إذا كان تطوير محطات معالجة مياه الصرف الصحي أمرًا ضروريًا، فإن القيم الحدية المتناقصة بشكل دائم للأمونيوم والنترات والفوسفات، كقاعدة عامة، هي المحركة للقرارات الاستثمارية. إذا كان الأمر يتعلق بالميزانية، فيتم إدراج كفاءة استخدام الطاقة ضمن الخطط نظرًا لمتطلبات حماية المناخ وما يترتب على ذلك من نفقات. وبالنظر إلى حقيقة أن إمدادات الهواء لأحواض التهوية عادةً ما تمثل أكثر من 70 من تكاليف التشغيل في هذا المجال، فإن السبب وراء الإنفاق على تحسين كفاءة استخدام الطاقة في هذا المجال سرعان ما يصبح واضحًا - ويكون ذلك مصحوبًا بزيادة في العائد خلال فترات الاستثمار. وهذا بصف بالضبط كيفية التخطيط لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي في ريدا فيدينبروك (326,000 نسمة). وفي الوقت الحالي يختبرون مفهوم تحكم جديد لتقنية منافيخ AERZEN يعرف باسم مجموعة التحكم AERsmart .
شهد العام 2013 بداية أعمال تحديث محطة مياه الصرف الصحي. خدم هذه المحطة أبناء منطقة ريدا فيدينبروك وكذلك أكبر مسلخ خنازير في المانيا. وكان الهدف من المشروع إمداد الكائنات الدقيقة بالهواء بأقل استهلاك للطاقة ليس فقط باستبدال شبكات التهوية القديمة بأخرى جديدة ولكن أيضًا بتركيب هذه المنافيخ على عمق 30 cm سم أكثر في أرضية أحواض التهوية. يقول هندريك وولفهورست، مدير الصرف "وبالنظر إلى سطح الأحواض الستة يمكننا زيادة حجم المعالجة عدة مئات من الأمتار المكعبة"> وبالتالي تعني مساحة 30 سم التي تم توفيرها زيادة ضغط النظام بمقدار 30 مليبار وهو ما يجب أخذه بعين الاعتبار فيما يتعلق بتصميم تقنية المنافيخ.
وقبل تحديث المحطة، عملت الكائنات الدقيقة وسط وجود فائض كبير من الأكسجين في الأحواض، وخاصةً لتغطية التقلبات في قيم دخول المسلخ بأمان. وأخيرًا، لتقليل تكاليف التشغيل وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، كان الهدف الواضح للمشروع الجمع في المستقبل بين تهوية الأحواض بدرجة كبيرة وبشكل وثيق مع حمل الصرف المتغير واستهلاك الأكسجين المترتب على ذلك. ينطوي ذلك في الدرجة الأولى على التحكم في سرعة كافة وحدات المنافيخ الأربعة من AERZEN وفقًا للاحتياجات.
تولد قيم نقطة الضبط عن طريق جهاز التحكم المنطقي المبرمج "PLC" من البيانات المقاسة في مياه الصرف الصحي وبشكل رئيسي في شكل تركيزات الأمونيوم والنترات، بالإضافة إلى ذلك، هناك نظام تحكم ذكي في الصمامات المنظمة للأغشية. حيث إنها تغلق ببطء عند الوصول إلى تشبع الأكسجين المطلوب في مياه الحوض. لتجنب أن يتسبب هذا الغلق في إحداث ضغط أعلى، وبالتالي مقاومة داخل الأنبوب، فإن PLC، بالتوازي مع ذلك، يقلل الضغط المستهدف. "وإلا فإننا سندمر الطاقة عن طريق صمامات تنظيم الأغشية الحاجزة نظرًا لأنه أثناء التنظيم المستمر للضغط يجب أن تعمل المنافيخ ضد فقد الضغط الذي تسببت فيه هذه الصمامات. وبالتحكم في الضغط المتقلب فإننا نجري عملية التنظيم بذكاء وكفاءة أكبر"، أوضح ذلك ماركوس هافركامب، مدير المشروعات في شركة التخطيط الداعمة aquaconsult. بالنسبة لإمداد الكائنات الدقيقة بالحمل الأساسي من الهواء، المكون بالتناوب لدائرة من أحواض التهوية وعديمة التهوية ذات مراحل تنقية ثلاثة، أصدر المكتب الهندسي في هانوفر تعليماته باستخدام منفاخ توربيني من AERZEN من بين آخرين.
يحقق المنفاخ من نوع AT 150-0.8S-G5 حجم التدفق قدره 4,800 متر مكعب في الساعة بقدرة محرك اسمية قدرها 143 كليو واط عند ضغط سحب 1 بار وضغط نهائي يصل إلى 1,8 بار. بالنسبة لكورد أوترمان، مهندس المبيعات في AERZEN، فإن المنافيخ التوربينية هي ممثلة كلاسيكية لآلات الأحمال الأساسية محسنة الطاقة التي يجب أن تعمل لمدة 24 ساعة بشكل دائم في حدود معلمات القيم الاسمية نظرًا لأنها تعمل منذ ذلك الحين بأعلى كفاءة اقتصادية. يقول أوترمان "كما هو الحال مع أي تقنية منافيخ تقريبًا، تنهار كفاءة استخدام الطاقة بمجرد تشغيل الآلات على أحمال جزئية." ونتيجةً لذلك، يجب طرح أفكار من شأنها أن تضمن التنظيف الموفر للطاقة لأحمال الأوساخ المتفاوتة خلال اليوم من عالية إلى منخفضة لضمان أقل استهلاك للطاقة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، يعني هذا النهج وجوب تغطية الاحتياجات من الهواء التي تتجاوز الحمل الأساسي باستخدام آلات الإزاحة مثل منافيخ الإزاحة الموجبة وضواغط شحمة العضو الدوار. حيث أنها قوية في نطاقات التحكم العالية بين 25% و100% وذات كفاءة جيدة في التشغيل جزئي الأحمال. لذلك، فإن وحدتين معبأتين سلسلة Delta Hybrid (D 62 S) ومنفاخ سلسلة Delta (GM 80 L) من AERZEN مستخدمان أيضًا كجزء من النظام المركب في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في ريدا فيدينبروك.
لقد طورت AERZEN AERsmart حتى لا توفر هذه الوحدات الأربعة الأكسجين المطلوب في أحواض التهوية فحسب بعملية آمنة ولكن أيضًا تولد حجم الهواء المطلوب في النظام المركب بأفضل طريقة موفرة للطاقة. وبحسب كورد أوترمان، "تهدف هندسة التحكم في المقام الأول إلى تنفيذ الانتقالات بين مناطق التشغيل المكسية بأكبر قدر ممكن من السلاسة وبأقل استهلاك ممكن للطاقة لكل حمل من الاحمال، بمعنى تشغيل الآلات المختلفة معًا على النحو الأمثل. يؤدي ذلك إلى أن يكون "كل حمل متوافق مع الحاجة الحقيقية"، بحسب ماكوس هافركامب. "يشمل هذا دائمًا أحمال الذروة صعودًا وهبوطًا". يقول مدير المشروعات في شركة aquaconsult "نظرًا لاستخدام ثلاث آلات مختلفة في ظل تفاوت في نطاقات التشغيل وكفاءة استخدام الطاقة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في ريدا فيدينبروك، فإن تشغيلها يجب تنسيقه بطريقة يكون فيها "عدد عمليات تشغيل وإطفاء الآلات منخفض قدر الإمكان، نظرًا لأن التشغيل والإطفاء الدائم لها سيزيد من تعرضها للاهتراء". إن "التوزيع الفعال للهواء بين أحواض التهوية (التحكم في الضغط المتقلب، دخول رواسب مثل الأمونيوم نتروجين "NH4-N"، كمية المياه وما إلى ذلك) واختيار آلات موفرة للطاقة ضروري لضمان أقل استهلاك للطاقة. يضمن نظام التحكم الجديد من AERZEN تحقيق ذلك."
يمثل الطلب على الأكسجين في مراحل التنقية الثلاثة أساس تحسين نظام التحكم المزود بجهاز التحكم AERsmart. يعالج جهاز PLC المركزي بالمحطة المؤشرات وينقل البروتوكول Profibus الضغط المستهدف الناتج إلى وحدة تحكم المنفاخ. بعد ذلك، يعمل نظام التحكم AERsmart على تشغيل الوحدات الأربعة معًا على أفضل نحو توفيرًا للطاقة. يقول كورد أوترمان "يتميز المنفاخ التوربيني المستخدم في المحطة، على سبيل المثال، بأعلى كفاءة في استخدام الطاقة بقدرة قدرها 83 بالمائة". إذا كان كمية الهواء المطلوبة أكبر من هذه القيمة فقد يكون إطفاء آلة الحمل الأساسي تمامًا وتغطية كمية الهواء المطلوبة المنخفضة نسبيًا عن طريق ماكينتي Delta Hybrid أقل استهلاكًا للطاقة. يقول هندريك وورلفهورست مبتسمًا "إن البكتيريا لا يعنيها من أين أتى الأكسجين". ولكن يشير مدير محطة معالجة مياه الصرف الصحي إلى أن تقنية المنفاخ تم استخدامها في الفترة السابقة للتحديث وذلك حتى يكون أداء المنفاخ التوربيني كافيًا لاحتياجات العمل "العادية" اليومية.
وكنتيجة مؤقتة، أمكن لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي في ريدا فيدينبروك توفير حوالي 30 بالمائة من الطاقة في إمداد الكائنات الدقيقة بالهواء وذلك باستخدام منافيخ محسنة الطاقة ومراقبة بسيطة نسبيًا للتشغيل المرتبطة بشكل وثيق بالقيم الفعلية السائدة. يوفر AERsmart خمسة إلى ثمانية بالمائة إضافية بسبب تحسين مستوى المنفاخ. سيثبت الاختبار الميداني لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي كم ستكون النسبة في مراحل التشغيل الأطول. ريدا فيدينبروك هي أول محطة لمياه الصرف الصحي في ألمانيا تختبر نظام التحكم AERsmart تحت ظروف حقيقية. يقول كورد أوترمان "إننا بحاجة إلى تجربة هذا النظام عمليًا نظرًا لأنه يمكننا فقط التعرف على الوصلات المعقدة لأي محطة لمعالجة مياه الصرف الصحي داخل موقع العمل وليس في المختبر. لهذا السبب يعد التعاون المكثف مع عملائنا هامًا للغاية نظرًا لأن هذا الإجراء يزودنا بمرجع عملي للتطورات المستقبلية".
