Erforderliche Eingangsdaten

Anwendungsbeispiele

• Simulationsqualität
• Zusätzlicher Abwasserstrom
• Steuerung Stapeltanks
• Optimierung Vorbehandlung
• Kapazitäts-
  ermittlung
• Optimierung Belüftung

Rüstzeug
zum Einstieg

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Praxistipps
zu STOAT

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• Inhibierende Stoffe
• «Chart control»
• Data handling

Die erforderlichen Inputs für ein STOAT Modell zur Kläranlagensimulation lassen sich grundsätzlich in

“statische” und “dynamische” Inputs

unterteilen. Bei den “statischen” Inputs handelt es sich um Angaben zum Design eines Modells, d.h. zeitunabhängige Daten. Sie sind bei allen Rechnerläufen identisch und deshalb der Modellebene («Works level») zugeordnet. “Dynamische” Inputs hingegen sind durch ihre Abhängigkeit von der Zeit charakterisiert. Mit anderen Worten: Ein “dynamischer” Input kann während der Simulationsperiode ständig wechselnde Werte annehmen. Deshalb werden sie STOAT auf der Rechnerlaufebene («Run level») übergeben. “Dynamische” Inputs lassen sich wiederum in zwei Gruppen unterteilen:

• Informationen über Menge und Beschaffenheit des der Kläranlage zulaufenden Abwassers über die Zeit
• Informationen über die Fahrweise (Einstellungen) der Anlagen und Prozesse über die Zeit

Nachfolgend werden jene Informationen beschrieben, die während eines Projektes zur Kläranlagensimulation benötigt werden, um die o.g. Inputs bereitzustellen.

Informationen zum Anlagendesign

Die zu diesem – und auch zu den beiden anderen Punkten – tatsächlich erforderlichen Daten hängen unmittelbar davon ab, wie das geplante Modell abgegrenzt werden soll. Um unnötigen Aufwand zu vermeiden ist die Frage, welche Anlagen und Prozesse vom Modell abgedeckt werden sollen und welche nicht, schon bei Aufnahme der Arbeiten zumindest in groben Zügen zu bestimmen.

Die Grundinformationen zur “Verschaltung” der zu modellierenden Anlage können üblicherweise aus dem Verfahrensfließbild der Kläranlage entnommen werden, es ist unerläßlich. Erforderliche weiterführende Informationen, z.B. zum Volumen einzelner Behälter oder zur Leistung von Pumpen und Gebläsen, können je nach Situation aus Planungs- und Projektierungsunterlagen (Archivunterlagen) entnommen oder müssen vor Ort ermittelt werden. Oft können auch “Screenshots” des Prozessleitsystems entsprechende Informationen liefern.

Für größere Standorte der chemischen Industrie ist das Abwasserkataster eine weitere wichtige Informationsquelle. Besonders wichtig ist ein Schema oder Lageplan des Entwässerungsnetzes des Standorts. Mit Hilfe dieser Unterlagen können auch Anlagen außerhalb des eigentlichen Klärwerks, soweit diese im Modell zu berücksichtigen sind, schon beim Entwurf des Modells korrekt einbezogen werden (z.B. bestimmte Vorbehandlungsanlagen oder Stapeltanks).

Informationen zum Anlagenbetrieb

Wie die zu modellierende Anlage betrieben wurde, spielt naturgemäß eine ganz wichtige Rolle. Von besonderer Bedeutung für eine gute Simulationsqualität sind zeitlich dicht gestaffelte Informationen insbesondere über

• Rücklaufschlammförderung
• Überschussschlammentnahme
• Belüftung
• Dosierung von Chemikalien (z.B. C-Quellen in der Denitrifikation)
• Behälterfüllungsstände

Nicht zu vergessen sind hierbei:

• Steuernde Eingriffe von Prozessleitsystemen und/oder speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS)
• Händische Eingriffe der Operatoren der Anlage

Auf welchem Wege diese Inputs STOAT zu übergeben sind und wie die entsprechenden Dateien generiert werden können, wird unter Modellinput zur Fahrweise der Anlagen beschrieben.

Im Beispiel für erreichbare Simulationsqualität lagen die o.g. Informationen im Abstand von 2h vor.

Messwerte

Zum Generieren der Inputdateien für die Zuläufe zum Klärwerk und zur Kalibrierung der Belebtschlamm-Modelle der IAWQ («Activated Sludge Modelle») sind bestimmte Anforderungen an die Messwerte zu erfüllen. Idealerweise sollten alle Messwerte zur Kalibrierung aus einem Zeitraum mit “normalen” Betriebsbedingungen stammen und die Daten sollten einen Zeitraum von mindestens drei Schlammaltern umfassen (d.h. etwa drei Monate). Die Messwerte aus dem Betrieb des Klärwerks sollten jeweils für Input und Output der zu simulierenden biologischen Behandlungsstufen und für die folgenden Parameter verfügbar sein:

• Chemischer Sauerstoffbedarf in der Originalprobe (CSB),
  gemessen sowohl in der homogenisierten als auch in der filtrierten Probe
• Biochemischer Sauerstoffbedarf in der Originalprobe nach fünf Tagen (BSB5),
  gemessen sowohl in der homogenisierten als auch in der filtrierten Probe
• Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff in der Originalprobe (Total Kjeldahl Nitrogen, TKN),
  gemessen sowohl in der homogenisierten als auch in der filtrierten Probe
• Ammonium-Stickstoff (NH₄-N)
• Nitrat-Stickstoff (NO₃-N)
• Nitrit-Stickstoff (NO₂-N)
• Gesamt-Phosphor in der Originalprobe (P),
  gemessen sowohl in der homogenisierten als auch in der filtrierten Probe
• Abfiltrierbare Stoffe in der Originalprobe
• Alkalität
• Abwassertemperatur

Die o.g. Messdaten sollten möglichst aus mehr als einer Messung pro Tag bestehen. Der für die «Activated Sludge Modelle» notwendige Input wird auf der Grundlage dieser Daten generiert. Dabei wird beispielsweise die organische Fracht aufgeteilt in die folgenden vier Fraktionen

• CSB _{gelöst, biochemisch abbaubar}
• CSB _{gelöst, biochemisch nicht abbaubar}
• CSB _{partikulär, biochemisch abbaubar}
• CSB _{partikulär, biochemisch nicht abbaubar}

Näheres hierzu unter Fraktionierung des CSB für Simulationen mit den «Activated Sludge Modellen».
Soweit vorhanden, sollten bei der Fraktionierung des CSB auch weiterführende Hinweise, wie z.B. Ergebnisse von Zahn-Wellens-Tests, berücksichtigt werden.