Numerische Simulation der Strömungsvorgänge in einem Belebungsbecken der Kläranlage Ottweiler

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1 FACHBERICHTE Abwasserbehandlung Numerische Simulation der Strömungsvorgänge in einem Belebungsbecken der Kläranlage Ottweiler Joachim Dettmar, Marco Günther, Ralf Hasselbach, Jan Steinhausen und Mattis Marzell Abwasserbeahndlung, Abwasserreinigung, Energieoptimierung, Belüftung, Durchmischung, Mehrphasenströmung, numerische Strömungsmechanik Mit dem Ziel, weitere energetische Einsparpotenziale auf der saarländischen Kläranlage Ottweiler zu detektieren, wurden numerische Strömungssimulationen aktueller Betriebszustände mithilfe eines dreidimensionalen Mehrphasenmodells durchgeführt. Im Mittelpunkt der Betrachtung stand die Strömungsstruktur im Belebungsbecken, die vornehmlich durch die Belüftungselemente und Durchmischungsaggregate induziert wird. Die gewonnenen Simulationsergebnisse bestätigen, dass es trotz kontinuierlicher Durchmischung des Abwasserkörpers im Belebungsbecken zu Ablagerungen kommt. Zudem stellt sich aufgrund des vertikalen Belüftungsstromes eine Umkehr der durch ein Rührwerk erzeugten horizontalen Strömung ein. Um den Strombedarf weiter zu senken, sollen die Prozesse der Belüftung und Durchmischung zukünftig besser aufeinander abgestimmt werden. Numerical Flow Simulation in a Biological Reactor of Sewage Treatment Plant Ottweiler With the objective to detect more energy savings on the treatment plant Ottweiler of Saarland, computational fluid dynamics of current operating state were carried out using a three-dimensional multiphase model. Focus of attention is the flow structure in the aeration tank biological reactor, which is mainly induced by the aeration and stirring devices. The simulation results obtained confirm that it comes to deposits in spite of continuous mixing of the wastewater in the aeration tank. In addition, due to the vertical aeration flow generated a reversal of the horizontal flow of a stirring device. In order to reduce the demand for electricity further, the processes of aeration and mixing should be better coordinated in future. 1. Einleitung Seit vielen Jahren gehören die Energieanalyse und die Energieoptimierung von Kläranlagen zu den Schwerpunktthemen der Abwasserfachwelt [1]. Kläranlagen zählen mit einem durchschnittlichen Anteil von rund 20 % zu den größten kommunalen Stromverbrauchern [2], sodass die stetig steigenden Energiepreise einen großen Einfluss auf die Kosten der Abwasserreinigung und damit auf die Abwassergebühren haben. Die Belüftung und Durchmischung von Belebungsanlagen haben mit Abstand den größten Energiebedarf einer Kläranlage. Je nach verfahrenstechnischer Auslegung liegt ihr Stromverbrauch zwischen 50 % und 80 % des Gesamtenergiebedarfs der Abwasserreinigung [3]. Daher kommt dem energieeffizienten Betrieb von Belüftungs- und Durchmischungseinrichtungen in Belebungsanlagen eine große Bedeutung zu. Die Entwicklung wirksamer Maßnahmen zur Energieoptimierung bei Belüftung und Durchmischung setzt jedoch detaillierte Kenntnisse über den aktuellen Betriebszustand voraus. Die Kläranlage Ottweiler mit einer Anschlussgröße von EW = E (Größenklasse 4) wies im Jahr 2004 einen hohen Energieverbrauch von 856 MWh/a bzw. bezogen 1264 gwf-wasser Abwasser 12/2015

2 Abwasserbehandlung FACHBERICHTE auf die mittlere CSB-Zulaufbelastung von 71,6 kwh/(e a) auf. Durch mehrere Optimierungsmaßnahmen wurde der Energiebezug schrittweise auf 650 MWh/a bzw. 56,5 kwh/ (E d) reduziert [4]. Der Richtwert des spezifischen Energieverbrauches für Kläranlagen mit Anschlussgrößen von bis E und simultaner aerober Schlammstabilisierung liegt gemäß dem Handbuch Energie in Kläranlagen des Landes Nordrhein-Westfalen [5] unter Berücksichtigung der Förderhöhe des Zulaufpumpwerks bei 47 kwh/(e a). Ein noch wenig beachtetes Einsparpotenzial besteht beim Betrieb der Umwälzaggregate in den Belebungsbecken, der mit einem Stromverbrauch von rund kwh/a nicht zu vernachlässigen ist. Als Grundlage für eine weitere energetische Verbesserung werden die aktuellen Strömungsverhältnisse in den Belebungsbecken der Kläranlage Ottweiler (Bild 1) mit Hilfe einer dreidimensionalen numerischen Modellierung untersucht. Ziel der numerischen Betrachtung ist es, die Einflüsse der Rührwerksbewegung und des Lufteintrags auf die derzeitigen Strömungsverhältnisse sowie die Luftverteilung im Belebungsbecken zu ermitteln. Bild 1: Kläranlage Ottweiler, oben: Foto von Belebungs- und Nachklärbecken, unten: Übersichtslageplan (modifiziert) [6] 2. Kläranlage Ottweiler Die Kläranlage Ottweiler wurde im Frühjahr 2001 vom Entsorgungsverband Saar (EVS) in Betrieb genommen. Das Kläranlageneinzugsgebiet entwässert vornehmlich im Mischverfahren. Bei Trockenwetter fließt der Anlage ein maximaler Abwasserstrom von Q T,h,max = 242 m³/h und im Regenwetterfall von Q M = 432 m³/h zu. Das behandelte Abwasser wird in die Blies geleitet. Die Bauwerke der Kläranlage zeichnen sich durch eine kompakte Anordnung und Gestaltung aus. Der schematische Übersichtslageplan in Bild 1 verdeutlicht die wesentlichen Komponenten der Abwasserreinigungs- und Schlammbehandlungsstufen der Kläranlage. Die mechanische Reinigungsstufe der Kläranlage besteht aus einem Grobrechen (1), Zulaufpumpwerk (2), Feinrechen (3, Funktionalgebäude) sowie Rundsand- und Fettfang (4). Zur zweistraßigen biologischen Reinigungsstufe gehören zwei sogenannte Kombibecken, die sich jeweils aus einem äußeren Belebungsbeckenring (6) und einem inneren runden Nachklärbecken (7) zusammensetzen. Die beiden Belebungsbecken werden über ein Verteilerbauwerk zu gleichen Teilen mit Abwasser beschickt (5). In der Belebung erfolgt eine simultane aerobe Schlammstabilisierung. Darüber hinaus gehören ein Eindicker, ein Schlammsilo und eine maschinelle Entwässerungsanlage zur Schlammbehandlungsstufe. Die Verfahrenstechnik der biologischen Stufe ist für eine Elimination von Kohlenstoff-, Stickstoff- (Nitrifikation, Denitrifikation) und Phosphorverbindungen konzipiert. Die Entfernung von Phosphorverbindungen erfolgt durch eine simultane Phosphatfällung mit Eisenchlorid. 3. Grundlagen des Strömungsmodells 3.1 Allgemeine Grundlagen Hauptaugenmerk der Modellierung liegt auf der exakten Beschreibung der aktuellen Strömungsverhältnisse. Biochemische Prozesse werden nicht betrachtet. Grundlage einer verlässlichen numerischen Simulation ist die möglichst genaue Abbildung aller strömungsrelevanten Geometrien und Einflussfaktoren im Untersuchungsraum. Im Einzelnen gehören hierzu: die Kreisringform des Belebungsbeckens, der Zulauf- und Ablauf des Belebungsbeckens, die Konstruktion, Anordnung sowie der Betrieb der Belüftungs- und Durchmischungseinrichtungen. Für die numerische Berechnung ist die Erstellung eines Gitters (Vernetzung) erforderlich. Da die Anforderungen an die geometrische Abbildung einzelner Bereiche und die Genauigkeit der Abbildungen unterschiedlich sind, wird der Untersuchungsraum aufgeteilt und für jeden Bereich ein separates Gitter erstellt. Die Vernetzung der Bereiche erfolgt unter Anwendung der Software ANSYS ICEM CFD. Vor der Berechnung werden die einzelnen Gitter über sogenannte Interfaces miteinander verbunden und den äußeren Berandungen entsprechende Randbedingungen zugeordnet. Die Zuordnung der Randbedingungen und gwf-wasser Abwasser 12/

3 FACHBERICHTE Abwasserbehandlung die numerische Berechnung erfolgen mit dem Softwaretool ANSYS Fluent [7], das sich im Bereich Computational Fluid Dynamics (CFD) etabliert hat. Um die turbulenten Effekte zu erfassen, wird das Strömungsmodell um das k-e-modell erweitert. Für die Ergebnisvisualisierung wird ANSYS CFD-Post verwendet. 3.2 Modelltechnische Grundlagen Das Strömungsmodell beinhaltet zwei (Fluid-)Phasen, um die Abwasser- und Luftströmungen sowie deren Interaktionen beschreiben zu können. Zum einen werden der Lufteintrag in das Belebungsbecken sowie der Aufstieg kleiner Luftblasen von der Beckensohle zur Wasseroberfläche abgebildet. Zum anderen wird die Grenzfläche zwischen Wasseroberfläche und Umgebungsluft mithilfe der Methode Volume-of-Fluid (VoF) als sogenannte freie Oberfläche modelliert. Zur mathematischen Beschreibung dieser Mehrphasenströmung im Belebungsbecken dient das Eulerian Multiphase (EMP) Modell [7]. Es ermöglicht die Kombination jeden Phasentyps in unbegrenzter Anzahl. Dafür werden für jede Phase und in jeder Zelle die Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls- und Energie gelöst. Es wird keine gemittelte Dichte berechnet. Die Bestimmung der beiden Phasenanteile in einer Zelle erfolgt mit der EMP-Methode. Somit wird die Durchmischung der Gasphase innerhalb der Flüssigkeit korrekt abgebildet. Die exakte Darstellung der Durchmischung von Abwasser- und Luftstrom ist für die Analyse der Prozesse im Belebungsbecken von übergeordneter Bedeutung. Eine separate Abbildung der Schlammphase ist bei einem mittleren Trockensubstanzgehalt (Median) im Belebungsbecken von 2,4 g/l nicht erforderlich, da sich gemäß [3] die Viskosität bei üblichen Feststoffkonzentrationen von 2 g/l bis 5 g/l nur unwesentlich verändert. 3.3 Merkmale der Belebungsbecken Die beiden Belebungsbecken (BB) der Kläranlage Ottweiler haben die Form eines Kreisringes mit einem rechteckigen Durchflussquerschnitt. Jedes der Becken besitzt bei einer mittleren Wassertiefe von h BB = 6 m und einer Querschnittsbreite von b BB = 5,55 m ein Fassungsvermögen von V BB = 2223 m³. Die Becken sind mit Rohrbelüfter-Elementen (Belüftungsgittern) für die Sauerstoffversorgung und mit zwei Tauchmotorrührwerken für die Durchmischung des Abwasserkörpers ausgerüstet. Ein Foto der Belüftungseinrichtung und die Anordnung der technischen Ausrüstungsgegenstände sind in Bild 2 dargestellt. Die Stickstoffelimination erfolgt durch eine intermittierende Denitrifikation, bei der belüftete Nitrifikationsphasen und nicht belüftete Denitrifikationsphasen wechseln. Die Belüftung des Belebungsbeckens wird über eine Messung des Redoxpotenzials und des Sauerstoffgehaltes geregelt. Etwa alle drei Stunden wird für eine Dauer von ein bis zwei Stunden Luftsauerstoff mit einem maximalen Volumenstrom von Q L,N = 1000 m N ³/h in das Belebungsbecken eingetragen. Bei den Durchmischungsaggregaten handelt es sich um langsam laufende Propeller-Rührwerke mit zwei Rotorblättern, die in der Mitte der Wassertiefe positioniert sind und permanent laufen. Mit einem spezifischen Leistungseintrag von insgesamt 3,06 W/m³ werden derzeit jeweils ein altes und ein neues Rührwerk betrieben. Die Aggregate unterscheiden sich in der Propellerform, der Aufnahmeleistung, der Drehzahl und im Schub. Wesent liche Merkmale sind in Tabelle 1 zusammengefasst. 3.4 Abbildung der Belüfter-Elemente Der Eintrag von Luftsauerstoff in die Belebungsbecken geschieht jeweils über neun Rohrbelüfter-Elemente, die an der Beckensohle einer Ringhälfte angeordnet sind (Bild 2). Da der numerische Aufwand für eine exakte Abbildung der Rohrbelüfter-Elemente im Vergleich zu einer höheren Modellgenauigkeit unverhältnismäßig ist, wird nicht die tatsächlich vorhandene Geometrie abgebildet, sondern nur deren Einfluss auf den darüber liegenden Wasserkörper. Eine getreue Abbildung der Luftzuführung ist nicht erforderlich. Die Belüfter-Elemente werden näherungsweise durch rechteckige Flächen dargestellt und mit angepassten Randbedingungen versehen (Bild 3). In Wirklichkeit bestehen diese Rechtecke aus einzelnen Rohren, die eine lamellenförmige Belüftungsstruktur erzeugen. Um diese Belüftungsstruktur modellieren zu können, wird jedes Rechteck in einzelne Lamellen unterteilt. Netzbereiche ohne Belüftungsfunktion erhalten eine Einströmgeschwindigkeit von v L = 0 m/s (kein Luftstrom) und Netzbereiche mit Belüftungsfunktion von v L = 0,01 m/s. 3.5 Abbildung der Rührwerke Wesentliche Aufgaben der Rührwerke sind eine Homogenisierung und Suspendierung des Abwasserkörpers sowie eine Verhinderung von Kurzschlussströmungen und die Erzeugung einer gerichteten Strömung [3]. Durch eine realitätsnahe Abbildung der Rührwerke (Konstruktion, Betrieb) können der Energieeintrag in den Abwasserkörper und die damit verbundenen Auswirkungen auf die Strömungsstruktur mit hoher Genauigkeit abgebildet werden. Auf ein Ersatzmodell wird verzichtet. Daher erfolgte eine räumliche Aufnahme der Propeller der im Belebungsbecken betriebenen Rührwerke mithilfe der 3D-Laser-Scan-Technik. Es wurde zunächst die Oberflächengestalt der Propeller durch eine Daten-Punktwolke erfasst und anschließend eine Dreiecksflächenbildung (Triangulation) aus den Punktdaten vorgenommen. Die Technik wird in der Baubranche üblicherweise zum dreidimensionalen Aufmaß von Bauwerken eingesetzt. Bild 4 zeigt ein Foto und die aufgenommene Punktwolke des neuen Rührwerks gwf-wasser Abwasser 12/2015

4 Abwasserbehandlung FACHBERICHTE Tabelle 1: Merkmale der aktuell betriebenen Rührwerke Antriebswelle, Propeller- Motoraufnahmleistung Drehzahl Schub 1 Maximale Maximaler Abströmwinkel Abströmebene Durchmesser Rührwerk, alt horizontal 105 1,8 m 4,8 kw 35 U/min 889 N Rührwerk, neu horizontal 105 1,8 m 2,0 kw 50 U/min 708 N 1 berechnet. Bild 2: Foto der getauchten Belüftungsgitter (links), Schema der Anordnung der Belüftungsgitter und Rührwerke im Belebungsbecken (rechts) Bild 3: Vernetzte Belüfter-Elemente (links) und Luftvolumenanteil der modellierten lamellenförmigen Belüftungsstruktur (rechts) Bild 4: Foto des neuen Rührwerkes (links) und Punktwolke der 3D-Laser-Scan-Aufnahme (rechts) gwf-wasser Abwasser 12/

5 FACHBERICHTE Abwasserbehandlung In Bild 5 sind der aus der Punktwolke rekonstruierte und der für das Strömungsmodell vernetzte Propeller des neuen Rührwerks dargestellt. Für die realitätsnahe Modellierung der Drehbewegung der Propeller werden diese in zylindrische Teilbereiche gesetzt (Bild 5, rechts). So sind sie in einem eigenen kleinen Raum vernetzt, der sich später relativ zum Gitter des ganzen Beckens dreht. Aufgrund der Komplexität der Propellergeometrie erfolgt eine automatische Raum-Diskretisierung mit Tetraeder-Zellen. 3.6 Abbildung von Zu- und Ablauf Über den Zulauf werden das zufließende Abwasser und der erforderliche Rücklaufschlamm dem Belebungsbecken zugeführt. Der Ablauf leitet ein Gemisch aus Abwasser und Belebtschlamm aus dem Belebungsbecken in das Nachklärbecken. Zu- und Ablaufströme fließen durch Rohrleitungen mit einer Nennweite DN 500, die etwa drei Meter unter dem Beckenwasserspiegel liegen. Die Abbildung von Zu- und Ablauf erfolgt entsprechend der konstruktiven Ausbildung der angeschlossenen Rohrleitungen durch kreisrunde Flächen. Als hydraulische Randbedingung ist ihnen jeweils ein Volumenstrom von 200 m³/h zugewiesen. Er setzt sich aus dem mittleren Trockenwetterabfluss Q T,aM und dem mittleren Rücklaufschlammstrom Q RS zusammen. 3.7 Modell des gesamten Untersuchungsraumes Das Zusammenfügen der vernetzten Einzelelemente (Einzelbereiche) des Untersuchungsraumes sowie die Zuweisung mit entsprechenden Randbedingungen führen zum Gesamtmodell (Bild 6). Das Volumen des Belebungsbeckens wird manuell mit Hexaeder-Zellen vernetzt. Die Abbildung der Grenzen des Abwasservolumenkörpers erfolgt im Sohl- und Wandbereich mit einem festen Rand und zur Atmosphäre mit einer freien Oberfläche (Kap. 3.2). Im Modell wird für die oberen Zellen des vernetzten Untersuchungsraumes (Atmosphäre) ein 100-prozentiger Luftvolumenanteil angenommen. Oberhalb der mit Luft gefüllten Zellenschicht wird ein Luftauslass (Pressure Outlet) mit dem Umgebungsdruck als Randbedingung definiert. Durch diesen Auslass kann die in das Modell eingetragene Luft wieder entweichen. Bild 5: Rekonstruierter (links) und vernetzter (rechts) Propeller des neuen Rührwerks Bild 6: Vernetzter Untersuchungsraum des Gesamt modells 1268 gwf-wasser Abwasser 12/2015

6 Abwasserbehandlung FACHBERICHTE Bild 7: Berechnete Umfangsgeschwindigkeiten in einem horizontalen Schnitt durch die Rührwerke (links) und Geschwindigkeiten (Betrag) in einem horizontalen Schnitt 0,2 m über der Sohle (rechts) in der Denitrifikationsphase 4. Simulationsergebnisse und Analyse Das entwickelte Gesamtmodell des Belebungsbeckens wird nunmehr verwendet, um zwei Betriebszustände zu betrachten. Der Zustand ohne Belüftung (Denitrifikationsphase) und der Zustand mit Belüftung (Nitrifikationsphase) werden simuliert. Die Strömung in der Denitrifikationsphase wird vornehmlich durch den Betrieb der beiden Rührwerke induziert. Bei ausgeschalteter Belüftung findet eine Durchmischung des Abwasserkörpers mit einer durchschnittlichen Umfangsgeschwindigkeit von 0,3 m/s statt. In Abhängigkeit von den Absetzeigenschaften des Schlammes (Schlammindex) und Feststoffkonzentrationen im Belebungsbecken ist davon auszugehen, dass der Betrag der kleinsten bodennahen Geschwindigkeiten zwischen 0,1 m/s und 0,25 m/s liegen soll, um Sohlablagerungen zu vermeiden [3]. Bild 7 zeigt die berechneten Umfangsgeschwindigkeiten in einem horizontalen Schnitt durch die Rührwerke und den Betrag der berechneten Geschwindigkeiten in einem horizontalen Schnitt 0,2 m über der Sohle für einen stationären Zustand. Da auf der Kläranlage Ottweiler die Schlammindices zwischen 90,6 ml/g und 215,1 ml/g und die Feststoffkonzentrationen zwischen 2,0 g/l und 3,9 g/l schwanken, wird in Anlehnung an [3] 0,25 m/s als Grenzwert für die erforderliche bodennahe Geschwindigkeit gewählt. Es wird deutlich, dass die Strömungsstruktur vornehmlich durch die Aufstellungs- und Betriebsmerkmale der Rührwerke bestimmt wird. Die durch das neue Aggregat erzeugte geradlinige Strömung wird erst beim Auftreffen auf die Beckenaußenwand umgelenkt. Beeinflusst durch den Strömungsstrahl des neuen Rührwerks wird die Strömung des alten Aggregates in Richtung der inneren Beckenwand geführt, ohne dass sie auf die Wand trifft. Seitlich des umgelenkten Rührwerkstrahls liegt eine strömungstechnische Totzone (Bild 7, linke Darstellung), in der zumindest während der Denitrifikation Sedimentationsvorgänge stattfinden. Die rechte Darstellung von Bild 7 zeigt im gesamten sohlnahen Bereich (0,2 m über der Sohle) sehr geringe Fließgeschwindigkeiten ( 0,25 m/s), die an der inneren Berandung und in unmittelbare Nähe zum neuen Rührwerk auf einen Betrag bis unter 0,1 m/s absinken. Die kleinsten Geschwindigkeiten treten an der Innenwand vor dem alten Rührwerk auf. Daher sind dort am ehesten Ablagerungen zu erwarten. Die Ablagerungsgefahr ist entlang der Außenwand deutlich geringer, da hier fast vollständig höhere Geschwindigkeiten (> 0,1 m/s) zu erkennen sind. Der Einfluss der Drehbewegung und der Antrieb der Strömung werden sichtbar. Die abgesetzten Abwasserinhaltsstoffe werden auch in der Nitrifikationsphase nicht vollständig remobilisiert (Bild 8) und führen zu höheren Wartungskosten. Die Strömung in der Nitrifikationsphase ist vornehmlich durch den Betrieb der beiden Rührwerke und der Belüftungseinrichtung gekennzeichnet. Die Zu- und Ablaufströme üben sowohl in der Nitrifikation als auch in der Denitrifikation nur einen untergeordneten, lokal begrenzten Einfluss auf die Beckenströmung aus. Eine Auswertung der Strömungslinien schließt eine Kurzschlussströmung zwischen Zu- und Ablauf aus. Bild 8: Foto von Ablagerungen in der berechneten Totzone des Belebungsbeckens gwf-wasser Abwasser 12/

7 FACHBERICHTE Abwasserbehandlung Bild 9: Simulierte Strömung der Nitrifikationsphase in einem Schnitt in der Mitte des Belebungsbeckens (links) und Luftvolumenverteilung in einer dreidimensionalen Ansicht (rechts) Bild 9 zeigt, dass die durch das alte Rührwerk nahezu horizontal erzeugte Wasserströmung auf die vertikale Luftströmung der Belüfter-Elemente trifft und sie erheblich beeinflusst. Am dritten Belüfter-Element kommt es zur Umkehr der Fließrichtung, bei der die Abwasserströmung eine Rezirkulation beschreibt. Die Strömungsumkehr kann auch im operativen Betrieb an der Wasseroberfläche beobachtet werden. Folgen dieses Prozesses sind eine unerwünschte Umlenkung der eingebrachten Bewegungsrichtung sowie eine Behinderung bei Homogenisierung und Suspendierung des Abwasserkörpers. Infolge des Einflusses der Belüftung auf die Wasserströmung beträgt die mittlere (berechnete) Umfangsgeschwindigkeit nur noch 0,13 m/s. Obwohl der spezifische Leistungseintrag von 3,06 W/m³ deutlich über dem unteren Grenzwert von 2 W/m³ [3] liegt und die Rührwerke dauerhaft betrieben werden, kommt es in den Belebungsbecken der Kläranlage zu Sohlablagerungen. Diese Feststellung bestätigt die Aussage in [3], dass allein aus der Größe des spezifischen Leistungseintrags (Leistungsaufnahme), keine Schlussfolgerung auf das Rührergebnis getroffen werden kann. 5. Zusammenfassung und Ausblick Die saarländische Kläranlage Ottweiler ist für eine Anschlussgröße von EW = E (Größenklasse 4) und für eine simultane aerobe Schlammstabilisierung ausgelegt. Ihr besonderes Merkmal sind zwei parallel angeordnete Kombibecken der biologischen Reinigungsstufe. Im Mittelpunkt der Betrachtung steht der Betrieb der ringförmigen Belebungsbecken, die mit Rohrbelüftungs- und Durchmischungsaggregaten (Tauchrührwerken) ausgerüstet sind. Mit dem Ziel, energetische Einsparpotenziale im Belebungsbecken zu detektieren und die Stromkosten zu senken, wurden numerische Strömungssimulationen aktueller Betriebszustände mithilfe eines dreidimensionalen Mehrphasenmodells durchgeführt. Die Modellentwicklung und numerische Strömungsberechnung erfolgte mit der kommerziellen Software ANSYS-Fluent. Die erzielten Simulationsergebnisse bestätigen gewonnene betriebliche Erfahrungen. Trotz des spezifischen Leistungseintrags von 3,06 W/m³ und des kontinuierlichen Betriebs der Rührwerke kommt es zu Ablagerungen im Belebungsbecken. Zudem stellt sich aufgrund des vertikalen Belüftungsstromes eine Umkehr der durch das alte Rührwerk erzeugten horizontalen Strömung ein. Somit wird ein Teil der eingebrachten Bewegungsenergie nicht zielgerichtet eingesetzt. Zukünftig sollen Belüftung und Durchmischung unter Beibehaltung oder Erhöhung der aktuellen Reinigungsleistung der Kläranlage besser aufeinander abgestimmt werden. Die Totzone soll beseitigt bzw. minimiert werden. Dazu muss untersucht werden, in welchen Konstellationen von Betrieb, Positionierung und Ausrichtung der Rühr werke sowie von Betrieb und Anordnung der Belüfter-Elemente der Strombedarf unter Beachtung der Reinigungsziele minimal wird. Literatur [1] Dohmann, M. und Schröder, M.: Energie in der Abwasserentsorgung-Rückschau und Ausblick. Korrespondenz Abwasser, Abfall 58 (2011) Nr. 6, S [2] Fricke, K.: Energieeffizienz kommunaler Kläranlagen. Herausgeber: Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau [3] DWA-M 229: Systeme zur Belüftung und Durchmischung von Belebungsanlagen Teil 1: Planung, Ausschreibung und Ausführung. Ausgabe 05/2013. DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef gwf-wasser Abwasser 12/2015

8 Abwasserbehandlung FACHBERICHTE [4] Hasselbach, R.: Energiekostenmanagement beim Entsorgungsverband Saar (EVS), Fachtagung des DWA-Landesverbands Hessen/Rheinland-Pfalz/Saarland Optimierungspotenziale auf Kläranlagen am in Emmelshausen. [5] Müller, E., Kobel, B., Pinnekamp, J. und Böcker, K.: Handbuch Energie in Kläranlagen. Ministerium für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen [6] EVS: Infobroschüre der Kläranlage Ottweiler, Entsorgungsverband Saar, August [7] ANSYS: Fluent Theory Guide, Release 15.0, ANSYS Inc., November Eingereicht: Korrektur: Im Peer-Review-Verfahren begutachtet Autoren Prof. Dr.-Ing. Joachim Dettmar (Korrespondenz-Autor) Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes University of Applied Sciences Goebenstraße 40 D Saarbrücken Prof. Dr. rer. nat. Marco Günther B. Eng. Mattis Marzell Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes University of Applied Sciences Goebenstraße 40 D Saarbrücken Dr.-Ing. Ralf Hasselbach Entsorgungsverband Saar (EVS) Mainzer Straße 261 D Saarbrücken B. Eng. Jan Steinhausen Zeitschrift KA Korrespondenz Abwasser Abfall In der Ausgabe 12/2015 lesen Sie u. a. folgende Beiträge: Suligowski/Tuszyńska: Niederschlagswasser-Management in Polen Aufgaben und organisatorische Strukturen am Beispiel der Stadt Danzig Miehe u. a.: Vergleich von Desinfektionsverfahren für eine landwirtschaftliche Wasserwiederverwendung in Braunschweig Kulisch: Messtechnische Untersuchung eines Kanalrohr-Wärmetauschers Fahrenkrug u. a.: Auswirkungen des demografischen Wandels auf die Siedlungswasserwirtschaft in Brandenburg Teil 2: Erstellung eines Leitbildes Reinheimer/Fritz: Wasser- und Abwasserprojekt Korça Vorzeigeprojekt in Albanien nach 15 Jahren erfolgreich abgeschlossen gwf-wasser Abwasser 12/