Belebung – Nitrifikation und Denitrifikation

Ihre Vorteile durch hydrograv-Simulationen:

Biologische Abbauprozesse in Belebungsbecken werden auch von den hydraulischen Verhältnissen beeinflusst. Beispielsweise kann durch eine optimierte Strömungsführung das Verweilzeitverhalten verbessert werden: Kurzschlussströmung oder Totzonen werden vermieden oder eine ausreichende Pfropfenströmung sichergestellt. Dies erhöht die Effizienz der Abbauprozesse.

Neben baulicher Optimierung hat auch die Anordnung von Rührwerken einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Effizienz der Abbauprozesse. Mit hydrograv-Simulationen können zudem auch die Anzahl und der Leistungseintrag von Rührwerken optimiert werden. Dies führt zu Kostenreduktion durch Einsparung von Energie und Investitionen.

hydrograv-Simulationen verfügen zudem auch über Simulationsansätze zum Sauerstoffübergang, mit denen der SSOTR nach DWA-M 209 bestimmt werden kann.  Mit Hilfe des SSOTR kann die Anordnung der Belüfterelemente zielgerichtet optimiert und so der Sauerstoffertrag maximiert werden. Und dies allein durch strömungsmechanische Effekte!

 

Höchste Vorhersagesicherheit durch Messungen

Messungen der Strömungsgeschwindigkeiten mit einer hochauflösenden akustischen Geschwindigkeitsmesssonde gewährleisten eine ausreichende Kalibrierung und Validierung der verwendeten Modellansätze. Zudem können Belebtschlammkonzentrationen gemessen werden. Dies erhöht die Vorhersagesicherheit der Simulationen und schafft Vertrauen.

Abbildung: Vergleich gemessener und simulierter Strömungsgeschwindigkeiten in belüfteten und unbelüfteten Abschnitten eines Belebungsbeckens.

 

Optimierung der Belüftung durch Simulation des SSOTR nach DWA-M 209

Die Simulation von SSOTR-Werten wurde unter Einbeziehung von Messungen entwickelt. Grundlage bilden Sauerstoffeintragsversuche von Frey (2011). Die simulierte Erhöhung des SSOTR liegt nahe der gemessenen Erhöhung (siehe untere Abbildung). Dieses Beispiel zeigt auch, dass durch rein strömungsmechanische Effekte der SSOTR um bis zu 50 % erhöht werden kann.

Die Simulationen weiterer Belebungsbecken zeigen, dass in vielen Fällen der SSOTR um mindestens 10 % bis 20 % durch eine optimierte Anordnung der Belüfterelemente erhöht werden kann.

Frey, W. (2011, www.aabfrey.com): Energieeffizientes Mischen und Belüften von Belebungsbecken, 25. Karlsruher Flockungstage, KIT Karlsruhe.

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Abbildung: Vergleich gemessener und simulierter Verbesserungsgrad des SSOTR-Werts.

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Abbildung: Sauerstoffkonzentrationen auf vertikalen Ebenen in verschiedenen Belebungsbecken mit Erhöhung des SSOTR-Wertes von 10 % bis 20 %.

 

Nachweis von Ablagerungen

Ablagerungen in Belebungsbecken werden durch die Analyse sohlnaher Geschwindigkeiten und von Belebtschlammkonzentrationen auf der Sohle nachgewiesen. Um das Absetzen von Belebtschlamm zu simulieren, werden hydrograv-eigene, durch Messungen kalibrierte und seit mehr als 10 Jahren erfolgreich eingesetzte Absetzmodelle verwendet.

Abbildung: Sohlnahe Geschwindigkeiten in verschiedenen Kammern eines Belebungsbeckens- (links) und deterministischer Variantenvergleich von Flächen mit kritischen sohlnahen Strömungsgeschwindigkeiten (rechts).

Abbildung: Schlammkonzentrationen an der Beckensohle normiert mit der Zulaufkonzentration (links) und deterministische Analyse kritischer Flächen bzgl. Ablagerungen (rechts).

 

Nachweis des Verweilzeitverhaltens

Das Verweilzeitverhalten wird anhand der Simulation virtueller Tracerstoffe analysiert. Die Konzentration des Tracers wird am Ablauf aufgezeichnet und die Verteilungsfunktion bestimmt. Damit können Aussagen über die  Charakteristik der Hydraulik und der Durchmischung getroffen und verschiedene Varianten verglichen werden. In diesen Verteilungsfunktionen ist sozusagen vereinfacht das hydraulische Verhalten des Behälters zusammengefasst. Beispielsweise lassen sich anhand des 10 %-Perzentils Aussagen über den Kurzschlussanteil der Strömung treffen.

Des Weiteren kann der Verteilungsfunktion ein Kaskadenmodell, in dem eine theoretische Anzahl von idealen Rührkesseln in Reihe geschaltet ist, angepasst werden. Damit sind Aussagen möglich, ob eine vollständige Durchmischung oder eher eine Pfropfenströmung gegeben ist.

Abbildung: Beispielhafte Maßnahme zur Verbesserung der Aufenthaltszeiten mit dem Ziel einer Pfropfenströmung.

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Festbettverfahren mit schwebenden Aufwuchskörpern (Moving Bed Reactor)

Mit hydrograv-Simulationen ist es möglich, schwebende Aufwuchskörper zu simulieren. Somit kann die Verteilung der Aufwuchskörper nachgewiesen und Ablagerungen vermieden werden. Zudem ermöglichen Variantenstudien die Auswahl des effizientesten Mischsystems.

Abbildung: Festbettreaktor mit schwebenden Aufwuchskörpern und mittigem Vertikalrührwerk.

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Festbettverfahren mit starren Aufwuchskörpern (Fixed Bed Reactor)

Für eine gute Funkionsweise von fest eingebauten Aufwuchskörpern ist eine gleichmäßige An- und Durchströmung wichtig. Mit hydrograv-Simulationen kann die Installation optimiert und höchste Effizienz sichergestellt werden.

Abbildung: Simulation eines Festbettreaktors mit starren Aufwuchskörpern.