Schwerpunkte

Aktu­ell wer­den von der HSGS­im die fol­gen­den Schwer­punkt­the­men bear­bei­tet, die im Nach­fol­gen­den auch kurz beschrie­ben werden:

Neue zusätz­li­che Schwer­punk­te kön­nen bei Wunsch und Bedarf jeder­zeit ein­ge­rich­tet wer­den, sofern sich dafür genü­gend enga­gier­te Inter­es­sen­tIn­nen fin­den. Im Nach­fol­gen­den wer­den sechs neue The­men­be­rei­che in Form von “Calls-For” gelis­tet und kurz beschrie­ben, für die aktu­ell bereits Inter­es­se besteht: 

Soll­test Du an einer Mit­ar­beit in einer der o. a. Arbeits­grup­pen oder Call-For Inter­es­se haben, dann wen­de Dich bit­te unter Anga­be Dei­nes Inter­es­sens­schwer­punkt per E‑Mail an info@hsgsim.org.

Ehe­ma­li­ge von der Grup­pe bear­bei­te­te Schwer­punk­te sind im Archiv zu finden.

AFS63

Mit dem Erschei­nen des Arbeits­blat­tes DWA‑A 102 im Dezem­ber 2020 wur­de der Para­me­ter AFS63 (fei­ne abfil­trier­ba­re Fest­stof­fe mit einem Korn­durch­mes­ser > 0,45 µm und < 63 μm) zur Bewer­tung der Ver­schmut­zung von Nie­der­schlags­ab­flüs­sen in Deutsch­land neu eingeführt. 

In Erman­ge­lung einer nor­ma­ti­ven Fest­le­gung bei der Bestim­mung die­ses Para­me­ters wur­de beim HSGS­im-Tref­fen in Darm­stadt (#38) im Febru­ar 2017 die Ad-Hoc-Arbeits­grup­pe zum The­ma “AFS63” ein­ge­rich­tet, um (1) die zahl­reich vor­han­de­nen Erfah­run­gen inner­halb der Grup­pe aus­zu­tau­schen und um (2) mit­tel­fris­tig einen Leit­fa­den mit Emp­feh­lun­gen zur Bestim­mung des AFS63 zu erar­bei­ten, um eine Ver­gleich­bar­keit von durch­ge­führ­ten AFS63-Bestim­mun­gen sicherzustellen. 

Mitt­ler­wei­le beschränkt sich der AFS63-Interessent·innen-Kreis nicht nur auf die Mit­glie­der der HSGS­im, son­dern umfasst auch Interessent·innen außer­halb der HSGS­im.

Ers­te fest­ge­stell­te Ein­fluss­fak­to­ren bei der Bestim­mung des AFS63, wel­che im Rah­men von stan­dar­di­sier­ten Ver­gleichs­mes­sun­gen inner­halb der HSGS­im gewon­nen wur­den, wur­den im Rah­men der Aqua Urba­ni­ca 2018 in Land­au prä­sen­tiert und auch ver­öf­fent­licht [Baum et al., 2018]. 

Digitaler Zwilling

Die Arbeits­grup­pe Digi­ta­ler Zwil­ling beschäf­tigt sich mit dem The­ma digi­ta­ler Zwil­ling in der Sied­lungs­was­ser­wirt­schaft. Begin­nend mit der Fra­ge sei­ner Defi­ni­ti­on und Abgren­zung gegen­über exis­tie­ren­den Kon­zep­ten der Digi­ta­li­sie­rung, setzt sich die Arbeits­grup­pe damit aus­ein­an­der, wie und für wel­che Anwen­dun­gen digi­ta­le Zwil­lin­ge einen Mehr­wert für die Sied­lungs­was­ser­wirt­schaft dar­stel­len kön­nen. Dabei geht es u. a. um fol­gen­de Themen:

  • Defi­ni­ti­on und Ein­ord­nung im Ver­gleich zu „alt­be­kann­ten“ Kon­zep­ten aus dem Bereich der Digi­ta­li­sie­rung in der Sied­lungs­was­ser­wirt­schaft (z. B. Simu­la­ti­ons­mo­del­le, modell­prä­dik­ti­ve Rege­lung usw.)
  • Anwen­dungs­fel­der und Kon­zep­te für den Einsatz
  • Prak­ti­sche Aspek­te rund um die Implementierung

Energieoptimierung

Die Arbeits­grup­pe Ener­gie­op­ti­mie­rung beschäf­tigt sich mit der Imple­men­tie­rung gän­gi­ger Ener­gie Regelwerke/Leitlinien/Normen (z. B.: DWA‑A 216, Ener­gie­check und Ener­gie­ana­ly­se) in die Model­lie­rung und dyna­mi­scher Simu­la­ti­on von Abwas­ser­rei­ni­gungs­an­la­gen. Durch die Model­lie­rung und dyna­mi­scher Simu­la­ti­on erge­ben sich neue Ansät­ze zur Beur­tei­lung der Ener­gie­ef­fi­zi­enz, inno­va­ti­ver Betriebs­wei­sen bestehen­der Anla­gen und nach­hal­ti­ge Pla­nung ener­gie­in­ten­si­ver abwas­ser­tech­ni­scher Pro­zes­se. Dar­über hin­aus wird durch die Ver­knüp­fung der biologisch/chemischen Rei­ni­gungs­pro­zes­se und dem Ener­gie­ver­brauch ein Lücken­schluss zwi­schen einer opti­ma­len Rei­ni­gungs­leis­tung und einem effi­zi­en­ten Ener­gie­ein­satz voll­zo­gen. Im Sin­ne der ganz­heit­li­chen modell­ba­sier­ten Betrach­tung (digi­ta­ler Zwil­ling) kön­nen sich zukünf­tig neu­ar­ti­ge Beur­tei­lungs­pa­ra­me­ter hin­sicht­lich des Ener­gie­ver­brauchs ergeben.

  • Eru­ie­ren des Poten­zi­als der dyna­mi­schen Simu­la­ti­on in Bezug zur Ener­gie­op­ti­mie­rung auf Abwasserreinigungsanlagen.
  • Dis­kus­si­on der Regelwerke/Normen/Leitlinien hin­sicht­lich deren Metho­dik, Unter­schie­de und Schwerpunkte.
  • Anwend­bar­keit der Regelwerke/Normen/Leitlinien für die Model­lie­rung und dyna­mi­scher Simulation.
  • Beur­tei­lung adäqua­ter Sys­tem­gren­zen, wel­che für die Betrach­tung der Ener­gie­op­ti­mie­rung auf Abwas­ser­rei­ni­gungs­an­la­gen sinn­voll sind.
  • Auf­zei­gen inno­va­ti­ver Ener­gie­op­ti­mie­rungs­po­ten­zia­le durch Beispielkläranlagen.

Machine Learning

Der 2018 gegrün­de­te HSG-Schwer­punkt “Machi­ne Lear­ning (ML)” beschäf­tigt sich mit dem Mehr­wert von ML für Anwen­dun­gen in der Sied­lungs­was­ser­wirt­schaft mit dem Ziel einer Publi­ka­ti­on in der Anwen­dungs­bei­spie­le für ML unter­sucht wer­den. Dabei sol­len die fol­gen­den Fra­gen dis­ku­tiert werden:

  • Wel­che Metho­den gibt es? 
  • Wofür wer­den die­se verwendet? 
  • Wel­che Daten­grund­la­ge (-auf­be­rei­tung) ist dafür erforderlich? 
  • Wel­che Ein­satz­ge­bie­te in der klas­si­schen Sied­lungs­was­ser­wirt­schaft erge­ben sich dar­aus? (Bei­spiel: Kali­brie­rung, Kanal­netz­steue­rung, Sauer­stoff­ein­trag Bele­bungs­stu­fe auf KA, ) 
  • Wel­che Ein­satz­ge­bie­te in der Model­lie­rung erge­ben sich dar­aus? (Bei­spiel: Kali­brie­rung, Stoff­trans­port­mo­del­le, Auto­ma­ti­sier­te Algo­rith­men zur Modell­er­stel­lung [Anschluss von Flä­chen an Haltungen]) 
  • Wel­che Vor-/Nach­tei­le erge­ben sich aus der Anwen­dung ML basier­ter Ansät­ze gegen­über klas­si­schen Ansätzen? 
  • Wie leis­tungs­fä­hig sind ML-Ansät­ze?
  • Wie robust sind ML-Ansät­ze? (Zuver­läs­sig­keit, Begren­zung des Overfitting-Verhaltens) 
  • Las­sen sich die Ergeb­nis­se auf ande­re Anwen­dun­gen extrapolieren?

NASS

Vor dem Hin­ter­grund der Res­sour­cen­ver­knap­pung, des demo­gra­fi­schen Wan­dels und dem Kli­ma­wan­del rücken res­sour­cen­ori­en­tier­te Sani­tär­sys­te­me („NASS“) immer stär­ker in den Fokus der Abwas­ser­rei­ni­gung. Die in Graz#47 gegrün­de­te Arbeits­grup­pe „Simu­la­ti­on von NASS“ beschäf­tigt sich mit der Model­lie­rung und Simu­la­ti­on von NASS, sowie der Kom­bi­na­ti­on und Inte­gra­ti­on mit kon­ven­tio­nel­len Abwas­ser­be­hand­lungs­sys­te­men. Durch die Simu­la­ti­on von NASS kön­nen die Zusam­men­hän­ge und Aus­wir­kun­gen bes­ser abge­schätzt und vor­her­ge­sagt wer­den. Im Rah­men der HSGS­im wer­den u. a. fol­gen­de The­men­stel­lun­gen bearbeitet:

  • Ana­ly­se der aktu­el­len inter­na­tio­na­len For­schung zu Simu­la­ti­on und NASS
  • CSB-Frak­tio­nie­rung von Schmutzwasserteilströmen
  • Metho­dik von Nach­hal­tig­keits­be­wer­tun­gen im Zusam­men­hang mit NASS

Wei­te­re Infor­ma­tio­nen über die Arbeit und die Ergeb­nis­se der von der HSGS­im behan­del­ten Schwer­punkt­the­men fin­den sich in der Publi­ka­ti­ons­lis­te sowie in den News. Ehe­ma­li­ge von der HSGS­im behan­del­te Schwer­punkt­the­men fin­den sich im Archiv.

Calls-For

Call-For 01 “Messdaten – Validierung und Nutzung”

Der HSG-Schwer­punkt “Mess­da­ten – Vali­die­rung und Nut­zung” möch­te sich mit der Daten­prü­fung und ‑kor­rek­tur von Mess­da­ten in der Sied­lungs­was­ser­wirt­schaft befas­sen sowie mit dem mög­li­chen Nut­zen der berei­nig­ten Daten.

Es gibt bereits Inter­es­se an den fol­gen­den Punkten:

  • Quan­ti­fi­zie­rung von Messabweichungen
  • Qua­li­täts­an­for­de­run­gen an Messdaten
  • Mög­lich­kei­ten der Daten­prü­fung und ‑kor­rek­tur
  • Anwen­dungs­fel­der KI-Metho­den in der Siedlungswasserwirtschaft

Call-For 02 “Wasserchemie / Trinkwasser”

Ange­sicht von anhal­ten­den Dür­re­pe­ri­oden und ver­mehr­ten Stark­re­ge­n­er­eig­nis­sen müs­sen sich die Trink­was­ser­ver­sor­ger neu­en Her­aus­for­de­run­gen stel­len. Mit­hil­fe von Model­lie­rung und Simu­la­ti­on kön­nen die Resi­li­enz kom­ple­xer Auf­be­rei­tungs- und Ver­tei­lungs­sys­te­me ange­sichts von Extrem­si­tua­tio­nen am Modell bewer­tet und ver­bes­sert wer­den. Die­se inte­grier­te Arbeits­grup­pe könn­te auch die Brü­cke schla­gen zu einer über­grei­fen­den Betrach­tung des gesam­ten Was­ser­kreis­laufs über Fließ­ge­wäs­ser bis hin zu Abwas­ser­be­hand­lung oder Brauchwasserrecycling.

Es gibt bereits Inter­es­se an den fol­gen­den Punkten:

  • Was­ser­che­mi­schen Gleich­ge­wich­te (z. B. Cal­ci­tlös­lich­keit, pH nach Mischung)
  • Ver­teil­net­zen
  • Trink­was­ser­auf­be­rei­tung
  • Ent­sal­zungs­tech­no­lo­gien, Auf­be­rei­tung von Kon­zen­tra­ten aus RO und MF. (DWA-The­men­band “Was­ser­wie­der­ver­wen­dung”)

Call-For 03 “Mikrobielle Brennstoffzelle”

Eine mikro­biel­le Brenn­stoff­zel­le kann leben­de Mikro­or­ga­nis­men zur Ener­gie­ge­win­nung nut­zen, die durch die Ver­ar­bei­tung orga­ni­scher Sub­stan­zen wäh­rend des Ener­gie­stoff­wech­sels ent­steht. Die bio­lo­gi­sche Abwas­ser­rei­ni­gung könn­te daher auch zur direk­ten Ener­gie­ge­win­nung genutzt werden.

Es gibt bereits Inter­es­se an den fol­gen­den Punkten:

  • Model­lie­rung als Batchsystem
  • Digi­ta­li­sie­rung einer Laborkläranlage

Call-For 04 “CFD-Modellierung”

Die nume­ri­sche Strö­mungs­me­cha­nik (Com­pu­ta­tio­nal Flu­id Dyna­mics, CFD) bezieht sich auf die nume­ri­sche Metho­de der Simu­la­ti­on von sta­tio­nä­ren und insta­tio­nä­ren Flüs­sig­keits­be­we­gun­gen mit Hil­fe von Berech­nungs­me­tho­den und Hard­ware. Das DWA‑A 131 berück­sich­tigt bei der Klär­an­la­gen­aus­le­gung bis­her nur das Volu­men im ide­al durch­misch­ten Becken. Real kommt es im Becken je nach Bau­form und hydrau­li­schen Belas­tung jedoch zu inter­ner Rezir­ku­la­ti­on oder Kurz­schluss­strö­mun­gen. Auch die Reak­tor­form spielt eine wich­ti­ge Rol­le. So erzielt ein ide­al durch­misch­ter Rühr­kes­sel ande­re Ablauf­wer­te als eine Kas­ka­de oder ein Strö­mungs­rohr glei­chen Volu­mens. Ein mög­li­ches Ziel wäre eine CFD (= Com­pu­ta­tio­nal Flu­id Dyna­mics) für die Bele­bung, Nach­klä­rung und Faulung.

Es gibt bereits Inter­es­se an den fol­gen­den Punkten:

  • Par­ti­kel­trans­port (Mehr­pha­sen­strö­mung) – Sedi­men­ta­ti­ons­vor­gän­ge in Regenbecken
  • Anwen­dung der CFD für Pumpspeicher/ Wasserkraftanlagen

Call-For 05 “Blau-grüne Infrastrukturen”

Blau-grü­ne Infra­struk­tur beschreibt ein stra­te­gisch geplan­tes Netz­werk natür­li­cher und natur­na­her Flä­chen mit unter­schied­li­cher natur­räum­li­cher Aus­stat­tung auf ver­schie­de­nen Maß­stabs­ebe­nen. Model­lie­rung ist ein wich­ti­ges Werk­zeug, um eine Ent­wick­lung zu unter­stüt­zen, die zur Ver­bes­se­rung der Umwelt­qua­li­tät beiträgt.

Es gibt bereits Inter­es­se an den fol­gen­den Punkten:

  • Was­ser­haus­halt
  • Kli­ma­an­pas­sung

Call-For 06 “Simulation in der Lehre”

Simu­la­ti­ons­mo­del­le jeg­li­cher Art fin­den in ver­schie­de­nen Berei­chen der Leh­re Anwen­dung. Dies umfasst im sied­lungs­was­ser­wirt­schaft­li­chen Kon­text u. a. 3D-Strö­mungs­si­mu­la­tio­nen, Nie­der­schlags-Abfluss-Model­lie­rung oder die dyna­mi­sche Simu­la­ti­on von Kläranlagen.

Es gibt bereits Inter­es­se an den fol­gen­den Punkten:

  • Aus­tausch zur Her­an­ge­hens­wei­se der Ver­mitt­lung von Simulationsgrundlagen
  • Aus­tausch zur Inte­gra­ti­on von Simu­la­ti­ons­mo­del­len in der Lehre