringerungen des Flockungsmittelverbrauches erzielt wer-
den. Überraschend war die Feststellung, dass sich zusätzlich im Regelfall die Klarlaufphase der
Entwässerung oder Separation verbessert. Mit der Anwendung des FlocFormers zur Deponie-
sickerwasserbehandlung wurde ein ökonomisches Behandlungsverfahren zur CSB-Reduktion
von Deponiesickerwasser entwickelt. Das korrespondierende CUTEC-Verfahrenskonzept ist
„DeSiFloc“. Eine „DeSiFloc“-Anlage wurde mittlerweile erstellt und wird auf der Kreismülldeponie
des Landkreises Osterode am Harz erfolgreich betrieben. Der FlocFormer ist mittlerweile in
Deutschland, Belgien, der Schweiz und in Japan erfolgreich getestet worden. Insbesondere die
japanischen Anwendungen sind interessant, da der FlocFormer vorteilhaft für eine neue Art von
Entwässerungsaggregaten zu sein scheint.
Der Flockungssensor „FlocSens“ wurde für zwei verschiedene Anwendungen weiterentwickelt;
zum Einen als online-Prozessmessgerät für den Rohrleitungseinbau und zum Anderen als La-
boranwendung, um Flockungsvorgänge im Batchversuch analysieren zu können. Soft- und
Hardware wurden benutzerfreundlicher und robuster gemacht. In verschiedenen Anwendungen
konnte die Funktionsfähigkeit des Sensors unter Beweis gestellt werden. Die Auswertungen eig-
nen sich gut, um das Produkt der Flockung zur charakterisieren.