stoffbilanzen und systemanalysen
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Stoffbilanzen und Systemanalysen. Stoffbilanzen sind ein wichtiges Werkzeug in der Siedlungswasserwirtschaft. Sie helfen uns das Verhalten von Systemen zu analysieren Ziel: Verstehen des Werkzeuges und auf einfache Fälle anwenden können. Vereinigungsschacht. Q zu. Q oben. Q unten. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Stoffbilanzen und Systemanalysen
Stoffbilanzen sind ein wichtiges Werkzeug in der Siedlungswasserwirtschaft. Sie helfen uns das Verhalten von Systemen zu analysieren
Ziel: Verstehen des Werkzeuges und auf einfache Fälle anwenden können
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Bekannt: Qoben, Qzu Gesucht: Qunten
Vereinigungsschacht
Qoben Qunten
Qzu
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Hager, Abwasserhydraulik 1994
Grundriss
Längsschnitt
Vereinigungsschacht
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Q3Q1
Q2
Q4
Qtot
Q5
Wasserverteilnetz
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System 1
Q3Q1
Q2
Q4
Qtot
Q5
Wasserverteilnetz
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Kanalnetz
Qab
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Systemabgrenzung
System abgegrenzter Teil der Welt Systemgrenzen werden so gewählt,
dass die gestellte Frage möglichst einfach beantwortet werden kann.
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Ein einfaches System
Speicherung = Zufluss Abfluss + Produktion Verbrauch
Die Bilanzgleichung
System Volumen V
Konzentration CProduktionsrate r
ZuflussQzu, Czu
AbflussQab, Cab
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Die Bilanzgleichung
Speicherung
dtdV
CdtdC
Vdt
CdV
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Reaktoren sind Systeme in denen Prozesse (Reaktionen) ablaufen, die uns interessieren
Ideale Reaktoren sind mathematisch exakt definierte Systeme
Ideale Reaktoren werden stellvertretend für reale, gebaute Reaktoren analysiert
Ideale Reaktoren
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Der ChargenreaktorDer Batchreaktor
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Desinfektion: Chargenreaktor
Für k = 0.05 min-1 und C/C0 = 10-6 wird t = 5 h
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Der Rührkessel
Zufluss
Abfluss
Q Czu
Q Cab
CZufluss
Czu
ReaktorC
AbflussCab
Ort
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Desinfektion: RührkesselZufluss
Abfluss
Q Czu
Q Cab
Mit k = 0.05 min-1 und C/Czu = 10-6 wird V/Q = 36 a
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Der Röhrenreaktor
Zufluss Abfluss
Q Czu Q Cab
C
Czu
Cab
Hauptfliessrichtung
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Desinfektion: Röhrenreaktor
Mit k = 0.05 min-1 und Cab/Czu = 10-6 wird V/Q = 5 h
Zufluss Abfluss
Q Czu Q Cab
C
Czu
Cab
Hauptfliessrichtung z
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Die Bilanzgleichung
VdCdt
CdVdt
Q C Q C r Vzu zu ab ab
Die Spezialfälle Kein Transport Keine Reaktion Keine Speicherung, der stationäre Zustand Erhaltungssätze:
Umwandlung muss nicht betrachtet werden
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Der römische Brunnen
Aufsteigt der Strahl, und fallend giesstEr voll der Marmorschale Rund.Die, sich verschleiernd überfliesstIn einer zweiten Schale Grund;Die zweite gibt, sie wird zu reich,Der dritten wallend ihre Flut.Und jede nimmt und gibt zugleichUnd strömt und ruht.
C.F. Meyer, 1825 - 1898
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Bekannt: Qoben, Qzu Gesucht: Qunten
Vereinigungsschacht
Qoben
Coben
Qunten
Cunten
Qzu Czu
Coben, Czu Cunten
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O2
Schacht mit Wassersprung
CO2
Coben
Cunten
Q
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Erhaltungssatz
NO3--N
NH4+-N
org. N
Ntot
NO3--N
NH4+-N
org. N
Zufluss Abfluss
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NitrifikationQzu
QR
QÜS
Qab
Systemgrenze
Q NH4+-N NO3
--N org. Nm3d-1 g N m-3 g N m-3 g N m-3
Zufluss 1000 15 0 5Abfluss ? 2 ? 1Überschussschlamm 25 2 ? 250