Ein neuartiger Ansatz für die Abwasserbehandlung wurde entwickelt, der Effizienz und Nachhaltigkeit verbessern soll. Im Forschungsprojekt ULTIMATE haben wir zusammen mit Novonesis und Kalundborg Forsynin ein System vorgestellt, das eine gemeinsame Steuerung für zwei miteinander verbundenen Kläranlagen ermöglicht. Ziel ist es, eine energieeffiziente und umweltfreundliche Lösung zu schaffen.
Das sogenannte Joint Control System (JCS) ermöglicht eine koordinierte Betriebsweise einer industriellen und einer kommunalen Kläranlage. Die industrielle Kläranlage leitet vorbehandeltes Abwasser aus der Biotech-Industrie in die kommunale Kläranlage, die zusätzlich auch kommunales Abwasser behandelt. Durch den Datenaustausch optimiert das JCS die Abwasserbehandlungsprozesse der kommunalen Kläranlage. Insbesondere verbessert es die Effizienz des Belüftungsprozesses, indem es Stickstoffbelastungen aus der industriellen Kläranlage, einen entscheidenden Parameter für die Steuerung der Intensität der Belüftung, präzise vorhersagt. Eine unzureichende Kontrolle dieses Parameters kann erhebliche Umweltrisiken mit sich bringen.
Zur Steuerung der Stickstoffentfernung wurde eine prädiktive Gleichung entwickelt, die Stickstoffbelastungen abschätzt und so die Belüftung in der kommunalen Kläranlage bedarfsgerecht steuert. Das JCS ermöglicht also eine Frühwarnung bezüglicher hoher Stickstofffrachten und somit eine bedarfsgerechte Belüftung mit dem Ziel eine Überbelüftung zu vermeiden. Darüber hinaus wurden mittels Modellierung Funktionen für die Bestimmung der Sauerstoff-Set-Points in Abhängigkeit der Stickstoffbelastung bestimmt, um das System zu optimieren, die Sauerstoffzufuhr in die Belebungsbecken präzise zu steuern und die Stickstoffentfernung zu verbessern.
Experimentelle Tests zeigten beeindruckende Ergebnisse: Die Stickstoffkonzentration im Ablauf der kommunalen Kläranlage wurde um 50 % reduziert, und der Gesamtenergieverbrauch der kommunalen Kläranlage pro Kilogramm entferntem Stickstoff sank um 15 %. Die Energieeffizienz bei der Stickstoffentfernung stieg insgesamt um 18 %.
Unsere Studie unterstreicht die Bedeutung von kollaborativen Ansätzen und datenbasierten Technologien bei der Bewältigung ökologischer Herausforderungen. Weitere Forschung ist notwendig, um die langfristige Leistung unter wechselnden und extremen Bedingungen zu validieren. Dennoch weisen die Ergebnisse auf einen vielversprechenden Weg hin, um moderne Abwasserbehandlungsmethoden weiterzuentwickeln.
KWB-Autoren
