Anaerobe Abwasserbehandlung Simulation – Software

GRUNDPRINZIP / ZIELSETZUNG

Ziel von ANASim© ist die Berechnung der wesentlichen Betriebsparameter von anaeroben Abwasserbehandlungsanlagen unter Verwendung einfach meßbarer Zulaufdaten. Mit diesen Zulaufdaten werden Reaktor pH-Wert, produzierte Gasmenge, Gasqualität, Chemikalienbedarf und weitere maßgebende Betriebsparameter berechnet.

AnaSim© ist ein ideales Werkzeug für die Auslegung und die Kontrolle des täglichen Betriebes von Anaerobreaktoren. Zielgruppe sind Ingenieure im Bereich der Anaerobtechnik und Betreiber von anaeroben Abwasserbehandlungsanlagen.

AnaSim© versucht nicht biologische Prozesse – wie Wachstumsraten, Substrataufnahme etc. - zu berechnen, sondern konzentriert sich auf die wesentlichen Reaktionsprodukte der biochemischen Prozesse und deren Einfluß auf das chemische Milieu des Reaktors.

AnaSim© fußt auf zwei grundlegenden theoretischen Konzepten, die in der Literatur veröffentlich und weltweit anerkannt sind:

(a) Massenbilanzierung von Kohlenstoff, chemischem Sauerstoffbedarf (CSB) und Schwefelwasserstoff nach einem Konzept von Karl Swardal (TU Wien, 1991).
(b) Alkalinitätskonzept für schwache Säure- / Basensysteme entwickelt von Prof. Loewenthal und der UCT-Group und veröffentlicht in Water SA und Water Science and Technology, IWA Journal.

Diese zwei Konzepte werden im AnaSim©-Programm zusammengeführt und ermöglichen eine praxisnahe Simulation des Betriebszustandes eines Anaerobreaktors ausgehend von einfachen Eingabeparametern. Es werden stationäre Zulaufbedingungen betrachtet – zeitliche Änderungen des Betriebszustandes infolge der Veränderung des Zulaufes werden nicht simuliert.

Systemanforderung: MS Windows, MS-Excel mit Visual Basic

 

Eingabewerte

ANASim© erfordert eine Reihe von Eingabewerten, die entweder gemessen oder durch Erfahrungswerte näherungsweise ersetzt werden. Es lassen sich durch Änderung der Eingabewerte auf einfache Weise verschiedene Szenarien berechnen.

Folgende Eingabewerte sind erforderlich:

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Berechnete Ausgabewerte

Anaerobreaktor pH-Wert Berechnung

Der pH-Wert ist ein wesentlicher Parameter der Anaerobtechnik und demgemäß ist eine Prognose während der Auslegungsphase von zentraler Bedeutung. In vielen Fällen erhebt sich die Frage, ob und wieviel Chemikaliendosierung erforderlich sein wird. Im täglichen Betrieb stellt sich die Frage der Optimierung der pH-Werteinstellung und damit zusammenhängend die Änderung der Chemikaliendosierung. Es kann der Einfluß (a) einer Mengenänderung und (b) Wechsel zu anderen Chemikalien simuliert werden.

AnaSim© ermöglicht die Berechnung des pH-Wertes im Reaktor unter Berücksichtigung der komplexen Gas-Flüssigkeits-Fällungsgleichgewichte. Der pH-Wert wird abhängig von den Zulaufeingabewerten und Chemikaliendosiermengen berechnet. Weicht der Reaktor pH-Wert vom gewünschten Sollwert ab, dann werden die Dosiermengen geändert bis der gewünschte pH-Wert erreicht ist. Es können verschiedene Chemikalien gleichzeitig zudosiert werden.

Kalziumkarbonat - Fällungspotential

In verschiedenen Anwendungsfällen der anaeroben Abwasserbehandlung stellt sich die Frage bezüglich Ausfällung von Kalziumkarbonat im Anaerobreaktor. Das Problem tritt immer dann auf, wenn der Reaktorzulauf hohe Kalziumkonzentrationen aufweist: Kalzium tritt in Wechselbeziehung mit dem Kohlensäure-Karbonatsystem im Reaktor, wodurch das Potential für Ausfällungen entsteht.

Die Neigung zur Kalziumkarbonatausfällung ist stark abhängig vom Kalziumkarbonat-Löslichkeitsprodukt. Verschiedene Untersuchungen zeigen eine starke Abhängigkeit von organisch gelösten Abwasserinhaltsstoffen und Abwassertyp. Die richtige Wahl des Löslichkeitsproduktes erfordert deshalb Erfahrung und gründliche Berücksichtigung der bestehenden Literaturangaben. Trotz dieser Unsicherheit zeigt die Erfahrung, daß Prognosen zu Wahrscheinlichkeit und Ausmaß von Kalziumkarbonatausfällungen möglich und von praktischem Nutzen sind.

Aus den Eingabewerten errechnet AnaSim© die folgenden für den Anaerobreaktor maßgeblichen Betriebsparameter:

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Anwendernutzen

Dem praxisorientierten Anwender ermöglicht AnaSim© auf einfache Art und Weise die Berechnung von:

- Reaktor pH-Wert
- Biogaszusammensetzung (CH4, CO2, H2S)
- Tägliche Biogasmenge
- Chemikaliendefarf für pH-Wertstabilisierung – es kann der Einsatz verschiedener Chemikalien simuliert werden
- Stromproduktion - bei Biogasverwertung in einem Gasmotor
- Wärmeproduktion - bei Biogasverwertung in einem Gasmotor oder Heizkessel
- Kalziumkarbonatausfällung
- Reaktorablauf - chemischer Sauerstoffbedarf, Phosphat, Stickstoff und Schwefelwasserstoff
- Nährstoffbedarf der Reaktorbiomasse
- Schlammproduktion – Biomassezuwachs

- Betriebsoptimierung ist vor allem im Bereich der Chemikaliendosierung durch einfache Berechnung verschiedener Szenarien möglich.
- Variabler Reaktorzulauf: es können auf einfache Art und Weise Berechnungen verschiedener Szenarien durchgeführt werden.
- Überprüfung der täglich erhobenen Betriebsdaten ist auf einfache Art und Weise möglich: z.B. die Stromproduktion kann durch Bilanzierung des chemischen Sauerstoffbedarfs kontrolliert werden.

Publikationen

AnaSim® wurde in KA-Korrespondenz Abwasser, Abfall, 59. Jahrgang Nr. 7, Juli 2012 publiziert.

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AnaSim® wurde bei Weftec Konferenz 2012, New Orleans, US präsentiert (Veröffentlichung im Tagungsband).

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