Artikel til Spildevandsteknisk Tidsskrift

Titel: Online-styring på Vejen Renseanlæg

Figur 1: Vejen Renseanlæg

Hvordan startede det

Vejen Kommune besluttede i 2002 sammen med Envicare og BVE at starte et udviklingsprojekt med emnet ”Online-styring med simple målinger”.

Styringen blev indført med det formål, at reducere driftsomkostninger til N- og P-fjernelse på Vejen renseanlæg. Forud for denne beslutning blev der gennemført et projekt for at  klarlægge massebalancen gennem anlægget og med at vurdere kapaciteten af anlægget og potentialet ved online-styring. Det var allerede fra starten klart, at der ikke kunne forventes en forbering af afløbsresultaterne, da både P- og N-fjernelsen allerede kører tilfredstillende. Forbedringen er derfor målrettet til at reducere driftsudgifterne og evt. stabilisere driften ved belastningsvariationer.

Massebalancen afdækkede, at der er i perioder er ledig kapacitet i luftningstanken, og at den biologiske P-fjernelse i perioder er ustabil.

Vejen renseanlæg

Vejen renseanlæg er i middel belastet med ca. 17.000 PE og har en kapacitet på ca. 24.000 PE. Anlægget er opbygget i to parallelle linier med aktiv slam. Anlægget er opbygget med 4 anaerobe bio-P tanke efterfulgt af 2 linier med procestankene. Disse er opbygget som 2 tanke med ringformede opdelinger i en anaerob centertank, en ringformet anoxisk DN-tank og en ringformet luftningstank yderst. N-fjernelsen er designet til at skulle ske ved recirkulation mellem luftningstanken og DN-tanken. Luftningen sker via 4 kapselblæsere – 2 til hver linie.

Hvad er investeret

I alt er der investeret ca. 90.000 kr i udstyr, der direkte er relateret til online-styringen. Anlægget har i samme periode fået nyt SRO-system, og har flyttet målere pga. af en større ombygning til nyt slambehandlingsanlæg, disse udgifter er ikke medregnet hertil.

Udviklingen af styrealgoritmer, programmering, indkøring og indlæring af personalet har kostet ca. 180.000. Hertil kommer indkøb af software og opgradering af PLC-udstyr, der ikke er relateret direkte til indføring af online-styring.

Figur 2: Placering af målere i procestanken

Hvordan virker det

I procestankene er iltmålere, Redox-målere og ammoniummålere benyttet til at styre N-fjernelsen.  Styringen sker ud fra en overordnet filosofi om, at styringen til en hver tid kan indstilles til den aktuelle belastning, således at ”spildtid” undgås. Spildtid er f.eks. tid, hvor der beluftes i procestanken selv om der ikke er målbart ammonium til stede, eller DN-drift i en tank, hvor der ikke er nitrat tilstede. Samtidigt undgås at der recirkuleres nitrat til DN-tanken i de perioder, hvor kvælstoffjernelsen kan foregå alene i luftningstanken ved intermitterende beluftning. Dette giver bedre vilkår for en mulig biologisk P-fjernelse i den tidligere DN-tank, der nu sjældent tilføres nitrat. Selv om styringen ikke direkte er indrettet på at optimere P-fjernelsen, har det vist sig at den biologiske P-fjernelse virker helt efter hensigten og der doseres ikke fældningskemikalier.

For at styre disse mange ting er det valgt at opdele styringen i 3 styreformer alt efter den aktuelle processituation. Processituation er resultatet af belastningen og aktiviteten i det biologiske slam, og ændres konstant over døgnet pga. den almindelige døgnvariation og i tilfælde af tilførsler af ekstern slam, regnhændelser og temperaturskift.

Bio-P optimering

Frigørelse af VFA (letomsætteligt organisk stof) under ilt og nitriatfrie forhold er afgørende for at en bio-P proces kan fungere. Vejen renseanlæg har arbejdet meget med at optimere dannelsen af VFA ved hydrolyseprocesser, og har derved allerede opnået en forbedring af bio-P-fjernelse. Indførelse af online-styringen forventes at stabilisere denne proces yderligere, da der nu ikke længere tilbageføres nitrat i returslammet, og da den tidligere DN-tank nu kan inddrages som bio-P-volumen. Bio-P optimeringen er igangsat før selve online-styringen, og det er endnu for tidligt at konstatere om bio-P-fjernelsen er yderligere forbedret ved onlinestyringen.

Setpunktsstyring

Styringen benytter en dynamisk setpunktsstyring, hvor iltsetpunktet konstant korrigeres ud fra den aktuelle måling af ammonium. Derved opnås flere fordele:

- Ved afslutningen af en luftningsfase er der kun lidt ilt i procestanken og den kan hurtigt omstilles til DN-drift.

- Der er kun lidt ilt i returslammet fra efterklaringstankene, hvilket er godt for bio-P-processen i de anaerobe tanke.

- Et lavt iltsetpunkt giver desuden den direkte fordel, at der skal bruges mindre energi til beluftningen, da iltoverførslen bliver mere effektiv. Der kan f.eks. spares 25 % af luftmængden ved at sænke iltsetpunktet fra 3 mg/l til 1 mg/l. Det er dog vigtigt at iltsetpunktet bliver hævet i tilfælde af højere belastning og derfor skal iltsetpunktet være dynamisk.

Setpunktstyringen kan til en hver tid korrigeres af driftspersonalet, der ligeledes kan vælge at køre met et helt fast iltsetpunkt.

Hvad er opnået?

Opgørelse af energiforbruget til beluftning siden igangsætning af styringen viser at energiforbruget er faldet mellem med over 30 % i perioder og med 20 % for hele perioden som helhed. I perioden er dog også medtaget juli måned, hvor manglende kalibrering af ammoniummåleren betød at beluftningen brugte lige så meget energi som uden online-styring. Dette understreger vigtigheden af at have et system, der har en sikker drift i tilfælde af udstyrsfejl, og viser at det er vigtigt at holde øje med målesystemerne med faste intervaller.

Figur 3: Energiforbrug til kapselblæsere i forhold til vandmængde.

En opgørelse af energiforbruget i perioden siden start af online-styringen viser, at der bliver sparet mellem 20% og 35% af  kWh til beluftning eller ca. 60.000 kWh/år. 

Recirkulation

Da en vigtig del af styringen omfatter en omlægning fra recirkulationsdrift til intermitterende drift er energiforbruget til recirkulationspumperne faldet kraftigt. Der er ikke nogen separat måling heraf, men opgørelse af driftstimer fra perioden før til perioden efter viser at pumperne kører under 5 % af den tidligere drift, hvor pumperne kørte konstant. Disse pumper har et skønnet forbrug på ca. 80.000 kWh/år.

Afløbsresultater

Parameter i udløb	Maj 2003	Juni 2003	Maj 2004	Juni 2004
Vandmængde m3/md	155164	144949	173444	180397
COD mg/l	28	24	20	25
Total-N mg/l	1,58	1,50	1,73	1,43
NH4-N mg/l	0,99	0,12	0,31	0,26
NO3-N mg/l	0,30	0,61	0,13	0,04
Total-P mg/l	0,60	0,62	0,67	0,58

Stødbelastning giver de fleste renseanlæg problemer. For at kunne håndtere en stødbelastning skal et renseanlæg uden online-styring populært sagt hele tiden være forberedt med tilstrækkelig kapacitet og beluftning til at kunne håndtere et stød i belastningen. Det er desværre ikke den bedste driftsform til at behandle spildevand i normalsituationen, som der jo er mest af. Analyseresultater på prøver taget i renseanlæggets udløb viser, at der ikke er problemer med at holde de meget fine afløbsresultater som Vejen renseanlæg havde også før onlinestyringen blev etableret.

Figur 4: Eksempel på kurvebilleder, med målinger af ilt, redox og NH4.

Figur 4 viser, hvorledes luftningsperioder og iltsetpunkt tilpasses en stødbelastning, der i dette tilfælde skyldes en regnhændelse.

Fremtiden

Etableringen af en online-styring i Vejen giver ikke kun en forbedret drift og forbedret driftøkonomi, den vil også give driftspersonalet en (endnu) bedre procesforståelse. Det er yderst værdifuldt, når personalet skal kunne vurdere f.eks. hændelser, der påvirker driften af renseanlægget.

Den optimerede drift af renseanlægget forventes desuden at kunne stabilisere anlæggets drift til bedre at kunne håndtere regnhændelser og evt. en fremtidig forøget belastning i takt med den igangværende renovering af hele spildevandsbehandlingen. Der er planlagt nedlæggelse af størstedelen af kommunens mindre renseanlæg, og dette vil betyde en forøgelse af belastningen på Vejen renseanlæg.