Om moderniseringar i reningsverken måste göras, driver de ständigt minskande gränsvärdena för ammonium, nitrat och fosfat investeringsbesluten. Om budgeten berörs, lönar det sig att ta med energieffektiviteten i beräkningarna, med tanke på klimatskyddet och ekonomin. Med tanke på det faktum att lufttillförseln till aktiveringsbassängerna ofta utgör över 70 av driftskostnaderna inom detta område, blir det snart tydligt varför förbättringar i effektivitet, i synnerhet här, lönar sig – och detta med hög avkastning på investeringsperioder. Detta är exakt på det sätt som avloppsreningsverket Rheda-Wiedenbrück (motsvarande befolkning på 326 000) är planerat. De testar för tillfället ett helt nytt styrningskoncept för AERZENs blåsmaskinsteknologi, AERsmart-kontrollkombinationen.
År 2013 påbörjades moderniseringsarbetet av avloppsreningsverket. De som är anslutna till detta är invånarna inom Rheda-Wiedenbrück-regionen, samt Tysklands största svinslakteri. Ett av målen med projektet var att tillhandahålla effektivare lufttillförsel till det biologiska reningsverket, dels genom att byta ut gamla ventilationsgaller och dels genom att installera dessa 30 cm djupare ner i marken på aktiveringsbassängerna. “Med tanke på ytan i de sex bassängerna, skulle vi kunna öka vår processvolym med flera hundra kubikmeter”, förklarar VA-chefen Hendrik Wulfhorst. Det extra utrymmet på 30 cm innebar dock en ökning av systemtrycket på 30 mbar, vilket man var tvungen att ta i beaktande vid utformningen av blåsmaskinsteknologin.
Innan moderniseringen av verket, hade man drivit det biologiska reningsverket med ett stort överskott av syre, i synnerhet för att på ett säkert sätt täcka variationerna gällande ingångsvärdena i slakteriet. För att minska driftskostnaderna och de associerade CO2-utsläppen, slog man fast ett tydligt mål att i framtiden koppla luftningen av bassängerna betydligt tajtare med den varierande avloppsvattenbelastningen och den resulterande syreförbrukningen. Detta innebar i det första steget den behovsmotiverade varvtalsstyrningen av de fyra blåsmaskinsaggregaten tillverkade av AERZEN.
Börvärdena genereras av ett PLC (programmerbart styrsystem) från uppmätta data i avloppsvattnet – huvudsakligen i form av ammonium- och nitrathalter. Dessutom finns det ett intelligent styrsystem för de reglerbara membranventilerna. De stängs långsamt när den erforderliga syremättnaden i vattnet i den motsvarande bassängen har uppnåtts. För att undvika att denna stängning leder till ett högre tryck – och följaktligen motstånd – i röret, minskar det programmerbara styrsystemet måltrycket parallellt. “Annars skulle vi förstöra energi med de reglerbara membranventilerna. Detta eftersom att blåsmaskinerna inom en konstant tryckreglering måste arbeta mot tryckfallet som orsakas av de reglerbara membranventilerna. Med hjälp av en tryckstyrning kan vi reglera betydligt mer intelligent och effektivt”, tydliggör Markus Haverkamp, projektingenjör vid planeringsföretaget aquaconsult. För baslasten till den biologiska reningen valdes bland annat en turboblåsmaskin från AERZEN. Detta för att skapa en sektionerad luftning i tre reningssteg.
Typen AT 150-0.8S-G5 uppnår ett volymflöde på 4 800 kubikmeter per timme, med en nominell motoreffekt på 143 kW vid ett ingångstryck på 1 bar och ett sluttryck på upp till 1,8 bar. För Cord Utermann, försäljningsingenjör vid AERZEN, är turboblåsmaskiner klassiska representanter för energioptimerade baslastmaskiner som ska kunna köras permanent i 24 timmar inom de nominella värdeparametrarna, eftersom de arbetar med den högsta ekonomiska effektiviteten. “Som med nästan all turboteknik, sjunker energieffektiviteten så snart som maskinerna drivs in i området för dellast”, förklarar Utermann. Som följd av detta, måste energieffektiva koncept utvecklas för att ta hand om den varierande belastningen i bioreningen För optimal energieffektivitet i avloppsreningsverket, innebär detta tillvägagångssätt att om luftbehovet överskrider baslasten, måste topplasten täckas med hjälp av förträngningsmaskiner såsom vridkolvsblåsmaskiner och vridkolvskompressorer. De är starka i stora styrningsintervall mellan 25 % och 100 % och har god effektivitet, även i drift med dellast. Därmed utgör två aggregat av typerna Delta Hybrid (D 62 S) och Delta Blower (GM 80 L) från AERZEN, en del av det kombinerade systemet i avloppsreningsverket i Rheda-Wiedenbrück.
AERZEN har utvecklat AERsmart för att dels täcka behovet av nödvändigt syre i aktiveringsbassängerna via en säker process, men även för att generera den erforderliga luftvolymen på det mest energieffektiva sättet i det kombinerade systemet. Enligt Cord Utermann, “den svåra konsten med styrteknik är att skapa en så smidig övergång som möjligt mellan de överlappande driftsområdena, samt en så energieffektiv övergång som möjligt för varje last, dvs. att driva kombinationen av olika maskiner på det mest optimala sättet.” De är ett resultat av att “varje last överensstämmer med det verkliga behovet” enligt Markus Haverkamp. Detta “innebär alltid uppåtgående och nedåtgående toppar”. Eftersom att det används tre olika maskiner med avvikande driftsintervall och effektivitet vid avloppsreningsverket i Rheda-Wiedenbrück, måste deras drift samordnas på ett sådant sätt att “antalet omkopplingar är så få som möjligt. Detta eftersom ständig tillkoppling och frånkoppling skulle innebära ökat slitage”, avslöjar projektingenjören vid aquaconsult. “En effektiv distribution av luft till aktiveringsbassängerna (rörlig tryckstyrning, intrång av föroreningar såsom t.ex. NH4-N, mängden vatten osv.) och det effektiva urvalet av maskiner är nödvändigt för en optimal övergripande prestanda. Detta förverkligas med hjälp av det nya styrsystemet från AERZEN.”
Syrekravet i de trereningsstegen utgör grunden för optimering av styrsystemet med AERsmart-styrningen. Indexet bearbetas i verkets centrala, programmerbara styrsystem och det resulterande måltrycket överförs via Profibus till blåsmaskinsstyrningen. AERsmart styr sedan mot en optimalt kombinerad drift av fyra aggregat i relation till energibesparingar. “Turboblåsmaskinen som används här har t.ex. den högsta effektiviteten vid en kapacitet på 83”, förklarar Cord Utermann. Om luftningsbehovet är utanför detta värde kan det vara mer effektivt att helt stänga av baslastmaskinen och uppfylla det relativt låga luftbehovet med Hybrid-maskinerna. “Våra bakterier bryr sig inte om varifrån syret kommer”, säger Hendrik Wulfhorst med ett leende. Men chefen för avloppsreningsverket påpekar att blåsmaskinsteknologin projekterades i förberedelserna inför moderniseringen, så att turboblåsmaskinernas prestanda skulle räcka till för det “normala” dagsbehovet.
Som ett delresultat kunde avloppsreningsverket i Rheda-Wiedenbrück spara ungefär 30 energi tack vare de energioptimerade blåsmaskinerna och en relativt enkel processtyrning som är närmare knuten till de rådande faktiska värdena. AERsmart tillhandahåller ytterligare fem till åtta procent tack vare optimeringen av blåsmaskinernas nivå. Fälttestet i avloppsreningsverket kommer att visa på hur mycket detta kommer att vara i en längre driftsfas. Rheda-Wiedenbrück är det första reningsverket i Tyskland som testar AERsmart under verkliga förhållanden. “Vi behöver styrsystemet vid anläggningen, eftersom det är där vi har de verkliga förhållanden i ett avloppsreningsverk. Detta går inte att återskapa på en provbänk. Detta är orsaken till varför det intensiva samarbetet med våra kunder är så viktigt. Endast med hjälp av samarbetet kan vi få en noggrann applikationsreferens för framtidsorienterad utveckling”, sammanfattar Cord Utermann.
