Das Projekt "Schlammindexvorhersage mittels künstlicher Intelligenz zum effizienteren Ressourceneinsatz in der Abwasserbeseitigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Siedlungswasser- und Abfallwirtschaft durchgeführt. Mit der Abwasserbehandlung auf Kläranlagen gehen eine Vielzahl von chemischen und biologischen Prozessen simultan einher. Diese sich gegenseitig beeinflussenden Prozesse, deren Auswirkungen, wenn sich bestimmte Parameter im Prozess ändern und wie Veränderungen vorhergesagt werden können, stellt die Betreiber der Anlagen zum Teil vor große Herausforderungen. Die meisten Einflüsse auf den Prozess bei sich ändernden Umständen sind bereits bekannt, lassen sich aber nur mit großem Aufwand darstellen. Im laufenden Betrieb fällt eine große Anzahl an Messparametern mit entsprechenden Daten an, die zentral abgespeichert werden. Hierbei handelt es sich zum einen um fest eingestellte Betriebswerte, zum anderen aber auch um Daten zu Verbräuchen und sich in Abhängigkeit der Prozesse ergebende Daten. Diese Daten stehen dabei meistens direkt bzw. indirekt in Beziehung zueinander. Bedingt durch die sehr großen Mengen an Daten war es bisher nur sehr schwer möglich, alle anfallenden Messwerte hinsichtlich eines Zielparameters auszuwerten.
Eine Möglichkeit zur Analyse, die in den letzten Jahren mehr Beachtung gewinnt, besteht über die Nutzung von künstliche Intelligenz (KI), die durch tausende Rechenoperationen pro Sekunde Muster aufdecken kann. Über die Auswertung historischer Daten kann mit Nutzung der KI ein mathematischer Zusammenhang hergestellt werden. Dieser Zusammenhang soll für die Erstellung zukünftiger Prognosemodelle verwendet werden. Das zum Einsatz kommende Prognosemodell beruht dabei auf einem Digitalen Zwilling der Kläranlage, welcher, verbunden über die Sensoren der Kläranlage, diese virtuell abbildet und in Echtzeit mit seinem wirklichen Vorbild vernetzt ist.
Diesem Vorgehen liegt der pragmatische Annahme zugrunde, dass der genaue Einfluss eines bestimmten Parameters zunächst nicht bekannt sein muss, sofern er mathematisch beschrieben werden kann. Das erstellte Modell kann dann beliebig auf Zielparameter eingestellt werden.
Im Zuge des Forschungsvorhabens soll dieser Ansatz für die Anwendbarkeit einer möglichen Prognose der Absetzbarkeit des Belebtschlamms vorgenommen werden, explizit der Schlammindexvorhersage (ISV) im Belebtschlammverfahren.
Das Projekt "Anwendungsorientierte systematische Definition von Schaeumen und Untersuchungen zur EPS-Bildung in belebten Schlaemmen (Untertitel: Untersuchungen zum Vorkommen von Microthrix parvicella in Klaeranlagen mit Naehrstoffelimination)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Kommunale Klaeranlagen mit Stickstoff- und Phosphorelemination haben Probleme mit Schaeumen und faedigen Schlaemmen. Fuer diese Erscheinungen ist haeufig das faedig wachsende Bakterium Microthrix parvicella verantwortlich. Durch die mikroskopische Analyse schaeumender belebter Schlaemme bei Fruehjahrstemperaturen von 12-15 Grad Celsius im Belebungsbecken und Befragung von Klaeranlagenbetreibern konnte ermittelt werden, dass Microthrix parvicella bei den untersuchten Proben zu 93 Prozent dominant war. Fuer naehrstoffeleminierende Klaeranlagen Deutschlands ist M. parvicella als Hauptverursacher fuer Blaehschlamm- und Schaumbildungen, insbesondere im Temperaturbereich von 12-15 Grad Celsius, verantwortlich. 100 Prozent der untersuchten Klaeranlagen mit Naehrstoffelimination hatten ganzjaehrig Schaum auf den Nitrifikationszonen. 70 Prozent hatten zeitweilig oder staendig Schaum im Faulbehaelter. Schaumprobleme im Faulbehaelter sind ursaechlich mit Schaumproblemen auf den Belebungsbecken verknuepft. Die unersuchten Schaeume von Belebungsbecken zeigten im mikroskopischen Bild hohe Gehalte an Verschleimungen, die auch als EPS bekannt sind und haeufig in Zusammenhang mit dem fadenfoermigen Bakterium M. parvicella auftreten. Es konnte der Nachweis erbracht werden, dass M. pervicella in Abhaengigkeit der BSB5-Schlammbelastung sowie der Temperatur waechst. BSB5-Schlammbelastung kleiner gleich 0,1 kg/(kg-d), wobei M. parvicella zwischen 200 und 500 my m lang wird und aufgrund seiner Hydrophobilizitaet zum Schaeumen zur schlechten Entwaesserbarkeit und zu Schlammindices von durchschnittlich 250 ml/g, mit Maximalwerten bis 490 ml/, fuehrt.
Das Projekt "Integration von Aufwuchskoerpern in Belebungsanlagen zur Verbesserung der Schlammindices und zur Erhoehung der Sedimentationsleistung von Nachklaerbecken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Die Auftretenswahrscheinlichkeit von Schwimm- und Blähschlammphänomenen korreliert mit der Verfahrenstechnik der Anlage. Hierbei handelt es sich mehrheitlich um Schwachlastanlagen mit Bio- P Elimination und Denitrifikation. Da diese Verfahrenskombination die heute mehrheitlich realisierte Technologie darstellt, ist die Lösung dieses Problems eine der wenigen im Bereich der kommunalen Abwasserreinigung verbleibenden offenen Fragen. Da die Ursachen trotz zahlreicher Bemühungen bislang im Detail unverstanden sind, werden heute vielfältige Maßnahmen zur Gegensteuerung diskutiert und erprobt. Diese Versuche zielen entweder auf die Verbesserung der Absetzbarkeit der Belebtschlämme - durch korrigierende Maßnahmen wie etwa die Zugabe von flockenbeschwerenden Chemikalien/Materialien oder die Vorschaltung sogenannter Selektoren - und/oder auf die Verbesserung der Abscheideleistung der Nachklärbecken. Bekanntermaßen bereitet die Abtrennung von Biomasse bei Festbettreaktoren -aufgrund der günstigeren, die Absetzbarkeit erleichternden Flockenstruktur/ Flockendichte- kaum Probleme. Ferner ist der spezifische Volumenbedarf der Nachklärung bei Festbettreaktoren deutlich geringer als bei Belebungsanlagen. Darüber hinaus steigt die Bio-P-Elimination -unter sonst gleichen Bedingungen- mit dem TS-Gehalt an. Vor diesem Hintergrund ist es nur naheliegend eine Kombination beider Verfahrenstechniken (eine Symbiose aus sessiler, auf Bewuchskörpern fixierter Biomasse und suspendiertem Belebtschlamm) in Betracht zu ziehen. Im Rahmen des Vorhabens werden drei halbtechnische Anlagen (festsitzende, schwimmende Bewuchskörper und konventionelle Anlage als Referenz) betreut, deren Ergebnisse verglichen und mittels einer Simulation verifiziert. Um die sessilen Mikroorganismen hinsichtlich ihres Einflusses auf die Bio-P-Elimination beurteilen zu können, ist die Verfahrensführung derart ausgelegt, daß sie aeroben als auch anaeroben Millieubedingungen ausgesetzt werden. Die Ergebnisse sollen folgende Arbeitshypothesen bestätigen: Aufwuchskörper können auch in kontinuierlich durchflossen Belebungsanlagen mit Bio-P Elimination erfolgreich eingesetzt werden. - Der Schlammindex wird deutlich verringert und damit die Absetzbarkeit entsprechend verbessert. - Aufgrund der verringerten Rücklaufschlammförderung (entsprechend des Anteils der sessilen Biomasse) wird die Betriebsstabilität der Nachklärung nachhaltig verbessert. - Die Nachklärung wird in zweierlei Hinsicht entlastet: aufgrund der Verbesserung der Schlammindices als auch aufgrund der reduzierten Rücklaufschlammförderung. - Je nach hydraulischer und stofflicher Ausgangsbelastung wird Kapazität in unterschiedlichem Maße in der Nachklärung freigesetzt. (Text gekürzt)
Das Projekt "Einfluss der Belebungsbeckengroesse, der Beschickung der Ablaufrinne, der Sohlneigung des Nachklaerbeckens und des Schlammindexes auf die erforderliche Tiefe des Nachklaerbeckens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft, Flussbau und Landwirtschaftlichen Wasserbau durchgeführt. Einfluss der Betriebsparameter und Dimensionierungsgroessen des Nachklaerbeckens, Untersuchungen im Modellmassstab.