Numerische Modellierung reaktiver Stroemungen in oberflaechenbeluefteten Belebungsbecken

In this thesis a 3-dimensional numerical model is presented, which allows to describe the flow field, the transport- and the kinetical reaction processes in an activated sludge basin. Therefore an existing hydrodynamic numerical model (FAST-3D) is extended for modelling the processes in such a basin. The IAWPRC-model No. 1 is used for the description of the kinetical reaction processes. First, the formulated numerical model is used for the simulation of the flow field in a model basin and then for the flow simulation in a real existing circulation basin. These simulations show, that the model is a suitable modul to describe the high turbulent flow field in such a basin. And it is demonstrated that the model can be used for optimizing the flow field regarding the position of the flow-generating units. The simulation of a tracer experiment and the computation of trajectories of substances allows to get a detailed insight in the transport processes in such a basin. In order to demonstrate the conditions in an activated sludge basin, when it is in operation, a complete simulation - flow field, material transport and kinetical reaction processes -is realized. The simulation results are compared with the results of a 0- and a 1-dimensional model. This comparison allows to differentiate the operative ranges of the different models. (orig.)In der vorliegenden Arbeit wird ein 3-dimensionales numerisches Modell vorgestellt, mit dem es moeglich ist, die Stroemungs-, Transport- und reaktionskinetischen Prozesse in einem Belebungsbecken zu beschreiben. Dazu wird ein bestehendes hydrodynamisch-numerisches Modell (FAST-3D) fuer die Anwendung in einem Belebungsbecken um die notwendigen Formulierungen erweitert. Die Beschreibung der reaktionskinetischen Prozesse erfolgt in Anlehnung an das IAWPRC-Modell Nr. 1. Das erstellte numerische Modell wird zunaechst fuer die Simulation der Stroemung in einem Modellbecken und anschliessend in einem realen Umlaufbecken eingesetzt. An Hand dieser Simulationen kann gezeigt werden, dass das Modell ein geeignetes Werkzeug zur Beschreibung der hoch turbulenten Stroemung in einem solchen Becken ist, wie auch zu Optimierung des Stroemungsfeldes hinsichtlich der Positionierung der stroemungserzeugenden Aggregate eingesetzt werden kann. Ein detaillierter Einblick in die Transportprozesse in einem solchen Becken wird durch die Simulation eines Tracerversuches wie auch durch die Berechnung von Teilchenbahnen gegeben. Zur Untersuchung der Verhaeltnisse in einem Belebungsbecken unter Betriebsbedingungen erfolgt eine Gesamtsimulation von Stroemungs-, Transport-und reaktionskinetischen Prozessen. Die Ergebnisse dieser Simulation werden Ergebnissen eines 0- und eines 1-dimensionalen Modelles gegenuebergestellt, so dass es moeglich ist, die Einsatzbereiche der einzelnen Modellvarianten gegeneinander abzugrenzen. (orig.)Available from FIZ Karlsruhe / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman