Samstyring af afløbssystem og renseanlæg Planlægning og design Lene Bassø, Aarhus Vand A/S
De næste 30 minutter: Drivers for at implemtere samstyring Introduktion til samstyring Samstyring i Århus Vand
Udfordringerne og de stigende krav. Kloak- og renseanlægsstrukturen sættes under stadig pres: Krav i Regionplan Forventede krav i Vandrammedirektivet, miljømålsloven og vandplanerne Regeringens serviceeftersyn af vandsektoren (herunder driftsoptimering bla. ved nedlæggelse af 15 renseanlæg, så vi ender med 1-2 anlæg) Klimaændringer (20-40 % øget nedbør) Krav om badevand (politisk ønske) Generel byudvikling (75.000 PE i løbet af 25 år) samt by-fortætning med mere befæstet areal.
Nogle af de stigende krav Aflastningerne skal reduceres (vand og stof) Renseanlæggene skal reducere udledningen (stof og bakterier) Borgerne og politikerne ønsker mere badevand Forventninger om renere vand i vandløb og søer Forventninger om rekreative arealer nær beboelse også i midtbyen Driftsoptimering, så der opnås besparelser Afløbssystem og renseanlæg sættes under stigende pres samtidig med, at kravene bliver større
Brug den brede afløbspalette for at modstå udfordringerne og de stigende krav Lokal håndtering af regnvand (nedsivning) Separering herunder våde regnvandsbassiner Udnyt grønne områder, parkeringspladser mv. til kontrolleret opstuvning Udbyg med bassiner, transportledninger og mere fleksibilitet i ledningsnettet Udnyt eksisterende volumnier Trim renseanlæggene (Regnstyring/udnyt efterklaringstankene) Samstyring af renseanlæg og afløbssystem Bassin 16.000 m 3 Nedsivnings- arealer Regnvandsbassin Aktivitets sø Trim renseanlæg
Traditionel systemstruktur på spildevandsområdet. -Ofte er vejrradaren dog erstattet med en traditionel regnmåler Nogle Funktion: bygværk Vigtige Alle bygværkerne forsynet med tilsluttet sender lokal fælles styring regn og uden overvågningsenhed spildevand afhængigheder til renseanlæg til og andre mulighed komponenter idet der for at er sende fornøden og RA alarm kapacitet i nedstrøms ledning. Risiko for overløb MKR (overordnede systemer for Monitering, Kontrol og Rapportering)
Integreret overvågning/styring/modellering Formålet F.eks. Nødvendigt Resultatet Renseanlæg Optimal er er med at at koordinere udnyttelse betragtes renseanlæg online målinger som de af modtager bassinvolumen enkelte et for bygværk. samtlige bygværkers regnvand i forhold betydende i funktion, til takt, nedbørens bygværker, så at der aflastninger kapacitet så status og til behandling. oversvømmelser distribution. Og kendt det kan i real forudsiges, Udjævning tid minimeres hvornår af tilløbsflow tilløbsflowet renseanlæg, øges, så sårenseanlægget denne ikke kan nå at omstille til en overskrider ny driftsituation. den aktuelle rensekapacitet Distribueret nedbør/ intensitet Real tids modellering og styring Real tids (modellering og) styring SCADA SCADA Målestation Sensor PLC Kommunikation Kontrol håndtag
3 overordnede systemer med hver deres funktion Vejrradar Afløbssystemet Renseanlæg
Formål med styring under regn: Integreret system Formål Minimere effekterne på miljøet forårsaget af nedbør (her med fokus på hygiejnisk vandkvalitet) Opgaver VR (VejrRadar) gør AS (AfløbsSystem) og RA (RenseAnlæg) opmærksom på at det vil begynde at regne og giver om muligt et estimat på intensitet og type. AS og RA vælger kontrolstrategi RA estimerer/forudsiger max. hydraulisk belastning på biologisk del (ud fra valgt kontrol strategi) AS forudsiger resulterende flow til renseanlæg (ud fra valgt kontrol strategi) AS og RA forhandler ændringer i set-punkter (kan resultere i lokalt mindre optimal drift) VR sender estimater på intensiteter Loop Beregning af kontrolstrategi gennemføres i et model-setup, som løbende modtager real-tids data fra VR, AS og RA til anvendelse for beregning og kalibrering.
Samstyring i Århus Vand
Århus kommune motivationsfaktorer til at søsætte projektet med forbedret vandkvalitet i Brabrand Sø, Århus Å og Århus Havn Motivationsfaktorer: -høj befolkningstilvækst -stigende forventninger til miljø fra borgerne -EU s Vandplaner - Badevandsdirektivet Projektet understøtter andre aktiviteter: -Genåbning af Århus Å -Etableringen af et nyt kvarter på de bynære havnearealer -Rekreativ brug af Brabrand Sø, Århus Å og Århus Havn Fokuspunkter i dette projekt: -Borgerne skal kunne have kontakt med vandet uden at blive syg -Hygiejnisk vandkvalitet De nødvendige tiltag: - Målopfyldelse skal svarer til kravene i Badevandsdirektivet og Vandplanerne.
Mål og påvirkninger af vandområdet omfattet af projektet Brabrand Sø, Århus Åog Århus Havn påvirkes af: 195 spildevandsudløb 133 regnvandsudløb Ca. halvdelen af vandføringen i Århus Åer renset spildevand fra Viby og Åby renseanlæg Århus Bugt: Fælles fosfor-kvote regnudløb/renseanlæg: I dag 18,6 t P Krav 13,0 t P Århus Å: Målsætning: B3 karpefiskevand Saltvandspåvirket Brabrand sø: EU - habitatområde Påvirkning : I dag: 11,3 t P heraf ca. 2 t fra regnudløb, Væsentligt bidrag fra nabokommuner (landbrug/naturbidtag: ca 6 t ) Krav: 2 t fra regnbetingede udledninger og renseanlæg + sigtdybde: 1,10 m
Den nuværende vandkvalitet (Ecoli) Baseret på måleresultater fra 2005 og 2006) Which instruments fits best your project and organisation Training Networks Research Demonstration De 4 badevandsklassifikationer: Udmærket God Tilfredsstillende Ringe 13
Forventet resultat Hygiejnisk vandkvalitet i Brabrand Sø (svarende til badevand) Forbedret hygiejnisk vandkvalitet (næsten svarende til badevand) Hygiejnisk vandkvalitet i Århus Havn (svarende til badevand)
Opstilling af integreret hydraulisk modelkompleks Oplandsmodel (MIKE She) beregner afstrømningen fra det åbne land. Oplandsmodellen modtager informationer om regn fra vejrradar. Resultatet bruges i Å-modellen Mike Urban modeller beregner afstrømningen fra det urbane område. Modellen modtager data fra vejrradar og spildevandsdata. Der beregnes overløb til recipienter og udløb fra renseanlæg og rengvandsledninger, som bruges til Å- og havnemodel. Å modellen (Mike 11) beregner strømning og stoftransport bl.a. E-coli. Resultatet bruges i havenmodellen Å. Havnemodellen (Mike 21) beregner E-coli koncentrationen i havnen. Den bruger randdata fra en større bugtmodel til beskrivelse af vandstandsændring. Passer modellerne? Statusmodelberegninger (2005) er kalibereret efter de målte værdier i 2005 og viser god overensstemmelse Sikkerhed - klimaændringer Al regn er tillagt 20 % i forhold til nu Vandstandsstigning på op til 50 cm
Modelkompleks: Mike She og Vejr-radar Local Area Weather Radar (LAWR)
Model-kompleks. Mike11 og Mike-Urban Dykkerledning B P70 v. CERES B P P B B P P P B B Viby RA P B B P Åby Vest P Åby RA P P B P Marselisborg RA B P B B
Modelkompleks: Farvandsmodel og havnemodel
Regnprognose ved anvendelse af vejrradar Tørvejrsprognose er særdeles relevant til håndtering af tømningen af de store bassiner a.h.t. optimering af renseanlægsdriften. Vejrmodellerne fra DMI kan formodentlig give langtidsvarslingen.
Løsningen Infrastructure Nye regnvandsbassiner (ca. 55.000 m 3 ) Hygiejnisering af renset spildevand ved 2 renseanlæg Øget hydraulisk kapacitet på renseanlæggene (udvidelse af efterklaringstankene) Styring/Overvågning Integreret real time modellering/styring (afløbssystem/renseanlæg) Varslingssystem til badevandskvalitet Den valgte løsning koster: 340 mill. kr. Implementeringsfasen: 2007-2011
Varslingssystem Integreret Real tids modellering/styring Varsling: Badevandskvalitet DIMS Online Host Server ifix SCADA Node DIMS Online Host Server DIMS Online Host Server DIMS Online Host Server ifix SCADA Node Mouse Hosts ifix SCADA Node Real tids modellering: Opland Brabrand sø Århus Åog havn Real tids modellering: Marint område ifix SCADA Node
Håndtagene udstyres og vi arbejder med tilbagefaldsstrategi driftsikkerhed. Regelstyring Spjæld og pumper styres ud fra en eller flere betingelser om systemets nuværende tilstand. Prognosebaseret regelstyring Spjæld og pumper styres ud fra prognosen af en eller flere tilstande. Prognosen kan fremkomme på flere forskellige måder og kan variere i kvalitet og hvor langt ud i fremtiden den går. Modelprædiktiv styring Model simuleringer benyttes til at søge/vælge de bedste setpunkter for en regel baseret styring baseret på systemets aktuelle tilstand og prognose (regn osv.) ifix PLC Vejr radar Gear DIMS Spjæld TekNet Model
Evaluering af styring Model prediktiv styring Model prediktiv styring Strategi Mike Urban Model Målsætninger: Hygiejnisk vandkvalitet Strategi Undgå slamflugt Undgå kælderoversvømmelser Reducere næringsstofferne fra RA og afløb Styr aflastninger til ønskede lokaliteter Sikre et driftsikkert og robust system Mike Urban Model Mike Urban Model målsætninger målsætninger PLANLÆGNING (off-line) DRIFT (on-line)
Framework Framework-Light (VB) Framework-Plan (DIMS/VB) Framework-Drift (DIMS/VB) Global styring Global styring Global styring ½~ 5 minutter Lokal PLC styring Excel/VB Software Sensor Lokal PLC styring DIMS Software Sensor Lokal PLC styring DIMS Software Sensor millisekunder (drift) beregningsskridt (model) COM COM Mike Urban Model Mike Urban Model mm. målsætning målsætning målsætning DESIGN (Mike Urban) DESIGN og VALIDERING (Mike Urban + Mike 11 + Mike 21) DRIFT (virkeligheden) PC Regn DIMS Eske DIMS
Framework-Drift (DIMS/VB) Global styring ½~ 5 minutter DIMS Lokal PLC styring DIMS Software Sensor millisekunder (drift) beregningsskridt (model) DRIFT (virkeligheden) Eske DIMS
Tak for opmærksomheden - Husk at styring kræver opmærksomhed hele vejen fra planlægning til drift og det forsætter. Er det mon strategi 1,2 eller 3?