Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt das Prinzip und den Prozess der SBR-Abwasserbehandlungstechnologie und stellt insbesondere den Entwurf des gesamten Steuerungssystems auf Basis einer SPS vor. Dieses System erfüllt effektiv die technologischen und steuerungstechnischen Anforderungen der SBR-Abwasserbehandlung und erzielt zufriedenstellende Ergebnisse. Schlüsselwörter: SBR, SPS, Systemdesign. 1. Einleitung: Das Sequencing Batch Reactor (SBR)-Verfahren ist eine Abwasserbehandlungstechnologie, die in den letzten Jahrzehnten in Belebtschlammverfahren große Beachtung gefunden hat. Seit den 1980er Jahren wird dieses Verfahren im Ausland zunehmend industriell eingesetzt. Auch in China hat die Anwendung der SBR-Technologie in den letzten Jahren zugenommen. Basierend auf Anwendungen in China, den USA, Japan, Kanada und anderen Ländern ist SBR (Sequencing Batch Reactor) ein hocheffizientes, wirtschaftliches, zuverlässiges und einfach zu handhabendes Verfahren, das sich für die Behandlung kleiner bis mittlerer Abwassermengen eignet. Es ist ein Belebtschlammverfahren, das den nationalen Gegebenheiten Chinas entspricht und ein breites Anwendungspotenzial bietet. 2. Prozessablaufbeschreibung: Die SBR-Abwasserbehandlungstechnologie ist eine hocheffiziente Technologie zur Abwasserwiederverwendung. Die in dieser Anlage eingesetzte Technologie dient der Aufbereitung von Campus-Abwasser. Das aufbereitete Abwasser kann zur Bewässerung von Grünflächen, Blumen und Bäumen sowie zur Toilettenspülung und Fahrzeugreinigung verwendet werden und trägt somit zur Wassereinsparung bei. Nach der Fettabscheidung im Ölabscheider durchläuft das Abwasser ein Sieb und gelangt in den Ausgleichsbehälter. Anschließend wird es zur Ansäuerung und Hydrolyse in den Hydrolysebehälter gepumpt, bevor es in den SBR-Reaktionsbehälter gelangt. Vor dem Eintritt in den Reaktionsbehälter befindet sich dieser im Leerlauf und enthält abgesetzten Belebtschlamm. Nach der Befüllung mit Abwasser wird eine Belüftung durchgeführt, um die Abwasserqualität effektiv zu regulieren. Nach der Belüftung wird diese gestoppt, damit sich das Belebtschlammgemisch zur Schlamm-Wasser-Trennung absetzen kann. Die Absetzzeit beträgt 6–8 Stunden, was zu einer guten Sedimentation führt. Der Überstand nach der Sedimentation im Reaktionsbehälter wird in den Klarwasserbehälter gepumpt, während der Belebtschlamm als Impfmaterial für den nächsten Betriebszyklus zurückbleibt. Bei Überschuss an Belebtschlamm im Reaktionsbecken wird dieser in das Schlammeindickungsbecken überführt. Nach der Eindickung wird der Schlamm periodisch zum Trocknen abtransportiert. Der Überstand im Eindickungsbecken wird dem Abwassereinlauf wieder zugeführt. Die SBR-Abwasserbehandlung ist eine hocheffiziente Technologie zur Abwasserwiederverwendung. Diese Anlage nutzt diese Technologie zur Aufbereitung des Brauchwassers auf dem Campus. Das aufbereitete Wasser kann zur Bewässerung von Grünflächen, Blumen und Bäumen sowie zur Toilettenspülung und Fahrzeugspülung verwendet werden, wodurch das Ziel der Wassereinsparung erreicht wird. Bei der Planung der SBR-Abwasserbehandlungsanlage wurde die relativ geringe Größe des Campusgeländes berücksichtigt. Ziel der Planung war eine kompakte Bauweise, ein stabiler Betrieb und niedrige Amortisationszeiten. Da die Umgebungstemperatur den Bakterienstoffwechsel und damit die Reinigungsleistung direkt beeinflusst, wird ein unterirdisches Behandlungsbecken in Ziegel- und Betonbauweise verwendet, um den Temperatureinfluss auf die Reinigungsleistung zu minimieren. Aufgrund der charakteristischen Merkmale der SBR-Abwasserbehandlungstechnologie, wie z. B. stark schwankende Prozessparameter und die komplexe Hardwareentwicklung, -auswahl und -inbetriebnahme, wird eine fortschrittliche SPS-Steuerungstechnik als Kern des Systems eingesetzt. Dies verbessert die Effizienz der SBR-Abwasserbehandlung und vereinfacht Betrieb und Nutzung. Das SBR-Abwasserbehandlungssystem besteht aus einem Abwasserbehandlungsbecken, einem Klarwasserbecken, einem Grauwasserbecken, einem Schaltschrank und Komponenten wie Wasserpumpen, Roots-Gebläsen, elektrischen Ventilen und Magnetventilen. In den drei Becken sind Füllstandssensoren installiert, um den Wasserstand zu erfassen. In der ersten Phase der Abwasserbehandlung öffnet sich das elektrische Ventil automatisch, sobald der Wasserstand im Abwasserbehandlungsbecken niedrig oder leer ist (sogenannter Wartezustand). Erreicht der einfließende Abwasserpegel im Abwasserbehandlungsbecken einen hohen Wert (maximaler Wasserstand), schließt das elektrische Ventil automatisch, und das Abwasser im Becken befindet sich in einem mikroaeroben und anaeroben Zustand. In der zweiten Stufe der Abwasserbehandlung kommt ein Belüftungsverfahren zum Einsatz, das großmolekulare Schadstoffe abbauen kann. Dieses Verfahren ermöglicht wasserlose Entfärbung, Desodorierung, pH-Wert-Regulierung der Bakteriengemeinschaft und effiziente Schadstoffentfernung – ein Prozess, der als aerobe Behandlung bekannt ist. Der gesamte aerobe Prozess dauert in der Regel 2–3 Stunden (Belüftungszeit). An der Belüftungsleitung ist ein Leerlauf-Magnetventil installiert. Sobald das elektrische Ventil automatisch schließt, öffnet sich das Leerlauf-Magnetventil, das Roots-Gebläse startet nach einer Verzögerung (Leerlauf), das Leerlauf-Magnetventil schließt sich und die Belüftung im Abwassertank beginnt. Nach der Belüftung öffnet sich das Leerlauf-Magnetventil wieder, das Roots-Gebläse stoppt (Leerlauf) und das Leerlauf-Magnetventil schließt sich nach einer Verzögerung. Das Belüftungsgebläse muss im Leerlauf gestartet und gestoppt werden, um Motor und Gebläse zu schützen. Nach etwa 0,5 Stunden Sedimentation gibt die SPS den Befehl zum Starten der Klarwasserpumpe (Pumpe Nr. 1), die das abgesetzte Wasser in den Klarwassertank pumpt. Sobald der Wasserstand im Klarwassertank den Normalpegel (Hochwasserpegel) erreicht hat, schaltet sich Pumpe 1 automatisch ab. Daraufhin beginnt Pumpe 2 automatisch, Wasser in den Zwischenwassertank zu pumpen. Erreicht der Wasserstand im Tank den Normalpegel, schaltet sich Pumpe 2 automatisch ab. Dies signalisiert, dass die Wasserreinigung im Zwischenwassertank abgeschlossen ist. Sinkt der Wasserstand im Zwischenwassertank auf den Normalpegel, beginnt Pumpe 2 wieder automatisch mit dem Pumpen. Sinkt der Wasserstand im Abwassertank auf den Normalpegel, öffnet sich das elektrische Ventil automatisch, um die Abwasserzufuhr fortzusetzen. Dieser Zyklus wiederholt sich kontinuierlich. Da die SBR-Abwasserbehandlungstechnologie für unterschiedliche Abwasserqualitäten verschiedene biologische Gemeinschaften auswählt, variieren auch die Prozessanforderungen. Daher muss das erforderliche elektrische Steuerungssystem über Parameterkorrekturfunktionen verfügen, um die Anforderungen der Abwasserbehandlung zu erfüllen. Das Schema des SBR-Abwasserbehandlungssystems ist unten dargestellt. 3. Anforderungen an die gewählte Antriebstechnik: Die im SBR-Abwasserbehandlungssystem eingesetzten Antriebskomponenten (Pumpen, Roots-Gebläse, elektrische Ventile) werden alle mit dreiphasigen Asynchron-Wechselstrommotoren betrieben. Die Motoren müssen als wasser- und feuchtigkeitsbeständige Modelle der Baureihe Y ausgewählt werden. Auch die Magnetventile (220 V AC) müssen den Anforderungen an Wasserdichtigkeit entsprechen. (1) Reinwasserpumpe 1: Vertikale Kreiselpumpe LS50-10-A, Förderhöhe 10 m, Fördermenge 29 m³/h, 1 kW. (2) Reinwasserpumpe 2: Vertikale Kreiselpumpe LS40-32.1, Förderhöhe 30 m, Fördermenge 16 m³/h, 3 kW. (3) Belüftungsgebläse (Roots-Gebläse): TSA-40, 0,7 m³/min, 1,1 kW. (4) Elektrisches Ventil: Ventilkörper D97A1X5-10ZB-125 mm, elektrischer Stellantrieb LQ20-1, 380 V/60 W (Drehstrom), Drehmoment 200 Nm, Drehzahl 1 U/min. 4. Gesamtkonzept 5.5.1. Beschreibung des Gesamtkonzepts (1) Die Motoren der geregelten Objekte in diesem Konzept werden alle über AC-Schütze gesteuert, um die Start- und Stoppsteuerung zu realisieren. Nur der Motor des elektrischen Ventils muss in beide Richtungen angesteuert werden. (2) Die Wasserstandsmelder in Abwasser-, Frischwasser- und Grauwassertanks müssen hinsichtlich Hardwareauswahl und Programmierung störungsresistent sein. Die verwendeten Elektroden müssen korrosionsbeständig sein. (3) Der Antriebsmotor des elektrischen Ventils ist mit einem Überlastschutzschalter ausgestattet, der üblicherweise als Schließerkontakt das Überlastschutzsignal für das elektrische Ventil ausgibt. Die logische Beziehung des Signals muss bei der Auslegung der Steuerschaltung der SPS berücksichtigt werden. Das Flussdiagramm ist in Abbildung 2 dargestellt. 5. Zusammenfassung: SBR ist ein hocheffizientes, wirtschaftliches, zuverlässiges und einfach zu handhabendes Verfahren, das sich für die Behandlung kleiner und mittlerer Abwassermengen eignet. Es handelt sich um ein Belebtschlammverfahren, das den nationalen Gegebenheiten meines Landes entspricht und ein breites Anwendungsspektrum bietet. 6. Literatur: [1] Wang Yonghua. Moderne elektrische und programmierbare Steuerungstechnik. Peking: China Light Industry Press, 2002. [2] Liao Changchu. Programmierung und Anwendung von SPS für große und mittlere Anlagen. Peking: Machinery Industry Press, 2002. [3] Liao Changchu. Anwendungsleitfaden für SPS für große und mittlere Anlagen. Peking: Machinery Industry Press, 2002. [4] Zhang Fengshan. Elektrische Steuerung und programmierbare Steuerungen. Peking: China Light Industry Press, 2003. Autorenbiografie: Li Yan (1980–): Weiblich, Bachelor-Abschluss, Master in Regelungstechnik, Fakultät für Elektrotechnik und Elektronik, Shaanxi University of Science and Technology. Postanschrift: Postfach 467, Shaanxi University of Science and Technology, Renmin West Road 49, Xianyang, Provinz Shaanxi; Tel.: +85 13572754364; E-Mail: [email protected], [email protected]