Wirkweise IntelliScreen

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Ein erheblicher Teil des Niederschlags wird über Kanalnetze in Städten und Gemeinden abgeleitet. Je nach Belastung und Entwässerungskonzept (Misch- oder Trennsystem) erfolgt bei Starkregen eine Ableitung in die Gewässer (Vorfluter). In diesem Fall gelangt mehr oder weniger mit Abwässern verunreinigtes bzw. vermischtes Regenwasser ungefiltert bzw. ungereinigt in unsere Flüsse und Seen. Die darin enthaltenen festen und flüssigen Stoffe sind teilweise schädlich und belasten die Umwelt. Die aktuell in den Medien aufgezeigte Situation um Plastikpartikel in den Gewässern und Meeren findet hier teilweise Ihren Ursprung.

Der Großteil der Betreiber, Planer und Aufsichtsbehörden von Kanalnetzen sorgt mittlerweile dafür, dass zumindest an den Überläufen in die Gewässer ein weitgehender Rückhalt von Schwimm- und Feststoffen erfolgt. Dies geschieht häufig durch den Einsatz von Tauchwänden oder mittlerweile durch automatische, maschinelle Feinrechen. Diese werden auf oder vor den Wehrschwellen bzw. Überläufen angeordnet und halten je nach Filterleistung mehr oder weniger zusätzliche Schmutzstoffe zurück. Um jedoch bei Starkregenereignissen sicher und zuverlässig, d.h. ohne Gefahr von Rückstau- und Überflutungsschäden das Kanalnetz hydraulisch zu entlasten, werden Feinrechen kontinuierlich und ereignisgesteuert gereinigt bzw. für einen ungehinderten Durchfluss „frei gekämmt“.

Die benötigte technische Lösung erfordert einerseits maximale Rückhaltewirkung zum Schutz des Gewässers, andererseits stetige Möglichkeit der hydraulischen Entlastung des Kanalnetzes zur Abwehr von Rückstauschäden. Offensichtlich ein unauflösbarer Zielkonflikt – oder nicht?

Weitergehende Beobachtungen und Messungen an Überläufen mit maschinellen Feinrechen haben gezeigt, dass verbesserter Stoffrückhalt durch Zurückhalten von Rechengut selbst entsteht. Das erste zurückgehaltene Rechengut bildet dabei eine Filter- und Stützstruktur für weiteres auch feineres Rechengut. Je mehr Rechengut, desto besser die Filterwirkung. Für den Gewässerschutz sicherlich das vorrangige Ziel.

Um zur Entlastung die volle hydraulische Abfluss-/Durchflussleistung bereitstellen zu können, muss sichergestellt werden, dass der Rechengut-Filterkuchen durchlässiger oder sogar komplett abgeräumt wird. Mehr Stoffrückhalt, höhere Entlastungssicherheit, verbesserte Gesamteffizienz, wie ist das möglich?

Mit dem Einsatz von IntelliScreen und HSR-Rechen!

Durch die Erweiterung IntelliScreen wird der HSR-Rechen zur smarten Maschine mit intelligenter Steuerung. Das IntelliScreen-System, bestehend aus Sensorik, Aktorik und Software, sorgt vorrausschauend, prozessorientiert und auf Basis tatsächlicher Betriebsbedingungen für maximalen Stoffrückhalt und Entlastungssicherheit in Trennbauwerken. Die Maschine erhält dabei kontinuierlich Daten zum Entlastungs- und Filterprozess. Die regelbare Antriebstechnik ermöglicht dann auf Basis dieser Daten eine Steuerung der Filterleistung.

Mit IntelliScreen ist es so möglich, die Entlastungssicherheit zu erhöhen und mehr Stoffrückhalt zu ermöglichen und dabei gleichzeitig die Betriebskosten auf ein Minimum zu reduzieren. Das nennen wir Prozesseffizienz.

Wie arbeitet das IntelliScreen-System im Vergleich?

Die Standrad-Automatisierung für den HSR-Rechen arbeitet wie herkömmliche Rechenanlage mit einem wasserstandsabhängigen Einschaltzeitpunkt. Wird ein zuvor festgelegter Wasserstand vor dem Rechen erreicht, geht die Reinigungseinrichtung des Rechens in einen kontinuierlichen Betrieb. Dieser Betriebszustand wird dann solange aufrechterhalten, bis der Wasserstand vor dem Rechen wiederum eine zuvor gesetzte Grenze unterschreitet. Während des Betriebes arbeitet die Reinigungseinrichtung des Rechens dabei immer mit einer konstant bleibenden Geschwindigkeit.

Lastfallorientiert und effizienter arbeitet der Rechen mit der Erweiterung um die Prozess- und Maschinensteuerung IntelliScreen. Die intelligente Steuerung arbeitet nicht mit festen Ein- und Ausschaltzeitpunkten, sondern reguliert die Fahrgeschwindigkeit des Reinigungssystems nach tatsächlicher Entlastungserfordernis. Darunter ist zu verstehen, dass der Reinigungsprozess des Rechens stufenlos regelbar ist. Der Reinigungsprozess ist zunächst abhängig von dem aktuell gemessenen Wasserpegel vor dem Rechen. Weiterhin wird auch die Tendenz des Wasserpegels (steigend / fallend) und die Filterleistung in die Steuerung einbezogen. Hiernach wird die Reinigungsintensität und Filterleistung stufenlos angepasst.

Mit dieser Funktionsweise lässt sich durch Aufbau eines Filterkuchens bei geringer Reinigungsintensität die Entlastungswassermenge reduzieren und im gleichen Zug der Stoffrückhaltegrad erhöhen. Da der Rechen mit einer geringeren Reinigungsintensität arbeitet oder bei sinkenden Wasserständen früher abschaltet, ergeben sich hierdurch weitere Vorteile:

  1. Herabsenken von Betriebskosten
  2. Verringerung der Wartungskosten
  3. Längere Lebenszeit des Rechens
HSR-Rechen im Filterbetrieb
HSR-Rechen im Filterbetrieb

Anders sieht die Funktionsweise bei einem Regenereignis aus, bei dem die Bemessungswassermenge überschritten wird und eine Entlastung zwingend erforderlich ist. Mit IntelliScreen ist es hier möglich, die Reinigungsleistung über Nennlast um ca. 20 % Reserve zu erhöhen (siehe Diagramm). Dadurch ist eine zusätzliche Rückstausicherheit gewährleistet bei Entlastungsmengen über der Bemessungswassermenge.

HSR-Rechen im Entlastungsbetrieb
HSR-Rechen im Entlastungsbetrieb

Einbeziehung von Niederschlagsdaten aus dem Niederschlagsprotal NiRA.web in die Steuerung

Um das Entlastungsereignis noch effizienter und sicherer zu gestalten bietet IntelliScreen durch IoT-Daten aus dem Niederschlagsportal NiRA.web darüber hinaus die Möglichkeit, Niederschlagsdaten aus dem Einzugsgebiet des Rechens in die Steuerung mit einzubeziehen. Durch Analyse und Bewertung dieser Daten kann der Rechen auf Regenereignisse, Trockenwetterperioden und zukünftige Ereignisse, die sich noch nicht an den Messsonden am Rechen selbst bemerkbar machen, eigenständig reagieren. So kann der Wasserstand vor dem Rechen nach einem vorherigen Ereignis sinken, im Einzugsgebiet des Rechens aber gerade wieder ein neues, starkes Ereignis stattfinden. In diesem Fall kann der Rechen bereits im Voraus durch schnelles Fahren der Reinigungseinrichtung für eine höhere Entlastungsmenge sorgen. Durch diese vorbeugende Reinigung wird ein Überströmen des Rechens verhindert, bei dem das verunreinigtes bzw. vermischtes Regenwasser ungefiltert bzw. ungereinigt in den Vorfluter und somit in unsere Flüsse und Seen entlastet wird.

Zusammenfassende Grafik der Wirkweise von IntelliScreen

Grafik Wirkweise IntelliScreen
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