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Dynamische Simulation von Kläranlagen

Dynamische Simulation von Kläranlagen

Die dynamische Simulation bietet die Möglichkeit biologische Abbauvorgänge und dynamische Transportprozesse in Kanal, Kläranlage und Gewässer realitätsnah zu berechnen. Damit können neben den Einflüssen der baulichen und maschinentechnischen Konfiguration auch die Auswirkungen der eingesetzten Mess-, Steuer- und Regelkonzepte untersucht werden. Das von aquadrat ingenieure eingesetzte Programmpaket SIMBA der ifak system GmbH (Magdeburg) ermöglicht Simulationen in den Bereichen:

  • Abwasserreinigung und Schlammbehandlung
  • Kanalnetz und Regenwasserbehandlung
  • Gewässergütemodellierung

Der Ausgangspunkt der Entwicklung war die biologische Abwasserreinigung. Mit dem sogenannten „Activated Sludge Modell No. 1“ (ASM 1) konnte erstmals der biologische Prozess des Belebtschlammverfahrens mit Stickstoffelimination simuliert werden. Neben den Zulaufschwankungen werden hierin auch Wachstum und Anpassung der Bakterienmasse an die jeweiligen Bedingungen berücksichtigt. Heute stehen in SIMBA zahlreiche weiterentwickelte Modelle u.a. auch für Anlagen mit biologischer Phosphorelimination und auch für anaerobe Prozesse (Faulung) zur Verfügung.

Abwasserreinigung und Schlammbehandlung

Die Anforderungen an die Kläranlagen werden stetig erhöht. Neben der Verbesserung der Stickstoff- und Phosphorelimination wird auch die Erhöhung der Energieeffizienz angestrebt. Gleichzeitig stehen die Anlagenbetreiber unter dem Druck, sich für die Kosten von Umbauten und Erweiterungen rechtfertigen zu müssen. Unter diesen Umständen ist es geboten, planerische Werkzeuge zu nutzen, die eine möglichst realitätsnahe, also auch dynamische Betrachtung vorhandener und geplanter Betriebszustände ermöglichen. Nur so kann eine optimale Ausnutzung der wertvollen Anlagensubstanz sichergestellt werden.

Die dynamische Simulation bietet diese Möglichkeit. Hiermit können die Auswirkungen von baulichen und regelungstechnischen Veränderungen vorab am virtuellen Kläranlagenmodell gezeigt werden. Neben den erzielbaren Ablaufwerten können dabei auch die Bedingungen innerhalb der Becken und beispielsweise auch Luftmengen und Energieverbräuche ermittelt werden. Auch die Bereiche Schlammeindickung, Faulung, Schlammentwässerung und Gasnutzung können mit der Simulation abgedeckt werden. Dadurch ist die Behandlung einer Vielzahl von Fragestellungen möglich, z.B.:

  • Vergleich verschiedener Mess-, Steuer- und Regelkonzepte
  • Untersuchung unterschiedlicher Prozesskonfigurationen (z.B. vorgeschaltete, intermittierende, Kaskaden-Denitrifikation)
  • Optimierung der Filtratwasserspeicherung und -rückführung
  • Darstellung der Auswirkungen von Beckenerweiterungen
  • Untersuchung kritischer Lastfälle (saisonale Schwankungen, Havarieszenarien)
  • Verfeinerung von Auslegungsvorschlägen z.B. bei der Belüftung
  • Optimierung der Faulgas-/Energieerzeugung

Kanalnetz und Fließgewässer

Im Rahmen der Umsetzung der WRRL werden sich die Anforderungen an die Schmutz-, Regen- und Mischwasserbehandlung in Zukunft verstärkt an der Gewässersituation orientieren. In isolierter Betrachtung einzelner siedlungswasserwirtschaftlicher Teilbereiche erarbeitete, scheinbar optimale Lösungen können für das Gesamtsystem gravierende Nachteile und Mängel aufweisen. Um siedlungswasserwirtschaftliche Systeme in ihrer Gesamtheit zu betrachten und ihre Auswirkungen auf die Gewässergüte der aufnehmenden Gewässer zu beurteilen, geht die Entwicklung der letzten Jahre hin zu einer integralen Planung der Teilsysteme Kanalnetz, Kläranlage und Gewässer (siehe auch DWA-A 100, 2005). Das Programmpaket SIMBA bietet die Möglichkeit, im Kanalnetz sowohl den Stofftransport als auch biochemische Transformationsprozesse und Abflussvorgänge (inkl. möglicher Steuerungs- und Regelungsvorgänge) zu beschreiben. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Auswirkungen im Fließgewässer mit verschiedenen Gewässergütemodellbausteinen abzubilden.

Mit der dynamischen Simulation besteht die Möglichkeit, zu einem besseren Verständnis der ablaufenden Prozesse zu finden, und zwar sowohl über die Auswirkungen einzelner Prozesse als auch über deren Zusammenwirken auf den Gesamtprozess. Die Wirksamkeit des Abwassersystems, geplante Änderungen der Betriebsweise und beabsichtigte Maßnahmenvarianten können somit im Vorfeld am Modell untersucht werden.

Bearbeiter

Die Bearbeitung der Simulationsstudien erfolgt durch Frau Dr.-Ing. Astrid Bischoff und Herrn Dr.-Ing. Peter Loock, die sich seit Jahren intensiv mit der dynamischen Simulation befassen.

 

Aktuelles

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    Bereits zum sechsten Mal in Folge werden wir auch in diesem Jahr wieder auf dem Hessischen Gemeinschaftsstand auf der IFAT in München vertreten sein.