Simulation in der kommunalen Abwasserreinigung

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1 Michaela Hunze Simulation in der kommunalen Abwasserreinigung Grundlagen, Hintergründe und Anwendungsfälle Ein Lehrbuch für Anfänger und Fortgeschrittene Oldenbourg Industrieverlag

2 Inhalt s Verzeichnis Nomenklatur xiii Einleitung 1 Zielsetzung und Motivation 3 Gliederung des Buches 4 1 Prozesse im System Kläranlage Allgemeines Aufbau einer Kläranlage zur kommunalen Abwasserreinigung Physikalische Prozesse Biologische Prozesse Chemische Prozesse Zusammenfassung 21 2 Modellierung und Simulation Vom realen System zum Simulationsmodell Die BegriffWelt der Systemtheorie und Modellbildung Grundbegriffe aus dem Bereich der Modellbildung Das Modellkonzept Das Simulationsmodell Durchführung einer Simulationsrechnung Messdaten aus dem realen System Grundlagen der 0-d Modellierung Kompartimentsysteme 42 i

3 2.2.2 O-dimensionale Modellierung in der Abwassertechnik Numerische Lösungsverfahren Das Prinzip numerischer Verfahren Einschrittverfahren Mehrschrittverfahren Extrapolationsverfahren Grundlagen der 1-d Modellierung Grundgedanken und mathematische Modellbildung Mathematische Grundgleichungen dimensionale Modellierung in der Abwassertechnik Mathematische Modellbildung für die Berechnung der Strömung Mathematische Modellbildung für die Berechnung von Transport- und Stoffumsetzungsprozessen Numerische Lösungsverfahren Numerische Lösungsverfahren der hydraulischen Grundgleichungen Numerische Lösungsverfahren für den Stofftransport Zusammenfassung Grundlagen der mehrdimensionalen Modellierung Grundgedanken und mathematische Modellbildung Das Koordinatensystem Diskretisierung des Modellgebietes Mathematische Grundgleichungen Mehrdimensionale Modellierung in der Abwassertechnik Numerische Lösungsverfahren Zusammenfassende Darstellung der Modellgrundlagen 91 3 Modellierung der Prozesse in der mechanischen Reinigungsstufe Allgemeines Modellierung der Vorgänge in einem Sandfang 94

4 3.2.1 Die grundlegenden Prozesse d Modellierung eines Sandfangs d Modellierung eines Sandfangs Mehrdimensionale Modellierung eines Sandfangs Modellierung der Vorgänge in einem Vorklärbecken Die grundlegenden Prozesse in einem Vorklärbecken d Modellierung der Vorgänge in einem Vorklärbecken d Modellierung der Vorgänge in einem Vorklärbecken Mehrdimensionale Modellierung der Vorgänge in einem Vorklärbecken Zusammenfassung Modellierung der Prozesse in der biologischen Reinigungsstufe Allgemeines Beschreibung des Abwassers Die biologischen Stoffumsetzungsprozesse Der Sauerstoffeintrag Modellierung der Prozesse in einem Belebungsbecken Die grundlegenden Prozesse des Belebungsverfahrens d Modellierung eines Belebungsbeckens Stationäre Modelle Instationäre (dynamische) Modelle d Modellierung eines Belebungsbeckens Mehrdimensionale Modellierung eines Belebungsbeckens Oberflächenbelüftete Umlaufbecken Druckbelüftete Belebungsbecken Zusammenfassung Modellierung der Prozesse in einem Biofilmsystem Die Biofilmvorgänge d Modellierung der Prozesse in einem Biofilmsystem d Modellierung der Prozesse in einem Biofilmsystem 217

5 4.3.4 Mehrdimensionale Modellierung der Prozesse in einem Biofilmsystem Zusammenfassung Modellierung der Prozesse in einem Nachklärbecken Die grundlegenden Prozesse d Modellierung der Prozesse in einem Nachklärbecken Zusammenfassung d Modellierung der Prozesse in einem Nachklärbecken Mehrdimensionale Modellierung der Prozesse in einem Nachklärbecken Zusammenfassung Modellierung der Prozesse in der dritten Reinigungsstufe Allgemeines Modellierung der Phosphatfällung Die grundlegenden Prozesse d Modellierung der Phosphatfällung d Modellierung der Phosphatfällung Mehrdimensionale Modellierung der Phosphatfällung Modellierung von Filtrationsanlagen Die grundlegenden Prozesse d Modellierung von Filtrationsanlagen d Modellierung von Filtrationsanlagen Mehrdimensionale Modellierung von Filtrationsanlagen Modellierung von Aktivkohlefiltern Die grundlegenden Prozesse d Modellierung eines Aktivkohlefilters d Modellierung eines Aktivkohlefilters Mehrdimensionale Modellierung eines Aktivkohlefilters Modellierung der Abwasserdesinfektion Die grundlegenden Prozesse 271

6 Desinfektion durch Chlorung Desinfektion durch UV-Strahlung d Modellierung der Abwasserdesinfektion d Modellierung der Abwasserdesinfektion Mehrdimensionale Modellierung der Abwasserdesinfektion Zusammenfassung Modellierung des Gesamtsystems Kläranlage Allgemeines d Modellierung des Gesamtsystems Kläranlage Stationäre (statische) Modellierung Instationäre (dynamische) Modellierung d Modellierung des Gesamtsystems Kläranlage Mehrdimensionale Modellierung des Gesamtsystems Kläranlage Übersicht über Simulationsprogramme Allgemeines d Simulationsprogamme d Simulationsprogamme Mehrdimensionale Simulationsprogamme Zusammenfassung und Ausblick 325 Literaturverzeichnis 329 Farbtafeln 353

1 Einleitung 1 1.1 Motivation... 1 1.2 Zielsetzung... 4 1.3 Aufbau und Gliederung der Arbeit... 5

1 Einleitung 1 1.1 Motivation... 1 1.2 Zielsetzung... 4 1.3 Aufbau und Gliederung der Arbeit... 5 1 Einleitung 1 1.1 Motivation.................................... 1 1.2 Zielsetzung................................... 4 1.3 Aufbau und Gliederung der Arbeit...................... 5 2 Hygromechanische

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