Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Bei der Wärmeentnahme aus dem Abwasser mittels in die Kanalisation eingebauten Wärmeübertragern ist zu beachten, dass durch die Verschmutzung (Biofilmbildung) des Wärmeübertragers dessen Leistung bedeutend reduziert und die Rei-nigungsleistung einer nachgeschalteten Kläranlage unter Umständen beeinträchtigt werden kann.Die Untersuchung verschiedener baulicher und betrieblicher Massnahmen zur Verminderung der Biofilmbildung hat ergeben, dass- Kaltwalzen der für die Wärmeübertrager verwendeten Bleche eine bzgl. Verschmutzung günstige Oberflächenstruktur liefert- Beschichtungen die Verschmutzung herabsetzen können (Anwendungen in der Kanalisation sind allerdings nicht unter-sucht worden und die Signifikanz der Verbesserung ist unklar)- die gezielte Variation der Fliessgeschwindigkeit des Abwassers eine sehr effektive Massnahme zur Regeneration der Leistung des verschmutzten Wärmeübertragers darstellt- Schikanen zur Störung des Abwasserströmungsfeldes auf die Verschmutzung ebenfalls einen Einfluss haben (über den aber zurzeit quantitative Angaben noch nicht möglich sind)Nachdem im letzten Jahresbericht der statische Zusammenhang zwischen Zulauftemperatur und Reinigungsleistung der Kläranlage dargestellt worden ist, ging es jetzt um den Effekt zeitlicher Veränderungen der Zulauftemperatur. Ihre Untersu-chung hat gezeigt, dass Schwankungen innerhalb eines Tages in der Kläranlage weitgehend ausgeglichen werden. So-dann ist die Auswirkung einer anhaltenden Absenkung der Zulauftemperatur auf die Ammoniumkonzentration im Ablauf der Kläranlage für typische Ammoniumbelastungen untersucht worden. Es wird eine Prozedur vorgeschlagen, mit der die zu-lässige Temperaturabsenkung durch Wärmeentnahme abgeschätzt werden kann.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Wanner,Oskar
Panagiotidis,Vassileios
Siegrist,Hansruedi
Eugster,Jakob
Delavy,Pascal
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Wärmerückgewinnung aus Abwasser mittels eines in die Kanalisation eingebauten Wärmetauschers ist gesamtschweizerisch betrachtet an ca. 1000 Standorten theoretisch möglich und wurde auch an mehreren Orten schon erfolgreich realisiert. Bei der Realisierung solcher Anlagen gilt es aber eine Reihe von praktischen Problemen zu berücksichtigen. Im Rahmen dieses Projekts soll das Problem der Verschmutzung der in die Kanalisation eingebauten Wärmetauscher und das Problem allfälliger Folgen der Wärmeentnahme für den Betrieb nachgeschalteter Kläranlagen (ARAs) untersucht werden. Für die Untersuchung des ersten Problems wurde ein Prüfstand entwickelt, an dem die Einflussfaktoren der Verschmutzung identifiziert und Massnahmen zur Reduktion der Verschmutzung überprüft werden konnten. Das zweite Problem wurde über eine Analyse von Messdaten aus der ARA Werdhölzli in Zürich angegangen, aus der dann mit Hilfe mathematischer Modelle verallgemeinerbare Aussagen hergeleitet wurden. Zur Bestimmung des Zusammenhangs zwischen Wärmeentnahme und Abwassertemperatur in der ARA wurde ein mathematisches Modell des Wärmehaushalts in der Kanalisation entwickelt. Im Projekt wurden also Probleme aus den drei sehr unterschiedlichen Teilgebieten ?Wärmetauscher?, ?Kanalisation? und ?ARA? bearbeitet.Mit dem entwickelten mathematischen Modell des Wärmehaushalts in der Kanalisation (Abschnitt 2.2) kann die zeitliche und örtliche änderung der Abwassertemperatur in einem Kanalisationsrohr berechnet werden. Berechnungen, die für eine typische Trockenwettersituation im Winter durchgeführt wurden (Abschnitt 2.3), zeigen auf, dass die maximale Abkühlung des Abwassers durch die Wärmeverluste in der Kanalisation in der Grössenordnung von 1 oC liegt (Abb. 2.3 bis 2.6), dass die Abwassertemperatur nach dem Wärmetauscher, die Temperatur und relative Feuchtigkeit der Luft in der Kanalisation und der Abwasservolumenstrom den grössten Einfluss auf die Abwassertemperatur am Ende des Kanalisationsrohrs haben, und dass nach einer Abkühlung des Abwassers durch Wärmeentnahme unter 8 oC im Kanalisationsrohr ein Wärmegewinn aus der Umgebung stattfindet. Voraussetzungen für die Installation eines Wärmetauschers in der Kanalisation sind Abwassertemperaturen von normalerweise über 15 oC, Kanalisationsrohre mit einem Durchmesser von 1 m oder mehr und Abwasservolumenströme bei Trockenwetter von mindestens 20 L/s bis 40 L/s.Da die Nitrifikation der durch die Abwassertemperatur am stärksten beeinflusste Prozess in einer ARA ist, wurde ein Nomogramm entwickelt, aus dem der Zusammenhang zwischen der Abwassertemperatur in der ARA, der Nitrifikationssicherheit und dem totalen Wirkungsgrad der Stickstoffelimination für die wichtigsten Betriebsparameter im stationären Betrieb herausgelesen werden kann (Abb. 3.3). Basierend auf Messdaten aus der ARA Zürich-Werdhölzli wurden auch für den instationären Fall Simulationsrechnungen durchgeführt, mit denen der Zusammenhang zwischen Abwassertemperatur und Ammoniumkonzentration im Ablauf der ARA quantifiziert werden kann (Abschnitt 3.3.4.1). Das dafür entwickelte Vorgehen wurde in verallgemeinerter Form als Prozedur formuliert, nach der die Nitrifikationsreserve einer existierenden ARA abgeschätzt werden kann (Abschnitt 3.3.4.2). Das wichtigste Ergebnis der Messdatenauswertung ist, dass die permanente Absenkung der Abwassertemperatur infolge einer Wärmeentnahme in der Kanalisation Auswirkungen auf die Nitrifikation in einer ARA hat, die zu berücksichtigen sind, dass aber Abwassertemperaturen, die nur während einigen Stunden abgesenkt sind, normalerweise keinen Einfluss haben auf die Nitrifikation.Es wurde ein Prüfstand entwickelt (Abb. 4.1), auf dem die wichtigsten bekannten Einflussfaktoren der Verschmutzung des Wärmetauschers, Abflussregime (Hydraulik) und Abwasserzusammensetzung untersucht wurden (Abschnitt 4.3). Sodann wurden am Prüfstand Massnahmen zur Reduktion der Verschmutzung getestet, von denen sich die gezielte Variation der Fliessgeschwindigkeit des Abwassers als die effektivste Massnahme zur Regeneration der Leistung des verschmutzten Wärmetauschers erwiesen hat (Abschnitt 4.4.3). Schikanen, die die Turbulenz der Strömung erhöhen, und Beschichtungen können die Verschmutzung ebenfalls herabsetzen, stellen wegen des starken Abriebs an der Sohle in der Kanalisation jedoch keine praxistaugliche Massnahme dar (Abschnitte 4.4.2 und 4.4.4). Im Vergleich verschiedener Oberflächenbearbeitungen ergibt das Kaltwalzen der für die Wärmetauscher verwendeten Bleche eine bzgl. der Verschmutzung günstige Oberflächenstruktur. Eine feinere und aufwendigere Oberflächenbearbeitung scheint das Anhaften von Mikroorganismen eher zu begünstigen (Abschnitt 4.4.1).
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Wanner,Oskar
Zugehörige Dokumente
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