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POWER QUALITY

Power Quality in Wasser- und Abwasserbehandlung

ZASE – der Zweckverband der Abwasserregion Solothurn-Emme – ist ein öffentlich-rechtlicher Zweckverband im Sinne des solothurnischen Gemeindegesetzes mit Sitz in Zuchwil. Der ZASE bezweckt den Bau, Betrieb und Unterhalt einer Abwasserreinigungsanlage mit Zu- und Ableitungen und Sonderbauwerken.

Branche: Wasser- und Abwasserbehandlung
Lokaler Partner: Atlas Umwelttechnik
Zeitachse: Februar 2019

Hintergrund, Zahlen und Fakten

Mit der Abwasserreiningungsanlage Emmenspitz in Zuchwil betreibt ZASE die grösste Wasseraufbereitungsanlage des Kantons Solothurn. Sie hat ein urbanes Einzugsgebiet von beeindruckenden 47 Gemeinden und reinigt zuverlässig Abwässer aus Industrie, Landwirtschaft und Privathaushalten:

  • 27'500'000 m3 – Das ist die Menge an Abwasser, die jedes Jahr in die Kläranlage fliesst. Dies entspricht 75'300 m3 pro Tag oder 3'150 m3 pro Stunde.
  • 93% – Soviele Prozente der Verunreinigungen im Wasser werden von der Kläranlage zuverlässig beseitigt.
  • 92'235 Einwohner – Diese Anzahl Einwohner entsorgen ihr Abwasser in der Wasseraufbereitungsanlage in Emmenspitz (Stand 2017).
  • 45'000 Tonnen – Das entspricht der Masse an Klärschlamm aus anderen Kläranlagen der Region, die bei ZASE entwässert und anschliessend bei der KEBAG entsorgt werden.


Die erforderlichen Schritte und Methoden der Wasseraufbereitung hängen von der Art des Abwassers selbst ab und richten sich nach der gewünschten Wasserqualität, die am Ende des Prozesses erreicht werden soll. Es ist ein sehr komplexer Prozess mit bis zu drei Hauptbehandlungsstufen, einschliesslich Hunderten von Schritten dazwischen. Die Erstaufbereitung umfasst das Halten des Abwassers in einem Ruhebecken, um das Wasser hauptsächlich von Feststoffen und Öl zu trennen. Sich absetzendes oder schwimmendes Material kann entfernt und die verbleibende Flüssigkeit einer Nachbehandlung zugeführt werden. Im Rahmen der Nachbehandlung werden gelöste und suspendierte biologische Stoffe entfernt. Eine typische biologische Reinigungsstufe verwendet im Wasser lebende Mikroorganismen in einem bewirtschafteten Lebensraum. Ziel der biologischen Abwasserbehandlung ist es, ein System zu schaffen, das durch natürliche Prozesse den Abbau organischer Substanzen fördert und in dem die schädlichen Reststoffe der Zersetzung leicht für eine ordnungsgemässe Entsorgung gesammelt werden können. Dabei ist es von grösster Bedeutung, dass die komplexen biologischen und biochemischen Abläufe sowohl für aerobe als auch für anaerobe Prozesse kontrolliert und justiert werden, um eine optimale Entfernung organischer Substanzen aus dem Abwasser zu erreichen.

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Herausforderung

Die beschriebene biologische Technologie bietet gegenüber herkömmlichen Verfahren mehrere Betriebs- und Leistungsvorteile. Andererseits erfordert die Arbeit mit lebenden Mikroorganismen eine zuverlässige Zufuhr von Sauerstoff in die Becken. Zu diesem Zweck wurden hohe Investitionen in den Bau einer hochmodernen biologischen Reinigungsstufe mit modernen Frequenzumrichter-Turbokompressoren sowie Pumpen und Lüftern getätigt. Neben all den positiven Auswirkungen dieser sehr modernen Geräte treten schwerwiegende Nebenwirkungen in Bezug auf die Strom- und Spannungsqualität auf. Wie in jedem Unternehmen sind Verluste und niedrige Energieeffizienz sowie ungeplante Unterbrechungen oder unzuverlässige Funktionen der Geräte ungewünscht oder sogar unakzeptabel. Wenn es um biologische Reinigungsstufen geht, sind lebende Organismen beteiligt, womit solche Probleme noch schwerwiegender werden. Neben den rein funktionalen Themen sind auch die Erfüllung von Power Quality Standards und eine höchstmögliche Energieeffizienz gefordert.

Aus diesem Grund konzentrierte sich ZASE von Anfang an auf diese Belange und erarbeitete unter Einbeziehung von Schaffner und seinem Partner Atlas Umwelttechnik eine zuverlässige Lösung, die technische Probleme vermeidet und Störungen der Netzqualität zuverlässig eliminiert. Nach der Bauphase wurden Messungen gemäss den geltenden Netzqualitätsstandards D.A.CH.CZ und EN 50160 durchgeführt. Dabei zeigten sich deutlich die Notwendigkeit zur Netzqualitätsverbesserung und zur Steigerung der Anlageneffizienz und -qualität. Neben der Notwendigkeit, THDi und THDu gesamthaft unter die durch die Netzqualitätsstandards vorgegebenen Grenzwerte zu senken, mussten einige andere Aspekte berücksichtigt werden. Messungen ergaben, dass insbesondere die 5. Harmonische und eine Reihe höherer Frequenzen über der 40. Harmonischen reduziert werden mussten, um Risiken im Hinblick auf Funktionalität und Lebensdauer der Geräte auszuschliessen. Denn wie bereits erwähnt, ist insbesondere ein Anlagenausfall oder Probleme innerhalb der biologischen Stufe mit grossen Problemen und erheblichen Kosten verbunden.

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Darstellung 1: Individuelle Oberschwingungsamplituden vor der Installation der aktiven Schaffner Obeschwingungsfilter

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Darstellung 2: Spannung und Strom vor der Installation der aktiven Schaffner Oberschwingungsfilter

 

Lösung

Zwei aktive Oberschwingungsfilter der neuen Ecosine Active Sync-Serie von Schaffner wurden installiert, um die genannten Probleme zu lösen und eine energieeffiziente und zuverlässige Wasser- und Abwasseraufbereitung zu gewährleisten. Neben den bekannten aktiven Oberschwingungsfiltern mit dem brandneuen und einzigartigen Sync Module war die Projektkooperation zwischen den ZASE-Ingenieuren und den Experten für eine gute Power Quality der Firmen Schaffner und Atlas Umwelttechnik der Schlüssel zu einer erfolgreichen Lösung.

Auf die Frage, warum das Projekt zu einem Erfolg wurde, teilt Atlas Umwelttechnik mit: „Als Schaffner-Partner und Ingenieure für Power Quality haben wir gemeinsam mit dem Kunden, den Schaffner-Ingenieuren und der beauftragten Firma zur Beurteilung der Netzqualität alle Aspekte der gegebenen und anerkannt anspruchsvollen Probleme erkannt und gelöst. Wir haben als Team Fachwissen, Professionalität und Flexibilität bewiesen und die Kundenbedürfnisse konnten mit unserer Lösung voll erfüllt werden.“

Ergebnis

Es wurden Power Quality-Messungen durch ein akkreditierte Ingenieurfirma durchgeführt, um die Leistung der installierten aktiven Oberschwingungsfilter zu überprüfen. Die Abbildungen 1 bis 4 fassen die Messergebnisse zusammen und vergleichen die Oberschwingungen und Wellenformen von Spannung und Strom unter den Betriebsbedingungen mit und ohne aktiven Oberschwingungsfiltern zusammen.

Die kumulierten Messergebnisse zeigen, dass die aktiven Oberschwingungsfilter den Gesamtoberschwingungsgehalt im elektrischen System unter Einhaltung der erforderlichen Normen und Kundenanforderungen hinsichtlich der Anwendungszuverlässigkeit erfolgreich reduziert haben. Seit die aktiven Oberschwingungsfiltern in Betrieb sind, erfüllt die Anlage alle Vorgaben hinsichtlich Oberschwingungsgehalt von Spannung und Strom als auch die Vorgaben hinsichtlich der einzelnen Oberschwingungsamplituden welche dabei alle unterhalb vorgegebener Grenzen und Gefahrpegel für die Anlage liegen. Somit ist die Wasseraufbereitungsanlage hinsichtlich der Power Quality geschützt und erfüllt gleichzeitig die Anforderungen hinsichtlich energieeffizienter Nutzung moderner Technologien.

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Darstellung 3: Individuelle Oberschwingungsamplituden nach der Installation der aktiven Schaffner Oberschwingungsfilter

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Darstellung 4: Spannung und Strom nach der Installation der aktiven Schaffner Oberschwingungsfilter
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