污水处理厂分析

AZoCleantech采访了Aerzener Maschinenfabrik的应用经理Markus Leidinger和业务发展与平台经理Arnd Ohme，介绍了德国东部的废水处理厂Liebenwalde，以及它从失败的工厂到成功的过程。2018年，该工厂的状况非常糟糕。Liebenwalde被认为是能源效率最差的污水处理厂之一，而且工厂没有钱来改变这一点。

为什么这个项目被认为是不可能完成的任务?

马库斯Leidinger:全厂年能耗56万千瓦时。工厂经理面临着42%的产能增长。曝气池中的氧含量仅为0.5毫克/升。然而，要求的值仍然是每升1.5毫克。这些不良值主要可以与旧的、经济的鼓风机系统结合形成旧的、有缺陷的管膜扩散曝气系统。

该厂的能源评价非常差，每年人均耗电量为42千瓦时。因此，这是一个非常非常大的挑战。尽管如此，与目前应用的专家公司一起，我们能够重新创建一个资助计划。在三年内，三个不同的处理工艺被完全重建。

我们从2019年开始使用新的细泡曝气系统，包括新的旋转活塞压缩机、第二个砂砾室和两个新耙子。投资成本达70万欧元。我们为这个项目获得了80%的资金，相当于55万欧元。2020年，新建了一个污泥腐殖化厂，耗资200万欧元，其中160万欧元得到了资助。一年后光子光伏系统这花费了22万欧元，我们能够通过250万欧元的资助计划来优化工厂。

你能简单介绍一下Liebenwalde污水处理厂的历史吗?

马库斯Leidinger:该工厂建于1992年，可容纳1.4万人口。曝气池容积5400立方米，水深3.9米。污染量为每年63万立方米。我们的氧气设定值是每升1.5毫克，最大的挑战是由于邻近社区的卡车运输，容量增加了42%。

油压缩室以前的运行模式是由三个超过30年的鼓风机组成的，它们通过一个旧的管道膜扩散器间歇性地向曝气池输送空气。每台机器的安装功率为18.5千瓦。每台机器的流量是950立方米每小时。压力差是520毫克。所有机器在满负荷运行模式下一起运行了15个小时。

图片来源:Aerzener Maschinenfabrik GmbH

这种过时的曝气系统有什么缺点?

马库斯Leidinger:这个旧的曝气系统有很多缺点;管道膜扩散器效率低下，部分因老化而存在缺陷。这可以从曝气池中湍流的水面看出。旧的鼓风机不经济，所以没有配备变频器。所有这些情况都导致了每升0.5毫克的氧气值。

此外，由于所有部件都已老化，很难获得新的备件。在能源效率方面，由于通往盆地的管道很长，我们的压力损失很高。整个系统是不经济的，42%的能力增长仍然是不可能的。

你是如何克服旧系统带来的挑战的?

马库斯Leidinger:为了解决这些问题，客户选择了一种全新的曝气系统。我们将两台德尔塔混合动力机器放置在尽可能靠近曝气池的容器溶液中。通过这种方式，我们避免了不必要的压力损失进入管道系统。空气通过集气管进入曝气池，间歇运行。在盆内，我们安装了一个精细的气泡膜曝气系统。

新的AERZEN容器解决方案表现如何?

马库斯Leidinger:在我们的集装箱里，我们装了两台Delta Hybrid d52s机器。两台机器具有完全相同的性能数据。这些机器配置的体积流量在每小时800到2500立方米之间。每台机器的安装功率为55千瓦，压差只有450毫克。机器在变频器模式下每天运行13小时。

集装箱解决方案在资本支出和运营支出方面节省了可观的成本。电站建得尽可能靠近曝气池。通过这种方式，我们能够保证管道系统的压力损失最低，节省了大量的能源和资金。

短管道系统在材料成本和管道成本方面都节省了资金。我们不需要一个新的压缩机大楼，而且有了室外安装，我们就有了最好的氧气输入到生物体内。本机输送腔100%无油。我们的吸声器没有吸收材料，因此我们避免了通气板从内部堵塞多年。

通过所有这些行动，我们可以实现超过20万欧元的成本削减。

旧压缩机系统和新压缩机系统的能耗比较如何?

马库斯Leidinger:在考虑能源问题时，有两件非常重要的事情需要考虑。这些新机器用变频器运转。控制单元能够决定一台或两台机器是否需要运行。使用旧的解决方案，唯一的选择是同时启动或停止所有三台机器，曝气过程需要15个小时。新的解决方案带来了显著的能源成本节约。

2017年，该工厂需要29.4万千瓦时的能源，但在2021年采用新解决方案后，只需要16万千瓦时的能源，这意味着产能增加了42%。这意味着我们可以节省47%的能源，相当于每年3万欧元。

简而言之，尽管产能增加了42%，但仍节约了47%的能源，80%的工厂投资成本得到了资助，工厂每年节省了超过65,000欧元的能源，并且安装了新的太阳能发电系统，每年的发电能力为130,000千瓦时。得到的最高值为每年每人口等值17千瓦时₂每年减排210吨。

图片来源:Aerzener Maschinenfabrik GmbH

请介绍一下你自己以及你在AERZEN系统公司的角色。

Arnd Ohme:我叫Arnd Ohme，是AERZEN系统公司的业务拓展经理。根据我的经验，我想告诉你数字服务如何通过更透明和智能的机器数据分析来优化机器维护。

使用智能机器数据分析，数字化服务如何帮助优化机器维护?

Arnd Ohme:客户经常讨论机器保养问题。一位客户告诉我，为了了解一台机器的状况，我必须去机器现场参观。然而，作为业务发展经理，我经常非常忙，因此没有时间去现场的机器。此外，有些客户会定期更换部件，而不管部件的状况如何。这也意味着不必要的花费。

另一方面，我们在纸上记录维护工作，并将其归档在文件夹中，这是非常老式的做法。因此，在发生故障时，由于没有详细的机器数据记录，我们有时不得不花费更多的时间来寻找案例。

因此，当我们考虑预防性维护时，这里的目标是在组件发生故障之前更换它们。这是最常见的维护策略。在这里，不管部件的状况如何，而是根据它们使用的时间来更换。机器利用率高还是低并不重要。在污水处理方案中，鼓风机不是长期运行，负荷不同。这就导致了一种不同类型的磨损，而不是在全负荷下永久运行的鼓风机。但是这种基于使用的维护更适合作为预防性维护的形式。

预防性维护和预见性维护之间存在着巨大的差异，特别是对于在相同负荷下不能永久工作的机器。因此，预测性维护可以根据机器的状况优化维护间隔，特别是在机器负荷较低和运行时间较短的情况下。维护间隔可以根据需要进行优化，这最终可以节省成本。

通过收集机器数据和数据分析，可以更好地定义最佳维护时间。此外，未被发现的高磨损案例较少。

如何使用AERprogress状态监控来帮助监控维护需求?

Arnd Ohme:通过我们的产品AERprogress Condition Monitoring，我们收集了压力和温度等机器数据，以及舞台和发动机轴承的振动。然后使用现代算法对这些数据进行分析，并由此计算出机器整体的健康指数和各个磨损部件。

在实践中，压力和温度数据，以及工作时间，来自机器控制系统，AERtronic。在舞台轴承和驱动电机上附加振动传感器，详细测量轴承振动。然后，这些数据被发送到AERprogress云中，AERZEN物联网网关在其中使用移动通信。

在云计算中，数据被存储并使用现代算法进行分析。作为用户，您可以使用web浏览器通过web界面访问数据和信息。数据通信采用高水平的网络安全机制。

作为用户，您可以使用任何web浏览器和您的用户帐户轻松访问AERZEN数字平台。通过数字平台，您还可以收到超过限制值的信息，以及鼓风机和相关磨损部件的健康指数信息。这使您可以随时随地轻松快速地了解风机的状况。

这个健康指数非常聪明。在数字平台的背景下，复杂而智能的计算正在运行。使用我们基于接收到的机器数据的智能数据分析算法，可以获得机器健康状况的清晰概述。有了这些信息，您就有时间清楚而容易地了解有关机器相关组件的状况的信息。

您能否举例说明AERprogress状态监控程序如何潜在地用于监控机器维护?

Arnd Ohme:首先，我将使用一个基于污水处理厂使用d52s鼓风机，并概述如何通过最佳维护，节省成本。

在过去，一个客户一年只换一次空气过滤器。因此，空气过滤器总是堵塞，这意味着机器的能量消耗不断增加，以对抗堵塞。因此，能源消耗和运行成本相应增加。

为了提供帮助，我们用进度状态监控更新了机器。对进展状态监测的永久运行数据分析表明，根据过滤器堵塞情况，每年更换4次过滤器是最优的。

由于这种堵塞，客户也有更高的维护成本。因此，在遵循状态监测计划的建议后，他发现每年总运营成本减少了约1711欧元。因此，通过使用状态监视实现的节省将允许客户在不到三年的时间内还清投资。基于这一点，再加上能源价格目前正在急剧上涨，回报可能会更早到来。

到目前为止，对轴承的附加振动监测表明，轴承在定时维修时没有足够的磨损;因此，还没有必要更换。反过来，客户节省了额外的轴承维护成本。

数字服务和智能数据分析提供了额外的附加值。它们提供了额外的机会来降低运行成本和增加机器的使用寿命。

简而言之，进度状态监测在节省资金和成本方面具有巨大潜力。为了充分利用进度状态监测并轻松从中受益，请立即联系Aerzener Maschinenfabrik GmbH。

这项手术能得到国家资助吗?

马库斯Leidinger:在德国，你需要先进行预估分析，然后再进行概念研究。这项研究包括哪些处理工艺具有很高的节能或减少CO的潜力₂以及需要什么样的混凝土替代品。然后你可以申请国家资助。我的经验告诉我，每个国家的程序都是相似的。重要的是要知道是否有国家资金作为基础。

为什么演示中的客户没有决定涡轮鼓风机?

马库斯Leidinger:在Liebenwalde污水处理厂的案例中，使用两台Delta混合动力机器是更好的解决方案。原因一，使用德尔塔混合动力发动机，我们可以实现更大的流量范围，通过这个流量范围，我们实现了良好的能源效率。原因二，在这种情况下，我们可以在现有的建筑中安装电源和控制柜，包括我们的机器和变频器。对于所需的处理过程来说，这是一个非常便宜和更好的解决方案。

图片来源:Aerzener Maschinenfabrik GmbH

您在Aerzener Maschinenfabrik生产容器溶液吗?

马库斯Leidinger:当然可以。我们能够交付并完成包含所有所需组件的容器解决方案。这包括机器，当然，电源和控制柜包括变频器，房间通风，管道连接，和数字化作为一个选项。我们为客户提供完整的块和放置解决方案。

对客户来说，数字化是一个大话题。没有云，空气也可以前进吗?

Arnd Ohme:我们专注于云解决方案，因为云解决方案为我们提供了很多机会，相对于仅由客户放置在现场的解决方案，我们有很多优势。这样做的最大优势是，所有的数据都集中在我们的云应用程序中，这些数据将用于我们的自动化机器学习，以优化完整的分析过程等等。这将在许多方面有利于我们的人工智能。

当你只有几台机器用来训练分析算法的人工智能时，那么学习过程就不会像它可以做到的那样强大。这就是我们专注于云应用程序的原因。云是这个话题的最佳解决方案，特别是当我们谈论数据分析、机器学习和大量后台人工流程时。

数据是否也可以连接到SCADA系统?

Arnd Ohme:目前市场上有很多不同的SCADA系统，它们有不同的接口。目前，我们提供Modbus/TCP作为标准接口;未来还将推出其他接口。但在实践中，并不是每个连接都是相同的连接，并且接口通常是不同的。因此，我们必须更深入地了解SCADA系统的接口。然后，当我们有更多的细节时，我们可以在现场做什么SCADA系统．

黑客能通过手机连接操控机器吗?

Arnd Ohme:这是我们经常被问到的问题，特别是当我们谈论污水处理厂和应用程序时，它们有关于IT安全和网络安全的特殊政策。在我们产品的开发过程中，我们非常关注这个主题。由于这是我们必须解决的主要问题，因此，我们开发了非常安全的产品以及传输和通信协议。它是基于德国关键基础设施(能源供应、供水等)应用的It安全指南和国际ISO 62443应用。因此，我们有一个非常安全的应用程序，在网络安全和IT安全方面处于最先进的水平。

另一方面，就物联网网关而言，当我们进行通信时，云中传输的数据是加密的，因此我们有可能将数据安全地带到云中，而没有真正的机会能够解密它。

在另一端，我们有一个网关，其工作方式与防火墙相同。它可以阻止来自外部的错误和关键访问，并且作为一个额外的安全功能，在当前的物联网网关的峰会版本中，不可能通过物联网网关远程控制机器。物联网网关还可以阻断读进程和写进程。

Markus Leidinger & Arnd Ohme

本信息由Aerzener Maschinenfabrik GmbH提供的材料来源、审查和改编。

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