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ADM1da — Modell-Übersicht

Das mechanistische Prozessmodell hinter diesem Repo ist ADM1da (Schlattmann 2011), eine landwirtschaftliche Biogas-Erweiterung des klassischen Anaerobic Digestion Model No. 1 (Batstone et al. 2002), implementiert in PyADM1ODE.

Zustandsvektor — 41 Komponenten

Indizes wie in pyadm1/core/adm1.py:

Gelöst (0–11)

Idx Symbol Bedeutung Einheit
0 S_su Monosaccharide kg COD/m³
1 S_aa Aminosäuren kg COD/m³
2 S_fa Langkettige Fettsäuren kg COD/m³
3 S_va Valerat (gesamt) kg COD/m³
4 S_bu Butyrat (gesamt) kg COD/m³
5 S_pro Propionat (gesamt) kg COD/m³
6 S_ac Acetat (gesamt) kg COD/m³
7 S_h2 Gelöster Wasserstoff kg COD/m³
8 S_ch4 Gelöstes Methan kg COD/m³
9 S_co2 Anorganischer Kohlenstoff (S_IC) kmol C/m³
10 S_nh4 Anorganischer Stickstoff (S_IN) kmol N/m³
11 S_I Löslicher Inert kg COD/m³

Partikuläre Sub-Fraktionen (12–21)

Idx Symbol Bedeutung
12 X_PS_ch Langsam disintegrierende Kohlenhydrate
13 X_PS_pr Langsam disintegrierende Proteine
14 X_PS_li Langsam disintegrierende Lipide
15 X_PF_ch Schnell disintegrierende Kohlenhydrate
16 X_PF_pr Schnell disintegrierende Proteine
17 X_PF_li Schnell disintegrierende Lipide
18 X_S_ch Hydrolysierbare Kohlenhydrate
19 X_S_pr Hydrolysierbare Proteine
20 X_S_li Hydrolysierbare Lipide
21 X_I Partikulärer Inert

Biomasse (22–28)

Idx Symbol Bedeutung
22 X_su Zucker-Abbauer
23 X_aa Aminosäure-Abbauer
24 X_fa LCFA-Abbauer
25 X_c4 Valerat/Butyrat-Abbauer
26 X_pro Propionat-Abbauer
27 X_ac Acetoclasten (Methanogene)
28 X_h2 Hydrogenotrophe Methanogene

Ladungsbilanz (29–36)

Idx Symbol Bedeutung
29 S_cation Kationen
30 S_anion Anionen
31 S_va_ion Valerat-Ion
32 S_bu_ion Butyrat-Ion
33 S_pro_ion Propionat-Ion
34 S_ac_ion Acetat-Ion
35 S_hco3_ion Bikarbonat
36 S_nh3 Freier Ammoniak

Gasphase (37–40)

Idx Symbol Bedeutung
37 p_gas_h2 H₂-Partialdruck (bar)
38 p_gas_ch4 CH₄-Partialdruck (bar)
39 p_gas_co2 CO₂-Partialdruck (bar)
40 pTOTAL Gesamter Gasdruck (bar)

Wichtigste Erweiterungen gegenüber Standard-ADM1

  1. Zwei-Pool-Disintegration — X_xc wird durch X_PS (slow, k=0.04 d⁻¹) und
    X_PF (fast, k=0.4 d⁻¹) ersetzt, jeweils in ch/pr/li gesplittet.
  2. Explizite hydrolysierbare Pools X_S_ch/pr/li (Indices 18–20).
  3. Temperatur-korrigierte Kinetik via Arrhenius-θ pro Organismengruppe.
  4. Modifizierte Inhibition — quadratisch/kubisch pH-Inhibition,
    freie-Säure-Inhibition (KIHPRO, KIHAC), Acetat-Kompetition.
  5. Verdoppelte Decay-Rate k_dec_ac = 0.04 d⁻¹ (klassisch 0.02).

Eingebaute abgeleitete Größen

Das ADM1-Objekt in pyadm1 stellt direkt nutzbare Observables bereit, die als Extraktoren im ObservationModel verwendet werden können:

Methode Zurückgegeben
Q_GAS(), Q_CH4(), Q_CO2() Gas-Volumenströme
P_GAS() Partialdrücke
pH_l() Berechneter pH
VFA(), TAC() Gewichtete VFA-Summe, Pufferkapazität
FOSTAC(), AcvsPro() Frühwarn-Verhältnisse

Quellen

  • Schlattmann, M. (2011). Agrar-erweitertes ADM1.
  • Batstone, D. J. et al. (2002). The IWA Anaerobic Digestion Model No 1.
    Water Science and Technology 45(10):65–73.
  • Weinrich, S. & Nelles, M. (2021). Systematic simplification of the ADM1.
    Bioresource Technology 333:125124.