Optimierungsbasierte Prozeßführung einer Abwasseraufbereitungsanlage mit getauchter Membrantrenneinheit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5400162

Das gesteigerte Interesse an Prozessführungskonzepten für Abwasserbehandlungsanlagen resultiert aus immer strikter werdenden Rahmenbedingungen, die durch die Gesetzgebung den Betreibern von Kläranlagen auferlegt werden. Bedeutende Fortschritte in diesem Bereich wurden jedoch durch das Fehlen geeigneter Messverfahren hauptsächlich zur Ermittlung der Biomasse bisher verhindert. Für den Einsatz einer optimalen Prozessführung ist es daher erforderlich, aus den vorhandenen Messungen möglichst umfassende Informationen über den Zustand der Anlage zu rekonstruieren. Diese Rekonstruktion der Zustände wird durch Beobachter, Filter oder optimierungsbasierte Schätzer realisiert, die Prozesswissen in Form von Prozessmodellen ausnutzen. Die Güte eines solchen Rekonstruktionsverfahrens ist daher stark durch das Prozessmodell bestimmt. Ein Problem der Beschreibung von Abwasserbehandlungsanlagen stellen die oft unvollständig verstandenen biologischen Abbauvorgänge dar. Darüber hinaus werden eine Reihe von Modellparametem durch Modifikationen der Biozönose beeinflusst und können somit starken Fluktuationen während des Betriebs unterliegen. Als ebenfalls unsicher ist der Zulauf der Abwasserbehandlungsanlage zu bewerten, da sowohl die Zulaufmenge als auch die Schadstofffracht erheblich variiert. Bei der angestrebten optimierungsbasierten Prozessführung von Belebtschlammanlagen mit integrierter getauchter Membrantrennung kommt erschwerend hinzu, dass die dynamischen Vorgänge in der Anlage durch deutlich unterschiedliche Zeitkonstanten bestimmt werden. Während die Abbaureaktionen - der biologische Teil der Anlage - Zeitkonstanten im Bereich von Stunden aufweist, läuft die Deckschichtbildung auf der Membran im Bereich von Minuten ab, wohingegen die Verblockung der Membranporen und die Abwasserbelastung der Anlage durch charakteristische Zeiten im Bereich von Stunden bis Monaten gekennzeichnet sind. Ziel der optimierungsbasierten Prozessführung für Belebtschlammanlagen mit getauchter Membranrückhaltung der partikulären Bestandteile des Wassers ist eine dem Lastfall angepasste energieminimale Betriebsweise, welche die Membranstandzeit durch optimale Reinigungsstrategien erhöht und zur Verbesserung der Permeatflussleistung beiträgt. Hierzu sollen Strategien für die optimierungsbasierte Prozessführung entwickelt und an einer simulierten Referenzanlage getestet werden. Das Simulationsmodell der Referenzanlage wird aus Literaturangaben erstellt und bildet eine der heute betriebenen Anlagen der betrachteten Bauart nach.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen