HORUS - Dynamische Abwassercharakterisierung durch Spektrophotometrie (UV-Vis)

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Krebs
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283344715

Spektrale online-Messtechnik hat sich in den vergangenen Jahren für die multiple Informationsgenerierung zur Wasserqualität in Abwassersystemen etabliert. Eine Beschreibung dynamischer Transportprozesse von Abwasserinhaltsstoffen innerhalb der Mischwasserkanalisation erfolgt bislang nur mit hoher Messunsicherheit. Grund hierfür ist die bisher übliche statische Kalibrierung, die wetterbedingt wechselnde Zusammensetzungen nicht berücksichtigt. Innerhalb des Projektes wird deshalb eine dynamische Kalibrierung entwickelt, um eine belastbare Quantifizierung der Abwasserparameter Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) und Trockensubstanz (TS) sowie deren Teil- und Größenfraktionen vornehmen zu können, die auf separaten Kalibrierfunktionen für unterschiedliche Abflussbedingungen basieren. Diese werden an die spezifische Abwasserzusammensetzung bei Trocken-, Regenwetter und der Mischform angepasst und mit einem automatisierten Wechsel zu einer dynamischen Funktion zusammengefasst. Mit der UV-Vis-Spektrophotometrie als Messverfahren können gleichzeitig mehrere Parameter erfasst werden, mit denen ein Modell für die dynamischen Stofftransportprozesse identifiziert werden kann. Ziel des Projektes ist es, mit der Interpretation von spektralen online-Messsignalen das Systemverständnis zu erhöhen, akute Gewässerbelastungen zu identifizieren sowie numerische Modelle und deren Zuverlässigkeit zu verbessern. Zudem wird eine Entscheidungsgrundlage für eine schmutzfrachtbasierte Kanalnetzsteuerung im Regenwetterfall und zur Verfahrensoptimierung von Kläranlagenprozessen geschaffen. Die Untersuchungen dazu umfassen drei Teile: Im Stadtgebiet Dresden werden Messkampagnen in Mischwasserkanälen mit urbanem Einzugsgebiet sowie im Fließgewässer realisiert. Im kontinuierlichen Messbetrieb werden ereignisspezifische Transportphänomene von Schmutzfrachten im Regenwetterlastfall online erfasst. Gleichzeitig werden Proben gezogen, die im Labor zur Kalibrierung und quantitativen Interpretation der spektralen Signale analysiert werden. Die Auswertung der spektralen Grundinformation basiert dabei auf Regressionsmodellen, die aus einer Gegenüberstellung uni- und multivariater Ansätze hervorgehen. Für CSB und dessen Fraktionen sowie für TS und Partikelgrößenklassen werden Kalibrierungen für die einzelnen Betriebszustände entwickelt und innerhalb der Messkampagne validiert und verifiziert. Übergangskriterien für das zustandsbedingte Wechseln zwischen den Kalibrierungen werden untersucht und automatisiert. Mittels numerischer Simulationen soll schließlich das Potenzial der verbesserten Messungen evaluiert werden. Dazu wird ein Kalibrierungsalgorithmus für den dynamischen Abfluss und die damit einhergehenden Stofftransportprozesse entwickelt, der auf die detaillierten Informationen aus den Messungen eingeht. Mit dem geschaffenen Modell werden schließlich Stofftransportspitzen und akute Gewässerbelastungen untersucht und die Unterschiede zu Aussagen herkömmlicher Modelle analysiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen