Als er vernieuwingen in rioolwaterzuiveringsinstallaties nodig zijn, dan zet gewoonlijk het permanent verminderen van de limietwaarden van ammonium, nitraat en fosfaat de investeringbeslissingen onder druk. Als het gaat om het budget, dan loont het, met het oog op de bescherming van het klimaat en de financiën, om de energie-efficiëntie in de plannen op te nemen. In het licht van het feit dat vaak alleen de luchttoevoer van de beluchting instaat voor meer dan 70 procent van de operationele kosten op dit gebied, wordt het al snel duidelijk waarom efficiëntieverbeteringen vooral hier lonen - en dit met periodes van hoge return on investment. Dit is precies hoe rioolwaterzuiveringsinstallatie Rheda-Wiedenbrück (326.000 inwonersequivalenten) haar planning maakte. Ze testen momenteel een volledig nieuw concept voor de AERZEN blowertechniek, de AERsmart besturingscombinatie.
Het moderniseringswerk van de installatie begon in 2013. Aangesloten zijn de burgers van de regio Rheda-Wiedenbrück, evenals Duitslands grootste varkensslachterij. Een doelstelling van het project was om de biologie efficiënter te voorzien van lucht, niet alleen door de vervanging van oude beluchtingselementen door nieuwe, maar ook door deze 30 cm dieper op de bodem van de beluchtingsbekkens te installeren. "Voor het gezamenlijk oppervlak van de zes bekkens konden we ons verwerkingsvolume verhogen met enkele honderden kubieke meters", legt afvalwatermanager Hendrik Wulfhorst uit. Evenwel betekent een winst van 30 cm ruimte een verhoging van de systeemdruk van 30 mbar, die derhalve in rekening moest worden gebracht voor het ontwerp van de blowertechniek.
Vóór de modernisering van de installatie werd de biologie voorzien van een hoge overmaat aan zuurstof in de bekkens, in het bijzonder om afdoende de fluctuaties in toevoerwaarden voor de slachterij te dekken. Tenslotte was, tezamen met de opdracht van het verminderen van de operationele kosten en van de gekoppelde CO₂-emissie, een duidelijk doel van het project om in de toekomst de beluchting van de bekkens aanzienlijk nauwer te doen aansluiten op de flucturende afvalwaterbelasting en het daaruit volgende zuurstofverbruik. Dit impliceerde in de eerste stap de behoeftengeoriënteerde snelheidscontrole van alle vier de blowerunits, gemaakt door AERZEN.
De gewenste waarden worden gegenereerd door de PLC (programmable logic controller) van de meetgegevens in het afvalwater - hoofdzakelijk in de vorm van ammonium- en nitraatconcentraties. Er is bovendien een intelligente regeling van de diafragma-afsluiters. Ze sluiten traag wanneer de vereiste zuurstofverzadiging in het water van het overeenkomstige bekken bereikt is. Om te vermijden dat dit sluiten leidt tot een hogere druk - en dus ook grotere weerstand - in de leiding, vermindert de PLC de streefdruk. "Anders zouden we energie vernietigen door de diafragma-afsluiters, gezien bij een constante drukregeling de blowers moeten werken tegen het drukverlies veroorzaakt door de diafragma-afsluiters. Met een glijdende drukcontrole regelen we nu aanzienlijk intelligenter en efficiënter", verduidelijkt Markus Haverkamp, projectingenieur van het ondersteunende planningsbedrijf Aquaconsult. Voor de basisbelating van de biologie, die alternerend een kringloop van beluchteen niet-beluchte bekkens vormen met drie zuiveringsfases, koos het ingenieursbureau in Hannover, dat belast was met planning en realisatie, onder andere een turboblower gemaakt door AERZEN.
Het type AT 150-0.8S-G5 realiseert een volumedebiet van 4.800 kubieke meter per uur met een nominale vermogen van de motor van 143 kW bij een aanzuigdruk van 1 bar en een einddruk tot 1,8 bar. Voor Cord Utermann, sales engineer bij AERZEN, zijn turboblowers klassieke vertegenwoordigers van energetisch geoptimaliseerde machines voor de basisbelasting, die permanent gedurende 24 uur moeten draaien binnen de parameters voor nominale waarden, gezien ze dan met hun grootste economisch rendement werken. "Zoals met bijna elke turbotechnologie zakt de energetische efficiëntie zodra de machines worden gebruikt in het bereik van partiële belasting", legt Utermann uit. Bijgevolg moeten concepten ontwikkeld worden met aandacht voor het energie-efficiënt zuiveren van vuilbelasting, waarbij tijdens de dag de belasting varieert van hoog naar laag. Voor een optimale energie-efficiëntie in een rioolwaterzuiveringsinstallatie betekent deze benadering dat de luchtbehoefte die deze van de basisbelasting overschrijdt, gedekt moet worden door verdringermachines zoals de draaizuigerblowers en draaizuigercompressoren. Ze zijn sterk in hoge regelbereiken tussen 25% en 100% en hebben een goede efficiëntie, ook bij werking met partiële belasting. Daarom zijn twee AERZEN-aggregaten, van het type Delta Hybrid (D 62 S) en één Delta Blower (GM 80 L) ook onderdeel van het samengesteld systeem in de rioolwaterzuiveringsinstallatie in Rheda-Wiedenbrück.
AERZEN ontwikkelde de AERsmart zodat dit kwartet niet alleen de nodige zuurstofbehoefte dekt voor de beluchtingstanks met een veilig proces, maar ook het vereiste luchtvolume genereert in het samengesteld systeem, op de energetisch meest efficiënte manier. Volgens Cord Utermann bestaat "de hoge kunst van regeltechniek erin om overgangen tussen de overlappende gebieden zo geleidelijk mogelijk en zo energie-efficiënt mogelijk te maken voor elke belasting, d.w.z. om de verschillende machines in de combinatie steeds helemaal optimaal te laten werken". Dit wordt volgens Markus Haverkamp bereikt door "elke belasting te laten overeenstemmen met de reële behoefte". Dit "vereist altijd opwaartse en neerwaartse pieken". Omdat er in de rioolwaterzuiveringsinstallatie in Rheda-Wiedenbrück drie verschillende machines met uiteenlopende werkbereiken en -efficiënties worden toegepast, moet hun werking zodanig gecoördineerd worden "dat het aantal omschakeloperaties zo laag mogelijk is. Omdat het permanente aan- en uitschakelen slijtage zou doen toenemen", legt de projectingenieur van Aquaconsult uit. "Een efficiënte luchtdistributie tussen de beluchtingstanks (glijdende drukregeling, indringen van belastingen zoals NH₄-N, hoeveelheid water, enz.) en de efficiënte machinekeuze zijn nodig voor een optimale totale efficiëntie. Dit wordt gerealiseerd door de nieuwe regeling van AERZEN".
De zuurstofbehoefte in de drie zuiveringsfases is de basis voor de optimalisatie van de regeling met de AERsmart. De indexen worden verwerkt door de centrale PLC van de installatie en de resulterende doeldruk wordt overgedragen door de Profibus van de blowerregeling. AERsmart zorgt dan voor de optimaal energiebesparende gecombineerde werking van de vier aggregaten. "De hier gebruikte turboblower heeft, bijvoorbeeld, de hoogste efficiëntie bij een capaciteit van 83 procent", legt Cord Utermann uit. Indien de luchtbehoefte deze waarde overschrijdt, kan het efficiënter zijn om de machine voor de basisbelasting volledig uit te schakelen en om de relatief lage luchtbehoefte te dekken door beide Delta Hybrid machines. "Het kan onze bacteriën niet schelen waar de zuurstof vandaan komt", zegt Hendrik Wulfhorst glimlachend. Maar de manager van de rioolwaterzuiveringsinstallatie wijst erop dat de blowertechnologie werd gepland in de aanloop naar de modernisering, zodat het rendement van de turboblower voldoende zou moeten zijn voor de 'normale' dagelijkse behoefte.
Als tussentijds resultaat zou de rioolwaterzuiveringsinstallatie in Rheda-Wiedenbrück ongeveer 30 procent energie besparen in de biologie, met de energetische geoptimaliseerde blowers en een relatief eenvoudige procesregeling die nauwer gekoppeld is aan de overheersende reële waarden. AERsmart levert verder vijf tot acht procent, dankzij de optimalisatie op blowerniveau. De veldtest in de rioolwaterzuiveringsinstallatie zal aantonen hoeveel dit zal zijn bij een langere werkingsfase. Rheda-Wiedenbrück is de eerste rioolwaterinstallatie in Duitsland die de AERsmart in reële omstandigheden test. "We hebben de toepassing ter plaatse nodig gezien we alleen op locatie de complexe verbanden van een rioolwaterzuiveringsinstallatie kunnen onderkennen; dit kan niet gereproduceerd worden op een testbank. Dit is de reden waarom de intense samenwerking met onze klanten zo belangrijk is, gezien enkel deze werkwijze ons een goede toepassingsreferentie biedt voor toekomstgeoriënteerde ontwikkelingen", vat Cord Utermann samen.
