| EnviaTec | Input betreffs Menge und Beschaffenheit des Zulaufs |
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Wie bereits unter erforderliche Eingangsdaten erwähnt, lassen sich die Inputs für ein STOAT Modell zur Kläranlagensimulation in “statische” und “dynamische” Inputs unterteilen. Hier werden nur “dynamische” Inputs betrachtet. Diese lassen sich wiederum unterteilen in:
Nachfolgend wird der erstgenannte Punkt betrachtet. Der zweite Punkt ist Gegenstand von Input-Dateien Fahrweise. Die Bedeutung der korrekten Abbildung des Inputs eines Modells für die Qualität seines Outputs wird oft etwas flapsig mit «bullshit in - bullshit out» umschrieben. STOAT-Modelle zur dynamischen Kläranlagensimulation machen hier keine Ausnahme. Wie bereits im Abschnitt Arbeitsschritte ausgeführt, sind für die Vorbereitung und Durchführung der Rechnerläufe und die Kalibrierung des Modells rund zwei Drittel der Arbeitszeit innerhalb eines Projektes der Kläranlagensimulation zu veranschlagen. Dies ist auf die großen Datenmengen zurückzuführen, mit denen hier umgegangen werden muss, hängt aber auch damit zusammen, dass - siehe oben - die ordnungsgemäße Übertragung der Messwerte in entsprechende Inputdateien maßgeblichen Einfluß auf die Simulationsqualität hat. Deshalb sind essentielle Informationen für die Modelle mit Sorgfalt zu behandeln, ohne jedoch die Genauigkeit an der falschen Stelle zu übertreiben. Formate der STOAT-InputdateienIm Industrieabwasserbereich sind vor allem folgende Formate der STOAT-Inputdateien von Interesse:
Diese Formate korrespondieren mit mathematischen Modellen zur Beschreibung der Vorgänge in der Belebungsstufe, die beim Modellentwurf unter «Input data», «Name and dimension» auszuwählen sind. Dies wird in der folgenden Abbildung am Beispiel von «AOX» als «Process model» verdeutlicht.
Der Zusammenhang zwischen den Modellen und den Formaten der Inputdateienen geht aus folgender Übersicht hervor:
In aufsteigender Reihenfolge der o.g. Formate nimmt die Anzahl der übergebenen Parameter zu. Bei *.COD werden z.B. folgende Parameter übergeben:
Eine Gegenüberstellung aller Inputparameter der o.g. Dateitypen finden Sie in der Exceltabelle: Übersicht wichtiger Formate von STOAT-Inputdateien. Von der Zuordnung zwischen Modell und Format der Inputdatei gemäß der obigen Tabelle kann abgewichen werden, ohne dass STOAT mit einer Fehlermeldung oder gar Absturz reagiert. Fehlen erforderliche Inputs, kann das Modell jedoch die davon betroffenen Vorgänge nicht wie erwartet simulieren. Werden hingegen mehr Parameter übergeben, als ein Modell benötigt, so schadet das nicht, führt aber auch nicht zu einer Verbesserung der Ergebnisse. Deshalb wird die Beachtung der o.g. Zuordnung empfohlen. Bei der Modellierung von Kläranlagen mit mehreren Belebungsstufen kann es durchaus sinnvoll sein, in den verschiedenen Stufen voneinander abweichende Prozessmodelle zu wählen. Dann ist das Format der Inputdatei(en) an dem Modell mit der höchsten Anforderung in bezug auf den Umfang der Parameter auszurichten. Generieren von STOAT-InputdateienSTOAT “Bordmittel”STOAT bietet dem Anwender die Möglichkeit, Inputdateien aus vorgegebenen «pattern» zu generieren. Dieses Menü ist verfügbar auf der Rechnerlaufebene («Run level»), nachdem ein neuer Rechnerlauf angelegt, aber noch nicht gestartet wurde. Um den zugehörigen Dialog zu öffnen, genügt es, mit der rechten Maustaste über dem Icon eines Inputs zu klicken (siehe Abb. 2).
Nach Auswahl des gewünschten Formats öffnet sich das in Abb. 3 gezeigte Menü. Von da aus kann die Inputdatei entweder mit Klick auf « Create data file» sofort generiert oder das Muster der Datei eingesehen und erforderlichenfalls verändert werden (Klick auf «Edit formulae»). Grundsätzlich stehen drei Varianten für den Tagesgang von Menge und Beschaffenheit der zu generierenden Zulaufdatei zur Verfügung:
Für «Constant» ist die in Abb. 4 auszugsweise dargestellte Vorlage einer *.COD-Datei hinterlegt. Alle Werte können beliebig überschrieben werden, um das Muster den eigenen Anforderungen anzupassen.
Für «Diurnal» ist die in Abb. 5 dargestellte Standardvorlage einer *.COD-Datei hinterlegt. Sowohl die Werte für Menge und Beschaffenheit in der ersten Zeile als auch die Faktoren für die 24 Stunden eines Tages können beliebig überschrieben werden, um das Muster den eigenen Anforderungen anzupassen. Bei der Einstellung der Faktoren ist darauf zu achten, dass sich als Mittelwert der Faktoren in einer Spalte (zwischen 00:00 und 23:00 Uhr) jeweils “1” ergibt. Ansonsten wird die Einstellung ignoriert (mit entsprechender Fehlermeldung). Analoges gilt für das in Abb. 6 dargestellte Ausgangsmuster einer *.COD-Datei für «Sinusoidal».
Das Generieren einer Inputdatei mit Hilfe dieser Standardvorlagen ist vor allem für Inputdateien bei Szenario-Analysen hilfreich. Der mit dem Szenario abzubildende Lastfall wird in der Vorlage hinterlegt, den Rest läßt man von STOAT erledigen. Dies bewirkt ein Klick auf «Create data file» (siehe Abb. 3), es öffnet sich ein Fenster gemäß Abb. 7.
Die Fenster gemäß Abb. 8 und Abb. 9 scheinen nacheinander auf, sobald im Menü gemäß Abb. 7 mit «OK» quittiert wurde. Die neue Datei kann geöffnet werden, bevor der Rechnerlauf gestartet wird (siehe Abb. 9). Dies kann ausschließlich zu Kontrollzwecken erfolgen, kann aber auch dazu genutzt werden, das Profil noch weiter zu differenzieren und anzupassen. TabellenkalkulationsprogrammeDie dynamische Kläranlagensimulation mit STOAT wird üblicherweise zur Optimierung vorhandener Anlagen eingesetzt. Dabei stehen – je nach Klärwerk – mehr oder weniger detaillierte Zeitreihen über Menge und Beschaffenheit der zulaufenden Abwässer aus der Retrospektive zur Verfügung. Um diese Messwerte als Input verwenden zu können, sind sie in das für STOAT erforderliche Format zu übertragen. Außerdem sind die erforderlichen Fraktionierungen für CSB und die Stickstoff- und Phosphorverbindungen vorzunehmen. Auf allen Klärwerken in Deutschland werden Menge und Beschaffenheit des Zu- und Ablaufs gemessen. Sind mehrere Behandlungsstufen vorhanden, erfolgen Messungen auch zwischen den verschiedenen Stationen entlang des Abwasserfließwegs. Die Messungen erfolgen online (z.B. Abwasservolumenstrom, Ammoniumkonzentration oder Leitfähigkeit) oder in Form von Labormessungen (z.B. CSB, TKN). Während die Onlinemessungen in hoher zeitlicher Dichte durchgeführt werden (z.B. aller 2 Minuten) sind bei den Labormessungen deutlich längere Messintervalle üblich (z.B. 24-h-Mischproben). In großen Klärwerken werden die Messreihen meist in “Labordateninformations- und -managementsystemen (LIMS)” und in den Prozessleitsystemen (PLS) gesammelt und archiviert. Die Messwerte können somit i.d.R. aus relationalen Datenbanken mit SQL-Schnittstellen eingelesen werden. In kleineren Anlagen sind anstelle von LIMS eher proprietäre Lösungen, meist auf Basis von Tabellenkalkulationsprogrammen anzutreffen. Nichtsdestoweniger sind aber heutigentags auch hier in aller Regel maschinenlesbare Daten gegeben. Excel-Makros haben sich als Methode der Wahl erwiesen, um aus derartigen Daten STOAT-Inputdateien zu generieren. Das Generieren von STOAT Inputfiles aus Abwasserkatasterdaten ist ein Beispiel hierfür. Wichtig ist, dass die Messreihen vor dem Übertragen in STOAT-Inputdateien auf Konsistenz und Plausibilität geprüft und so weit wie möglich von “Ausreißern” bereinigt werden. Auch hierfür eignen sich Makros gut. Zum Aufdecken von Widersprüchen in den Messreihen sind auch die unter MS Excel verfügbaren Möglichkeiten zur grafischen Darstellung nützlich. Ablauf Belebung ≡ Zulauf Belebung - Überschussschlammabzug Unter Berücksichtigung der Eliminierungsleistungen innerhalb der Reaktoren können analoge Kontinuiätsbeziehungen für die Abwasserfrachten aufgestellt und dementsprechend überprüft werden. BOD ≤ COD Ein Tip zum SchlussVergewissern Sie sich, ob Ihr Modell tatsächlich alle angegebenen Inputdateien findet, bevor Sie einen Rechnerlauf starten. Hierzu wählen Sie im STOAT Menü → «Edit» → «Influents». Wenn alle Verweise und Dateinamen richtig gesetzt sind, findet STOAT sämtliche Inputdateien und bestätigt Ihnen im Check, dass alles “im grünen Bereich” liegt (vgl. Abb. 10).
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