Computersimulation der Langsamsandfiltration< zurück

Teilprojekt A4 des BMBF-Verbundprojekts „Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wasserver- und -entsorgung“ - Kernprojekt A (Optimierung und Erweiterung des Einsatzbereiches von Langsamsandfiltern)

Kurzbeschreibung:
Zur Simulation der Langsamsandfiltration wurde ein semi-deterministisches numerisches Modell entwickelt und unter PowerBASIC programmiert. Um das Programm möglichst flexibel zu gestalten und dadurch unterschiedliche Modellansätze in derselben Programmumgebung realisieren zu können, wurde folgende Konzeption umgesetzt:
Der Langsamsandfilter wird in mehrere Bereiche gegliedert (Überstau, Schmutzdecke, ggf. Auflageschicht, Filterbett), die ihrerseits in Schichten gleicher Höhe unterteilt sind, wobei die Anzahl der Schichten von Bereich zu Bereich variieren kann. Die Eigenschaften des Filtrats, im wesentlichen die Konzentrationen der Wasserinhaltsstoffe, werden durch „mobile Parameter“ beschrieben, die über die Filterstrecke entsprechend den modellierten Prozessen schrittweise verändert werden (Ablauf einer Schicht = Zulauf aus der darüber liegenden Schicht). Der jeweils aktuelle Zustand einer Schicht wird über „immobile Parameter“ erfasst, welche die relevanten Eigenschaften des Filtermaterials wie z.B. Beladung, Biomassemenge etc. wiedergeben.
Die modellierten Vorgänge werden innerhalb eines jeden Bereichs durch einheitliche Algorithmen beschrieben. Diese beinhalten jeweils eine oder mehrere Berechnungsvorschriften, über die sich wechselseitig beeinflussende mobile und immobile Parameter fortlaufend berechnet werden. In das Programm ist eine Bibliothek von frei wählbaren Berechnungsvorschriften modular eingebunden, in denen Modellansätze zur Beschreibung der modellierten Vorgänge umgesetzt sind (Partikelabscheidung, mikobielle Umsetzungen). Für jeden Algorithmus sind entsprechende Modellparameter vorzugeben.

Sämtliche Programmgrößen (Anzahl der Algorithmen, der Modellparameter und der mobilen und immobilen Parameter, der Bereiche und der jeweiligen Schichtenzahlen etc.) sind als Variable impliziert, so dass grundsätzlich eine beliebige Erweiterung möglich ist.
Das Programm dient dazu, Ergebnisse aus Versuchen mit Langsamsandfiltern auszuwerten und experimentelle Berechnungen im Sinne von Sensitivitätstests durchzuführen, um dominante Prozessparamater in Langsamsandfiltern und ihre Wechselwirkungen in Abhängigkeit von den Randbedingungen zu ermitteln. Dazu erfolgt eine Kopplung mit dem Programm PEST (Freeware, www.sspa.com).
Diese Untersuchungen wurden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und sind Bestandteil des Projektverbundes „Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wasserver- und Entsorgung Teil I: Trinkwasser“.

Veöffentlichung:
RÖDELSPERGER, M. (2006): Numerical Simulation of Slow Sand Filtration and Parameter Estimation of Relevant Processes. In: Gimbel, R., Graham, N. & Collins M. R. (eds., 2006): Recent Progress in Slow Sand and Alternative Biofiltration Processes. (ISBN: 1843391201) 95-103.