Vergleich verschiedener Modellierungsansätze zur besseren Bewertung der Treibhausgasemissionen von gesamten Kläranlagen

Neue Werkzeuge werden entwickelt, um die Treibhausgasemissionen (THG) von Kläranlagen (WWTPs) zu schätzen. Es gibt einen Trend, von empirischen Faktoren hin zu einfachen, umfassenden und komplexeren prozessorientierten Modellen zu wechseln. Daher ist das Hauptziel dieser Studie, die Bedeutung der Verwendung von prozessorientierten dynamischen Modellen zur besseren Bewertung von THG-Emissionen zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem eine virtuelle Fallstudie basierend auf der gesamten Anlage Benchmark-Simulationsmodell-Plattform Nr. 2 (BSM2) definiert wird und die THG-Emissionen mit zwei Ansätzen geschätzt werden: (1) einer Kombination aus einfachen, umfassenden Modellen, die auf empirischen Annahmen basieren, und (2) einem ausgefeilteren Ansatz, der die mechanistische Produktion von Distickstoffoxid (N(2) O) im biologischen Reaktor (ASMN) und die Erzeugung von Kohlendioxid (CO(2)) und Methan (CH(4)) aus dem anaeroben Verdauungsmodell 1 (ADM1) beschreibt. Modelle, die bereits in der Literatur vorgestellt wurden, werden verwendet, jedoch wurden Modifikationen im Vergleich zum zuvor veröffentlichten ASMN-Modell vorgenommen. Auch Modell-Schnittstellen zwischen den ASMN- und ADM1-Modellen wurden entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung der verschiedenen Ansätze zu signifikanten Unterschieden in den N(2) O-Emissionen (einem Faktor von 3) führt, jedoch nicht in den CH(4)-Emissionen (ca. 4%). Schätzungen der THG-Emissionen werden auch für stationäre und dynamische Simulationen verglichen. Die durchschnittlichen Werte für die THG-Emissionen, die mit stationären und dynamischen Simulationen erhalten wurden, sind ziemlich ähnlich. Wenn man jedoch die Dynamik der N(2) O-Emissionen betrachtet, wird eine große Variabilität (3-6 Tonnen CO(2) e Tag(-1)) aufgrund von Änderungen des C/N-Verhältnisses und der Temperatur im Zuflussabwässer festgestellt, was bei einer stationären Analyse (4,4 Tonnen CO(2) e Tag(-1)) nicht erfasst würde. Schließlich zeigt diese Studie auch den Einfluss der Änderung des Volumens des anaeroben Verdauers auf die gesamten THG-Emissionen. Eine Verringerung des Volumens des anaeroben Verdauers führte zu einer leichten Reduktion der CH(4)-Emissionen (ca. 5%), verringerte jedoch signifikant die N(2) O-Emissionen in der Wasserlinie (um 14%).