Analyse und Optimierung eines kombiniert pneumatisch – hydraulischen Abwasserfördersystems für lange Druckleitungen für 10.000-15.000 Einwohnerwerte anhand eines Fallbeispiels

Abstract

Mit April 2018 nahm das neu errichtete Abwasserpumpsystem der Marktgemeinden Atzenbrugg und Zwentendorf seinen Betrieb auf. Herzstück der Anlage ist das kombiniert pneumatisch-hydraulisch betriebene Hauptpumpwerk in Dürnrohr. Dieses fördert bis zu 360 m/h über eine 13 km lange Druckleitung zur Verbandskläranlage des Abwasserverbandes „An der Traisen“. Seit April 2018 arbeitet die Anlage im Vollausbau. Nach einer kurzen Testphase startete eine Optimierungsphase. Da ein vergleichbares System in Österreich noch nicht existiert, ist es von Interesse, die in dieser Phase gesetzten Schritte wissenschaftlich zu dokumentieren und auszuwerten. Die vorliegende Arbeit soll dies für den Systemteil Hauptpumpwerk bis Kläranlage realisieren. Eine Literaturrecherche betreffend verschiedener Abwasserpumpsysteme zeigt, dass es keine dokumentierten Erfahrungswerte kombiniert pneumatisch-hydraulischer Abwasserpumpstationen in dieser Größenordnung gibt. Es werden die Kennzahlen Durchfluss, Druck, volumensbezogener und spezifischer Stromver-brauch nach DWA 216 (2015) sowie H2Sg-Konnzentration festgelegt, um den Erflog der Optimierungsschritte zu beurteilen. Hierfür wird ein R-Code erstellt, der es ermöglicht, die Kennzahlen aus den umfassenden Rohdaten des Anlagenarchives zu berechnen. Durch die Diskussion verschiedener Betriebsfälle kann ein volumensbezogener Stromverbrauch von 0,50 kWh/m bei vorrangig pneumatischem Betrieb und Trockenwetter angegeben werden. Dieser enthält eine Druckluftspülung der Leitung in mindestens zweitägigen Intervallen. Die untersuchten Betriebsweisen führen zu keiner biogenen Schwefelwasserstoffbildung in der betrachteten Druckleitung. Es wird gezeigt, dass durch die Modifizierung des Systems durch die Aktivierung der druckabhängigen Kompressorlaufzeit zur Entleerung eines Förderkessels, sowie durch wasserstandsabhängigen Betrieb der pneumatischen Anlage bei Schwachlast und bei vorrangig pneumatischem Betrieb, eine Reduktion des Energiebedarfes bis zu 40 % bewirkt wird. Weiters kann nachgewiesen werden, dass selbst abseits des Volllastfalles eine Reduktion des Stromverbrauches durch den Einsatz von Entlüftungsventilen erfolgt. Da die gesamte Optimierungsphase ein über mehrere Jahre andauernder, iterativer Prozess ist, können am Ende dieser Arbeit Empfehlungen für das weitere Vorgehen in der Optimierungsphase sowie Verbesserungsvorschläge gegeben werden.

In April 2018, the newly built wastewater pumping system of the municipalities of Atzenbrugg and Zwentendorf started operating. The main pumping station, which is situated in Dürnrohr, is the heart of the sewage system. It conveys a flow rate of up to 360 m/h via a 13 km long pressure pipe to the sewage treatment plant of the waste water board “An der Traisen”. Since April 2018 the pumping station is working at full capacity. Following a short pilot run, an optimization phase started. Since a similar system doesnt yet exist in Austria, it is of interest to document and evaluate the steps taken in this phase scientifically. The present thesis should achieve this by assessing at the subsystem main pumping station to sewage treatment plant. A literature review on various wastewater pumping systems shows, that there is no documented experience of combined pneumatic-hydraulic driven wastewater pumping stations at this scale. The optimisation steps are evaluated by comparing the key figures, flow, pressure, relative and specific power consumption as well as H2Sg-concentration. Therefore, an R code is programmed to calculate the key figures from the comprehensive raw data given by the PLC archive. By discussion of different operating conditions, a relative power consumption of 0.50 kWh/m can be achieved in primary pneumatic operation at dry-weather, containing a compressed air-flushing of pressure sewers on a two-day interval. The investigated operating conditions do not effect formation of biogenic hydrogen sulphide in the observed pressure line. Modifying the system by activating the pressure-dependent compressor runtime function and the water level dependent control of the pneumatic pumps at off peak load, the energy consumption can be reduced by 40 % in primary pneumatic operation. Furthermore, the reduction of power consumption through the use of vent valves can be proven even at partial load. Since the entire optimization phase is a process that runs over several years, recommendations and suggestions for improvement can be given at the end of this work for the optimization phase.