Entwicklung von Strategien für einen integrierten Betrieb von SBR-Kläranlagen und Mischkanalisationen

Development of Integrated Real-Time Control for a Sequencing-Batch-Reactor Plant and a Combined Sewer System

  • In Deutschland und einigen anderen Ländern ist das Mischsystem weit verbreitet. Aus diversen Gründen (z.B. aus Kostenaspekten) ist es aber bei Regenwetter nicht immer möglich, den gesamten Mischwasserabfluss auch zur Kläranlage weiter zu leiten. Ein gewisser Anteil des Mischwasserabflusses muss daher entweder im Kanalnetz zwischengespeichert oder aber über Entlastungsbauwerke direkt in die Einleitgewässer abgeschlagen werden, woraus erhebliche Gewässerbelastungen resultieren können. Hinzu kommt, dass die Teilsysteme "Kanalnetz" und "Kläranlage" meist noch unabhängig voneinander betrieben werden, sodass es zu Entlastungsereignissen kommen kann, obwohl zur gleichen Zeit an anderer Stelle im Gesamtsystem noch freie Speicher- und/oder Behandlungskapazitäten zur Verfügung stehen. Deshalb gewinnen seit einigen Jahren sog. integrierte Ansätze an Bedeutung, die versuchen, Kanalnetz und Kläranlage mit Hilfe von MSR-Technik in Abhängigkeit der jeweils aktuellen Leistungsfähigkeit dieser Teilsysteme zu betreiben, um dadurch die Emissionen und ggf. die Kosten zu verringern. Man kann daher in der neueren Literatur zahlreiche Veröffentlichungen zu diesem Themenkomplex finden, die sich jedoch bisher praktisch nur mit Durchlaufkläranlagen beschäftigt haben. SBR-Kläranlagen wurden diesbezüglich bisher vernachlässigt, obwohl diese Technologie prinzipiell durch eine ganze Reihe von Vorteilen gekennzeichnet ist. Zahlreiche großtechnische SBR-Kläranlagen belegen zudem, dass sich dieses Verfahren auch sehr gut zur Mischwasserbehandlung eignet. Wegen dieser Randbedingungen erschien es sinnvoll, auch integrierte MSR-Strategien für SBR-Anlagen zu entwickeln. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher auf der 2000 in Betrieb genommenen SBR-Kläranlage Messel (5.500 EW) zahlreiche Untersuchungen durchgeführt, um den Nutzen und die Machbarkeit derartiger Konzepte zu untersuchen. Diese nach den üblichen Regelwerken für Nitrifikation, Denitrifikation, biologische Phosphorelimination und aerobe Schlammstabilisierung bemessene Kläranlage ist typisch für eine Reihe weiterer ähnlicher Anlagen. Um das Potenzial eines integrierten Ansatzes zu ermitteln, wurden detaillierte Kanalnetz- und Kläranlagenmodelle erstellt und kalibriert, mit denen zahlreiche Untersuchungen durchgeführt wurden. Ferner wurden die umfangreichen Betriebsdaten ausgewertet. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Anlage über beachtliche Reserven verfügt, die z.B. für Zwecke einer erhöhten Mischwasserbehandlung genutzt werden könnten. Mit Hilfe der Modelle und ergänzender großtechnischer Untersuchungen wurden anschließend verschiedene integrierte MSR-Strategien am Computer entwickelt und bezüglich ihres Nutzens bewertet. Die Ergebnisse der integrierten Simulation zeigen beispielsweise, dass es mit Hilfe dieser Strategien möglich erscheint, die Zuflussmenge zur Kläranlage um bis zu 50 % über den Planungswert zu erhöhen, ohne die strengen Überwachungswerte zu überschreiten. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass es durch eine Erhöhung der Zuflussmenge möglich ist, die Gesamtemissionen aus Kanalnetz und Kläranlage - v.a. bezüglich CSB - und die Anzahl der Entlastungsereignisse deutlich zu verringern. Eine durchgeführte Kostenbetrachtung verdeutlicht, dass ein derartiger Ansatz - trotz der geringen Größe dieser Anlage - nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvoll ist. Damit erscheint es wünschenswert, dass zukünftig auch die großtechnische Umsetzung integrierter Ansätze für SBR-Kläranlagen und Mischkanalisationen in Angriff genommen wird, um die bisher gewonnenen Erkenntnisse in der Praxis zu verifizieren.
  • In some countries, urban drainage mainly consists of combined-sewers. For different reasons it is not possible to route the total combined sewage flow to the wastewater treatment plant (WWTP). Therefore, a fraction of combined sewage must be directly discharged into the receiving water via combined-sewer overflow (CSO) devices. The pollution caused by these CSOs can cause serious problems. Thus, integrated real-time control (RTC) concepts, which are trying to operate drainage system and WWTP depending on the current capacities of both systems, are becoming more and more important. While almost all publications in this field have been concentrating on continuous flow systems, this doctoral thesis will present an approach, which has been initiated to realise an integrated RTC strategy for a Sequencing Batch Reactor (SBR) plant in the German township Messel (5,500 p.e.). The results of the simulation are, that SBR plants have a high potential for optimisation. E.g., with help of RTC SBR plants can handle high hydraulic loads. The cost-benefit-analysis show, that an integrated operation is reasonable regarding environmental and economic aspects, even for small rural townships. In order to verify this hypothesis, full-scale operation will start in the near future. In some countries, urban drainage mainly consists of combined-sewers. For different reasons it is not possible to route the total combined sewage flow to the wastewater treatment plant (WWTP). Therefore, a fraction of combined sewage must be directly discharged into the receiving water via combined-sewer overflow (CSO) devices. The pollution caused by these CSOs can cause serious problems. Thus, integrated real-time control (RTC) concepts, which are trying to operate drainage system and WWTP depending on the current capacities of both systems, are becoming more and more important. While almost all publications in this field have been concentrating on continuous flow systems, this doctoral thesis will present an approach, which has been initiated to realise an integrated RTC strategy for a Sequencing Batch Reactor (SBR) plant in the German township Messel (5,500 p.e.). The results of the simulation are, that SBR plants have a high potential for optimisation. E.g., with help of RTC SBR plants can handle high hydraulic loads. The cost-benefit-analysis show, that an integrated operation is reasonable regarding environmental and economic aspects, even for small rural townships. In order to verify this hypothesis, full-scale operation will start in the near future. Further information can be found in the extended abstract at the end of this Ph.D. work.

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Metadaten
Author:Jürgen Wiese
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-17621
Advisor:Theo G. Schmitt
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2004
Year of Publication:2004
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2004/02/05
Tag:MSR; Mischwasserbehandlung
Combined Sewer Overflow; Integrated Operation; Real-Time Control; Sequencing Batch Reactor
GND-Keyword:Kanalisation ; Kläranlage ; Leittechnik ; Mischwasser ; SBR-Verfahren ; Simulation
Faculties / Organisational entities:Fachbereich ARUBI
DDC-Cassification:710 Städtebau, Raumplanung, Landschaftsgestaltung

$Rev: 12793 $