Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Suche nach M\u00f6glichkeiten zur Energieeinsparung auf Kl\u00e4ranlagen setzt eine gesamtheitliche Beschreibung aller energieverbrauchenden und -liefernden Verfahrensschritte voraus. Da die Schlammbehandlung einerseits als Produzent wesentlicher frachtbelasteter Str\u00f6me und andererseits in Abh\u00e4ngigkeit des gew\u00e4hlten Stabilisierungsverfahrens eine energetisch bedeutende Rolle spielt, sollte durch eine integrierte Simulation die M\u00f6glichkeit geschaffen werden, die komplette Kl\u00e4ranlage und damit erstmalig die gegenseitigen Abh\u00e4ngigkeiten der beteiligten Verfahrensschritte quantitativ in einem Modell abzubilden. Es sollte ein praxisorientiertes Instrument f\u00fcr Planer und Betreiber entwickelt werden, mit dem die Auswirkungen einer ver\u00e4nderten Prozessf\u00fchrung auf die Energiesituation der gesamten Kl\u00e4ranlage transparent werden. Zugleich wurde ein tieferes Prozessverst\u00e4ndnis als m\u00f6glicher Ausgangspunkt f\u00fcr weitere Energieeinsparungen angestrebt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Forschungsvorhaben umfasste folgende Punkte:
\n\tdie Aufkl\u00e4rung grundlegender Abh\u00e4ngigkeiten ausgew\u00e4hlter Verfahrensschritte der Schlammbehandlung von biologischen und physikalischen Eigenschaften des Schlamms mit der Modellierung der an-aeroben Faulung, von Eindickprozessen, des Entw\u00e4sserungsverhaltens sowie von weiteren Verfahrensschritten der Schlammbehandlung und der Bestimmung ma\u00dfgeblicher Einflussparameter,
\n\tdie praxisgerechte Kombination der energetischen und verfahrenstechnischen Einzeloperationen in einer Simulation mit der bilanztreuen Zusammenf\u00fchrung in einem Modellansatz und der software-technischen Bereitstellung des Softwarewerkzeuges sowie
\n\tden Einsatz der entwickelten Simulationsmethodik und -werkzeuges unter Ber\u00fccksichtigung planerischer Aspekte und der angestrebten Betriebsoptimierung.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Bearbeitung begann mit der Recherche geeigneter Modellgrundlagen f\u00fcr die Prozessschritte der Schlammbehandlung sowie f\u00fcr die Energieberechung. Es stellte sich heraus, dass f\u00fcr jeden Prozessschritt eine Vielzahl von Modellgrundlagen zur Verf\u00fcgung steht, was insbesondere f\u00fcr die Schlammfaulung galt. Im Gegensatz zu den vordergr\u00fcndig vielf\u00e4ltigen M\u00f6glichkeiten ergaben n\u00e4here Betrachtungen ein differenzierteres Bild. Modelle, die f\u00fcr spezielle Prozessschritte entwickelt wurden, lassen sich nur ungen\u00fcgend auf \u00e4hnliche Umgebungen portieren. Als Gr\u00fcnde sind spezielle biologische Milieus, unpassende Detaillierungsgrade und spezielle Analytik zur Parameterbestimmung zu nennen. Am Ende konnten vier Modelle der anaeroben Schlammfaulung, einfache Modellans\u00e4tze zur maschinellen Schlamm-entw\u00e4sserung und -eindickung sowie Modelle f\u00fcr statische Eindicker und der Vorkl\u00e4rung implementiert werden.
\nDie Implementierung in ein Simulationswerkzeug und die Anwendbarkeit der gew\u00e4hlten Modellgrundlagen wurden \u00fcber die Laufzeit des Projektes an einem Modell einer realen Kl\u00e4ranlage gepr\u00fcft. Anhand der damit gesammelten Erfahrungen konnte die Implementierung schrittweise verfeinert werden. Ein wichtiger Aspekt bei der gemeinsamen Betrachtung von Abwasserreinigung und Schlammbehandlung sind Schnittstellenmodelle. Diese sind notwendig, um verschiedene biochemische Modellgrundlagen koppeln zu k\u00f6nnen, da diese Abwasser- bzw. Schlammstr\u00f6me milieuspezifisch definieren. Die Problematik der Schnittstellenmodelle wurde intensiv bearbeitet, da die G\u00fcte der Schnittstellenmodelle die G\u00fcte des Gesamtmodells in erheblichem Ma\u00dfe beeinflusst. Ein weiteres Ergebnis aus der Arbeit mit dem Anlagenmodell ist die Erkenntnis, dass die Modellierung der Schlammbehandlung nicht zwangsl\u00e4ufig zu einem erheblichen Mehraufwand f\u00fchrt. Vielmehr h\u00e4ngt die G\u00fcte eines Modells, wie auch bei ausschlie\u00dflicher Modellierung der Abwasserreinigung, \u00fcberwiegend von der G\u00fcte der Zulaufbeschreibung ab.
\nDie Erm\u00f6glichung der Analyse des Energieverbrauchs stellte einen weiteren Schwerpunkt des Projektes dar. Wie bei den Prozessmodellen waren die entscheidenden Forderungen ein einfacher Umgang mit entsprechenden Modellen sowie die M\u00f6glichkeit der einfachen Implementierung in ein Simulationswerkzeug. F\u00fcr die L\u00f6sung wurde ein in dem Simulationswerkzeug bestehendes Konzept zur Implementierung einfacher algebraischer Gleichungen erweitert. Es wurde ein Modul entwickelt, das alle f\u00fcr die Berechung der Energieverbr\u00e4uche relevanten Signale und Parameter im Hintergrund aufzeichnet. Der Nutzer muss nur dieses Aufzeichnungsmodul in das gew\u00fcnschte Modell kopieren. Die Konfiguration der Energieberechnung erfolgt automatisch: den einzelnen Verfahrensbl\u00f6cken werden Energiemodelle zugeordnet. Vom Nutzer braucht nur noch die Parametrierung der Energieberechnung durchgef\u00fchrt zu werden. Das Projektziel und selbstgew\u00e4hlte Randbedingungen (einfache Anwendung und Implementierung) sind durch die neuentwickelten Module in hohem Ma\u00dfe erf\u00fcllt worden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ziele und Zwischenergebnisse des Projektes wurden w\u00e4hrend der Bearbeitung auf verschiedenen Veranstaltungen vorgestellt.
\n\tOgurek M., Alex J., Moshage U.: Vergleichende Simulation verschiedener Faulungsmodelle an einem realen Beispiel; SIMBA-Anwendertreffen, Freyburg\/Unstrut , 05.2003
\n\tMoshage U., Ogurek M., Niemann K.: Vergleich von statischer Berechnung und dynamischer Simulation zur Betriebsoptimierung; Mess- und Regelungstechnik in abwassertechnischen Anlagen, Wuppertal, 11.2003
\n\tMoshage U., Dockhorn T., Alex J., Ogurek M., Niemann K.: Gesamtheitliche Prozessf\u00fchrung zur Energieoptimierung von Abwasserreinigung und Schlammbehandlung durch Simulation; ATV-Bundestagung, Wolfsburg, 10.2003
\n\tNiemann K.: Energieoptimierung von Abwasserreinigung und Schlammbehandlung durch Simulation; SIMBA-Anwendertreffen, Tangerm\u00fcnde, 05.2004
\n\tOgurek M.: Vorgehen und Werkzeuge zur Energieanalyse abwassertechnischer Anlagen; Neue Beitr\u00e4ge der Regelungs- und Informationstechnik zur Betriebsf\u00fchrung von Abwasseranlagen, Workshop von VDI, ATV-DVWK und IWU, Barleben, 11.2004
\nDar\u00fcber hinaus wurden aus dem Projekt resultierende Ergebnisse und Erfahrungen in die EU-Aktion COST 624 (Working Group No. 1 on Plant Operation) eingebracht und diskutiert. Diese Gruppe europ\u00e4ischer Experten besch\u00e4ftigt sich mit Modell-Benchmarkanlagen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Modellierung und Simulation der Schlammfaulung sehr gut m\u00f6glich ist. Ein entsprechendes Simulationswerkzeug wurde weiterentwickelt, um Anwendern die M\u00f6glichkeiten der integrierten Modellierung von Abwasserbehandlung und Schlammbehand-lung zug\u00e4nglich zu machen.
\nZur Energieanalyse mittels Modellen wurde eine einfach zu handhabende Methodik entwickelt. Sie erlaubt es Anwendern, Prozessmodelle aufwandsarm (im Verh\u00e4ltnis zur Prozessmodellierung selbst) um die Energieberechnung zu erweitern. Auch daf\u00fcr wurde das Simulationswerkzeug um entsprechende Funktionen und Module erweitert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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