Optimierung der Steuerung und Performance von Abwasserbelüftungsbecken

Badger Meter unterstützt Versorger dabei, diese Dynamik zu verändern, und bietet ein umfassendes Portfolio an Sensoren zur Messung von gelöstem Sauerstoff (DO), Gesamtfeststoffen (TSS), Oxidations-Reduktions-Potenzial (ORP/Redox), pH-Wert, organischen Indikatoren wie biochemischem Sauerstoffbedarf (BSB) und chemischem Sauerstoffbedarf (CSB) sowie Nährstoffen wie Ammonium und Nitrat. Badger Meter ermöglicht Betreibern Echtzeiterkenntnisse zum Betrieb von Belüftungsbecken oder zur Nährstoffentfernung. Das ermöglicht eine präzisere Steuerung, senkt den Energieverbrauch und sorgt für eine höhere Gesamtzuverlässigkeit.

Warum gelöster Sauerstoff allein nicht ausreicht

Gelöster Sauerstoff zeigt an, wie viel Sauerstoff im Becken vorhanden ist, gibt jedoch keinen Aufschluss darüber, wie viel Ammoniak oder organische Belastung in den Prozess gelangt. Wenn sich die Zulaufbedingungen ändern, führt eine reine DO-Steuerung häufig zu Überbelüftung, Energieverschwendung und einer instabilen Nährstoffentfernung. Durch die Überwachung der Ammonium- und organischen Belastung kann die Belüftung auf den tatsächlichen Behandlungsbedarf reagieren, anstatt auf einen festen Sauerstoff-Sollwert.

Fortschrittliche optische Überwachung liefert Echtzeiteinblicke

Die optische Sensortechnologie, die in Geräten wie dem spectro::lyser und dem nitro::lyser zum Einsatz kommt, ermöglicht es Anlagen, Werte wie BSB, CSB, Nitrat und TSS kontinuierlich zu messen – Parameter, die traditionell eine Laboranalyse mit mehrtägiger Bearbeitungsdauer erfordern. Diese Messungen geben dem Betreiber einen kontinuierlichen Einblick in die organische Belastung, den Feststoffgehalt und die Nährstoffbedingungen des in die Anlage gelangenden Zulaufs.

„Anstatt fünf Tage auf ein BSB-5-Ergebnis zu warten, sieht der Betreiber jetzt sofort, was in die Anlage gelangt“, erklärt Brody Lauer, Solutions Architect bei Badger Meter. „So kann er proaktiv steuern, statt nur reaktiv zu korrigieren.“

Wichtige Messwerte für die Steuerung von Belüftungsbecken

Die Echtzeitüberwachung der organischen Belastung ist besonders leistungsstark, wenn sie mit Sensoren im Becken kombiniert wird, wie z. B.:

In Kombination bieten diese Technologien dem Betreiber einen vollständigen Überblick über den Zustand des Belüftungsbeckens, einschließlich aeroben, anoxischer und anaeroben Zonen. So kann er gezielt den Betrieb des Abwasserbehandlungsprozesses optimieren.

Werden diese Messungen zusammen verwendet, kann der Betreiber über die herkömmlichen Sollwerte für gelösten Sauerstoff hinausgehen und die Belüftung auf der Grundlage der tatsächlichen Belastungsbedingungen beim Eintritt in das Becken sowie beim Durchlaufen kontrollieren. Dieser messungsgesteuerte Ansatz ermöglicht eine ammoniakbasierte Belüftungssteuerung (ABAC) und fortschrittlichere belastungsbasierte Gebläsestrategien, die den Energieverbrauch erheblich senken und gleichzeitig die Nährstoffentfernung stabilisieren.

Zuverlässigkeit und Genauigkeit entwickelt für Abwasser

Optische Sensoren sind auf bestimmte Positionen in der Anlage zugeschnitten – Zulauf, Ablauf oder Belüftung. Mit dem spectro::lyser V3 und dem nitro::lyser V3 können Anlagen mit einem einzigen Sensor mehrere Parameter kontinuierlich messen. Um die Kalibrierung und Wartung der Sensoren zu erleichtern, sind diese mit festgelegten Kalibrierungskurven und verschiedenen Möglichkeiten zur Reinhaltung der Messzelle ausgestattet. Selbstreinigungsmechanismen, darunter Luftstrahlen und automatische Wischer, zielen darauf ab, Verschmutzungen zu minimieren, was die Wartungsintervalle der Sensoren deutlich verlängert.

Kontinuierliche Innovation – Der Übergang zur ammoniakbasierten Belüftungssteuerung

In den letzten Jahren war der Übergang von der reinen DO-Steuerung zur ammoniakbasierten Belüftungssteuerung einer der größten Fortschritte bei der Optimierung der biologischen Behandlung. Durch die Kopplung von Nährstoffanalysatoren mit optischer Lastüberwachung und Sekundärklärbecken-Sensoren wurde ein ganzheitlicherer Ansatz geschaffen, der es dem Betreiber ermöglicht, seinen Prozess präzise einzustellen.

Belüftungsgebläse machen oft den Großteil des Stromverbrauchs einer Anlage aus. Diese verbesserte Überwachungsstrategie ermöglicht es dem Betreiber, von einer Steuerung mit konstanter Drehzahl oder ausschließlich DO auf einen fortschrittlicheren, lastbasierten Gebläsebetrieb umzustellen.

Der ammo::lyser Pro zeichnet sich in diesen Anwendungen besonders aus. Er ist kompakt, modular aufgebaut und so konzipiert, dass der Betreiber einzelne Elektroden – Ammonium, pH, Kalium, Nitrat oder Chloridkompensation – austauschen kann, statt den gesamten Sensorkopf zu ersetzen.

Fluoreszierende DO-Sensoren sind selbst in sauerstoffarmen Umgebungen genau und unterstützen auch in anoxischen Umgebungen eine zuverlässige Belüftungs- und Nährstoffentfernungssteuerung. Anstatt einen statischen Sauerstoffgehalt aufrechtzuerhalten, kann der Betreiber die kontinuierlich über den ammo::lyser gemessene Ammoniumkonzentration nutzen, um den Luftstrom an veränderte Belastungen anzupassen. Bei steigender oder sinkender Ammoniakmenge können die Gebläse in Echtzeit reagieren, um die größtmögliche Effizienzsteigerung zu erzielen.

Diese Gewinne sind keineswegs hypothetischer Natur. So sagt ein US-amerikanischer Betreiber: „Durch die Umstellung vom typischen Betrieb mit 2 mg/l gelöstem Sauerstoff auf eine ammoniakbasierte Belüftungssteuerung (ABAC) konnten wir 16 % der monatlichen Kosten in Höhe von 65.000 US-Dollar einsparen.“

Integration des gesamten Prozesses über alle Bereiche hinweg

Belüftungsbecken arbeiten nicht isoliert. Der Rückfluss von Belebtschlamm, die Leistung des Klärbeckens und die vorgelagerte Belastung beeinflussen die biologischen Bedingungen. Anlagen können mehrere Sensoren im gesamten Prozess an einen einzigen Transmitter anschließen und die so gewonnenen Daten dann zur umfassenden Steuerung an SCADA weiterleiten.

Durch die zusätzliche Überwachung der Flockenschicht bietet EchoSmart Echtzeitmessungen der Tiefe und des Volumens des am Beckenboden angesammelten Schlamms, Daten zu den gelösten Feststoffen in der Mischflüssigkeit (MLSS) und Trends zur Zulaufbelastung. Dadurch erhält der Betreiber einen vollständigen Überblick über die Situation, was nicht nur die Effizienz verbessert, sondern auch das Risiko von Störungen durch industrielle Einleitungen oder Stoßbelastungen verringert.

Warum dieser Ansatz die Belüftungsoptimierung verändert

Durch die Kombination von Überwachung der organischen Belastung, Nährstoffmessung, DO-Messung und Rückmeldung aus dem Klärbecken wechselt der Betreiber von einer reaktiven Belüftungssteuerung zu einer prädiktiven, belastungsbasierten Steuerung, was die Behandlungsstabilität verbessert und gleichzeitig den Energieverbrauch erheblich senkt.