Abstract in Deutsch Die anaerobe Abwasserreinigung wird hauptsächlich eingesetzt, um den Hauptanteil der organischen Schmutzfracht aus Abwässern zu entfernen, wobei die Einleitergebühren gesenkt werden können. Im Vergleich mit der aeroben Abwasserbehandlung fällt weniger Überschuss-Schlamm an und zudem wird Energie, in der Form von Biogas, gewonnen. Jedoch weist die anaerobe Behandlung auch Nachteile auf, wie die schwierigere Handhabung und die sehr langen charakteristischen Zeiten. Insbesondere kann eine Überladung mit Nährstoffen zu einem Zusammenbruch des Systems führen. Ein Neuanfahren der Anlage dauert einige Wochen bis zu mehreren Monaten, was die Akzeptanz dieses Systems bei den Betreibern einschränkt. Dieses Problem kann jedoch gelöst werden, wenn intelligente Regelsysteme eingesetzt werden. Bisher wird noch relativ wenig Regelungstechnik in Abwasserreinigungsanlagen eingesetzt. Die Regelgrößen werden meist isoliert betrachtet, so werden zum Beispiel die Temperatur und der pH-Wert mit Hilfe eines lokalen Reglers konstant gehalten. Wenn die entsprechenden Meß- und Stellgrößen auf geeignete Weise verbunden werden, dann kann sowohl die Effektivität als auch die Stabilität von anaeroben Abwasserbehandlungsanlagen gesteigert werden. Obwohl solche Regelsysteme auch mit klassischer Regelungstechnik realisiert werden könnten, wäre der Aufwand auf Grund der großen Komplexität beträchtlich. Deshalb wurde Fuzzy-Logik (die klassische Fuzzy-Regelbasis nach Mamdani) sowohl für die Zustandserkennung als auch für die Regelung für die zweistufige anaerobe Abwasserreinigung eingesetzt. Ein zweistufiges Abwasserreinigungssystem wurde in der Weise modelliert und geregelt, daß der biologische Zustand in den Reaktoren abgeschätzt werden konnte. Darauf aufbauend wurden geeignete Stelleingriffe automatisch durchgeführt. Sogar sehr große Schwankungen in der Konzentration und der volumetrischen Belastung konnten damit erfolgreich gehandhabt werden. Ausserdem konnte die Auslauf-Konzentration relativ niedrig gehalten werden, ohne daß Größen wie der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) oder der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) gemessen worden wären. Konkret sollte die Technik an einer Anlage im Labormaßstab entwickelt und getestet werden. Da aber auf keine geeignete Anlage zugegriffen werden konnte, besonders in Bezug auf die Automation, wurde eine neue Anlage entwickelt und konstruiert. Für weitere Tests des Regelungssytems wurde ein dynamisches mathematisches Simulationsmodell verwendet. Dafür wurde ein exisitierendes Model für einen anaeroben Reaktor erweitert, um ein zweistufiges System mit Biofilm simulieren zu können. Alle relevanten Messgrößen, wie der pH-Wert, die Wasserstoff- und Methankonzentration, wie auch die Stellgrößen des Regelsystems (Durchflußraten, pH-Wert, Temperatur) wurden durch das neue Modell abgedeckt. Das Model wurde mittels einer Sensitivitätsanalyse und mit Hilfe von Daten aus Experimenten validiert. Die Sensitivitätsanalyse hebt die wichtigen Modell-Parameter hervor. Mit der Simulation, die mit der Fuzzy-Logik-Software verbunden wurde, konnten dynamische Simulationen durchgeführt werden, wobei die Führungsgrößen des Prozesses durch die Ausgangswerte der Fuzzy-Logik dynamisch festgelegt wurden. Daten von sowohl ungeregelten als auch von geregelten Versuchen konnten mit dem Modell zufriedenstellend simuliert werden. Ausserdem konnte die Ablaufqualität in der Simulation verbessert werden, indem einige Fuzzy-Sets geändert wurden. Bei der Simulation von verschiedenen Überlastungs-Szenarien konnte das System die Überlastungs-Zustände erkennen und geeignete Stellmaßnahmen durchführen.

Abstract in Deutsch Die anaerobe Abwasserreinigung wird hauptsächlich eingesetzt, um den Hauptanteil der organischen Schmutzfracht aus Abwässern zu entfernen, wobei die Einleitergebühren gesenkt werden können. Im Vergleich mit der aeroben Abwasserbehandlung fällt weniger Überschuss-Schlamm an und zudem wird Energie, in der Form von Biogas, gewonnen. Jedoch weist die anaerobe Behandlung auch Nachteile auf, wie die schwierigere Handhabung und die sehr langen charakteristischen Zeiten. Insbesondere kann eine Überladung mit Nährstoffen zu einem Zusammenbruch des Systems führen. Ein Neuanfahren der Anlage dauert einige Wochen bis zu mehreren Monaten, was die Akzeptanz dieses Systems bei den Betreibern einschränkt. Dieses Problem kann jedoch gelöst werden, wenn intelligente Regelsysteme eingesetzt werden. Bisher wird noch relativ wenig Regelungstechnik in Abwasserreinigungsanlagen eingesetzt. Die Regelgrößen werden meist isoliert betrachtet, so werden zum Beispiel die Temperatur und der pH-Wert mit Hilfe eines lokalen Reglers konstant gehalten. Wenn die entsprechenden Meß- und Stellgrößen auf geeignete Weise verbunden werden, dann kann sowohl die Effektivität als auch die Stabilität von anaeroben Abwasserbehandlungsanlagen gesteigert werden. Obwohl solche Regelsysteme auch mit klassischer Regelungstechnik realisiert werden könnten, wäre der Aufwand auf Grund der großen Komplexität beträchtlich. Deshalb wurde Fuzzy-Logik (die klassische Fuzzy-Regelbasis nach Mamdani) sowohl für die Zustandserkennung als auch für die Regelung für die zweistufige anaerobe Abwasserreinigung eingesetzt. Ein zweistufiges Abwasserreinigungssystem wurde in der Weise modelliert und geregelt, daß der biologische Zustand in den Reaktoren abgeschätzt werden konnte. Darauf aufbauend wurden geeignete Stelleingriffe automatisch durchgeführt. Sogar sehr große Schwankungen in der Konzentration und der volumetrischen Belastung konnten damit erfolgreich gehandhabt werden. Ausserdem konnte die Auslauf-Konzentration relativ niedrig gehalten werden, ohne daß Größen wie der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) oder der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) gemessen worden wären. Konkret sollte die Technik an einer Anlage im Labormaßstab entwickelt und getestet werden. Da aber auf keine geeignete Anlage zugegriffen werden konnte, besonders in Bezug auf die Automation, wurde eine neue Anlage entwickelt und konstruiert. Für weitere Tests des Regelungssytems wurde ein dynamisches mathematisches Simulationsmodell verwendet. Dafür wurde ein exisitierendes Model für einen anaeroben Reaktor erweitert, um ein zweistufiges System mit Biofilm simulieren zu können. Alle relevanten Messgrößen, wie der pH-Wert, die Wasserstoff- und Methankonzentration, wie auch die Stellgrößen des Regelsystems (Durchflußraten, pH-Wert, Temperatur) wurden durch das neue Modell abgedeckt. Das Model wurde mittels einer Sensitivitätsanalyse und mit Hilfe von Daten aus Experimenten validiert. Die Sensitivitätsanalyse hebt die wichtigen Modell-Parameter hervor. Mit der Simulation, die mit der Fuzzy-Logik-Software verbunden wurde, konnten dynamische Simulationen durchgeführt werden, wobei die Führungsgrößen des Prozesses durch die Ausgangswerte der Fuzzy-Logik dynamisch festgelegt wurden. Daten von sowohl ungeregelten als auch von geregelten Versuchen konnten mit dem Modell zufriedenstellend simuliert werden. Ausserdem konnte die Ablaufqualität in der Simulation verbessert werden, indem einige Fuzzy-Sets geändert wurden. Bei der Simulation von verschiedenen Überlastungs-Szenarien konnte das System die Überlastungs-Zustände erkennen und geeignete Stellmaßnahmen durchführen.