Optimale Strategien zur Überwachung und Vermeidung von Sedimentation beim Einsatz drehzahlgeregelter Abwasserpumpen

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing.habil. Jens Tränckner

Förderung: Deutsche Bundesumweltstiftung (DBU)

Kooperation: Institut für Mathematik Universität Rostock (Prof. Dr. K. Neymeyr), WILO SE, Kooperationspartner EURAWASSER Nord GmbH, Abwasserzweckverband Darß

Zeitraum: 01.10.2014 bis 31.10.2015

Einordung:
Institut: Professur Wasserwirtschaft

Projektbeschreibung:
Beim Betrieb von Abwasserstationen besteht ein hohes Einsparpotential durch eine bedarfsabhängige Drehzahlregelung der Pumpen. Entsprechende Regelstrategien wurden im DBU-Projekt „Untersuchung der Möglichkeiten eines energieeffizienten Betriebsmanagements von Abwasserfördersystemen“ erfolgreich entwickelt und an einer Abwasserpumpstation umgesetzt. Im konkreten Fall konnte dadurch eine Energieeinsparung von 20 % erzielt werden.
Die Energieeinsparung resultiert aus einer Absenkung der Fließgeschwindigkeit und damit der Reibungsverluste. Dies erhöht aber das Risiko der Ablagerungsbildung. Betreiber von Abwasserpumpstationen stehen der Drehzahlregelung von Abwasserpumpen daher bisher in vielen Fällen skeptisch gegenüber, zumal durch die Regelung empfohlene Mindestfließgeschwindigkeiten bewusst unterschritten werden. In diesem Projekt sollen deshalb für die Anwendung der Drehzahlregelung Strategien entwickelt werden, mit denen die Sedimentbildung überwacht und vermieden werden kann. Die Methoden sollen dabei mit der typischerweise vorhandenen Messtechnik auskommen.
Das Projekt gliedert sich in folgende Teilziele:
 Nicht-invasive Bestimmung des aktuellen Ablagerungszustands der Druckrohrleitung aus der Leistungsaufnahme der Pumpe und dem Zulauf zum Pumpensumpf
- Versuche zur Vermeidung von Ablagerungen durch Bestimmung der fallweise erforderlichen minimalen Fließgeschwindigkeit (Sedimentationsversuche)
- Untersuchung zur Mobilisierbarkeit von Ablagerungen durch Erzeugung starker Geschwindigkeitsgradienten in der Druckrohrleitung (Erosionsversuche)
- Optimierung der Druckluftspülung hinsichtlich Einsatzhäufigkeit und Verfahrensführung

Das Projekt soll den theoretischen und praktischen Nachweis erbringen, dass Drehzahlregelung für den energieeffizienten Betrieb von Abwasserpumpstationen keine Einschränkung für die Betriebssicherheit bedeuten, sondern dass sich die Drehzahlregelung auch gezielt zur Überwachung und Vermeidung von Sedimentation einsetzen lässt. Gegenüber dem bisherigen Stand des Wissens und der Technik sind insbesondere folgende Erkenntnisse und Innovationen zu erwarten:

- Entwicklung mathematischer Ersatzmodelle für die Abschätzung des Durchflusses im Pumpwerkszulauf und der Druckleitung
- Ableitung der Ablagerungshöhe aus der Vermessung der Pumpenkennlinie
- Ermittlung von Mindestfließgeschwindigkeiten und Mobilisierungsschubspannungen in realen Systemen
- Großtechnische Überwachung der Sedimentation und Mobilisierung durch In-Situ-Feststoffsonden als Grundlage zur Quantifizierung der ablaufenden Prozesse und zur Validierung der entwickelten Überwachungs- und Spülansätze
- Labortechnische Grundlagenuntersuchungen zur Bestimmung von Sedimentationsgeschwindigkeit und Mobilisierungsschubspannung als Funktion der Konsolidierungszeit (Sedimentations- und Erosionsversuche)
- Kombination von Regeln zur energieoptimalen Drehzahl mit den Regeln zur Überwachung und Beseitigung von Ablagerungen in einem konsistenten, betriebssicheren Gesamtkonzept

Bearbeiter: M.Sc. Martin Rinas

Zum Projekt: Mitarbeiter, Publikationen
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