Sieker
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Die Regenwasserexperten

Arbeitsschritte und Arbeitsumfang

Rein formal betrachtet, lässt sich die Arbeit in folgende Schritte gliedern:

1.       Sammlung, Sichtung und erste Aufarbeitung der Eingangsinformationen (ca. 10%)

2.       Entwurf des Modells, d.h. Abbildung des Anlagendesigns mittels grafischer Anlagenrepräsentanten und deren Verknüpfung (ca. 10%)

3.       Vorbereitung und Durchführung der Rechnerläufe, sowie Kalibrierung des Modells (ca. 60%)

4.       Szenarioanalyse mit dem kalibrierten Modell (ca. 20%)

Bei den in Klammern gesetzten Prozentangaben handelt es sich um die Anteile der oben genannten Schritte am zeitlichen Gesamtaufwand einer dynamischen Simulation, welche nach unseren Erfahrungen einzukalkulieren sind.

Am Anfang steht die Sammlung, Sichtung und erste Aufarbeitung der Eingangsinformationen. Die Gewinnung und Verarbeitung von Informationen über den Betrieb des zu simulierenden Klärwerks ist aber keine einmalige Aktion zu Beginn der Arbeiten, sondern begleitet auch alle weiteren Schritte. Im Zuge der Arbeiten tauchen i.d.R. immer Fragen auf, die anfangs noch nicht absehbar waren.

Auf der Grundlage der verfügbaren Informationen wird ein Modell der Anlage mit allen relevanten Behandlungsstufen, deren Verschaltung und Bemessung (z.B. Reaktorgeometrie) erstellt. Dabei steht – wie bereits erwähnt – immer auch die Abgrenzung des Modells im Fokus. Das in diesem Arbeitsschritt erstellte Modell wird dennoch nur in den seltensten Fällen mit dem endgültigen Design des Modells übereinstimmen. Unzulänglichkeiten oder Fehler des Modells werden meist erst nach den Rechnerläufen sichtbar und können deshalb erst im Zuge der Kalibrierung beseitigt werden.

Als nächster Schritt werden mit diesem Modell Rechnerläufe durchgeführt, die den Betrieb der Anlage im Simulationszeitraum nachvollziehen. Dieser Schritt ist üblicherweise mit dem größten Arbeitsaufwand verbunden, weil zuvor aus den Messwerten der Abwassereigenkontrolle und den Aufzeichnungen der Prozessleitsysteme/SPS bzw. Online-Messgeräte die Input Dateien für das Modell zu generieren sowie die erforderlichen Einstellungen zur Abbildung der Fahrweise der Anlage zu bestimmen sind (z.B. Leistung der Belüftungsaggregate, Rücklaufschlammmenge und Überschussschlammentnahme). Bei den Inputdateien ist der erforderlichen Aufteilung des CSB und des Gesamtstickstoffs im Abwasserzulauf auf die verschiedenen Fraktionen entsprechend den Anforderungen der jeweils gewählten Modelle besonderes Augenmerk zu widmen.

Der nächste Schritt besteht darin, das Modell an Hand der Messwerte aus dem Betrieb der Anlage zu kalibrieren (Gegenüberstellung der Simulationsergebnisse der Rechnerläufe mit STOAT und der Messwerte aus der Abwassereigenkontrolle). Bestimmte Voreinstellungen, wie zum Beispiel Wachstumsraten der heterotrophen und autotrophen Organismen werden dabei dahingehend angepasst, dass die Simulationsergebnisse mit den real gemessenen Abbauleistungen der Anlage hinreichend genau übereinstimmen. Auch hierfür ist ein nicht unerheblicher Zeitaufwand erforderlich. Der letzte Schritt besteht darin, Rechnerläufe mit dem kalibrierten Modell zu fahren, wobei die Einstellungen der Inputdateien und/oder der Betriebsweise des Modells entsprechend den jeweils zu untersuchenden Szenarien angepasst (d.h. “manipuliert”) werden (z.B. Einstellung eines “worst case”).

Kalibrierung und erforderliche Arbeiten im “Hintergrund”

Bis ein gut kalibriertes Modell einer Kläranlage vorliegt, ist ständig zu “feilen” an:

  • Modelldesign

  • Inputdateien für die “Zuflüsse” zum Modell

  • Inputdateien zur Abbildung des Anlagenbetriebs (z.B. Zeitreihen der Rücklaufschlammförderung und Überschussschlammentnahme)

  • Einstellungen zur Kalibrierung der Modellbaustein

Neben der Fraktionierung von CSB, N- und Phosphorverbindungen ist die Modellkalibrierung jener Teil der Arbeiten bei der dynamischen Kläranlagensimulation, wo besonders viele Fehlerquellen “lauern”. Dies ergibt sich allein schon durch die schier unendlich vielen Einstellmöglichkeiten der Modelle. Mit 46 Wachstumsraten bzw. Koeffizienten bietet das «Activated Sludge Model #3» besonders viele “Stellschrauben”. Das ist aber in der Praxis eher Fluch als Segen. Deshalb dazu noch einige spezielle Hinweise.

Als “eherne Regel” bei der Kalibrierung gilt:

Verändern Sie Wachstumsraten und/oder Koeffizienten der «Activated Sludge Modelle» erst, wenn Sie sicher sind, dass Abweichungen zwischen Modellvorhersage und Messwerten nicht auf fehlerhafte oder unvollständige Inputs zurückzuführen sind. Belassen Sie die Einstellungen im Zweifelsfalle bei den Standardwerten!

Letzteres gilt insbesondere, solange Sie nicht hinreichend genau über die Auswirkungen einer Veränderung Bescheid wissen. Mit der Methode “Versuch und Irrtum” ist nichts zu gewinnen, sondern nur Zeit zu verlieren.

Hinsichtlich der parameterbezogenen Rang- und Reihenfolge der Arbeiten bei der Kalibrierung wird folgendes empfohlen:

  • Kalibrierung der Abwasservolumenströme («Flow»)

  • Kalibrierung der abfiltrierbaren Stoffe («Suspended solids»)

  • Kalibrierung der CSB-Fraktionen («COD, BOD»)

  • Kalibrierung der Stickstofffraktionen («Ammonia, Nitrates»)

  • Kalibrierung der Phosphorfraktionen («Phosphates etc.»)

Auch wenn es vielleicht abschreckt: Erst nachdem das Modell hinsichtlich der Abwasservolumenströme vernünftig kalibriert ist, kann mit der Kalibrierung der Feststoffe begonnen werden. Mit der Kalibrierung des CSB lohnt es erst dann zu beginnen, wenn die Simulationsergebnisse sowohl beim Abwasservolumenstrom als auch bei den Feststoffen hinreichend gut mit den Messwerten übereinstimmen usw. – ansonsten besteht die Gefahr, dass mehrmals ganz von vorne angefangen werden muss!

Zur Kontrolle, ob das Modell hinreichend korrekt simuliert, sind zu den oben genannten Parametern Bilanzen auf der Grundlage von Mittelwerten hilfreich.

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Wegweiser

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Autor
Dr. Olaf Sterger
Dipl.-Ing. Franklin Lindow
+49 3342 3595-28
f.lindow[at]sieker.de