FA KEK 7 Simulationsbasierte Verfahrensauswahl

Beim 39. Thematischen Stammtisch am 19. Juni 2025 präsentierten Dr.-Ing. Sabrina Breitenkamp und Dr.-Ing. Arne Holger Freyschmidt aus der Arbeitsgruppe KEK7.7 – Energie- und Ressourceneffizienz der Klärschlammverwertung – die modellgestützte Verfahrensauswahl als zukunftsweisendes Instrument für die strategische Planung von Kläranlagen. Beide besitzen ausgewiesene Expertise auf dem Gebiet der Digitalisierung und Modellierung in der Abwassertechnik.

Am Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik (ISAH) in Hannover wurde im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte (2010-2020) die Methodik eines modularen Stoffstrombilanzmodells für die strategische Planung entwickelt. Im Rahmen des BMBF-Projektes SATELLITE werden durch Dr. Freyschmidt (ISAH) diese Module als Open Source Modulbibliothek weiterentwickelt. In Kooperation mit dem Ingenieurbüro Breitenkamp wird die modellgestützte Planung und Betriebsoptimierung von Kläranlagen bezogen auf die Phosphor-Rückgewinnung erprobt. Das Ingenieurbüro berät und unterstützt Kläranlagen sowie Industriebetriebe bei Fragen rund um Ressourceneffizienz.

Zum Einstieg ins Thema wurden folgende Leitfragen gestellt.

·         Wo kann die Bilanzmodellierung in der Praxis sinnvoll eingesetzt werden?

·         Ist die Validierung von Simulationsdaten mit realen Messwerten sehr aufwendig?

·         Bietet die Modellierung neue Möglichkeiten zur Visualisierung von Massen- und Energieströmen und kann dadurch die Planung effizienter gestaltet werden?

Die modellgestützte Verfahrensauswahl bietet zahlreiche Ansatzpunkte; zum Beispiel zur Abschätzung des Investitions- und Platzbedarfs beim Ausbau einer vierten Reinigungsstufe, zur Reduktion von CO₂-Emissionen sowie zur Optimierung von Betriebskosten und Energieeffizienz. Ein besonderer Vorteil simulationsgestützter Methoden liegt darin, dass sich verschiedene Prozessvarianten schnell, ressourcenschonend und systematisch vergleichen lassen. Selbst wenn die Datengrundlage nicht ideal ist, lassen sich unterschiedliche Szenarien – etwa verschiedene demografische Entwicklungen oder veränderte Randbedingungen im Einzugsgebiet – und deren Konsequenzen für die Verfahrensauswahl abbilden.

Typischerweise wird zunächst der Ist-Zustand der Kläranlage modelliert. Darauf aufbauend können verschiedene Verfahrensalternativen und Zielzustände definiert werden, indem man z. B. unterschiedliche rechtliche, klimatische oder demografische Trends einbezieht. Das ermöglicht umfassende Variantenuntersuchungen und Sensitivitätsanalysen, welche eine fundierte Entscheidungsfindung ermöglichen. Auch für kleinere Anlagen ist der Einsatz simulationsbasierter Methoden sinnvoll. Durch begrenzte personelle Ressourcen besteht hier ein hoher Bedarf an effizienten Planungswerkzeugen und einem optimierten Betrieb. Die Validierung der Simulationsergebnisse wird mit Hilfe moderner Messtechnik und KI-gestützter Datenauswertung deutlich vereinfacht. Zudem eröffnet der Einsatz von Künstlicher Intelligenz bei der weitergehenden Prozessautomatisierung die Chance, dem zunehmenden Fachkräftemangel in der Branche entgegenzuwirken.

Der Fachausschuss begrüßt diese innovativen Impulse für die Fachgremienarbeit und freut sich insbesondere über das Engagement der Mitglieder der Jungen DWA, die sich aktiv in die Regelwerksarbeit einbringen.

Text von Anne-Sophie Fölster, Jeannette Boecker