6 Stoffflussanalysen mit STAN (Cencic) - win.steiermark.at fileStoffflussanalysen mit STAN, Cencic 2 Die Stoffflussanalyse ÖWAV-Regelblatt 514 Klärschlamm Systemgrenze “Bünztal,

Oliver CencicInstitut für Wassergüte,

Ressourcenmanagement und AbfallwirtschaftTechnische Universität Wien

STOFFFLUSSANALYSEN mit STAN

WIN Fachinformationstag:Aktuelle Neuerungen zur Sammlung und Behandlung von Abfällen3. Mai 2007, Graz

Ein geeignetes Instrument zur Optimierung der innerbetrieblichen Abläufe in der Produktion/Dienstleistung und in der Abfallwirtschaft ?!

Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 2

Die Stoffflussanalyse

ÖWAV-Regelblatt 514

Klärschlamm

Systemgrenze “Bünztal, 1987”

Flüsse [t/a]Lager [t]

Σ Input = 340 Δ Lager ~1000 + 60 Σ Output = 280

Atmos-phäre

Wald-boden

Kultur-boden

Siedlungs-fläche

Fluss

ARA

Deponie

IndustrieKanali-sationHaushalt

0.59

1.6

0.57

150+0.53 240+0.98 30+0.17

0.44

0.25

0.06

0.6Wasser

0.14

0.67

600+60

>7Verbrauchsgüter

Autowracks

>330

0.15

0.88

0.46

0.27

>60

feste Abfälle5.6

>270

0.09

Filterstaubund Baustahl

Wasser2

Quelle: Brunner et al. 1994

Pb

ÖNORMS2096


Aufbau eines SFA-Systems (1)

Prozess 1Import 1 Fluss A

Prozess 2Export 2

Export 1 Import 2

Fluss B

Um

gebu

ng

Umgebung

Um

gebu

ng

Lager

Prozess

Systemgrenze (räumlich und zeitlich)

B

C

A

Was es nicht gibt:


Aufbau eines SFA-Systems (2)

Prozess 190 100

Prozess 260

70 50

80

100 + 10

Systemgrenze: „System XY, 2006“

Import 1

Import 2

Export 2

Export 1

Fluss A

Flüsse [t/a]

Lager [t]

Σ Import = 140 Σ Export = 130Σ Lager = 100 + 10

Fluss B

X…Lagerbestand zu Beginn der betrachteten PeriodedX…Lageränderung während der betrachteten Periode

Prozess

X + dX

Hinweis:


Gut vs. Stoff

Stoff 1

Stoff 2Restl. Stoffe

Güter

Stoffebene 1

Stoffebene 2

Güterebene

Ein Fluss trägt meistens den Namen des Gutes, das über ihn transportiert wird (z.B. Rohstoffe).

Der Zusammenhang zwischen Stoff- und Güterebene besteht über Stoffkonzentrationen.


Perioden

Periode 2

Periode 1

Periode 3

Die einzelnen Perioden sind über den Lagerstand und die Lageränderung von Prozessen verknüpft.


Arten von Gleichungen (1)

ProzessInput 1 Output 1

Input 2 Output 2Lager

Bilanz-Gleichung(Massenerhaltung):

Summe Inputs = Summe Outputs + Lageränderung

Prozess(kein Lager)Input 1

Output 1

Output 2

Transferkoeffizienten-Gleichung:

Output x = TKx * Summe Inputs


Arten von Gleichungen (2)

ProzessInput Output

Lager

Lager-Gleichung(Massenerhaltung):

Lager i+1 = Lager i + dLager ii…Periode

Konzentrations-Gleichung:

mStoff = mGut * cStoff

Gut

Stoff


C. F. Gauss (1777-1855)

( )∑=

−⋅−

=n

1i

2i xx

1n1s

Standardabweichung:

Normalverteilung

∑=

⋅=n

1iix

n1x

Mittelwert:


Normalverteilung (1)

DichtefunktionMW=100, STABW=20

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Werte

Dic

hte

95%

68%

1,96*σ

1*σ 1*σ

1,96*σ

μ

x


Ausgleichsrechnung (1)

Prozess(kein

Lager)

Import 1

200 ± 10 150 ± 10

Export 1

Import 2

100 ± 10 130 ± 10

Export 2

Summe Import ≠ Summe Export ! Summe Import = Summe Export !

Prozess(kein

Lager)

Import 1

195 ± 8,7 155 ± 8,7

Export 1

Import 2

95 ± 8,7 135 ± 8,7

Export 2

Bsp: Alle Flüsse haben gleiche Unsicherheit,1 Bilanzgleichung, 0 Unbekannte(= überbestimmtes Gleichungssystem Datenausgleich !)

Unsicherheiten werden verkleinert !



Prozess(kein

Lager)

Import 1

200 ± 0 150 ± 10

Export 1

Import 2

100 ± 5 130 ± 10

Export 2

Prozess(kein

Lager)

Import 1

200 ± 0 158,9 ± 7,5

Export 1

Import 2

97,8 ± 4,7 138,9 ± 7,5

Export 2

Bsp: Flüsse haben unterschiedliche Unsicherheit,1 Bilanzgleichung, 0 Unbekannte(= überbestimmtes Gleichungssystem Datenausgleich !)

Summe Import ≠ Summe Export ! Summe Import = Summe Export !

Werte mit größerer Unsicherheitwerden stärker ausgeglichen !



Prozess 1(kein

Lager)

Import 1100 ± 2 240 ± 5

Prozess 2(kein

Lager)50 ± 5

?

80 ± 8 20

Produkt Export 2

Export 1 Import 2

Rücklauf220 ? 210 ?



Prozess 1(kein

Lager)

Import 1100,4 ± 1,9 240 ± 5

Prozess 2(kein

Lager)47,3 ± 4,3

?

73,1 ± 4,5 20

Produkt Export 2

Export 1 Import 2

Rücklauf

Ausgleichsrechnung

+ FehlerfortpflanzungBerechnung

212,7212,7 ± 6,6


C. F. Gauss (1777-1855)

Fehlerfortpflanzung

...sxXYsx

XYsy 2

2

2

,...x,x2

21

2

,...x,x1

2

2121

+⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

≈

iii

21

sx,x mit eiltnormalvert X,...)X,X(fY =

Gauss´schesFehlerfortpflanzungsgesetz

(für unabhängige Zufallsvariablen !!!)


Download unter: www.iwa.tuwien.ac.at


Eigenschaften (1)

Einfach durchführbare Modellierung und Simulation von Stoffflusssystemen

Dateneingabe unter Berücksichtigung von Einheit und Unsicherheit (Massenflüsse, Konzentrationen, Lagerbestände, Transferkoeffizienten)

Anonymisierung von Daten

Darstellung von Flüssen in Sankey-Form

Mögliche Betrachtung mehrerer Perioden und Ebenen (Gut, Stoffe, Energie)

Erstellung von Subsystemen


Eigenschaften (2)

Ausgleichsrechnung

Berechnung unbekannter Größen

Fehlerfortpflanzung

Statistische Tests zum Auffinden von Datenfehlern

Datenimport und -export (z.B. über Microsoft Excel)

Erhältlich in Deutsch und Englisch

Freeware!!!


Oberfläche


Ebenen und Perioden


Einheiten

Eingabe


Datenimport/-export

STAN

Microsoft Excel


Berechnung


Optionen


Beispiel 1: Produzierender Betrieb - Ausgangslage


Variante 1: Gemeinsame Abfallsammlung (Subsystem)


Variante 1: Gemeinsame Abfallsammlung (Hauptsystem)


Variante 2: Gem. Abfallsammlung + Sortierung (Subsystem)


Variante 3: Getrennte Abfallsammlung (Subsystem)


Beispiel 2: Bleiflüsse für Variante 2 (Hauptsystem)


Beispiel 2-2: Bleiflüsse für Variante 2 (Subsystem)


Beispiel 3: Entsorgungsfachbetrieb (EFB)


Beispiel 4: EFB detailliert


Beispiel 5: STAN Musterbeispiel


Beispiel 6: ÖNORM S 2096


Beispiel 7: Voestalpine (S-Bilanz)

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