Kostenbewusste Abwasseraufbereitung: Wie die Stadt Tyler in Texas mit Lean Six Sigma die Kosten senkt

Wenn die Einwohner unverzichtbare kommunale Dienstleistungen zu möglichst geringen Kosten erwarten, geraten die Verantwortlichen in der Kommunalverwaltung häufig in eine Zwickmühle. Die Stadt Tyler in Texas löst dieses Dilemma, indem sie Lean Six Sigma auf alle Prozesse anwendet – von der Müllabfuhr bis zur Einstellung neuer Mitarbeiter.

In den letzten sechs Jahren hat die Stadt 103 Projekte abgeschlossen, Projekte, mit denen die Lebensqualität der Einwohner verbessert und Einsparungen von mehr als 5,4 Millionen US$ erzielt werden konnten.

Beispielsweise stellten die Verantwortlichen fest, dass im Westside Wastewater Treatment Plant, dem kommunalen Klärwerk, unterschiedliche Mengen von Magnesiumhydroxid verwendet wurden. Dies führte zu einer Untersuchung durch Mitarbeiter, die in der Lean Six Sigma-Methodik geschult waren. Magnesiumhydroxid stabilisiert die pH-Werte, verringert die Geruchsentwicklung des Abwassers, reduziert den Klärschlamm und fördert die Abscheidung von Feststoffen.

Das Team setzte es sich zum Ziel, die optimale Menge von Magnesiumhydroxid zu ermitteln, mit der alle erforderlichen Zwecke sowie die Anforderungen der Texas Commission on Environmental Quality an die pH-Werte erfüllt werden.

Die Herausforderung

Im Westside Wastewater Treatment Plant werden ca. 60 Prozent des kommunalen Abwassers behandelt und im Durchschnitt täglich 7,5-8 Gallonen Abwasser verarbeitet. Eine Standardisierung der dem Abwasser hinzugefügten Menge von Magnesiumhydroxid würde eine Senkung der Kosten erlauben. Das Projektteam musste zunächst bestimmen, wodurch die Schwankungen verursacht wurden, und beobachten, wie sich die variierenden Mengen der Chemikalie auf das behandelte Abwasser auswirkten.

Die Stadt Tyler in Texas konnte mit Lean Six-Sigma-Projekten Einsparungen von bislang mehr als 5,4 Millionen US$ erzielen. In einem dieser Projekte wurde die Menge von Magnesiumhydroxid standardisiert, die dem Abwasser im kommunalen Klärwerk Westside Wastewater Treatment Plant hinzugefügt wurde.

Mitarbeiter im Klärwerk mischen dem Abwasser im Kopfleitwerk Magnesiumhydroxid bei, um den gewünschten pH-Wert über den gesamten Aufbereitungsprozess hinweg zu erzielen. Alle zwei Stunden werden Stichproben entnommen, um sicherzustellen, dass die bundesstaatlichen Vorschriften eingehalten werden.

Da Magnesiumhydroxid teuer ist, versuchten die Mitarbeiter, die optimale Menge zu ermitteln, die eine effiziente Abwasseraufbereitung gewährleistet. Bei der Auswertung des Systems ermittelten sie verschiedene Prozessvariablen, darunter die Dosierung von Magnesiumhydroxid und die Alkalinität des zugeführten Abwassers.

Das Team musste jede Variable messen, um ihre Auswirkung auf den pH-Wert zu ermitteln, und außerdem mögliche Korrelationen zwischen den Variablen untersuchen. Wirkte sich der Alkalinitätsgrad auf die erforderliche Menge von Magnesiumhydroxid aus? War Magnesiumhydroxid der einzige Faktor für die Erhöhung und Senkung des pH-Wertes? Für die Beantwortung dieser Fragen verwendete das Team die Minitab Statistical Software.

Einsatz von Minitab

Minitab eröffnet auch Laien den Zugang zu Statistik und überwindet die Zurückhaltung, mit der viele der Datenanalyse begegnen. „Mit Minitab konnten die Mitarbeiter die Daten ganz einfach analysieren“, so Guillermo Garcia, Master Black Belt und Mitglied des Führungsteams in der Kommunalverwaltung von Tyler. „Beispielsweise führt der Assistent die Mitglieder des Teams durch eine Analyse, selbst wenn sie die Software zum ersten Mal verwenden.“

Das Projektteam generierte mit der Minitab Statistical Software eine Regressionsgleichung, mit der die Beziehung zwischen einer Variablen und einer Antwortvariablen beschrieben wird, und erzeugte eine grafische Darstellung der Daten. Anhand der Ergebnisse konnte das Team die Beziehungen zwischen Magnesiumhydroxid und Alkalinität sowie pH-Wert erkennen. „Die Grafiken verschafften uns Klarheit über die Bedeutung der Daten“, erläutert Garcia.

Nachdem das Team die Magnesiumhydroxid-Dosierungen im zeitlichen Verlauf verfolgt hatte, identifizierte es Perioden niedriger Alkalinität im zugeführten Abwasser als Ursache für höhere Dosierungen der Chemikalie. Ursprünglich waren die Mitarbeiter der Meinung, die niedrige Alkalinität ließe sich durch Hinzufügen einer größeren Menge von Magnesiumhydroxid korrigieren. Da sie jetzt die Ursache für die schwankenden Dosierungen kannten, konnten sie sich darauf konzentrieren, Alkalinitäts- und pH-Werte zu testen, um zu ermitteln, ob tatsächlich eine größere Menge von Magnesiumhydroxid erforderlich war.

In der grafischen Zusammenfassung oben wird die Streuung der Mengen des dem Abwasser hinzugefügten Magnesiumhydroxids gezeigt.

Die obige Anpassungslinie gibt die nicht signifikante Änderung des pH-Wertes bei Magnesiumhydroxid-Dosierungen wieder, die in einem Bereich von 12 Gallonen bis 55 Gallonen pro 2-Stunden-Intervall schwankten.

Diese I-Karte zeigt, dass es bei den Ergebnissen der pH-Stichproben nur geringe Änderungen gab, nachdem das Team die ideale Dosierung von Magnesiumhydroxid ermittelt hatte.

Die Analyse des Teams ergab, dass sich die Alkalinität und der pH-Wert des Abwassers durch Hinzufügen von Magnesiumhydroxid nur sehr wenig änderte. Auf Grundlage der Ergebnisse ermittelte das Team die ideale Menge von Magnesiumhydroxid, die dem Abwasser hinzugefügt werden sollte, und es beurteilte und veranschaulichte dieses Resultat mit Regelkarten von Minitab.

Ergebnisse

Die Datenanalyse erwies, dass der pH-Wert und die Alkalinität durch die Dosierung von Magnesiumhydroxid nicht wesentlich beeinflusst wurden. Das Klärwerk kann die Dosierung stabilisieren – und die Kosten verringern –, ohne befürchten zu müssen, dass das aufbereitete Abwasser nicht mehr den bundesstaatlichen Vorschriften entspricht. Die Streuung der Menge von Magnesiumhydroxid wurde von 106,17 auf 15,57 Gallonen pro Tag verringert. Die durch dieses Projekt erzielten Einsparungen überschritten den ursprünglich geschätzten Betrag und belaufen sich bislang auf mehr als 79.000 US$. Das Westside Wastewater Treatment Plant führte außerdem Arbeitsanweisungen ein, mit denen die Effizienz des Prozesses und die Einsparungen für die Stadt und die Steuerzahler auch für die Zukunft sichergestellt wurde.

Wie die Einwohner der Stadt wissen, ist dies nur eines von vielen Verbesserungsprojekten, und die Vorteile machen sich bezahlt. „Alle unsere Green Belts und Black Belts haben Projekte abgeschlossen, die auf die Verbesserung eines kommunalen Prozesses abzielen und Zeit oder Geld sparen“, so die Bürgermeisterin Barbara Bass.

„Ich glaube, unser Erfolg ist den Synergien zu verdanken, die durch die Kombination unseres Lean Six Sigma-Programms mit anderen Strategien des Mitarbeiterengagements erzeugt wurden“, erläutert der Stadtdirektor Mark Daniel. „Die bisher durch die Projekte der Stadt erzielten Einsparungen betragen mehr als 5,4 Millionen US$.“