Abwasserkataster auf Basis von EnviDat

Nach den Anhängen 22 und 38 der Abwasserverordnung sind Abwassereinleiter aus dem Bereich der Chemischen und Textilindustrie verpflichtet, der zuständigen Wasserbehörde ein Abwasserkataster zum Nachweis der Einhaltung wasserrechtlicher Anforderungen vorzulegen. Wesentlicher Inhalt des Abwasserkatasters sind Aufstellungen über Menge (=Abwasservolumenstrom) und Beschaffenheit (=Abwasserinhaltsstoffe) der am jeweiligen Standort oder im jeweiligen Unternehmen anfallenden Abwasserteilströme und deren Behandlung. Das heißt, dass der Fließweg aller relevanten Abwasserteilströme von der Anfallstelle über die verschiedenen Stufen der innerbetrieblichen Abwasserbehandlung bis hin zur Einleitung in das aufnehmende Gewässer zu dokumentieren ist. Es liegt auf der Hand, dass ein derartiges Abwasserkataster auch bei der Ermittlung der Ausgangsdaten für die dynamische Kläranlagensimulation sehr hilfreich sein kann.
Zur Erstellung und Laufendhaltung von Abwasserkatastern (aber auch für eine Reihe anderer Aufgaben der Umweltinformation) hat sich das Programmpaket EnviDat/EnviMod/EnviReg etabliert und bewährt. Dieses Programm ist Lizenzprodukt der RISA GmbH. Es läuft auf Betriebssystemen wie z.B. Windows NT, XP oder Vista und arbeitet mit allen marktgängigen relationalen Datenbankmanagementsystemen (RDBMS) zusammen (z.B. Oracle, MS Access, MS SQL Server). Das Programmsystem basiert auf Visual Basic.
EnviDat ist das Kernprogramm des Datenmanagementsystems für den Endnutzer. EnviMod stellt dem Programmierer (und dem "Power-User") Werkzeuge zur Konfiguration und Modifikation von EnviDat bereit, EnviReg ist das Werkzeug zur Verwaltung der Schnittstellen zwischen EnviDat und zugehörigen oder "angeflanschten" Datenbanken.

Das Programmpaket EnviDat/EnviMod

• nutzt alle verfügbaren Datenbestände des Unternehmens (z.B. LIMS-Daten, Daten von Prozessleitsystemen und SPS, sonstige Onlinemessungen, Stoffdatenbanken),
• bietet flexible Lösungen für alle Informationen, die bisher datentechnisch gar nicht oder mit Blick auf deren Auswertung nicht sinnvoll erfasst wurden (z.B. verbale Befunde aus der Mikroskopie des Belebtschlamms),
• gestattet dem Anwender, eigenständig Änderungen und Verbesserungen am System auch während des laufenden Betriebs ohne teure Programmierung vorzunehmen (mit Hilfe von EnviMod),
• gewährleistet dank seiner ausgereiften Verwaltung zeitlicher Gültigkeitsbereiche Konsistenz und Plausibilität aller wichtigen Informationen über für praktische Zwecke ausreichend lange Zeiträume und
• bringt somit gleichsam "alles unter einen Hut"!

Beispiele zum «Look and feel» eines Abwasserkatasters unter EnviDat

Abb. 1 Benutzerschnittstelle von EnviDat mit «tree-view»-Navigation

Die Navigation im «Mengen-Elemente-Baum» ist identisch mit der Navigation im Windows-Explorer: Ein Klick auf das führende “+”-Zeichen expandiert die «Menge» (oder Klasse) und es zeigen sich “-”-Zeichen. Werden diese angeklickt, wird die Expansion wieder rückgängig gemacht.

«Mengen» (Klassen) werden im «Mengen-Elemente-Baum» durch rote Kreise gekennzeichnet. Rot gefüllte Kreise kennzeichnen originär angelegte «Mengen» (“Stammmengen”), rot umrandete Kreise mit einem “S” in der Mitte kennzeichnen «Submengen» (Unterklassen). Die in Klammern gesetzten Ziffern hinter den Bezeichnungen der «Mengen» bzw. «Submengen» geben an, wie viele «Elemente» (Objekte) zur jeweiligen «Menge» (Klasse) gehören. Die «Elemente» (Objekte) selbst werden wiederum durch grüne Dreiecke dargestellt.

Die Inhalte der Fenster auf der rechten Seite sind “kontextsensitiv”, das heißt die Anzeige hängt davon ab, worauf der Mauszeiger im «Mengen-Elemente-Baum» fokussiert. Dementsprechend werden verfügbare Methoden, Aufgaben und der zeitliche Gültigkeitsbereich immer aktualisiert.

Abb. 2 Beispiele für Nachweise und Berichte, die aus dem Abwasserkataster unter EnviDat «per Knopfdruck» für die Behörde generiert werden können

Abb. 3 Beispiel einer Verfahrensbeschreibung unter MS Word (Textverarbeitung wird von EnviDat aufgerufen, Text wird in der EnviDat-Datenbank gespeichert)

Abb. 4 Ermittlung der CSB-Sollfracht

Diese Angaben und Berechnungsschritte können in der Excel-Tabelle CSB-Sollfrachtermittlung
besser eingesehen und nachvollzogen werden.

Bevor Sie auf den Verweis zur Excel-Tabelle klicken, bitten wir Sie zu brücksichtigen, dass die Referenzseite aufgrund ihrer Größe (ca. 70 kB) eine etwas längere Ladezeit erfordert und dass Ihr Internet-Browser für eine korrekte Wiedergabe evtl. ein entsprechendes Plug-in von Microsoft benötigt!

Abb. 5 Ausgabe eines Sankey-Diagramms zum Nachweis der Einhaltung der Sollfracht (hier: CSB)

Vollständig und besser lesbar können die Angaben und Berechnungsschritte in der oben nur auszugsweise darstellbaren Ausgabe des Excel-Makros im Sankey-Diagramm zum Nachweis der Einhaltung der CSB-Sollfracht eingesehen und nachvollzogen werden.

Bevor Sie auf den Verweis zur Excel-Tabelle klicken, bitten wir Sie zu brücksichtigen, dass die Referenzseite aufgrund ihrer Größe (ca. 230 kB) eine längere Ladezeit erfordert und dass Ihr Internet-Browser für eine korrekte Wiedergabe evtl. ein entsprechendes Plug-in von Microsoft benötigt!

Pivot-Tabellen

Mit MS Excel können sogenannte “Pivot”-Tabellen angelegt werden, die sich besonders gut für zusammenfassende Übersichten komplexer Zahlenwerke eignen. Diese Tabellen zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Erscheinungsbild und ihre Aussage durch wenige Mausklicks komplett verändert werden können (“pivot” bedeutet im Englischen Drehpunkt, drehbar lagern, schwenken).

Unter EnviDat besteht die Möglichkeit, per Knopfdruck “Pivot”-Tabellen für verschiedene Zwecke zu generieren. Die folgende Abbildung, eine anonymisierte Übersicht der Abwasserteilströme einer bestimmten Produktionsanlage, ist ein Beispiel hierfür.

Abb. 6 Beispiel einer von EnviDat erzeugten “Pivot”-Tabelle

Vollständig und besser nachvollziehbar kann dies in Übersicht der Stofffrachten der Abwasserteilströme einer Anlage in Form einer “Pivot”-Tabelle eingesehen werden.

Bevor Sie auf den Verweis zur Excel-Tabelle klicken, bitten wir Sie zu brücksichtigen, dass die Referenzseite aufgrund ihrer Größe (ca. 100 kB) eine geringfügig längere Ladezeit erfordert und dass Ihr Internet-Browser für eine korrekte Wiedergabe evtl. ein entsprechendes Plug-in von Microsoft benötigt!

Mittels Klick auf die blau gefärbte Pfeiltaste in der Spalte «Parameter» kann ein anderer Abwasserinhaltsstoff ausgewählt werden. Die Anzeigen zur Konzentration und zur Fracht werden sofort entsprechend angepasst.
“Pivot”-Tabellen lassen sich unter EnviDat üblicherweise z.B. auch für die Übersicht der Abwasserströme aller Anlagen eines Standorts generieren.

Darstellung der Abwasserfließwege

Ein weiteres hilfreiches Leistungsmerkmal ist die grafische Darstellung aller ankommenden Abwasserströme an einer beliebig gewählten Schnittstelle im Netz. Dabei werden die Abwasserfließwege bis zum Ort des Anfalls zurückverfolgt. Kanäle/Rohrleitungen, Behandlungsstationen, Messstellen, Ausgleichstanks usw., die der jeweilige Abwasserteilstrom passiert, werden aufgelistet. Damit können z.B. potentielle Einleiter von Problemstoffen ermittelt oder Frachtspitzen verfolgt bzw. zugeordnet werden.

Dieses Feature steht für alle im Kataster hinterlegten Abwasserarten einschließlich alternativer Fließwege bei Abweichungen vom bestimmungsgemäßen Betrieb zur Verfügung. In Kombination mit den für alle Elemente und deren “Verschaltung” spezifizierbaren zeitlichen Gültigkeitsbereichen lassen sich auch Situationen abbilden, die weit in der Vergangenheit oder in der Zukunft liegen.

Abb. 7 Darstellung der an einer Messstelle ankommenden Abwasserströme einschließlich Fließwege (anonymisiert)

Analog der Vorgehensweise im Windows-Explorer können auch in der Darstellung der an einer bestimmten Messstelle anliegenden Abwasserströme unwichtige Details durch Klick auf das führende “-”-Zeichen geschlossen werden. Im anonymisierten Beispiel gemäß Abb. 7 wurde davon Gebrauch gemacht.

Generieren von STOAT Inputfiles aus Abwasserkatasterdaten

Üblicherweise werden in EnviDat alle abwasserrelevanten Messwerte, d.h. Labordaten, Messwerte von Online-Messgeräten oder Dokumentationen von Daten aus den Prozessleitsystemen archiviert. Über die allgemeine EnviDat-Schnittstelle «IEnviDat.dll» können diese Informationen auch zur Weiterverarbeitung mit Fremdprogrammen abgerufen werden. Das in Abb. 8 dargestellte Excel-Makro zum Generieren von STOAT-Inputfiles macht sich dies zunutze.

Abb. 8 Makro zum Generieren von STOAT Inputfiles aus EnviDat

Vollständig und besser einsehbar sind die Angaben und Berechnungsschritte der oben nur auszugsweise darstellbaren Tabelle in
Excel-Makro zum Generieren von STOAT-Inputdateien aus EnviDat.

Bevor Sie auf den Verweis zur Excel-Tabelle klicken, bitten wir Sie zu brücksichtigen, dass die Referenzseite aufgrund ihrer Größe (ca. 170 kB) eine längere Ladezeit erfordert und dass Ihr Internet-Browser für eine korrekte Wiedergabe evtl. ein entsprechendes Plug-in von Microsoft benötigt!

Mit einem solchen Makro zum Generieren von STOAT Inputfiles aus Abwasserkatasterdaten kann die zeitraubende Arbeit zum Erstellen der Dateien zum Einlesen des Inputs für die verschiedenen Abwasserteilströme eines Modells weitgehend dem Computer übertragen werden. Der Anwender muß dem Makro lediglich “mitteilen”, wo welche Information zu finden ist (Parameter, Maßeinheit, Probenvorbereitung) und wie diese ggf. zu interpretieren, sprich zu verarbeiten ist. Typische Beispiele hierfür sind die Fraktionierung von CSB und N entsprechend den Anforderungen der «Activated Sludge Modelle».

Im Beispiel wird eine Inputdatei für einen Monat (= Januar 2004) im 24h-Intervall generiert. Es ist zu erkennen, dass bereits

• für einen so kurzen Zeitraum und
• selbst bei einem mit 24h langen Intervall

eine große Fülle von Daten bewältigt werden muß. Somit ist hier der Einsatz eines Makros besonders hilfreich.

Für den Abwasservolumenstrom standen z.B. Tagesmittelwerte in m³/d zur Verfügung (letzte Spalte der vollständigen Excel-Tabelle). Diese müssen für STOAT in die Maßeinheit m³/h umgerechnet werden (Spalte Flow). STOAT erwartet bei Nitrates die Summe aus NO₃-N (vorletzte Spalte der vollständigen Tabelle) + NO₂-N (drittletzte Spalte). Auch hier muß das Makro entsprechende - wenn auch sehr simple - Rechenoperationen durchführen. Etwas komplizierter wird es bei der Fraktionierung des CSB. Verfügbar war im Beispiel ein Tagesmittelwert (Spalte COD), der unter Berücksichtigung der biologischen Abbaubarkeit und des partikulären CSB in die vier Fraktionen umgerechnet wurde, die für das «Activated Sludge Modell #1» benötigt wurden.

Mit der hellbraunen Färbung des Hintergrunds einiger Zellen in der Spalte «Ammonia (mg/l)» – z.B. am 9. und am 10.1.2004 – wird signalisiert, dass das Makro hier keinen aktuellen Messwert gefunden und deshalb den jeweils letztgültigen Messwert eingetragen hat. Im konkreten Beispiel lagen an den Wochenenden (Samstag und Sonntag) keine Labormessungen für NH₄-N vor. Das Makro wurde so eingerichtet, dass bei dem besonders wichtigen Inputparameter Ammonium-Stickstoff auf dieses Problem hingewiesen wird.

Stofffrachtbilanzierung für beliebige Parameter entlang der Messstellen eines Standorts

Ein ebenfalls sehr hilfreiches Werkzeug, das die EnviDat-Schnittstelle nutzt, ist das unten dargestellte Makro zur Stofffrachtbilanzierung für beliebige Parameter entlang der Messstellen eines Standorts. Abb. 9 zeigt einen Teil der Ergebnisse nach Ausführung des Makros am Beispiel des Parameters N_{ges. anorg.} (= Total Inorganic Nitrogen, TIN).
Damit lassen sich für alle Stoffe, für die am Standort ein Mindestmaß an Messwerten vorliegt, «per Knopfdruck» Bilanzen erstellen. Diese Bilanzen stellen eine sichere Datengrundlage für eine Vielzahl von Routineaufgaben im Abwassermanagement bereit.

Abb. 9 Makro zur Stofffrachtbilanzierung am Beispiel von Nges. anorg. entlang der Messstellen eines Standorts

Auch bei diesem Beispiel können die Ergebnisse vollständig in einer Excel-Tabelle eingesehen werden:
N_{ges. anorg.}-Fracht entlang der Messstellen eines Standorts.

Bevor Sie auf den Verweis zur Excel-Tabelle klicken, bitten wir Sie zu brücksichtigen, dass die Referenzseite aufgrund ihrer Größe (ca. 420 kB) eine spürbar längere Ladezeit erfordert und dass Ihr Internet-Browser für eine korrekte Wiedergabe evtl. ein entsprechendes Plug-in von Microsoft benötigt!