Online-Überwachungslösung für Kläranlagen: Digitale Engine für verfeinerte Prozesskontrolle sowie Energieeinsparung und Emissionsreduzierung

Schwachstellen der Branche und die Dringlichkeit der Prozessoptimierung

Als zentrale ökologische Wasseraufbereitungsanlage für Städte und Industrieparks sind moderne Abwasseraufbereitungsanlagen einem doppelten Druck ausgesetzt: zunehmend strengere Umwelteinleitungsvorschriften und interne Kostenkontrolle. Herkömmliche umfassende Betriebsmodelle können den Anforderungen einer verfeinerten und intelligenten Entwicklung nicht mehr gerecht werden.

Branchenprobleme

• Hohes Risiko einer Abwasserüberschreitung aufgrund von Schwankungen der Wasserqualität: Die illegale Einleitung von Industrieabwasser oder ein konzentrierter Zufluss bei starkem Regen führt häufig zu plötzlichen Spitzen in der Zuflussbelastung (z. B. hohe COD oder giftige Substanzen), die die Belebtschlamm-Mikroorganismen im biochemischen System stark beeinträchtigen und eine plötzliche Abwasserüberschreitung auslösen.

• Belüftung und Chemikaliendosierung basieren vollständig auf Erfahrung, was zu einem hohen Energieverbrauch führt: Bei Gebläsebelüftungssystemen und der Dosierung von Kohlenstoffquellen/Phosphorentfernungsmitteln fehlt es oft an Echtzeit-Feedback. Um die Einhaltung blind zu verfolgen, entscheiden sich Betreiber in der Regel für übermäßige Belüftung und Überdosierung, was dazu führt, dass die Strom- und Chemikalienkosten einen Großteil des Unternehmensgewinns schmälern.

• Herkömmliche nasschemische Analysatoren sind äußerst umständlich in der Wartung: Früher weit verbreitete Analysegeräte für chemische Reagenzien haben komplexe Strukturen, Rohrleitungen, die anfällig für Ablagerungen und Verstopfungen sind, und einen enormen monatlichen Reagenzienverbrauch und hohe Kosten für die Behandlung von Abfallflüssigkeiten, was es schwierig macht, eine Reaktion auf zweiter Ebene zu erreichen.

Warum ist eine Online-Überwachung erforderlich?

Die Abwasserbehandlung ist im Wesentlichen ein dynamischer und komplexer biochemischer Reaktionsprozess. Wenn man sich ausschließlich auf die manuelle, periodische Stichprobenanalyse verlässt, kommt es zu einer Datenverzögerung von mehreren Stunden, die keine Echtzeit-Prozessanpassungen ermöglichen kann. Durch die Online-Überwachung können physikalisch-chemische Indikatoren von biochemischen Reaktoren (z. B. anaeroben, anoxischen und aeroben Tanks) und Abwasserauslässen in kontinuierliche Zeitreihendaten umgewandelt werden. Es dient als „Auge“ für die Prozessautomatisierung von Abwasseranlagen. Nur mit der Wahrnehmung auf der zweiten Ebene können Rücklaufverhältnisse bei Zuflussschwankungen zeitnah angepasst oder Belebungsmaschinen gezielt abgeschaltet werden, wenn die Nitrifikation endet.

Was kann das Online-Überwachungssystem für Kläranlagen von YEXsensor lösen?

Das von YEXsensor entwickelte Online-Überwachungssystem für Kläranlagen verwendet fortschrittliche digitale physikalische optische und elektrochemische Sensoren, um herkömmliche, wartungsintensive chemische Reagenzinstrumente vollständig zu ersetzen. Das System überwacht nicht nur genau die Compliance-Indikatoren am endgültigen Abwasserauslass, sondern kann auch vor Ort an Kernprozessknoten wie Grobsieben, Ausgleichsbecken, Belebungsbecken und Nachklärbecken eingesetzt werden. Über das Standardprotokoll Modbus-RTU lässt sich das System nahtlos in bestehende SCADA-Anlagensteuerungssysteme integrieren und beteiligt sich direkt an der Rückkopplungssteuerung mit variabler Frequenz, z. B. Belüftung mit variabler Frequenz und automatischer Dosierung, wodurch eine erhebliche Reduzierung des anlagenweiten Energie- und Chemikalienverbrauchs erreicht und gleichzeitig die Einhaltung der Abwasservorschriften gewährleistet wird.

Anwendungsszenarien für Online-Überwachungssysteme für Kläranlagen

Dieses System zeichnet sich durch eine starke Antifouling- und chemische Korrosionsbeständigkeit aus und deckt die gesamten Prozesssteuerungsknoten der Abwasserbehandlung perfekt ab:

• Zulaufausgleichsbehälter und Einlass: Überwachen Sie Zulaufstöße mit hoher Konzentration und stellen Sie Vorwarnungen für Vorbehandlungs- und Primärsedimentationsprozesse bereit, um zu verhindern, dass toxische Substanzen den biochemischen Schlamm schädigen.

• Biologische Reaktionstanks (anaerob/anoxisch/aerob): Erfassen Sie den biochemischen Kernstatus jeder Zone genau, um die Belüftungsverteilung und den Wechsel zwischen Nitrifikation und Denitrifikation zu steuern.

• Sekundäres Absetzbecken und Schlammrückführungssystem: Überwachen Sie die Schlammgrenzfläche und die Schwebstoffkonzentration, um Schlammverluste zu verhindern und das Schlammrückführungsverhältnis (R) sowie den Überschussschlammaustrag in Echtzeit zu optimieren.

• Endgültiger Abwasserauslass (Überwachung der Einhaltung der Abflüsse): Kontinuierliche Überwachung der Abflussindikatoren rund um die Uhr, um eine 100-prozentige Einhaltung nationaler und lokaler Umweltvorschriften sicherzustellen.

• Vorbehandlungsanlagen für Industrieabwasser: Geeignet für die automatisierte Steuerung in internen Abwasserstationen von Industrieunternehmen mit hoher Konzentration, z. B. in der Chemie-, Papier-, Druck- und Färbereibranche sowie in der Galvanik.

Komponenten des Online-Überwachungssystems für Kläranlagen

1. Wasserqualitätssensor-Cluster in Industriequalität (physikalische Wahrnehmungsschicht)

• YEX-S1-COD UV-Absorptionsanalysator: Reagenzienfreie 254-nm-UV-optische physikalische Absorptionsmethode, eliminiert automatisch Störungen durch Schwebstoffe, gibt organische Belastungstrends in Sekunden aus, keine Abfallflüssigkeit.

• YEX-S1-NHN Ionenselektiver Elektroden-Ammoniak-Stickstoff-Sensor: Fortschrittliche reagenzienfreie ISE-Methode, integrierte Ammonium-, Kalium- (Interferenzbeseitigung) und pH-Elektroden für schnelle In-situ-Reaktion.

• YEX-S1-PH Industrie pH Sensor: Großflächiges PTFE-Ring-Doppelsalzbrückendesign, äußerst beständig gegen Verschmutzung durch Tenside und organische Lösungsmittel.

• YEX-S1-ORP Oxidations-Reduktionspotential-Sensor: Hochreine Platin-Sensoroberfläche, die die Endpunkte der Nitrifikations- und Denitrifikationskontrolle in Belebungsbecken genau widerspiegelt.

• YEX-S1-ZS Schwebstoff-/Trübungsmodul: Infrarot-Zweiwellenlängen-Streuung und Transmissionslichtkompensationstechnologie für genaue MLSS- oder SS-Messungen.

2. Plant Digital Data Acquisition Telemetering Terminal (Control Convergence Layer)
   IP65-geschützter, intelligenter IoT Schaltschrank mit leistungsstarkem 32-Bit-Prozessor für Datenauslesung, lokale Anzeige und Analog-/Schaltausgang.

3. Kommunikationsverbindungen und SCADA Systemschnittstelle (Netzwerkübertragungsschicht)
   Modbus-RTU/TCP-Unterstützung für nahtlose Integration mit Siemens, Hollysys und anderen PLC-Systemen. Doppelte Redundanz mit 4G/LoRa für große Anlagen.

4. Low-Power-Solarstromversorgung (optionale Energieschicht)
   100-W-Solarpanel + 60-Ah-Lithiumbatterie für entfernte Knoten ohne Netzstrom.

5. YEXsensor Intelligent Wastewater Plant Cloud Platform (Decision Application Layer)
   B/S-Architektur Remote-Visualisierungs-Dashboard mit Prozessflussdiagrammen, Trendanalyse, Mehrkanalalarmen und Berichtsexport.

Überwachungsparameter und Funktionsprinzip

Hauptmerkmale

• Reagenzienfreie physikalische Messung, wodurch Sekundärverschmutzung durch Abfallflüssigkeit eliminiert wird

• Integrierte Druckluft-/mechanische Selbstreinigung, resistent gegen extreme Verschmutzung

• Mehrschichtige Hardware- und Softwarefilterung zur Unterdrückung von Blaseninterferenzen

• Nahtlose, hochintegrierte Integration mit SCADA-Systemen

Systemarchitektur

Das System verwendet eine klassische dreischichtige industrielle IoT-Architektur mit hoher Entkopplung und hoher Kohäsion:

[Vor-Ort-Prozessknoten-In-situ-Erfassung (RS485-Bus)] → [Lokale Anlagensteuerung und -übertragung] → [Zentrale Befehlsanwendungsschicht]

YEX-S1-COD, YEX-S1-NHN, YEX-S1-PH, YEX-S1-ORP, YEX-S1-ZS → Industrial Intelligent Telemetering Cabinet (Modbus-TCP) → Plant Central SCADA System → YEXsensor Intelligent Wastewater Cloud Platform (über 4G/LoRa)

Kundennutzen und -nutzen

• Umfassende Digitalisierung der Prozesse, Stärkung der 100-prozentigen Abwasser-Compliance

• Verfeinerte Steuerung der Belüftung und Dosierung, wodurch die Betriebskosten erheblich gesenkt werden (15–25 % Energieeinsparung, über 20 % Chemikalienreduzierung)

• Reduziert den Arbeitsaufwand für den Betrieb und die Wartung an vorderster Front erheblich

Liste der empfohlenen Sensorprodukte

1. Abflusskonformität Integrierte Drei-Parameter-Einheit: Reagenzienfrei COD + ISE-Ammoniak-Stickstoff + pH, mit explosionsgeschütztem Edelstahlgehäuse und automatischer Luftrückspülung.

2. Biochemischer Tank ORP & Schlammkonzentrations-Kit: Hochreines Platin ORP + Schlammkonzentrationsmessgerät mit hohem Messbereich.

3. Digital Plant Communication Control Cabinet (YEX-RTU-1): Siemens-kompatibel, 4G-Router, Touchscreen, Überspannungsschutz.

Projektfall

Fall 1: Projekt zur intelligenten Belüftungsenergieoptimierung in einer kommunalen Kläranlage in Zentralchina (50.000 Tonnen/Tag)

Hintergrund: Langfristige Belüftung mit fester Leistung, hohe Stromkosten im Sommer und übermäßige Belüftung in der Nacht, die zur Schlammzersetzung führt.

Lösung: Einsatz der Sensoren YEX-S1-ORP und YEX-S1-ZS in Aerobic-Tanks, integriert mit Siemens S7-1500 PLC über Modbus-TCP.

Ergebnisse: Nach 8 Monaten sank der Energieverbrauch für die Belüftung um 21,4 %, während der Ammoniakstickstoff im Abwasser besser als der Klasse-A-Standard gehalten wurde, wodurch Zehntausende RMB an monatlichen Stromrechnungen eingespart wurden.

FAQ

Q1: Wie verhindert der optische Sensor COD (YEX-S1-COD) die Verschmutzung der Linse in ölhaltigem Abwasser und Abwasser mit hohem Schwebstoffgehalt?
Antwort: Das Sensorgehäuse verfügt über eine geneigte Fluiddynamik-Oberfläche, um die Adhäsion zu reduzieren. Es ist mit einer automatischen Luftrückspülung in Industriequalität oder einer mechanischen Bürstenbaugruppe ausgestattet. Vor jeder Messung wird Hochdruckluft aufgesprüht oder die Bürste aktiviert, um Öl und Biofilm sofort zu entfernen.

Q2: Wird der ionenselektive Elektroden-Ammoniak-Stickstoff-Sensor (YEX-S1-NHN) durch Kaliumionen im Wasser gestört?
Antwort: Ja, Kalium- und Ammoniumionen haben ähnliche Eigenschaften. YEXsensor verwendet eine integrierte Multiparameter-Kompensationstechnologie mit einer speziellen Kaliumelektrode in der Sonde. Der Mikroprozessor subtrahiert automatisch Störungen durch mathematische Modelle, um genaue Netto-Ammoniak-Stickstoff-Messwerte sicherzustellen.

Q3: Warum ORP für die Hilfsprozesssteuerung verwenden? Was ist der Unterschied zu gelöstem Sauerstoff (DO)?
Antwort: DO spiegelt nur freien Sauerstoff wider und zeigt in anoxischen/anaeroben Tanks oft 0,0 mg/L an, wodurch er unwirksam wird. ORP spiegelt den gesamten makroskopischen Oxidations-Reduktions-Zustand wider und kann Reaktionsendpunkte durch kombinierte Sauerstoff- (Nitrat-)Änderungen erfassen, was eine verfeinerte Steuerung ermöglicht, die DO nicht erreichen kann.

Kontaktieren Sie YEXsensor für intelligente Abwasserlösungen

Suchen Sie nach zentralen Steuersendern für die Sanierung der Belüftung mit variabler Frequenz oder die Optimierung der Verknüpfungslogik der Kohlenstoffquellen-Dosierpumpe? Kontaktieren Sie gerne das YEXsensor-Expertenteam für industrielle Wasseraufbereitung, um technischen Support aus einer Hand zu erhalten.

Technische Beratung: +8615111147890

E-Mail: sales@yexsensor.com