Fuzzy-Technik
Fuzzy-Regelungen im Abwasserbereich sind noch wenig verbreitet, haben jedoch gegenüber konventioneller Regelungen einige bedeutsame Vorteile. Fuzzy-Regeln beruhen auf eine "verbale" Programmiersprache (das Glas ist halb leer, das Glas ist halb voll…)
Fuzzy kann viele Messgrößen verarbeiten und daraus 1 Stellgröße generieren. Es ergibt sich daraus ein mehrdimensionales Kennfeld.
Mehrdimensionales Kennfeld für eine Fuzzy-Regelung auf der Kläranlage in Rheine.
Bisherige Projekte im Bereich neuartige Steuer- und Regeltechnik im Projektverbund TBR Technische Betriebe Rheine (D), Waterschap Vechtstromen, Almeleo (NL) und INFA-ISFM Institut e.V., Ahlen (D)
„Einsatz von Fuzzy-Logik in Belebungsstufen“
Wesentliche Projektinhalte
- 2-straßige Fahrweise der Biologie
- Erhöhung der Prozessstabilität
- Aufzeigen von Energieeinsparpotenzialen
Projektpartner
- TBR Rheine
- Waterschap Regge en Dinkel
- INFA-ISFM e.V.
Projektdauer
• 1997 bis 2000
Projektkosten alle Projektpartner
• 495.500 ECU
Projektkosten der TBR Rheine
• 98.550 ECU
Förderquote
• 78 %
Projektbeschreibung
Im Rahmen des von der EUREGIO geförderten Forschungsprojektes wurden auf der Kläranlage Rheine und auf der Kläranlage Nijverdal mit Hilfe der Fuzzy-Logik Technik im Bereich der biologischen Abwasserreinigung Optimierungen hinsichtlich des Energiebedarfs und der Prozessstabilität vorgenommen.
Zur Durchführung des Projektes wurde auf beiden Kläranlagen ein Abwasserteilstrom über ein vom Rest der Anlage abgekoppeltes Belebungs- und Nachklärbecken gefahren, so dass mit einer Untersuchungs- (Fuzzy-Logik Regelung) und einer Referenzstraße (konventionelle Regelung) ein wirklichkeitsgetreuer Aufbau gegeben war, der eine direkte Bewertung der Prozessstabilität und des Energieverbrauchs ermöglichte.
Bei beiden Kläranlagen dienten als Eingangsgrößen online gemessene Ammoniumstickstoff-, Nitratstickstoff- und Sauerstoffkonzentrationen, die mit Hilfe einer Regelvorschrift – überwiegend basierend auf der Fuzzy-Logik – verarbeitet wurden. Der Schwerpunkt lag bei der Eliminierung der Stickstoffverbindungen.
Die wesentlichen Ergebnisse der beiden großtechnischen Versuche sind:
• Erhöhung der Prozessstabilität
• Energieeinsparungen zwischen 5 und 35 %
• Möglichkeit zur Erklärung geringerer Einleitwerte und somit Reduzierung der Abwasserabgabe um 20 %
• Gezieltere und höhere Auslastung der Anlagenkapazitäten durch erhöhte Prozesstransparenz
• Fuzzy-Logik als funktionelles und für den Einsatz in der Abwasserpraxis geeignetes Werkzeug
Basierend auf den Versuchsergebnissen wurde ein Handbuch zum Einsatz dieser Technik in biologischen Belebungsstufen mit Aussagen zum Einsatzbereich, zu technischen sowie finanziellen Rahmenbedingungen, Vorgehensweise bei der Umsetzung, etc. erstellt.
Förderhinweis
Das beschriebene Projekt wurde mit Fördermitteln der Europäischen Union sowie der Wirtschaftsministerien der Niederlande und des Bundeslandes Nordrhein-Westfalen finanziert.
„Einführung und Erprobung der Fuzzy-Logik-Technologie auf den Abwasserreinigungsanlagen Rheine-Nord und Nijverdal“
Wesentliche Projektinhalte
• Ausstattung der gesamten Kläranlage mit Fuzzy-Logik
Projektpartner
• TBR Rheine
• Waterschap Regge en Dinkel
• INFA-ISFM e.V.
Projektdauer
• 2004 bis 2008
Projektkosten alle Projektpartner
• 980.650 €
Projektkosten der TBR Rheine
• 510.350 €
Förderquote
• 80 %
Projektbeschreibung
Die durchgeführten Untersuchungen haben, insbesondere vor dem Hintergrund steigender Energiepreise und wachsender Umweltanforderungen an die Abwasserreinigung, ein enormes Potenzial für den Einsatz von Fuzzy-Logik aufgezeigt.
Insbesondere bei den biologischen Abbauvorgängen, bei denen eine Vielzahl von Einflussgrößen den Prozess bestimmt, konnten sehr gute Erfolge durch die Steuerungs- und Regelungstechnik erzielt werden.
Auf den beiden Abwasserreinigungsanlagen konnte der Stromverbrauch bei gleichen Ablaufwerten in der Summe um etwa 370.000 kWh pro Jahr gesenkt werden.
Neben den reinen Kosteneinsparungen konnten auch stabilere Ablaufwerte durch die optimierte Belüftungsregelung, aber auch durch die Einbeziehung von vorgeschalteten Regenüberlaufbecken und die Einführung eines Trübwassermanagements erzielt werden. So wurden die Ablaufkonzentrationsspitzen insbesondere bei Regenereignissen teilweise deutlich reduziert.
Durch die neue Regelung im Bereich der P-Elimination konnte die in Rheine pro Jahr benötigte Fällmittelmenge um etwa 20 % reduziert werden, was mit einer Kosteneinsparung sowie einer Reduzierung der zu entsorgenden Schlammmenge einher ging. Durch die erzielten Energieeinsparungen konnte eine Reduktion des Klimagases Kohlendioxid (CO2) von jährlich insgesamt ca. 220 t erzielt werden.
Förderhinweis
Das beschriebene Projekt wurde mit Fördermitteln der Europäischen Union sowie der Wirtschaftsministerien der Niederlande und des Bundeslandes Nordrhein-Westfalen finanziert.
„Einführung einer Fuzzy-gestützten Abwassersystembewirtschaftung der Technischen Betriebe Rheine und der Gemeinde Oldenzaal“
Wesentliche Projektinhalte
• Ausweitung der Regelungstechnik auf die Kanalisation
• Aufbau einer integralen Steuerung
Projektpartner
• TBR Rheine
• Waterschap Vechtstromen
• Gemeinde Oldenzaal
• INFA-ISFM e.V.
Projektdauer
• 2009 bis 2014
Projektkosten alle Projektpartner
• 899.800 €
Projektkosten der TBR Rheine
• 289.800 €
Förderquote
• 62 %
Projektbeschreibung
Innerhalb des bisher letzten abgeschlossenen Projektes erfolgte eine Implementierung von integrierten Kanalnetz-Kläranlagen-Regelungen bei den TBR Rheine sowie bei der Gemeinde Oldenzaal. Weiterhin wurde die Kläranlage Oldenzaal (Waterschap Vechtstromen) mit einer Fuzzy-Regelung ausgestattet.
Das übergreifende Regelungssystem führt dabei zu einem verbesserten Gewässerschutz, einer Verringerung des Energiebedarfs und einer damit verbundenen Reduzierung der CO2-Emissionen.
Zusammenfassend kann für beide Regelungen festgehalten werden, dass die Systeme sowohl in Deutschland als auch in den Niederlanden äußerst zuverlässig arbeiten. Dies belegt u. a. die Tatsache, dass seit Inbetriebnahme der Regelungen diese nur in begründeten Ausnahmefällen deaktiviert wurden.
Die Gewässeremissionen konnten bei größeren Regenereignissen deutlich reduziert werden. Für die Kläranlagenablaufwerte kann festgehalten werden, dass die Stickstoffkonzentrationen durch die Steuerungstechnik um weitere 6 % verringert werden konnten.
Durch das durchgeführte Projekt wurde ein ganzheitlicher Ansatz beim Betrieb von Abwassersystemen zwischen deutschen und niederländischen Partnern realisiert.
Förderhinweis
Das beschriebene Projekt wurde mit Fördermitteln der Europäischen Union sowie des Wirtschaftsministeriums des Bundeslandes Nordrhein-Westfalen und der Provincie Overijssel finanziert.
„Energieneutrale Mikroschadstoffeliminierung (MIKRO)“
Wesentliche Projektinhalte
• Ausbau und Nutzung der implementierten Regelungstechnik zur Elimination von Mikroschadstoffen
• Nutzung von Energieeinsparpotenzialen zur Elimination der Mikroschadstoffe
Projektpartner
• InnoteCONTROL
• Moekotte
• TBR Rheine
• Waterschap Verchtstromen
• INFA-ISFM e.V.
Projektdauer
• 2016 bis 2020
Projektkosten alle Projektpartner
• 1.297.550 €
Projektkosten der TBR Rheine
• 353.500,00 €
Förderquote
• 75 %
Projektbeschreibung
Im Rahmen des aktuellen Projektes „Energieneutrale Mikroschadstoffeliminierung“ kurz: MIKRO, sollen nun durch die bestehenden intelligenten Abwassersystemsteuerungen zum einen die Einleitungen von Mikroschadstoffen reduziert und zum anderen der erhöhte Energiebedarf für die Mikroschadstoffelimination auf den Kläranlagen durch Verbesserungsmaßnahmen im Bereich der Energieeffizienz ausgeglichen werden.
In dem Projekt werden am Beispiel der Abwassersysteme in Emmen und Rheine entsprechende Steuerungen durch die Projektpartner entwickelt und großtechnisch umgesetzt.
Mit dem Projekt möchten die Abwasserbetriebe Waterschap Vechtstromen (NL) und die Technische Betriebe Rheine (D) gemeinsam mit ihren Projektpartner, dem Institut für Abfall, Abwasser, Site und Facility Management (INFA) an der Fachhochschule Münster (D) sowie den Firmen Moekotte Engineering und Installation (NL) und InnotecControl GmbH (D) einen Beitrag zum landesübergreifenden Gewässerschutz leisten.
Förderhinweis
Das beschriebene Projekt wird durch den europäischen Fond für regionale Entwicklung, das niederländische Wirtschaftsministerium, die Provinz Overijssel sowie das Wirtschaftsministerium des Landes NRW im Rahmen des Interreg-Programms gefördert.
Weiterführende Links