Se é necessário proceder à modernização das estações de tratamento de águas residuais, a cada vez maior redução dos valores limite de amónio, nitratos e fosfatos está na base das decisões de investimento. No que diz respeito ao orçamento, tendo em conta a proteção do clima e as finanças, compensa incluir a eficiência energética nos planos. Tendo em conta que só o fornecimento de ar da aeração geralmente corresponde a mais de 70% dos custos de funcionamento nesta área, rapidamente se torna evidente de que forma as melhorias de eficiência são compensatórias especialmente aqui - e com elevado retorno nos períodos de investimento. Foi precisamente desta forma que foi planeada a estação de tratamento de águas residuais de Rheda-Wiedenbrück (equivalente de população de 326 000). Atualmente estão a testar um conceito de controlo totalmente novo para a tecnologia de sobrepressor, a combinação de controlo AERsmart.
Em 2013, arrancaram os trabalhos de modernização da estação de tratamento de águas residuais. Encontram-se ligados a esta os cidadãos da região de Rheda-Wiedenbrück bem como o maior matadouro de suínos da Alemanha. Um dos objetivos do projeto era fornecer a biologia de forma mais eficiente com ar, não só substituindo as anteriores grelhas de ventilação por novas, como também instalando-as a uma profundidade 30 cm superior no solo dos tanques de aeração. "Tendo em conta a superfície das seis bacias, aumentaríamos o nosso volume de processamento em diversas centenas de metros cúbicos", explica o gestor de águas residuais Hendrik Wulfhorst. No entanto, subsequentemente, o ganho de 30 cm significa um aumento da pressão do sistema em 30 mbar, que tinham de ser correspondentemente levados em consideração na conceção da nova tecnologia de sobrepressor.
Antes da modernização da central, a biologia era gerida com excesso de oxigénio nas bacias, em particular para abranger de forma segura as flutuações relativas aos valores de entrada do matadouro. Por último, de modo a reduzir os custos de funcionamento e as emissões de CO2 associadas, um objetivo claro do projeto era associar no futuro as bacias de aeração consideravelmente mais perto da carga flutuante de águas residuais e o consequente consumo de oxigénio. Isto implicava no primeiro passo a regulação da velocidade, de acordo com as necessidades, dos quatro sobrepressores fabricados pela AERZEN.
Os valores de ponto de regulação são gerados pelo PLC (controlador lógico programável) a partir dos dados medidos de águas residuais - principalmente sob a forma de concentrações de amónio e nitratos. Além do mais, existe um comando inteligente das válvulas de regulação de diafragma. Fecham lentamente, quando é atingida a necessária saturação de oxigénio na água na bacia correspondente. Para evitar que este encerramento desencadeie uma pressão elevada - e consequentemente resistência - no tubo, paralelamente o PLC reduz a pressão alvo. "Caso contrário, destruiríamos a energia através das válvulas de regulação de diafragma, visto que com uma regulação constante da pressão os sobrepressores têm de trabalhar sob a perda de pressão provocada pelas válvulas de regulação de diafragma. Com um controlo de pressão deslizante, efetuamos agora a regulação de uma forma muito mais inteligente e eficiente", esclarece Markus Haverkamp, engenheiro de projeto da empresa de planeamento que presta apoio, a Aquaconsult. Para o abastecimento da carga base de biologia, que forma alternativamente um circuito de bacias ventiladas e não ventiladas com três fases de purificação, o gabinete de engenharia em Hannover responsável pelo planeamento e implementação selecionou, entre outros, um turbo fabricado pela AERZEN.
O modelo AT 150-0.8S-G5 alcança um caudal de 4800 metros cúbicos por hora com uma potência nominal de motor de 143 kW com uma pressão de aspiração de 1 bar e uma pressão final até 1,8 bar. Para Cord Utermann, engenheiro comercial da AERZEN, os turbos são representantes clássicos de máquinas de carga base com otimização de energia, que devem funcionar em permanência, 24 horas por dia, dentro dos parâmetros de valor nominal, pois assim são operados com a máxima eficiência energética. "Tal como com qualquer tecnologia de turbo, a eficiência energética cai assim que as máquinas são acionadas no intervalo de carga parcial", explica Utermann. Como consequência, é preciso desenvolver conceitos que se ocupem, de forma energeticamente eficiente, da limpeza das cargas de sujidade que durante o dia apresentam variações entre valores baixos e elevados. Para uma eficiência energética perfeita nas estações de tratamento de águas residuais, esta abordagem significa que os requisitos de ar, que excedam a carga base, têm de ser colmatados por máquinas de deslocamento tais como sobrepressores de êmbolos rotativos e compressores de êmbolos rotativos. Estes são fortes em intervalos de controlo elevados entre 25% e 100% e apresentam uma boa eficiência, também em funcionamento com carga parcial. Assim, dois agregados AERZEN tipo Delta Hybrid (D 62 S) e um Delta Blower (GM 80 L) fazem também parte do sistema composto na estação de tratamento de águas residuais de Rheda-Wiedenbrück.
A AERZEN desenvolveu o AERsmart para que este quarteto não satisfaça apenas o oxigénio necessário para os tanques de aeração através de um processo seguro, mas para que gere também no sistema composto o volume de ar necessário da forma energeticamente mais eficiente. De acordo com Cord Utermann, "a grande arte da engenharia de controlo é criar as transições entre as áreas operacionais sobrepostas da forma mais fluida possível e com a melhor eficiência energética possível para todas as cargas, isto é, para operar as diferentes máquinas da combinação sempre da forma ideal". Isto resulta em que "cada carga cumpra com as necessidades reais", de acordo com Markus Haverkamp. Isto "inclui sempre picos ascendentes e descendentes". Visto que na estação de tratamento de águas residuais de Rheda-Wiedenbrück são utilizadas três máquinas diferentes com diferentes intervalos de funcionamento e eficiências, o seu funcionamento tem de ser coordenado para que "o número de operações de comutação seja o menor possível. Caso contrário, o ligar e desligar constante criaria desgaste", revela o engenheiro do projeto da Aquaconsult. "Para garantir uma eficiência global ideal, é necessária uma distribuição eficiente de ar entre os tanques de aeração (controlo de pressão deslizante, intromissão de perturbações como por exemplo NH4-N, quantidade de água, etc.) e a escolha eficiente da máquina. Isto é conseguido através do novo comando da AERZEN."
A necessidade de oxigénio nas três fases de libertação é a base para a otimização do comando com o controlo AERsmart. Os índices são processados pelo PLC central da estação e a pressão resultante é transferida pelo Profibus para o controlo do sobrepressor. Depois, o AERsmart garante a combinação ideal de funcionamento dos quatro agregados, em termos de poupança energética. "O turbo aqui utilizado, por exemplo, tem máxima eficiência energética a uma capacidade de 83%", explica Cord Utermann. Caso o requisito de ar esteja abaixo deste valor, pode ser mais eficiente desligar completamente a máquina de carga base e fornecer o requisito de ar relativamente baixo através de ambas as máquinas Delta Hybrid. "As nossas bactérias não se preocupam de onde vem o ar", explica Hendrik Wulfhorst, a sorrir. Mas o diretor da estação de tratamento de águas residuais explica que a tecnologia de sobrepressor foi projetada na preparação da modernização, de tal modo que o desempenho do turbo seja suficiente para o requisito diário "normal".
Como resultado transitório, a estação de tratamento de águas residuais de Rheda-Wiedenbrück poderia poupar cerca de 30% de energia na biologia com sobrepressores mais eficientes em termos energéticos e um processo de controlo relativamente simples que esteja mais diretamente ligado aos valores atuais prevalecentes. O AERsmart garante mais cinco a oito por cento devido à otimização no nível do sobrepressor. O teste de campo na estação de tratamento de águas residuais permitirá provar qual será o valor numa fase de funcionamento mais longa. Rheda-Wiedenbrück é a primeira estação de tratamento de águas residuais na Alemanha a testar o AERsmart em condições reais. "Precisamos da aplicação no local visto que apenas podemos reconhecer ligações complexas da estação de tratamento de águas residuais no terreno; não é possível fazer a reprodução num banco de testes. É por este motivo que a cooperação intensiva com os nossos clientes é tão importante, visto que apenas este procedimento nos garante uma referência de aplicação próxima para desenvolvimentos orientados para o futuro", resume Cord Utermann.
