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:
- Call-For 01: Messdaten – Validierung und Nutzung
- Call-For 02: Wasserchemie / Trinkwasser
- Call-For 03: Mikrobielle Brennstoffzelle
- Call-For 04: CFD-Modellierung
- Call-For 05: Blau-grüne Infrastrukturen
- Call-For 06: Simulation in der Lehre
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