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Fallstudie

Optimierte H2S-Bekämpfungsdosierung in TasWater-Kläranlage

TasWaters Kläranlage Ti Tree Bend hatte anhaltende Geruchsprobleme und hohe Chemikalienkosten aufgrund ineffizienter Dosierung zur H₂S-Bekämpfung. Durch die Einführung einer automatisierten Dosierungssteuerung mit einem SulfiLoggerTM H2S-Sensor zur Echtzeitmessung in der Flüssigphase konnte die Anlage die Dosierrate dynamisch an die tatsächlichen H₂S-Werte anpassen. Dieser Ansatz optimierte den Chemikalienverbrauch und senkte die erwarteten jährlichen Kosten um bis zu 87 % bzw. 250.000 $.

Hintergrund
Die Steuerung der Schwefelwasserstoff-(H2S)-Dosierung in Abwasseranlagen ist eine komplexe Herausforderung, da es schwierig ist, die richtige Dosierungsrate für schwankende Sulfidbelastungen festzulegen. Herkömmliche Dosiermethoden sind oft statisch und passen sich nicht an Veränderungen des H2S-Gehalts an, was entweder zu einer Über- oder Unterdosierung führt. Eine Überdosierung verursacht unnötige Chemikalienkosten, während eine Unterdosierung die negativen Folgen von H2S, wie Korrosion der Kanalinfrastruktur, Gesundheitsrisiken für das Personal und anhaltende Geruchsprobleme, nicht verhindert.

Der H2S-Gehalt schwankt im Tagesverlauf durch Faktoren wie Durchflussmenge, Temperatur und organische Belastung. Ein dynamischer Dosierungsansatz ist daher optimal. Ohne Echtzeitanpassungen drohen übermäßiger Chemikalieneinsatz oder unwirksame Behandlung – beides führt zu Ineffizienz und höheren Betriebskosten. Eine intelligente, datengesteuerte Lösung ist erforderlich, um H2S-Schwankungen gezielt zu steuern.

Herausforderung
In der TasWater-Kläranlage Ti Tree Bend in Launceston, Tasmanien (Australien), wird Eisenchlorid (FeCl2) zur Fällung von Sulfiden (S2-) und Reduzierung der H2S-Gasfreisetzung dosiert. Bisher erfolgte die Dosierung flowgesteuert mit saisonal angepassten Sollwerten. Diese Methode berücksichtigte jedoch nicht die täglichen Schwankungen der Sulfidkonzentrationen, insbesondere in einem Mischwasserkanalsystem.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, benötigte Ti Tree Bend eine dynamischere und kosteneffizientere Dosierlösung. Der vorhandene H2S-Analysator erwies sich als unzuverlässig, da er häufige Wartung, aufwendige Kalibrierung und fehlerhafte Messwerte aufgrund von Filterproblemen erforderte. Diese Ineffizienzen führten zu unnötigem Chemikalienverbrauch und inkonstanter Geruchskontrolle.

Industrie

  • Abwasser

Geschäftsanforderungen

  • Reduzierter Chemikalienverbrauch
  • Vermeidung von H2S-bedingten Geruchsbelästigungen

Lösung

  • Sensorbasierte Dosierung von FeCl2 mittels kontinuierlicher H2S-Messung in der Flüssigphase

Vorteile

  • Bis zu 87 % geringere Chemikalien-kosten (geschätzte jährliche Einsparungen von bis zu 250.000 $)
  • Verbesserte Einhaltung von Umweltvorschriften
  • Keine Geruchsprobleme
  • Optimiertes Sulfid-Detektionssystem ohne Bedarf an reaktiver Wartung

Chemikalienverbrauch im Zeitverlauf

Das Graphen zeigt die Dosierungsraten der Chemikalien für den einjährigen Versuch in drei Dosierungsszenarien: durchflussgesteuerte Dosierung (orange), durchflussgesteuerte Dosierung mit Regenwasserkorrigierung (grau), und sensorgesteuerte Dosierung (gelb). Die optimale Dosierung schwankt täglich im Jahresverlauf und ist in den australischen Sommermonaten im Allgemeinen höher. Bei der sensorgesteuerten Dosierungsstrategie wurden das ganze Jahr über deutlich weniger Chemikalien eingesetzt.

Die beiden Graphen zeigen die Dosierungsraten der Chemikalien für die erste und die letzte Hälfte der einjährigen Studie unter Verwendung von drei Dosierungsszenarien: durchflussgesteuerte Dosierung (orange), durchflussgesteuerte Dosierung mit Regenwasserkorrigierung (grau), und sensorgesteuerte Dosierung (gelb). Die optimale Dosierung schwankt täglich im Jahresverlauf und ist in den australischen Sommermonaten im Allgemeinen höher. Bei der sensorgesteuerten Dosierungsstrategie wurden das ganze Jahr über deutlich weniger Chemikalien eingesetzt.

Lösung
Ein SulfiLoggerTM H2S-Sensor wurde am Einlass der Anlage installiert, stromabwärts sowohl des Einlasses der Hauptdruckleitung als auch des Dosierpunkts, um eine Echtzeitüberwachung des Sulfidgehalts zu ermöglichen. Er misst den Sulfidgehalt direkt in der Flüssigphase und speist die Daten in das SCADA-System der Anlage ein.

Dieses automatische Dosiersystem ermöglichte eine präzise Echtzeitsteuerung der Eisensalzdosierung in einem einjährigen Versuchszeitraum. Die tatsächliche Leistung der sensorgesteuerten Dosierung wurde mit zwei geschätzten Dosierungsszenarien verglichen, die darstellen, wie hoch der Chemikalienverbrauch und die Kosten bei herkömmlichen Dosierungsmethoden gewesen wären:

  1. Eine Strategie der durchflussgesteuerten Dosierung (Schätzung)
    Die Dosisleistung wurde proportional zu den Durchflussraten einer ansteigenden Hauptleitung eingestellt.
  2. Eine Strategie der durchflussgesteuerten Dosierung mit Regenwasserkorrigierung (Schätzung)
    Eine Variante der durchflussgesteuerten Strategie, bei der die Dosierung bei nassem Wetter und hohem Durchfluss abgeschaltet wurde
  3. Eine automatische, sensorgesteuerte Dosierungsstrategie (aktuell)
    Bei der die Dosierung in Echtzeit an die H2S-Sensormessungen angepasst wurde

Ergebnisse
Die Integration des SulfiLoggerTM H₂S-Sensors mit automatisierter Rückkopplungssteuerung optimierte den Chemikalienverbrauch, die Geruchskontrolle und die Betriebskosten erheblich. Durch die sensorgesteuerte Dosierung konnte der Eisenchloridverbrauch um 77 % im Vergleich zur Regnwasserkorrigierten Dosierung und um 87 % im Vergleich zur strikt durchflussgesteuerten Dosierung gesenkt werden.

Durch die Echtzeitüberwachung wurde auch eine genaue Dosierung sichergestellt, wodurch Geruchsbeschwerden wirksam verhindert und das Risiko einer H2S-induzierten Korrosion minimiert wurde. Während des gesamten einjährigen Versuchszeitraums gingen keine Geruchsbeschwerden von Anwohnern ein. Darüber hinaus vereinfachte der Sensor die Sulfiderkennung, was die Komplexität des Betriebs reduzierte und die Notwendigkeit einer reaktiven Wartung überflüssig machte.

Neben den Kosten- und Effizienzsteigerungen konnte durch die optimierte Dosierung auch der Bedarf an Chemikalien gesenkt werden, was die Umweltbelastung durch den Betrieb reduziert und gleichzeitig eine effektive Geruchskontrolle gewährleistet.

Geschätzte jährliche Chemikalienkosten

Die geschätzten jährlichen Kosten für die Chemikaliendosierung der drei verschiedenen Dosierungsstrategien zeigen ein geschätztes Einsparungspotenzial für die H₂S-sensorgesteuerte Methode von 77 % (123.500 $) pro Jahr im Vergleich zum Regenwasserkorrigierten Szenario und 87 % (250.000 $) pro Jahr im Vergleich zum Szenario mit Durchflusssteuerung.

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