Digitaler Zwilling hilft Kläranlage, Belüftungsenergieverbrauch um 10 % zu senken
Eine Kläranlage in der italienischen Region Tirol wollte den Energieverbrauch ihres Belebtschlammverfahrens reduzieren und gleichzeitig die Abwasservorgaben erfüllen. Durch den Einsatz von Xylem Treatment System Optimization (TSO), das digitale Modelle von Aufbereitungsprozessen erstellt, konnte die Anlage den Energieverbrauch um 10 % senken, obwohl die Belastung um 33 % gestiegen war. Außerdem reduzierte die Anlage den Stickstoffanteil im Abwasser um 16 % und den Gesamtphosphor um 25 %.
Die ARA Pustertal AG betreibt die Kläranlage Innichen-Sexten in der Region Südtirol, Italien. Die Kläranlage, die eine Kapazität für 36.000 Einwohner hat, arbeitet mit einem konventionellen Belebtschlammverfahren mit Vordenitrifikation und biologischer Phosphorentfernung.
Das in der Anlage aufbereitete Abwasser besteht zu etwa 25 % aus kommunalem Abwasser, zu 25 % aus gewerblichem Abwasser und zu 50 % aus Abwasser aus dem Tourismus. Zu den gewerblichen Abwässern gehören die Abwässer von örtlichen Molkereien, eines Saftproduzenten und eines Speck- und Wurstherstellers, der den größten Anteil der gewerblichen Abwässer ausmacht.
Nutzung von Daten zur Erstellung von Empfehlungen
Für dieses Projekt wählte der Betreiber Xylem Treatment System Optimization (TSO). Diese Lösung bietet Echtzeit-Analysen von Betriebsparametern in Kläranlagen und liefert Empfehlungen an die Bediener, damit diese ihre Anlagen effektiver, sicherer und kostengünstiger betreiben können.
TSO nutzt Decision Intelligence, wodurch die Daten einer Kläranlage maximiert werden, um in hohem Maß umsetzbare und quantifizierbare Ergebnisse zu liefern. Die in Echtzeit aktualisierten Daten werden sofort wieder in das System eingespeist, um es kontinuierlich zu verfeinern und zu verbessern.
„Der größte Teil des Energieverbrauchs bei der Abwasseraufbereitung entfällt auf die Belüftung und das Pumpen“, erklärt Konrad Engl, Geschäftsführer der ARA Pustertal AG. „Bei der Belüftung wird dem Abwasser gelöster Sauerstoff zugeführt, um die aerobe Oxidation und die Stickstoffentfernung zu unterstützen. Das Pumpen dient dazu, Wasser und Schlamm durch die einzelnen Reinigungsprozesse zu bewegen und zu rezirkulieren. Die Abwasserbelüftung in einer Kläranlage macht den größten Teil des gesamten Strombedarfs einer Anlage aus.“
Für die Kläranlage Innichen-Sexten bestand das Ziel darin, die sichere Einhaltung der Abwassergrenzwerte zu gewährleisten und gleichzeitig den Energieverbrauch des Belebtschlammsystems zu minimieren. Die Anlage wollte den Sauerstoffeintrag optimieren und die Steuerung der Rezirkulation automatisieren.
Ein digitales Zwillingsmodell mit neuronalen Netzwerken
Ausgehend von den Vorgaben des Betreibers entwickelte Xylem ein digitales Zwillingsmodell der Klärprozesse der Anlage. Dieses Modell, das mit künstlichen neuronalen Netzwerken arbeitet, ermöglicht es der Anlage, unterschiedliche Korrelationen zwischen gegebenen Zulaufbelastungen, -mengen, -temperaturen, Belüftungsprofilen und anderen Prozessvariablen sowie den daraus resultierenden Abbauraten und Abwasserkonzentrationen zu verstehen.
Das TSO-System berechnete Vorschläge für verschiedene Szenarien, die eine zuverlässige Einhaltung der Abwasserwerte bei minimalem Energie- und Chemikalienverbrauch gewährleisten würden. Dazu gehörten auch Berechnungen der finanziellen Auswirkungen der einzelnen Schritte.
Das digitale Zwillingsmodell lieferte Prognosen auf der Grundlage der Eingabewerte, und das TSO-System berechnete die günstigste Betriebseinstellung (Belüftung der einzelnen Linien, Umwälzung, Betriebsart usw.) durch gezielte Änderung der Regelgrößen.
Reduzierung des Energieverbrauchs um 10 Prozent
Das TSO-System kann den Anlagenbedienern entweder Empfehlungen geben, die dann manuell ausgeführt werden, oder es kann direkt mit dem Kontrollsystem der Kläranlage verbunden werden. Wenn das System im manuellen Modus arbeitet, erhalten die Bediener Benachrichtigungen mit Empfehlungen zur manuellen Anpassung des Betriebs. Läuft das System im automatischen Modus, steuert TSO die Kläranlage mit Empfehlungen, die von den Bedienern überwacht werden.
„Angesichts der dringenden Notwendigkeit, die Energieeffizienz zu steigern und die Kosten zu senken, ermöglichte uns Xylems TSO die Nutzung von Decision Intelligence, bei der mithilfe von Daten Prozesse optimiert und bessere Ergebnisse erzielt werden und der Energieverbrauch gesenkt werden kann“, berichtet Konrad Engl, Geschäftsführer der ARA Pustertal AG.
Nach viermonatigem Einsatz von TSO konnte die Kläranlage den Energieverbrauch um 10 % senken, obwohl die Verunreinigungsbelastung im Zulauf um 33 % gestiegen war. Außerdem konnten der Gesamtstickstoff um 16 % und den Gesamtphosphor um 25 % im Vergleich zum normalen Betrieb der Anlage reduziert werden, die bereits eine ausgezeichnete Reinigungsleistung aufwies.
Mehr erfahren
Erfahren Sie, wie Xylem Treatment System Optimization die Prozesse in Ihrer Kläranlage verbessern kann. Eine Kläranlage in Deutschland hat mit Hilfe von TSO die Energie für die Belüftung um 30 % gesenkt.
Information anfordern