SIMBA#water

Das Simulationssystem SIMBA# ist eine vielseitig einsetzbare Software für die Modellierung und dynamische Simulation in der Abwassertechnik. Das neue SIMBA# ist eine eigenständige Simulationsumgebung und löst das bisherige SIMBA 6.6 ab, das noch auf der Basissoftware Matlab®/ Simulink™ von MathWorks Inc. aufsetzte.


Anlässlich des 25-jährigen Jubiläums wird als Sonderaktion für einen begrenzten Zeitraum (bis zum 31. Oktober 2019) auf Jahreslizenzen ein Neukundenrabatt von 25% gewährt. Verpassen Sie diese Aktion nicht und lernen Sie eines der weltweit etablierten Simulationswerkzeuge für die Modellierung von abwassertechnischen Anlagen kennen.


 

SIMBA# ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung von Kanalnetz, Kläranlage, Schlammbehandlung, Fließgewässer und Automatisierung. Alle erforderlichen Komponenten für eine fundierte Analyse der Teilsysteme als auch des Zusammenspiels aller Systeme sind in anwenderfreundlicher Weise und unter Nutzung von State-of-the-art Modellen in einem Simulationssystem vereinigt. Mit SIMBA# lassen sich verschiedenste Anwendungen aus Ingenieurpraxis und aus Forschung und Lehre realisieren. Diese umfassen beispielsweise den Entwurf von Anlagen, Prozessen und Regelungskonzepten, die Optimierung der Verfahrensgestaltung und die Entwicklung von Konzepten zum Energiemanagement von abwassertechnischen Anlagen.

SIMBA# ist in C# programmiert und kann unter den Betriebssystemen Windows 7, 8 und 10 angewendet werden.

Anwendungsgebiete

Mit SIMBA# lassen sich Aufgaben in der Ingenieurpraxis und in Forschung und Lehre bearbeiten:

  • Auslegung von Kläranlagen unter Einbeziehung zahlreicher Verfahrensoptionen inklusive Steuerung und Regelung
  • Optimierung von Verfahrensgestaltung und Betriebsführung existierender Kläranlagen
  • Analyse von Abflussgeschehen in urbanen Gebieten
  • Entwicklung und Test von Strategien zur Kanalnetzbewirtschaftung oder Kanalnetzsteuerung
  • Untersuchungen des Zusammenwirkens von Abwasserabfluss, Abwasserreinigung, Schlammbehandlung und Gewässergüte
  • Analyse von Prozesswasserbewirtschaftung, Schlammbehandlung und Energieverbrauch

Modellbibliotheken

Der Aufbau von Simulationsmodellen beruht auf der grafischen Verschaltung von Modell-Blöcken, die jeweils eine Verfahrenskomponente (z.B. Kanalabschnitt, Vorklärung, Belebungsbecken) repräsentieren. Eine zentrale Blockbibliothek bildet den Startpunkt für jedes Simulationsprojekt. Hier finden sich  Blöcke, um Abwasser- und Schlammströme zu definieren, zu verteilen und zusammenzuführen. Weiterhin finden sich Absetzbecken und verschiedene Reaktormodelle (Rührkesselreaktor, Batch-Reaktor) zur Abbildung von beliebigen chemischen und biologischen Reinigungsprozessen:

  • Belebungsverfahren der Abwasserreinigung (ASM1, ASM3, ASM3biop)
  • Biofilmverfahren der Abwasserreinigung
  • Anaeroben Abbauprozessen (Faulung), Schlammbehandlung
  • Abwassertransport, Rückhalt und Stoffumwandlung in Kanalnetzen
  • Wassertransport und Wassergüte in natürlichen Fließgewässern
  • Steuerungs- und Regelungsfunktionen
Kläranlagen

Für die Simulation von Kläranlagen stehen vielfältige Kombinationen von Transport- und Reaktormodellen und Belebtschlammmodellen zur Verfügung. Unter Transport- und Reaktormodellen werden hier z.B. Modellblöcke zur Beschreibung eines Belebtschlammgemisches in Becken mit intensiver Durchmischung und/oder Belüftung durch Oberflächenbelüfter und Druckbelüftungssystem sowie Vor- und Nachklärbecken verstanden. Beckenkaskaden und Batchreaktoren stehen ebenfalls zur Verfügung. Unabhängig von diesen Reaktormodellen kann gewählt werden, mit welchem sogenannten Belebtschlammmodell der Anwender arbeiten möchte. Ein solches Belebtschlammmodell definiert eine Anzahl von Stoffgruppen von Abwasserinhaltsstoffen und Mikroorganismen sowie eine Anzahl chemischer und biologischer Prozesse, die für die jeweiligen Verfahren als wichtig erachtet werden. Für die Beschreibung des Abbaus organischer Verschmutzungen (CSB) und der Entfernung von Stickstoff (Nitrifikation/ Denitrifikation) stehen z.B. die Standardmodelle ASM1 (Activated Sludge Model No.1) und ASM3 der IWA zu Verfügung.

Modelle können frei mit einem einfach zu bedienenden Editor in Petersen-Matrix Notation editiert bzw. modifiziert werden. Standardmodelle (ASM1, ASM3, ADM1, RWQM1, ...) sind in SIMBA bereits enthalten.

Die folgenden Belebtschlammmodelle sind standardmäßig in SIMBA implementiert:

  • ASM1hsg – Standardmodell der IWA mit etablierten Modifikationen zur Verbesserung der Anwendbarkeit, Parameter nach HSG Simulation
  • ASM3m – Version des ASM3 der IWA mit einer Parametrierung entsprechend Vorschlägen der Hochschulgruppe Simulation
  • ASM3biop – Das ASM3 der IWA mit einer EAWAG-Erweiterung zur biologischen P-Elimination

Anwender haben die Möglichkeit, Modellblöcke basierend auf eigenen Belebtschlammmodellen zu entwerfen.

Modellblöcke für die Vor- und Nachklärung

Für die Abbildung von Absetzvorgängen in der Vor- und Nachklärung ist eine Palette unterschiedlich komplexer Modelle vorhanden:

  • Einfaches Vorklärmodell nach Otterpohl/Freund mit vorgegebener CSB-Elimination als Funktion der Aufenthaltszeit
  • Ideales Absetzbecken (ideale Fest/Flüssig Trennung, kein Speicher)
  • Ideales Absetzbecken mit Speicher (vorgebbare Fest/Flüssig Trennung und einfacher Speicher)
  • 3-Schichten-Nachklärmodell mit variablen Schlammbett

 

Kanalnetze

SIMBA# bietet eine hohe Flexibilität bei der Auswahl von Modellierungsansätzen für Kanalnetze:

hydrologisch

  • Vereinfachte, konzeptionelle Modellierung
  • Transportstrecken im Kanalnetz
  • Sonderbauwerke nach DWA-A 128
  • Schmutzfrachtberechnung und Langzeitsimulationen

hydrodynamisch

  • Vollständige Lösung der Saint-Venant-Gleichungen
  • Nahtlose Integration und Erweiterung des Rechenkerns von SWMM5 (siehe www.epa.gov)

Beliebige Kombinationen beider Ansätze

In SIMBA# ist es beispielsweise auch möglich, Teile eines Kanalnetzes hydrodynamisch zu simulieren (z.B. flache Hauptsammler), während für andere Teile desselben Kanalnetzes (z.B. oberhalb liegende Einzugsgebiete) ein schnellerer hydrologischer Ansatz zur Anwendung kommt. Damit kann die Komplexität eines Kanalnetzmodells den individuellen Anforderungen der jeweiligen Aufgabenstellung entsprechend gewählt werden.

Jeder der beiden Ansätze erlaubt darüber hinaus:

  • Gleichmäßige und ungleichmäßige Überregnung
  • Beliebige biochemische Transformationsprozesse im Kanal
  • Einfache und komplexe Steuerungs- und Regelungsalgorithmen
  • Analyse des Steuerungspotenzials nach DWA-M 180

Insgesamt ist mit SIMBA# die nahtlose Integration der Kanalnetzsimulation mit Modellen anderer Teilsysteme (Kläranlage, Gewässer) möglich.

Benutzerfreundliche Ein- und Ausgabe, Animation

  • Die Benutzerein- und –ausgabe, wie z.B. die Systemdefinition, wird graphisch unterstützt
  • Frei konfigurierbare Auswerteroutinen erlauben schnelle und einfache Auswertung in Text- und Bildform: Summeninformationen (Niederschläge, Ablauf- und Überlaufvolumina und –frachten, Speicherauslastungen), Entlastungsdauern und –häufigkeiten
Anaerobe Verfahren

Der Modellierung anaerober Verfahren (anaerobe Abwasserbehandlung, Klärschlammfaulung) wird seit den anhaltenden Forderungen nach energetisch optimalem Betrieb mehr Beachtung geschenkt. Weiter angetrieben wird der Einsatz anaerober Modelle durch die aktuellen Entwicklungen in der Biogasbranche. Die Unterbibliothek Anaerob eignet sich für die Modellierung von Anlagen zur anaeroben Klärschlammfaulung, anaeroben Abwasserbehandlung und anaeroben Vergärung organischer Stoffe.

Dafür enthält die Bibliothek:

  • Verschiedene Anaerobmodelle (Siegrist, vereinfachte Ansätze)
  • Vorklärblöcke mit Schlammabzug
  • Blöcke zur maschinellen Eindickung und Entwässerung
  • Anaerobe Reaktorblöcke (Überlaufreaktor, Speicher) mit Gasphase
  • Schnittstellenmodelle zur Kopplung mit Belebtschlammmodellen
  • Integrierte Modellierung von Abwasserreinigung und Schlammbehandlung

Anaerobmodelle ermöglichen die Prognosen von:

  • CSB-, TS-Abbau
  • Gasproduktion/Gaszusammensetzung (Kohlendioxid, Methan,Wasserstoff)
  • Stickstoffrücklösung
  • organischen Säuren und pH-Wert
Fließgewässer

SIMBA# ermöglicht ebenfalls die Simulation von Abfluss und Wassergüte in Vorflutgewässern. Hierbei können beliebige biochemische Transformationsmodelle verwendet werden. Eine nahtlose Integration mit Kanalnetz- und Kläranlagenmodulen sowie mit Steuerungsalgorithmen ist auch hier möglich.

Abflussberechnung

  • Hydrologische Abflussberechnung
  • Hydrodynamische Abflussberechnung (in Bearbeitung, geplant für die nächste Version)

Qualitätsmodelle

  • Vom Benutzer in beliebiger Komplexität frei definierbar
  • Vordefinierte Modelle (z.B. SWQM, RWQM1, Lijklema)

Anwendungen

Lagrange-Modellierungsansatz

Ein zusätzliches Modul beinhaltet den Lagrange-Modellierungsansatz, der die Modellierung von Transportprozessen ohne Verfälschungen durch numerische Dispersionseffekte ermöglicht. Der Lagrange-Modellierungsansatz basiert auf dem Grundprinzip von sich im Gerinne bewegenden „Wasserpaketen“. Routinen für das Zusammenfassen und Aufteilen dieser konzeptionellen Wasserpakete ermöglichen eine geschwindigkeitsoptimierte Simulation.

Auswertung: BWK-M7, Urban Pollution Management Manual

Neue Auswerteroutinen für die Gewässergütesimulation (in Bearbeitung, geplant für die nächste Version)

  • Häufigkeits-Dauer-Grenzwerte für Sauerstoff und Ammonium („Neuner-Matrizen“) nach BWK-M7 und britischem Urban Pollution Management (UPM) Manual
  • Frei konfigurierbare textliche und bildliche Ausgabe
  • Abfluss und Wasserqualität

 

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