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Dipl.Ing. Johann Andorfer , Tandler.com GmbH, Buch a. Erlbach. Abstract zum 1. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <1,2007, Aachen>. 2 S. (S. 136-137) Eine nachhaltige Sicherung der Funktionalität und der ökologischen Verträglichkeit eines mittleren bis großen Kanalnetzes erfordert eine umfassende und detaillierte Modellierung in Raum und Zeit. Um den in den Richtlinien geforderten statistischen Anforderungen gerecht zu werden und die jährlichen Häufigkeiten, Mengen und Zeiträume der Belastungen erwartungstreu abschätzen zu können, ist es zielführend und notwendig, lange Zeiträume und die Gesamtheit der Einzugsgebiete möglichst detailliert zu betrachten. Die hydraulische Funktionalität und Sicherheit soll meistens mit Hilfe zeitsymmetrischer (hydrodynamischer) Verfahren nur durch Betrachtung von Modellregen, allenfalls Regenserien, sichergestellt werden. Für die Abschätzung der jährlich zu erwartenden Emissionen in unsere natürlichen Gewässer mit ihren Mengen, Frequenzen und Dauern werden normalerweise Langzeitsimulationen natürlicher Regenreihen über möglichst große Zeiträume mit zeitasymmetrischen (hydrologischen) Verfahren durchgeführt. Die betrachteten Kanalnetze werden zumeist vereinfacht (Grobnetze), um die Rechenzeiten erträglicher zu gestalten. Wünschenswert wäre jedoch eine allen Anforderungen gerecht werdende wirklichkeitsnahe Modellierung des gesamten Kanalnetzes in all seinen Details, Vermaschungen und Wechselwirkungen (Feinnetz) und dessen zeitsymmetrische und damit verlässliche Simulation mit langjährigen Regenreihen. Bereits vor 15 Jahren wurde im Hause Tandler begonnen, die Berechnungssoftware durch Parallelisierung auf symmetrische Multiprozessortechnologien auszurichten. In neuerer Zeit hält diese Technik durch die Mehrkernprozessoren in normalen Notebooks und PCs Einzug in die Ingenieurbüros und Abwasserbetriebe und sorgt schon für wesentliche Einsparungen an Rechenzeit. Doch erst durch die Kombination der Parallelisierung mit dem Prinzip des verteilten Rechnens (d.h. die Einbeziehung mehrerer PCs eines Netzwerkes in die Berechnung) erhält man die Chance ausreichend Rechenkapazität zur Verfügung zu stellen, um nicht nur eine einzelne Langzeitsimulation eines Feinnetzes durchzuführen, sondern sogar mehrere Sanierungsalternativen zu überprüfen. Die zukunftsweisenden Arbeiten von Dipl. Math. R. Tandler auf diesem Gebiet sind Thema dieses Vortrags.
Previous studies optimized the dimensions of coaxial heat exchangers using constant mass fow rates as a boundary condition. They show a thermal optimal circular ring width of nearly zero. Hydraulically optimal is an inner to outer pipe radius ratio of 0.65 for turbulent and 0.68 for laminar fow types. In contrast, in this study, fow conditions in the circular ring are kept constant (a set of fxed Reynolds numbers) during optimization. This approach ensures fxed fow conditions and prevents inappropriately high or low mass fow rates. The optimization is carried out for three objectives: Maximum energy gain, minimum hydraulic efort and eventually optimum net-exergy balance. The optimization changes the inner pipe radius and mass fow rate but not the Reynolds number of the circular ring. The thermal calculations base on Hellström’s borehole resistance and the hydraulic optimization on individually calculated linear loss of head coefcients. Increasing the inner pipe radius results in decreased hydraulic losses in the inner pipe but increased losses in the circular ring. The net-exergy diference is a key performance indicator and combines thermal and hydraulic calculations. It is the difference between thermal exergy fux and hydraulic efort. The Reynolds number in the circular ring is instead of the mass fow rate constant during all optimizations. The result from a thermal perspective is an optimal width of the circular ring of nearly zero. The hydraulically optimal inner pipe radius is 54% of the outer pipe radius for laminar fow and 60% for turbulent fow scenarios. Net-exergetic optimization shows a predominant infuence of hydraulic losses, especially for small temperature gains. The exact result depends on the earth’s thermal properties and the fow type. Conclusively, coaxial geothermal probes’ design should focus on the hydraulic optimum and take the thermal optimum as a secondary criterion due to the dominating hydraulics.
This study investigated the anaerobic digestion of an algal–bacterial biofilm grown in artificial wastewater in an Algal Turf Scrubber (ATS). The ATS system was located in a greenhouse (50°54′19ʺN, 6°24′55ʺE, Germany) and was exposed to seasonal conditions during the experiment period. The methane (CH4) potential of untreated algal–bacterial biofilm (UAB) and thermally pretreated biofilm (PAB) using different microbial inocula was determined by anaerobic batch fermentation. Methane productivity of UAB differed significantly between microbial inocula of digested wastepaper, a mixture of manure and maize silage, anaerobic sewage sludge, and percolated green waste. UAB using sewage sludge as inoculum showed the highest methane productivity. The share of methane in biogas was dependent on inoculum. Using PAB, a strong positive impact on methane productivity was identified for the digested wastepaper (116.4%) and a mixture of manure and maize silage (107.4%) inocula. By contrast, the methane yield was significantly reduced for the digested anaerobic sewage sludge (50.6%) and percolated green waste (43.5%) inocula. To further evaluate the potential of algal–bacterial biofilm for biogas production in wastewater treatment and biogas plants in a circular bioeconomy, scale-up calculations were conducted. It was found that a 0.116 km2 ATS would be required in an average municipal wastewater treatment plant which can be viewed as problematic in terms of space consumption. However, a substantial amount of energy surplus (4.7–12.5 MWh a−1) can be gained through the addition of algal–bacterial biomass to the anaerobic digester of a municipal wastewater treatment plant. Wastewater treatment and subsequent energy production through algae show dominancy over conventional technologies.
The present work aimed to study the mainstream feasibility of the deammonifying sludge of side stream of municipal wastewater treatment plant (MWWTP) in Kaster, Germany. For this purpose, the deammonifying sludge available at the side stream was investigated for nitrogen (N) removal with respect to the operational factors temperature (15–30°C), pH value (6.0–8.0) and chemical oxygen demand (COD)/N ratio (≤1.5–6.0). The highest and lowest N-removal rates of 0.13 and 0.045 kg/(m³ d) are achieved at 30 and 15°C, respectively. Different conditions of pH and COD/N ratios in the SBRs of Partial nitritation/anammox (PN/A) significantly influenced both the metabolic processes and associated N-removal rates. The scientific insights gained from the current work signifies the possibility of mainstream PN/A at WWTPs. The current study forms a solid basis of operational window for the upcoming semi-technical trails to be conducted prior to the full-scale mainstream PN/A at WWTP Kaster and WWTPs globally.
Dipl.-Ing. Ralf Engels - DHI Wasser und Umwelt GmbH, Syke. 24 S. (S. 70-93) Beitrag zum 1. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <1,2007, Aachen> Einleitung [des Autors] Die hydrodynamische Kanalnetzmodellierung ist ein Standardwerkzeug für die Bemessung von Kanalnetzen. Neben der Berechnung der hydrologischen und hydraulischen Gegebenheiten in einem städtischen Einzugsgebiet gehören auch weiterführende Technologien mittlerweile zum Standard. So können alle steuerbaren Elemente eines Kanalnetzes dynamisch so optimiert werden, dass die Leistungsfähigkeit des Kanalnetzes zusätzlich gesteigert werden kann. Automatische Werkzeuge zur dynamischen hydraulischen Schmutzfrachtberechnung ermöglichen die Erweiterung der Steuerung – insbesondere von Entlastungsanlagen – im Hinblick auf die entlasteten Schmutzfrachten und geben darüber hinaus detaillierte Informationen für den Betrieb der Kläranlage. Weiterführende biologische Prozessmodellierungen ergänzen dieses Themenfeld. GIS Werkzeuge können bei der räumlich differenzierten Modellierung von Kanalnetzen wertvolle Dienste leisten. Die detaillierte Betrachtung einzelner Haltungsflächen in ihrem räumlichen Zusammenhang ist damit ebenso möglich wie eine komplette Verwaltung aller für die Kanalnetzmodellierung notwendigen Daten in einem übersichtlichen grafischen Menü. Die Grenzen der Kanalnetzmodellierung lagen in früheren Zeiten an dessen Rand. Detaillierte Informationen über die Wege des Wassers auf der Geländeoberfläche, an der Schnittstelle zu Vorflutern und in der Interaktion mit Grundwasser waren bisher nicht modelltechnisch bewertbar. Eine dynamische Kopplung verschiedener Modelle zur Darstellung aller relevanten hydraulischen Prozesse ermöglicht eine integrative Betrachtung aller möglichen Wege, die das Wasser in der Stadt nehmen kann (Mark & Djordjevic, 2006). Dieser Beitrag präsentiert den Stand der Technik für die integrierte Modellierung städtischer Überschwemmungen mit Hilfe der Modellkopplung von Oberflächenmodellen und Kanalnetzmodellen.
Dr.-Ing. Lothar Fuchs vom itwh Hannover mit 13 Seiten (S. 57-69) Beitrag zum 1. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <1, 2007, Aachen> Zusammenfassung [des Autors] Die wesentlichen technischen Probleme der Kanalnetzbewirtschaftung sind gelöst. Der Markt bietet bewährte Messgeräte, Steuerungseinrichtungen, Datenübertragungs-, Regler- und Rechnersysteme, die sich für den Einsatz in der Stadtentwässerung eignen. Mit den heute existierenden Simulationsmodellen können die Auswirkungen von Bewirtschaftungssystemen abgeschätzt werden, bevor diese implementiert werden. Die für Bewirtschaftungssysteme notwendige Ausrüstung ist eine andere, als die traditionell in der Stadtentwässerung übliche. Sie erfordert in jedem Fall mehr und teureren Wartungsaufwand sowie anders ausgebildetes Personal. Bei einem Kostenvergleich mit konventionellen (d.h. ungesteuerten) Systemen muß die umfassende Information und Kontrolle des bewirtschafteten Systems berücksichtigt werden. Die permanente Information über den Betriebszustand sowie die in allen existierenden Bewirtschaftungssystemen erreichten Verminderungen von Regenentlastungen und (in geringerem Maße) hydraulischen Überlastungen lassen es geraten erscheinen, Kanalnetzbewirtschaftung nicht nur unter dem Gesichtspunkt der höheren Betriebskosten, sondern auch denen der möglich Einsparungen von Investitionen und der höheren Effizienz zu beurteilen. Analog lässt sich zeigen, dass bewirtschaftete Systeme kleiner ausgelegt werden können und dennoch die gleiche Effizienz besitzen wie größer dimensionierte, statisch wirkende Systeme.
This study focuses on thermoelectric elements (TEE) as an alternative for room temperature control. TEE are semi-conductor devices that can provide heating and cooling via a heat pump effect without direct noise emissions and no refrigerant use. An efficiency evaluation of the optimal operating mode is carried out for different numbers of TEE, ambient temperatures, and heating loads. The influence of an additional heat recovery unit on system efficiency and an unevenly distributed heating demand are examined. The results show that TEE can provide heat at a coefficient of performance (COP) greater than one especially for small heating demands and high ambient temperatures. The efficiency increases with the number of elements in the system and is subject to economies of scale. The best COP exceeds six at optimal operating conditions. An additional heat recovery unit proves beneficial for low ambient temperatures and systems with few TEE. It makes COPs above one possible at ambient temperatures below 0 ∘C. The effect increases efficiency by maximal 0.81 (from 1.90 to 2.71) at ambient temperature 5 K below room temperature and heating demand Q˙h=100W but is subject to diseconomies of scale. Thermoelectric technology is a valuable option for electricity-based heat supply and can provide cooling and ventilation functions. A careful system design as well as an additional heat recovery unit significantly benefits the performance. This makes TEE superior to direct current heating systems and competitive to heat pumps for small scale applications with focus on avoiding noise and harmful refrigerants.
Dipl.-Ing. Dirk Hecker von der Ingenieurgesellschaft Tuttahs & Meyer in Aachen. Vortrag gehalten beim 1. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <1, 2007, Aachen> 27 S. (S. 28-54) Zusammenfassung [des Autors]: Nach den spektakulären Hochwasserereignissen an Rhein, Elbe und Donau hat die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) einen Fachausschuss zur Erstellung eines Merkblattes M 103 „Hochwasserschutz für Abwasseranlagen“ berufen. Das Merkblatt zeigt in den Kapiteln Konzeption, Planungsgrundsätze und Hochwassermanagement eine strukturierte Vorgehensweise zur bestmöglichen Vorsorge zum Schutz der Abwasseranlagen im Hochwasserfall. Entsprechend den Forderungen des im Jahr 2005 verabschiedeten Gesetzes zur Verbesserung des vorbeugenden Hochwasserschutzes, floss in das Wasserhaushaltsgesetz unter anderem die allgemeine Verpflichtung jedes potentiell vom Hochwasser Betroffenen ein, geeignete Schutzmaßnahmen zur Schadensminimierung zu treffen. Hierbei werden speziell die Wasserversorgung und die Abwasserbeseitigung erwähnt. Im DWA-M 103 wir detailliert dargestellt wie und mit welchem Aufwand die Abwasseranlagen zu überprüfen sind und wie hierzu ein Hochwasserschutzkonzept erstellt werden kann. Zusätzlich werden Hinweise für die Planung von Abwasseranlagen in hochwassergefährdeten Bereichen gegeben, die den störungsfreien Betrieb im Hochwasserfall gewährleisten sollen. Schlussendlich werden das Hochwassermanagement und der Betrieb dargestellt und hier wichtige Anregungen gegeben im Ernstfall ausreichend vorbereitet zu sein. Das DWA-M 103 richtet sich in erster Linie an die Betreiber und Planer von Abwasseranlagen. Jedoch werden hier auch, gerade durch die Vielzahl von Checklisten, Kommunen Denkanstöße und Anregungen für die Hochwasservorsorge/-schutz von öffentlichen Gebäuden und Einrichtungen gegeben.
Das Oberflächenabflussmodell von Keser und die Grenzwertmethode : Die Abflussbildung im Vergleich.
(2007)
Dipl.-Ing. Rudolf Herzog , Rehm Software Berg / Ravensburg. 9 S. (S. 94-102). Beitrag zum 1. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft a1, 2007, Aachen>. Zusammenfassung [des Autors] Die grundlegenden Ansätze der beiden Modelle sind ähnlich. Der hauptsächliche Unterschied liegt darin, dass die Grenzwertmethode die Angabe einer Bodenart erfordert, die ihrerseits wieder Probleme verursachen kann. Es kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Bodenarten homogen anliegen. Die ersatzweise Vorgabe einer für alle Einzugsgebiete einheitlichen Bodenart hilft da nicht wirklich weiter. Es stellt sich vielmehr die Frage, ob der zusätzliche Aufwand eine signifikante Verbesserung des Ereignisses zur Folge hat. Der Vorteil der Grenzwertmethode liegt auf der Hand: Die Parameterwahl ermöglicht eine flexible Steuerung des Modells, in die Abflussbildung kann differenziert eingegriffen werden. Das NA-Geschehen kann weitgehend kalibriert werden. Es ist allerdings auch zu bedenken, dass die Flexibilität des Modells risikobehaftet ist - die Abflussbildung kann nach Belieben beeinflusst werden. Fazit: Flexibel in der Anwendung, bei NA-Messung empfehlenswert. Im Allgemeinen geringere Abflussmengen als Keser. Die Blackbox von Keser ist zwar nicht steuerbar, entzieht sich damit aber auch Wissensdefiziten und Manipulationseinflüssen. Über Parameter und deren Auswirkungen muss nicht spekuliert werden. Wenn mehrere Personen mit dem Modell von Keser arbeiten, ergeben sich im Gegensatz zur Grenzwertmethode zwangsweise dieselben Ergebnisse - gleiche geometrische Oberflächendaten vorausgesetzt. Außerdem kommt Keser ohne die Bodenart aus. Fazit: Bei BFG >20%, einfache Handhabung, geringer Aufwand. Gegenüber der Grenzwertmethode (mittlere Verhältnisse) jedoch etwas höhere Abflüsse. Das Programmpaket HYKAS der Fa. Rehm Software ermöglicht u.a. den Nachweis von Kanalnetzen und bietet in diesem Zusammenhang beide Modellansätze zur Auswahl an. Der Programmanwender kann damit eine am Datenbestand bzw. an den Vorgaben des Auftraggebers ausgerichtete Modellauswahl treffen. Die realitätsnahe Ermittlung der Oberflächenabflüsse ist kompliziert. Weitere Unwegsamkeiten warten nach der Abflussbildung bei der Abflusskonzentration auf: Es ist z.B. die Festlegung der Fließlänge auf der Oberfläche erforderlich... Es ist noch ein weiter Weg bis zur Kläranlage.
Dipl.-Ing. Hartmut Hoevel - Erftverband, Bergheim. 3 Seiten (S. 75-77). Beitrag zum 2. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <2, 2009, Aachen> Die Erft ist ein linker Nebenfluss des Rheins. Der Fluss ist durch eingeleitetes Sümpfungswasser aus dem rheinischen Braunkohletagebau hinsichtlich der Wassermenge und der Temperatur stark belastet. Die vorgestellten Überlegungen betreffen die Fragen: 1. Wie soll die Erft im Jahr 2045, also nach dem voraussichtlichen Ende der Tagebauaktivitäten im Rheinischen Braunkohlerevier und damit einhergehender Beenigung der Sümpfungswassereinleitung, aussehen? 2. Wie schnell und auf welche Weise soll die Umgestaltung der Erft vonstatten gehen?
Mischwassereinleitungen in Gewässer nach BWK Merkblatt M3 - Vorteile des detaillierten Nachweises
(2009)
Dipl.-Ing. Brigitte Huber und Dr.-Ing. Gerd Demny - Wasserverband Eifel Rur, Düren. 16 Seiten ( S. 59-74). Beitrag zum 2. Aachener Softwaretag in der Wasserwirtschaft <2, 2009, Aachen> Zusammenfassung [der Autoren] Für das städtisch geprägte Einzugsgebiet des Broicher Baches sind ein vereinfachter und ein detaillierter Nachweis nach BWK-M3 durchgeführt worden. Dabei zeigt sich, dass die Methodik des vereinfachten Nachweises nicht geeignet ist, um eine realitätsnahe Abbildung der einleitungsgeprägten Abflüsse des Gewässers zu erhalten. Dies ist insbesondere auf die Vernachlässigung von Wellentranslation und -retention im Gerinne zurückzuführen. Die dadurch entstehende Fehleinschätzung der Abflussverhältnisse versperrt den Blick auf eine situationsgerechte Maßnahmenplanung. Der mit Hilfe eines NA-Modells geführte detaillierte Nachweis ist zwar in der Erstellung aufwändiger, zeichnet aber ein reales Bild der Abflusserhöhung durch Einleitungen. Mit Hilfe des Modells können die wesentlichen Einflüsse schnell lokalisiert und zielführende Maßnahmenvarianten identifiziert werden. In dem hier vorgestellten Beispiel des Broicher Baches können die ursprünglich identifizierten acht Maßnahmen auf eine reduziert werden. Das Gesamtvolumen der erforderlichen Rückhaltungen wird um die Hälfte verringert. Der Vergleich beider Nachweismethoden legt nach Ansicht der Autoren nahe, den vereinfachten Nachweis höchstens für eine erste Einschätzung des Maßnahmenbedarfs anzuwenden. Die Maßnahmenidentifikation und -dimensionierung sollte grundsätzlich mit der detaillierten Nachweismethode durchgeführt werden, die auf einem entsprechenden NA-Modell basiert. Dies gilt insbesondere für Gewässerstrecken, deren Abfluss durch mehrere, hintereinander liegende Einleitungsstellen geprägt ist.