Optimierung von Pumpwerken durch die Simulation von Sedimentierungsprozessen
Laufzeit 1.7.2016 - 30.6.2019

Durch Niederschläge und Abwässer aus privaten Haushalten, öffentlichen Einrichtungen, Industrie und Gewerbe fallen in Berlin große Mengen Regen- und Abwasser an, die abgeleitet und gereinigt werden müssen.
Die Kanalisation muss in der Lage sein, mit dem Transport sehr großer Regenmengen zurechtzukommen und gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass die Feststoffe in den Leitungen in Trockenperioden nicht zu stark sedimentieren. Hierzu müssen entsprechend dimensionierte Saugräume, in denen sich das Wasser sammelt und aus denen es in die Klärwerke gepumpt wird, sowie intelligente Verfahren zum Betrieb der Anlagen vorhanden sein.
Erschwerend ist in diesem Zusammenhang, dass die Anzahl von Starkregenvorfällen in den vergangenen Jahren aufgrund des Klimawandels stetig gestiegen ist, was zu einer steigenden Zahl von Pumpenausfällen führt, da Feststoffe schwallartig in die Abwasserpumpen transportiert werden und diese dadurch verstopfen.  
Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist folglich die Verbesserung und Beschleunigung der Entwicklung von Abwassersystemen. Dies soll dadurch erreicht werden, dass die mehrphasige Strömung mit freien Oberflächen in den Anlagen simuliert wird, um frühzeitig konstruktiv und verfahrenstechnisch in den Betrieb der Anlage einzugreifen.
Strömungssimulationsverfahren vom Stand der Technik (Finite-Volumen-Methoden) sind aufwändig und rechenzeitintensiv. Genau hier setzt das avisierte Projekt OPuS an. Gitterlose Verfahren sollen stattdessen auf die Vorhersage der komplexen Sedimentierung und Verstopfung in Pumpwerken konditioniert werden, um darauf aufbauend mit möglichst wenig Zeitverzug konstruktive und verfahrenstechnische Maßnahmen einzuleiten. Hierbei sollen neuartige, netzfreie Simulationsmethoden (Smoothed Particle Hydrodynamics - SPH) in Verbindung mit Open-Source-Software zum Einsatz kommen, die auch den Einsatz in der Entwicklung für KMU und Industrie möglich machen.
Darüber hinaus werden durch die Verwendung eines virtuellen Raumes (cave automatic virtual environment, CAVE) in der Hochschule die Auswirkungen von Veränderungen unmittelbar sicht- und erfahrbar gemacht und ein interaktiver Prozess ermöglicht. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund, dass die Besichtigung von realen Bewässerungsanlagen aufwendig und oft gesundheitlich bedenklich ist, ein weiterer Vorteil für den Betrieb und die Entwicklung der Anlagen. Desweiteren wird die Zusammenarbeit mit den Hochschulen und KMU intensiviert und gestärkt.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Joachim Villwock

Gefördert durch den Europäischen Fond für regionale Entwicklung