SIMULATION VON (DE-)NITRIFIKATIONSBECKEN
ENERGIEVERSCHWENDUNG VERMEIDEN UND KOSTEN SPAREN
Viele Klärwerke in Deutschland sind überdimensioniert.
Der zunehmende Trend zum Wassersparen und die zeitlichen Schwankungen der Klärwerksbeanspruchung sorgen für einen ineffizienten Energieverbrauch.
Wir simulieren Ihr Klärwerk und finden eine maßgeschneiderte Lösung für Ihr Problem.
Ob durch die Variation der Belüftungsstrategie, den Einsatz von Rührern oder anderen Lösungsalternativen, wir stehen Ihnen mit unserer langjährigen Erfahrung zur Seite.
Sie haben individuelle Fragen? Dann kontaktieren Sie uns!
Ihre VORTEILE:
- Detaillierter Einblick in die ablaufenden Prozesse
- Spezifikation des Klärschlamms und des Klärschlammverhaltens innerhalb des Beckens
- simulative Ermittlung von ineffizienten Geometrievarianten
- Testmöglichkeit alternativer Auslegungen und Lösungsansätze
- hohe Kosten- und Energieersparnis
MODELLIEREN - SIMULIEREN - OPTIMIEREN
Es gibt zahlreiche Maßnahmen, um die Sedimentation des Klärschlamms im Nitrifikationsbecken zu vermeiden. Um die optimale Lösung für ihr Klärwerk zu finden, modellieren wir zuerst ihr Klärwerk und schauen uns die Gegebenheiten in der Kläranlage an.
Danach berechnen wir wichtige Größen wie beispielsweise die Wassergeschwindigkeit, den Luftanteil und Wirbelstrukturen im Becken oder zeitabhängige Strömungen und simulieren verschiedene Szenarien und Ansätze.
Die Berechnungen und die Simulationsergebnisse geben uns Aufschluss darüber, mit welchen Maßnahmen wir Ihr Klärwerk optimieren können.
BEST PRACTICE - KLÄRWERK MAGDEBURG
Das folgende Projekt stellt lediglich ein Beispiel zur Veranschaulichung dar und beinhaltet keinesfalls alle Lösungsmöglichkeiten. Der Lösungsweg und die genutzten Lösungsinstrumente sind immer auf das jeweilige Projekt abgestimmt, um in kurzer Zeit optimale Ergebnisse zu erzielen.
Ziel des Projekts war ein alternatives Belüftungsszenario für das Klärwerk Magdeburg, da es viel Strom verbraucht und über Nacht kein großer Bedarf an Sauerstoffeintrag besteht. Im Nitrifikationsbecken hält die Belüftung den schwimmenden Schlamm in Schwebe, dieser darf sich aber durch das Abschalten nicht am Boden absetzen. Rührwerke sollen dafür sorgen, dass der Schwamm permanent in Bewegung bleibt und abgelagerte Partikel wieder aufgewirbelt werden. Hierfür haben wir zusammen mit dem Klärwerk ein Sedimentationskriterium festgelegt. Im Becken sollte eine flächendeckende Mindestgeschwindigkeit von 19 m/s gewährleistet sein, um die Sedimentation zu vermeiden.
Erstens: Nachmodellierung des Beckens und der Rührer
Zellenanzahl des Beckens: 2164947
Rekonstruktion der Rührer in 3D aus 2D Skizzen
Zweitens: Geometriedefinition und Vernetzung
Drittens: Berechnung drei verschiedener Szenarien mit unterschiedlichen Randbedingungen
Szenario 1: Vollständige Abschaltung der Belüftung und Einsatz von 10 Rührern
In Szenario 1 haben wir 10 Rührer mit regelmäßigen Abständen und vertikaler Stellung im Becken positioniert und überprüft, ob wir mit diesem Modellierungsansatz die Sedimentation im Becken vermeiden können.
Modellierung: Blasen-Wasser System
- Viskosität: 0.05 Pa.s
- Wassereinströmung: 0.084 m/s
- Trockenschlammgehalt: 0.4 %
- Blasengröße 3mm
Wassergeschwindigkeit
Die Simulationsgrafik verdeutlicht, dass der Klärschlamm im Becken durch diesen Ansatz nicht ausreichend bewegt wird. Somit wird das Sedimentationskriterium nicht erfüllt.
Szenario 2: Kombination aus halber Belüftung und 4 Rührern
In Szenario 2 haben wir Szenario 1 umgeändert. Hier haben wir in der ersten Hälfte des Beckens die Belüftung laufen lassen, während wir in der zweiten Hälfte alle 10m vier Rührer (15° gedreht Richtung Boden) mit einer höheren Drehzahl positioniert haben.
Modellierung: Blasen-Wasser System
- Viskosität: 0.05 Pa.s
- Wassereinströmung: 0.084 m/s
- Trockenschlammgehalt: 0.4 % (gleichverteilt im Becken)
- Blasengröße 3mm
Wassergeschwindigkeit
Die Simulationsgrafik zeigt, dass die Änderung mehr Bewegung ins Nitrifikationsbecken bringt. Im Nachhinein wurde die Kombination von Belüftung und Rührwerken vom Klärwerk als unerwünscht eingestuft.
Szenario 3: Vollständige Abschaltung der Belüftung und Einsatz von 4 Rührern
In Szenario 3 haben wir den Modellierungsansatz geändert und die Rührer als Impulsquellen eingesetzt. Durch die angelegte Druckdifferenz an den Scheiben sollen Wirbel die abgelagerten Partikel wieder aufwirbeln und somit die Sedimentation verhindern.
Modellierung: inkompressible Strömung
- Viskosität: 0.05 Pa.s und 0.001 Pa.s
- Wassereinströmung: 0.084 m/s
- Trockenschlammgehalt: beeinflusst lediglich die angenommene Grundviskosität
Dieser Ansatz ist der effizienteste. Hier schaffen es 4 Rührwerke, durch die neue versetzte Anordnung und den ausgeübten Druck das Sedimentationskriterium zu erfüllen. Der Modellierung entsprechend bleiben Schlammpartikel maximal 5 Minuten am Boden des Beckens, bis sie durch nachfolgende Wirbel wieder aufgewirbelt werden. Die Farbgebung in der Simulationsgrafik verdeutlicht, dass die Mindestgeschwindigkeit von 19m/s flächendeckend gewährleistet wird.