Projekt
Berechnung und Visualisierung von Stoffströmen
Veranlassung
Neuartige bzw. ressourcenorientierte Sanitärsysteme (NASS bzw. ROSS) sind vor dem Hintergrund der Ressourcenverknappung, des sinkenden Wasserverbrauchs und damit einhergehender hydraulischer Probleme in unseren Abwasserkanälen sowie sich stetig ändernder Randbedingungen durch demografischen und klimatischen Wandel in den letzten Jahren auch in Deutschland immer stärker in den Fokus der Siedlungswasserwirtschaft gerückt. Ziel ist die Wiedernutzung beschränkter Ressourcen, wie z. B. Nährstoffe, sowie ein nachhaltigeres Abwassermanagement. Diskussionen zu diesen Technologien werden oft engagiert geführt, bedürfen jedoch einer Versachlichung. Für die Verstetigung von ROSS als Stand der Technik fehlen jedoch u.a. Planungswerkzeuge. Die im Projekt TWIST++ entwickelten Werkzeuge PUS und Simulationsspiel leisten hier bereits einen wertvollen Beitrag. Sie sind aber für den Einsatzzweck der ingenieurtechnischen Grobplanung weniger geeignet, da sie zum einen auf Detaildaten beruhen (PUS) und nicht einen direkten Ad-Hoc-Ansatz unterstützen (Spiel).
Zielsetzung
Ziel des Projekts ist es, einen intuitiv zu bedienenden Simulator zu schaffen, der es sowohl Ingenieur*innen als auch allen Endanwender*innen erlaubt, Stoff- und Ressourcenströme von ressourcenorientierten Sanitärsystemen in der konzeptionellen Grobplanung zu simulieren und zu visualisieren und damit ihr Potenzial bezüglich einer Vielzahl von Kriterien unter den vor Ort gegebenen Randbedingungen zu evaluieren. Neben „klassischen“ Kriterien (Nährstoffbilanzen beispielsweise für Stickstoff und Phosphor, Energiebilanzierung) können hier auch Nachhaltigkeitsindikatoren wie die erweiterte Energiebilanzierung über den Primärenergiebedarf, Treibhausgasemissionen, Eutrophierungspotential sowie Lebenszykluskosten Berücksichtigung finden. Zusätzlich zur Unterstützung bei der Grobplanung von Sanitärsystemen, die u. a. aus einer vergleichenden Bewertung verschiedener potenzieller Optionen besteht, ergibt sich als weiterer Nutzen des Projektes (insbesondere durch die Visualisierungsoptionen) eine vertiefte Bewusstseinsbildung bei Nutzer*innen und Multiplikator*innen.
Förderphasen
Teilziele (Phase 1)
- Übersicht von simulationsrelevanten Basis- und Planungsdaten (Performance, Kosten, Umweltprofil, Stücklisten) verwendeter Technologien
- Erstellung eines leicht handhabbaren, aber dennoch flexiblen Simulators zur Modellierung und Visualisierung der Stoffströme in NASS.
- Erstellung von Modulen, die die Analyse von Neuartigen Sanitärsystemen auch bzgl. ihrer Ressourcenbilanzen, Kosten und potentiellen Umweltwirkungen erlauben. Hierbei ist eine modulare Vorgehensweise geplant, die es erlaubt, weitere Module (z. B. bei Aufkommen neuer Technologien) auch zu einem späteren Zeitpunkt hinzufügen zu können.
- Validierung und Test anhand von bereits implementierten NASS-Fallstudien
- Erstellung von Schulungsmaterial und Durchführung von Schulungen und Präsentationen des Simulators (falls sinnvoll), um die Bewusstseinsbildung bei Multiplikatoren zu fördern.
Phase 2
03/2020 bis 02/2021 (Förderkennzeichen: 35081)
- Integration weiterer wichtiger Verfahrensblöcke sowie Disaggregation von bislang zusammengefassten Behandlungsstufen.
- Untersuchung einer möglichen Integration weiterer anthropogener/organischer Spurenstoffe, und eines Bewertungsindikators „Resilienz“, Schließen von Datenlücken und Ermittlung der Relevanz von unsicheren Daten und nachfolgende Identifikation weiterer Forschungsbedarfe.
- Erweiterung des Bilanzraumes in einer Form, dass generierte Nebenprodukte angemessen in der Nachhaltigkeitsbewertung berücksichtigt werden.
- Validierung der Funktionsweise von SAmpSONS auf Basis von internem und externem Feedback und die Verbesserung der Bedienbarkeit und Nutzerfreundlichkeit von SAmpSONS.
- Ermöglichung der Anwendung von SAmpSONS für möglichst viele Nutzer und Etablierung eines Prozesses der stetigen Datenpflege.
Verstetigungsphase
ab 06/2021
- Aufrechterhaltung von Work-Flow-Prozess zur stetigen Optimierung und Pflege des SAmpSONS Softwaretools
- Integration neuer Technologien und Verfahren zur Erweiterung der modellierbaren Systemalternativen
- Nutzung von SAmpSONS für die Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit zur Förderung der Verbreitung von resilienten und zukunftsfähigen Abwassersystemen
- regelmäßige Aktualisierung der Daten bereits integrierter Technologien bei Verbesserung der Datenlage (bspw. Energieverbrauch, Kostenstrukturen, Elimination organischer Spurenstoffe etc.)
Ergebnisse
Am 17.11.2020 hat ein Online-Einführungs-Seminar zu SAmpSONS stattgefunden.
Eine Aufzeichnung der Veranstaltung finden Sie hier:
Simulator SAmpSONS
Der Simulator SAmpSONS ist frei verfügbar auf der Website des Partners Ifak e.V.
Abschlussbericht (Phase 1)
Abschlussbericht über ein Projekt, gefördert unter dem AZ 32768/01 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt
Veröffentlichungen
- Schulz, M., Wißmann, I., Schütze, M., Zinati, T., Wriege-Bechtold, A., Söbke, H., Veser, S., Londong, J., Barjenbruch, M., Alex, J. (2019): SAmpSONS: Simulation und Visualisierung von Stoffströmen in Sanitärsystemen zur Nachhaltigkeitsbewertung. In: Tagungsband der DWA-Landesverbandstagung Sachsen/Thüringen am 19.06.2019 in Leipzig. DWA-Landesverband Sachsen/Thüringen
- Schulz, M., Wißmann, I., Schütze, M., Söbke, H., Wriege-Bechtold, A., Zinati, T., Ogurek, M., Veser, S., Alex, J., Barjenbruch, M., Londong, J. (2019): Simulation und Visualisierung von Stoffströmen in neuartigen Sanitärsystemen - Unterstützung der Analyse ihrer Funktion, Kosten und Ressourcenhaushalts (SAmpSONS) Abschlussbericht. Abgerufen von https://www.dbu.de/OPAC/ab/DBU-Abschlussbericht-AZ-32768_01-Hauptbericht.pdf
- Schütze, M., Wriege-Bechtold, A., Zinati, T., Söbke, H., Wißmann, I., Schulz, M., Veser, S., Londong, J., Barjenbruch, M., Alex, J. (2019): Simulation and Visualization of Material Flows in Sanitation Systems for Streamlined Sustainability Assessment. Water Science and Technology, 79(10), 1966–1976. doi.org/10.2166/wst.2019.199
- Schütze, M., Wriege-Bechtold, A., Söbke, H., Wißmann, I., Schulz, M., Veser, S., Londong, J., Barjenbruch, M., Alex, J. (2018): Simulation and Visualization of Material Flows in Sanitation Systems for Streamlined Sustainability Assessment. In: IWA Conference on Small Water & Wastewater Systems and Resources Oriented Sanitation (SWWS2018), Haifa, Israel, 14.-18. Oktober 2018. IWA, Haifa
- Zinati, T., Wriege-Bechtold, A., Zinati Shoa, B., Barjenbruch, M. & Lenzen, M., (2019): Assessment of source separated sanitation technologies for sustainable wastewater management, 12th IWA International Conference on Water Reclamation and Reuse, (16.-20.06.2019, Berlin, Germany), abstract and oral presentation
- Zinati, T., Barjenbruch, M. & Wriege-Bechtold, A., (2019): Integrated nexus model for sustainable urban sanitation system. Proceedings of 11th World Congress of EWRA on Water Resources and Environment (25.-29. 06. 2019, Madrid, Spain), reviewed paper and oral presentation, published in “Garrote, L.; Tsakiris, G.; Tsihrintzis, V. A.; Vangelis, H.; Tigkas, D. (Eds.) (2019): Managing Water Resources for a Sustainable Future. Proceedings of the 11th World Congress of EWRA on Water Resources and Environment. 11th WORLD CONGRESS on Water Resources and Environment. Madrid, Spain, 25-29 June. ISBN: 978-618-84419-0-3
- Zinati, T. & Barjenbruch, M., (2018): Nutrient recovery by source separated sanitation technologies, IWA Nutrient Removal & Recovery Conference, (18.-21.11.2018, Brisbane, Australia), abstract and oral presentation
- Zinati, T. & Barjenbruch, M., (2017): Simulation of sanitation concepts for source separated wastewater. Proceedings of 8th International Young Water Professionals Conference (10.-13. 12. 2017, Cape Town, South Africa), abstract and oral presentation