Refine
Year of publication
Institute
- Fachbereich Bauingenieurwesen (728) (remove)
Document Type
- Article (344)
- Conference Proceeding (141)
- Book (118)
- Part of a Book (88)
- Report (19)
- Doctoral Thesis (6)
- Conference Poster (2)
- Contribution to a Periodical (2)
- Course Material (2)
- Patent (2)
Keywords
- Kanalisation (6)
- Wasserbau (4)
- Wasserwirtschaft (4)
- metal structure (4)
- steel (4)
- Aachen / Fachhochschule Aachen / Fachbereich Bauingenieurwesen (3)
- Absolvententreffen (3)
- Alfha.net (3)
- Alumni (3)
- Entwässerungssysteme (3)
In most municipal wastewater treatment plants (MWWTPs) that employ activated sludge systems for nitrogen (N) removal, aeration accounts for approximately 50–60 % of all electricity consumption. Deammonifikation (DEA) is well-recognized as an energy–efficient technology although its mainstream implementation is still questionable. The aim of the presented work was to determine the operational window of various deammonifying sludges (S1–S7) in NRW from side of MWWTPs with respect to the operational factors temperature (8–50 °C), pHvalue (3.5–10.5), and COD/N ratio (0.5–6). Efficiencies up to 3 mg N L⁻¹h⁻¹were achievable even below 15 °C except for S6. All of the sludges except S6 achieved an elimination rate of more than 2.08–16 mg N L⁻¹ h⁻¹ in the main stream pH range (7–8). At a COD/N ratio > 1.5, the metabolism of DEA was disturbed. Although N/DN was suspected to have occurred at higher COD/N ratio, no increase in elimination rate was observed for most of the sludges. All the sludges fulfilled the minimum requirement of N-elimination rate (2.08 mg N L⁻¹h⁻¹ ), which leads to a comparable reactor volume to conventional WWTP. A large-scale implementation of a main stream DEA in full stream cannot yet be recommended on the basis of these results but semi-technical trials.
Im November 2011 wurde vom Rat der Landeshauptstadt Düsseldorf ein Konzept beschlossen, das neben dem hier beschrieben Sanierungskonzept auch betriebliche Maßnahmen umfasst und nun dem Stadtentwässerungsbetrieb als Grundlage für weiteres Handeln dient. Die Entwicklung und Begründung dieses Konzepts, beginnend mit einem Vorläufer aus dem Jahr 1986, werden beschrieben. Ziel ist es, die Substanz der Düsseldorfer Kanalisation langfristig zu erhalten bei Akzeptanz durch die Bevölkerung. Der Netzzustand in Düsseldorf hebt sich positiv vom Bundesdurchschnitt ab.
Die bauliche Substanz eines Kanalnetzes ist eine wichtige Kenngröße zur mittelfristigen Planungsunterstützung und zur Entwicklung von Sanierungsstrategien. Verschiedene Ansätze zur Substanzklassifizierung wurden bereits in der Vergangenheit entwickelt. Es existiert bisher aber noch kein allgemeingültiger Standard. In diesem Artikel werden die Ergebnisse des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Verbundvorhabens „Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Kanalisationen“ (SubKanS) vorgestellt. Ausgehend von den Anforderungen und Erwartungen der Netzbetreiber an eine solche Klassifizierung wird die Abnutzung einer Haltung auf Basis von Einzelzuständen nach Schadensart und -ausprägung mit unterschiedlicher Gewichtung ermittelt und eine Substanzklasse zugeordnet. Die Kalibrierung der Modellparameter und Zuordnungsregeln erfolgte auf Basis von Experteneinschätzungen und statistischen Auswertungen von ca. 100 000 Haltungen.
Die Länge des bundesdeutschen Kanalnetzes betrug 2016 gemäß einer Umfrage der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (DWA) 594.334 Kilometer (Berger et al., 2020). Der spezifische Wiederbeschaffungswert des Kanalnetzes wird in diesen Untersuchungen mit 1.794 Euro/Meter angegeben. Bezogen auf die Ge samtlänge des bundesdeutschen Kanalnetzes ergibt sich somit eine Größenordnung von 1,1 Billionen Euro allein als Wieder beschaf fungswert für die Abwasserkanäle. Wird die Altersverteilung im Kanalnetz betrachtet, so sind rund 33 % der Kanäle älter als 50 Jahre, 15 % älter als 75 Jahre und 8 % sogar älter als 100 Jahre. Insgesamt besteht ein kurz bis mittelfristiger Sanierungsbedarf auf etwa einem Fünftel der Gesamtlänge des öf fentlichen Kanalnetzes (Berger et al., 2020). Hinzu kommt, dass eine fortschreitende Alterung von Abwassersystemen zu beobachten ist und damit die Anpassung der Investitionen zum Werterhalt der Ab wasseranlagen und zur Sicherstellung ihrer Funktionalität notwendig sein wird
Entsprechend § 46 des Landeswassergesetzes Nordrhein-Westfalen müssen Kommunen in Nordrhein-Westfalen alle sechs Jahre ein Abwasserbeseitigungskonzept (ABK) erstellen. Dabei sind erforderliche Maßnahmen zur Beseitigung identifizierter Defizite zu spezifizieren und der erforderliche Finanzbedarf sowie Zeitplan zur Umsetzung dieser Maßnahmen zu konkretisieren. Bei Erstellung des ABK 2021 in Bochum wurde als wesentliche Grundlage eine auf einem Alterungsmodell basierende substanzwertorientierte Betrachtung der Entwässerungsanlagen verwendet. Zudem wurden in besonderem Maß die erwarteten Verän-derungen aufgrund des Klimawandels, verbunden mit vermehrt auftretenden Starkregenereignissen, aber auch länger andau-ernden Hitze- und Trockenperioden sowie den Erfordernissen aus der EU-Wasserrahmenrichtlinie, berücksichtigt. Der Erarbei-tungsprozess wurde nicht als klassischer Verwaltungsvorgang angelegt, sondern folgte in beispielhafter Weise den Methoden und Ansätzen eines agilen Verwaltungsprozesses.
In common with most infrastructure systems, sewers are often inspected visually. Currently, the results from these inspections inform decisions for significant investments regarding sewer rehabilitation or replacement. In practice, the quality of the data and its analysis are not questioned although psychological research indicates that, as a consequence of the use of subjective analysis of the collected images, errors are inevitable. This article assesses the quality of the analysis of visual sewer inspection data by analysing data reproducibility; three types of capabilities to subjectively assess data are distinguished: the recognition of defects, the description of defects according to a prescribed coding system and the interpretation of sewer inspection reports. The introduced uncertainty is studied using three types of data: inspector examination results of sewer inspection courses, data gathered in day-to-day practice, and the results of repetitive interpretation of the inspection results. After a thorough analysis of the data it can be concluded that for all cases visual sewer inspection data proved poorly reproducible. For the recognition of defects, it was found that the probability of a false positive is in the order of a few percent, the probability of a false negative is in the order of 25%.
Sewer asset management gained momentum and importance in recent years due to economic considerations, since infrastructure maintenance and rehabilitation directly represent major investments. Because physical urban water infrastructure has life expectancies of up to 100 years or more, contemporary urban drainage systems are strongly influenced by historical decisions and implementations. The current decisions taken in sewer asset management will, therefore, have a long-lasting impact on the functionality and quality of future services provided by these networks. These decisions can be supported by different approaches ranging from various inspection techniques, deterioration models to assess the probability of failure or the technical service life, to sophisticated decision support systems crossing boundaries to other urban infrastructure. This paper presents the state of the art in sewer asset management in its manifold facets spanning a wide field of research and highlights existing research gaps while giving an outlook on future developments and research areas.
n Planung und Durchführung von Kanalsanierungsmaßnahmen werden heute umfangreiche und detaillierte Anforderungen gestellt. Neben technischen Aspekten rücken zunehmend auch rechtliche, be triebliche und wirtschaftliche Belange in den Vordergrund. Angesichts der Vielschichtigkeit ist es zweckmäßig, eine Sanierungsstrategie zu entwickeln, die einerseits die systematische und präventive Ausrich tung der Vorgehensweise zur Einhaltung der Schutzziele sicherstellt und andererseits den Mitteleinsatz optimiert. Diese Sanierungsstra tegie ist nach DIN EN 752 (DIN, 2017) und DWAA 14314 (DWA, 2017) gleichermaßen auf den baulichbetrieblichen und den hydraulischen Sanierungsbedarf auszurichten. Zudem soll sie sich nicht auf den aktuellen Zustand des Entwässerungsnetzes beschränken, sondern muss auch zukünftige Anforderungen und Entwicklungen so weit wie möglich berücksichtigen. Um den baulichen Sanierungsbedarf vorausschauend und wirtschaft lich steuern zu können, wird neben der reinen Sicherstellung der Funktion des Entwässerungssystems zunehmend der (langfristige) Erhalt der baulichen Substanz bzw. des Anlagevermögens einbezo gen. Hierfür existieren technisch ausgereifte und etablierte Progno semodelle (vgl. auch DWA, 2012). Hydraulische Aspekte werden ins besondere bei langfristigen Betrachtungen oftmals vernachlässigt oder nur nachrangig berücksichtigt. Dabei stellen der Klimawandel und die zunehmende Flächenversiegelung eine wachsende Heraus forderung für Entwässerungssysteme dar, die bereits heute in der Sanierungsplanung zu berücksichtigen sind. Vor diesem Hintergrund wurde in dem durch das NRWUmweltminis terium geförderten Vorhaben „Koordinierte bauliche und hydraulische Sanierung von Entwässerungssystemen (kobahS)“ eine allgemein an wendbare Methodik zur Verschmelzung beider Belange ent wick elt. Dabei wurde besonderer Wert darauf gelegt, dass eine Übertrag barkeit durch freie Verfügbarkeit der verwendeten Daten sowie durch Skalierbarkeit und Unabhängigkeit von der Netzstruktur gesichert ist. Gleichzeitig ermöglicht eine weitgehende Automatisierung der nachfolgend dargestellten Schritte einen möglichst geringen Arbeits und Zeitaufwand. Validiert wurde die Methodik durch Anwendung in zwei unterschiedlich strukturierten Untersuchungsgebieten der Stadt Bochum.
Netzmanagement
(2021)
Gegenstand des Abschnittes „Netzmanagement“ sind Grundlagen der Planung, der statischen Berechnung offen wie geschlossen verlegter Leitungen, der Prüfung und der Inbetriebnahme von öffentlichen und nichtöffentlichen Rohrleitungsnetzen und Anschlussleitungen, Anschlüssen bzw. Grundstücksentwässerungsanlagen außerhalb von Gebäuden.
Ebenfalls werden Verfahren und Einsatzbereiche der Instandsetzung bzw. der Schadensbehebung und Sanierung aufgeführt.
Die Ausführungen fokussieren sich auf Wasserverteilungssysteme, Gasverteilsysteme, Fernwärmeversorgungssysteme und Entwässerungssysteme. Für andere Mediennetze gelten die Ausführungen entsprechend, wobei fachspezifische Normen (bspw. Produktnormen) sowie entsprechendes Planungs- und Genehmigungsrecht zu berücksichtigen sind.
Nicht Gegenstand sind Planung, Bau und Betrieb maschinentechnischer oder elektrotechnischer Anlagen, wie Pumpen oder MSR-Technik.
Industrial digestates from short-fibre residues, generated in paper recycling mills, are driving interest in resource recovery. This study aims to explore their potential for water recovery. Understanding particle dynamics aids in optimizing dewatering for digestate management. The particle size distribution in this study revealed significant fractions: <0.63 μm (6–20%), 0.63–20 μm (38–52%), and >20 μm (11–16%). Pre-treatment with Na4P2O7 and H2O2 enhances settling and lowers total dissolved solids (TDSs) but results in variation of size distribution. Additionally, this study investigates further water reuse in paper mills, focusing on the quality of ultrafiltration (UF) permeate obtained from the digestate of short fibres. UF permeate analysis reveals deviations from freshwater standards in paper mills. Despite effective TS removal, UF permeate falls short of paper mill water standards due to high TDSs, electrical conductivity, and nutrient concentrations, necessitating further downstream treatment with nanofiltration or reverse osmosis. A substantial reduction of permeate flux from 31 to 5 L/(m2·h) over the time indicated fouling and inefficient membrane wash. The silt density index of the UF membrane at 30 min registered 2.1, suggesting potential fouling. Further investigations on optimizing UF operations to enhance permeate flux and exploring alternative UF membranes are required.
This chapter covers the legal framework and technical regulations that must or should be observed for the strategic asset management (AM) of urban drainage systems over the entire life cycle (planning, construction, maintenance, and dismantling). A distinction is made between rules and regulations that deal with network management in general (strategic level) and rules and regulations that address the management of individual network components and/or certain activities (e.g., CCTV-inspection and condition assessment of reaches or stormwater basins). These activities are subsumed under ‘operative level’.
It should be noted that both the legal framework and the applicable technical regulations vary widely from region to region. In some cases, different regulations apply even in different provinces or federal states of a country. Against this background, only case studies can (such as regulations that apply to Germany, France, Colombia or Canada) and will be presented in this chapter.
It is thus made clear that AM in the sense of ISO 55000 to 55002 (AM) enables a structured approach to a multi-layered field of tasks. In this way, goals and conflicting goals can be identified and prioritized at various levels and, in conjunction with the continuous improvement process in accordance with ISO 9000 and 9001 (Quality Management Systems), efficient ways can be found to achieve these goals.
Das Schloss Lichtenburg in Prettin, im sachsen-anhaltischen Landkreis Wittenberg gelegen, ist eine der bedeutendsten Schlossanlagen der Renaissance in Mitteldeutschland und zugleich eines der wichtigsten historischen Zeugnisse für die Entwicklungsgeschichte der frühen nationalsozialistischen Lager, die ab 1933 in Bestandsbauten eingerichtet wurden und in heutiger Zeit meist unsichtbar sind. Im Schloss Lichtenburg ist die Gedenkstätte KZ Lichtenburg Prettin als Teil der Stiftung Gedenkstätten Sachsen-Anhalt heute eine zentrale Akteurin. Zugleich steht der größte Teil der Schlossanlage leer und sucht – verwaltet durch die Bundesanstalt für Immobilienaufgaben – eine neue Nutzung. Die Frage von Angemessenheit stellt sich an diesem Ort in besonderem Maße; gleiches gilt für viele andere NS-Tatorte mit komplexer Überlagerungsgeschichte. Sie betrifft sowohl den Umgang mit den baulichen Zeugnissen, die die einzelnen Zeitschichten widerspiegeln, als auch die zukünftigen Nutzungen.
Air–water flows
(2024)
High Froude-number open-channel flows can entrain significant volumes of air, a phenomenon that occurs continuously in spillways, in free-falling jets and in hydraulic jumps, or as localized events, notably at the toe of hydraulic jumps or in plunging jets. Within these flows, turbulence generates millions of bubbles and droplets as well as highly distorted wavy air–water interfaces. This phenomenon is crucial from a design perspective, as it influences the behaviour of high-velocity flows, potentially impairing the safety of dam operations. This review examines recent scientific and engineering progress, highlighting foundational studies and emerging developments. Notable advances have been achieved in the past decades through improved sampling of flows and the development of physics-based models. Current challenges are also identified for instrumentation, numerical modelling and (up)scaling that hinder the formulation of fundamental theories, which are instrumental for improving predictive models, able to offer robust support for the design of large hydraulic structures at prototype scale.
The replacement of existing spillway crests or gates with labyrinth weirs is a proven techno-economical means to increase the discharge capacity when rehabilitating existing structures. However, additional information is needed regarding energy dissipation of such weirs, since due to the folded weir crest, a three-dimensional flow field is generated, yielding more complex overflow and energy dissipation processes. In this study, CFD simulations of labyrinth weirs were conducted 1) to analyze the discharge coefficients for different discharges to compare the Cd values to literature data and 2) to analyze and improve energy dissipation downstream of the structure. All tests were performed for a structure at laboratory scale with a height of approx. P = 30.5 cm, a ratio of the total crest length to the total width of 4.7, a sidewall angle of 10° and a quarter-round weir crest shape. Tested headwater ratios were 0.089 ≤ HT/P ≤ 0.817. For numerical simulations, FLOW-3D Hydro was employed, solving the RANS equations with use of finite-volume method and RNG k-ε turbulence closure. In terms of discharge capacity, results were compared to data from physical model tests performed at the Utah Water Research Laboratory (Utah State University), emphasizing higher discharge coefficients from CFD than from the physical model. For upstream heads, some discrepancy in the range of ± 1 cm between literature, CFD and physical model tests was identified with a discussion regarding differences included in the manuscript. For downstream energy dissipation, variable tailwater depths were considered to analyze the formation and sweep-out of a hydraulic jump. It was found that even for high discharges, relatively low downstream Froude numbers were obtained due to high energy dissipation involved by the three-dimensional flow between the sidewalls. The effects of some additional energy dissipation devices, e.g. baffle blocks or end sills, were also analyzed. End sills were found to be non-effective. However, baffle blocks with different locations may improve energy dissipation downstream of labyrinth weirs.
Non-intrusive measuring techniques have attained a lot of interest in relation to both hydraulic modeling and prototype applications. Complimenting acoustic techniques, significant progress has been made for the development of new optical methods. Computer vision techniques can help to extract new information, e. g. high-resolution velocity and depth data, from videos captured with relatively inexpensive, consumer-grade cameras. Depth cameras are sensors providing information on the distance between the camera and observed features. Currently, sensors with different working principles are available. Stereoscopic systems reference physical image features (passive system) from two perspectives; in order to enhance the number of features and improve the results, a sensor may also estimate the disparity from a detected light to its original projection (active stereo system). In the current study, the RGB-D camera Intel RealSense D435, working on such stereo vision principle, is used in different, typical hydraulic modeling applications. All tests have been conducted at the Utah Water Research Laboratory. This paper will demonstrate the performance and limitations of the RGB-D sensor, installed as a single camera and as camera arrays, applied to 1) detect the free surface for highly turbulent, aerated hydraulic jumps, for free-falling jets and for an energy dissipation basin downstream of a labyrinth weir and 2) to monitor local scours upstream and downstream of a Piano Key Weir. It is intended to share the authors’ experiences with respect to camera settings, calibration, lightning conditions and other requirements in order to promote this useful, easily accessible device. Results will be compared to data from classical instrumentation and the literature. It will be shown that even in difficult application, e. g. the detection of a highly turbulent, fluctuating free-surface, the RGB-D sensor may yield similar accuracy as classical, intrusive probes.
This thesis aims at the presentation and discussion of well-accepted and new
imaging techniques applied to different types of flow in common hydraulic
engineering environments. All studies are conducted in laboratory conditions and
focus on flow depth and velocity measurements. Investigated flows cover a wide
range of complexity, e.g. propagation of waves, dam-break flows, slightly and fully
aerated spillway flows as well as highly turbulent hydraulic jumps.
Newimagingmethods are compared to different types of sensorswhich are frequently
employed in contemporary laboratory studies. This classical instrumentation as well
as the general concept of hydraulic modeling is introduced to give an overview on
experimental methods.
Flow depths are commonly measured by means of ultrasonic sensors, also known as
acoustic displacement sensors. These sensors may provide accurate data with high
sample rates in case of simple flow conditions, e.g. low-turbulent clear water flows.
However, with increasing turbulence, higher uncertainty must be considered.
Moreover, ultrasonic sensors can provide point data only, while the relatively large
acoustic beam footprint may lead to another source of uncertainty in case of
relatively short, highly turbulent surface fluctuations (ripples) or free-surface
air-water flows. Analysis of turbulent length and time scales of surface fluctuations
from point measurements is also difficult. Imaging techniques with different
dimensionality, however, may close this gap. It is shown in this thesis that edge
detection methods (known from computer vision) may be used for two-dimensional
free-surface extraction (i.e. from images taken through transparant sidewalls in
laboratory flumes). Another opportunity in hydraulic laboratory studies comes with
the application of stereo vision. Low-cost RGB-D sensors can be used to gather
instantaneous, three-dimensional free-surface elevations, even in flows with very
high complexity (e.g. aerated hydraulic jumps). It will be shown that the uncertainty
of these methods is of similar order as for classical instruments.
Particle Image Velocimetry (PIV) is a well-accepted and widespread imaging
technique for velocity determination in laboratory conditions. In combination with
high-speed cameras, PIV can give time-resolved velocity fields in 2D/3D or even as
volumetric flow fields. PIV is based on a cross-correlation technique applied to small
subimages of seeded flows. The minimum size of these subimages defines the
maximum spatial resolution of resulting velocity fields. A derivative of PIV for
aerated flows is also available, i.e. the so-called Bubble Image Velocimetry (BIV). This
thesis emphasizes the capacities and limitations of both methods, using relatively
simple setups with halogen and LED illuminations. It will be demonstrated that
PIV/BIV images may also be processed by means of Optical Flow (OF) techniques.
OF is another method originating from the computer vision discipline, based on the
assumption of image brightness conservation within a sequence of images. The
Horn-Schunck approach, which has been first employed to hydraulic engineering
problems in the studies presented herein, yields dense velocity fields, i.e. pixelwise
velocity data. As discussed hereinafter, the accuracy of OF competes well with PIV
for clear-water flows and even improves results (compared to BIV) for aerated flow
conditions. In order to independently benchmark the OF approach, synthetic images
with defined turbulence intensitiy are used.
Computer vision offers new opportunities that may help to improve the
understanding of fluid mechanics and fluid-structure interactions in laboratory
investigations. In prototype environments, it can be employed for obstacle detection
(e.g. identification of potential fish migration corridors) and recognition (e.g. fish
species for monitoring in a fishway) or surface reconstruction (e.g. inspection of
hydraulic structures). It can thus be expected that applications to hydraulic
engineering problems will develop rapidly in near future. Current methods have not
been developed for fluids in motion. Systematic future developments are needed to
improve the results in such difficult conditions.
