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07-08 | 2018

Wasser Industrie 4.0 in

Wasser Industrie 4.0 in der Abwasseraufbereitung Die Kläranlage in Bietigheim-Bissingen bei Stuttgart. Wasser 4.0 ist Abwasseraufbereitung mit Echtzeitüberwachung von Stationen, vorausschauender Instandhaltung und bedarfsorientierter Systemoptimierung. Das hat großes Sparpotenzial: Rund 60.000 Euro jährlich sparen die Stadtwerke Bietigheim-Bissingen. Bietigheim-Bissingen ist eine große Kreisstadt in Baden-Württemberg. Die Kläranlage ist für eine Größe von rund 140.000 Einwohner ausgelegt. Sie hat mehrere Klärbecken und verteilt die für die biologische Abwasseraufbereitung erforderliche Luft mittels Blendenregulierschieber auf die Becken. Ursprünglich waren drei Turbogebläse installiert. Der Betreiber suchte nach einer Lösung, die Effizienz der Anlage nicht nur durch neue Belüfter, sondern auch durch eine smartere Lufteintragssteuerung und besser regelbare Luftverdichter zu steigern. Die bisherigen Teilsysteme sollten intelligenter und kommunikativer werden, um mit gewonnenen Daten eine vorausschauende Drucklufterzeugung vornehmen zu können. Die Idee der intelligenten Datennutzung im Sinne von Industrie 4.0 bzw. Wasser 4.0 ist grundsätzlich nicht neu. Die Implementierung von Digitaltechnik in Maschinen ist schon länger üblich und Maschinensteuerungen mitsamt entsprechender Sensorik bilden die Voraussetzung für die Absichten hinter Wasser 4.0. Erst die seit kurzem verfügbaren, viel leistungsfähigeren Kommunikationsnetze, Datenbanken und Rechner sowie die Entwicklung smarter Steuerungen ermöglichen die konkrete Anwendung. Geschickt verknüpft Die Umsetzung erfordert jedoch nicht nur eine geschickte Verknüpfung der relevanten Einzelkomponenten, um deren Betriebs- und Zustandsdaten umfassend in Echtzeit kommunizieren und sammeln zu können, sondern insbesondere die sofortige Auswertung der gesammelten Daten. Erst diese Trendanalysen der Prozess- 36 UmweltMagazin Juli - August 2018

Wasser und Maschinendaten ermöglichen ein gezieltes Gegensteuern bei Schwankungen in der Prozesskette und eine vorausschauende Wartung der Maschinen. Im Zuge der Effizienzsteigerung war ein klares Ziel der Kläranlagenbetreiber in Bietigheim-Bissingen die für den biologischen Reinigungsprozess in den einzelnen Becken bzw. Zonen notwendige Luft zum richtigen Zeitpunkt in der richtigen Menge zuzuführen – sozusagen Druckluft für die Belebung „just in time“ und das möglichst effizient. Die Umsetzung beinhaltete im Bereich des Prozessleitsystems einen neuen Real Time Controller (RTC), der zum einen die Daten der in die Anlage einströmenden Schmutzfrachten, wie z.B. die Ammoniumkonzentration, frühzeitig erfasst und zum anderen unter Berücksichtigung der Zustandsdaten in den einzelnen Becken und dem Ablauf, die für den biologischen Abbau der Schmutzfracht erforderliche Luftmenge ermittelt und an die Steuerung der Druckluftstation kommuniziert. Die für die Verteilung der erzeugten Druckluft auf die einzelnen Belebungszonen notwendigen Blendenregulierschieber verfügen über eine Positionsrückmeldung ihrer Ventilstellung, welche in die Korrektur des Druckluftsollwertes mit einfließt. Dadurch können relevante Schieber bis zu 90 Prozent offen gehalten und Drosselverluste vermindert werden. Damit die gesamte Prozesskette von der Luftbedarfsermittlung über die Lufterzeugung bis hin zur Luftverteilung möglichst schnell aber auch stabil und effizient abläuft, ist die Führungsgröße für die Drucklufterzeugung nicht wie oftmals üblich der Druck, sondern direkt die zu erzeugende Luftmenge. D.h. es erfolgt auf Seiten der Drucklufterzeugung keine Druckregelung gegen die oft sehr weit geschlossenen Blendenregulierschieber, sondern es wird gezielt die aktuell erforderliche Luftmenge zur Deckung des aktuellen Sauerstoffbedarfs erzeugt und auf die Becken verteilt. Damit am Ende sauberes Wasser herauskommt, muss der Prozess zuverlässig mit Druckluft versorgt werden. Schraubengebläse bringen richtige Power Zur Drucklufterzeugung kommen anstelle der Turbos nun vier Schraubengebläse der neuesten Generation zum Einsatz – diese sind hocheffizient und weisen einen sehr breiten Volumenstrom-Regelbereich von nahezu 1:4 auf. Darüber hinaus handelt es sich um Komplettanlagen, die über integrierte Sensorik, Steuertechnik und Leistungselektrik in Form eines Frequenzumrichters verfügen. Alle Komponenten sind optimal aufeinander abgestimmt, miteinander vernetzt und bilden eine vollständige, einschaltbereite Maschine. Diese modernen Schraubengebläse versorgen die Vier hocheffiziente Schraubengebläse arbeiten in der Gebläsestation zusammen. UmweltMagazin Juli - August 2018 37

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