Im Rahmen dieser Dissertation wird der Sauerstoffeintrag von Belüftungssystemen im Belebtschlammverfahren von Abwasserbehandlungsanlagen (ABA) untersucht. Dabei wird die ex situ Abluftmessung und deren Messunsicherheit bei der Bestimmung des α-Wertes betrachtet. Mit ex situ Abluftmessungen im halbtechnischen Maßstab wurden Schwankungen des α-Wertes im Betrieb konventioneller und zweistufiger Abwasserbehandlungsanlagen aufgezeichnet. Die datengetriebene Vorhersage des Sauerstoffeintrags basierend auf Modellen des überwachten maschinellen Lernens wird aufgezeigt. Die wesentlichen Ergebnisse der kumulativen Dissertation und der drei Publikationen (P1-P3) sind wie folgt:

- In ASCE 18-18 wird die ex situ Abluftmethode als Alternative zu in situ Messungen mit Ablufthauben auf der Oberfläche von Belebungsbecken beschrieben. In P1 wurde aufgezeigt, dass Messergebnisse von ex situ und in situ Abluftmessungen nicht vergleichbar sind, da die Schlammzufuhr in eine externe Blasensäule den Sauerstoffeintrag, und damit den α-Wert, systematisch erhöhte. Dennoch bietet die ex situ Abluftmethode Vorteile für Pilotierungs- und Forschungszwecken, da diese flexibler betrieben werden kann als in situ Ablufthauben.

- Ein Direktvergleich von ex situ Abluftmessungen in P1 zeigte, dass α-Werte mit einer relativen Standardabweichung von etwa ± 2,8 % gemessen werden konnten. Diese Abweichung ist deutlich geringer als bisher bekannte Abweichungen zwischen ± 5 und 15 %. Anhand einer Sensitivitätsanalyse konnte die Messung der Sauerstoffkonzentration in der Abluft als wichtigste Einflussgröße für zuverlässige Abluftmessungen identifiziert werden. Diese war wesentlich entscheidender als die Messung der Gelöst-Sauerstoffkonzentration und des Luftvolumenstroms.

- In zweistufigen Belebungsbecken sind α-Werte in der zweiten Stufe höher, da in der Hochlaststufe Abwasserinhaltsstoffe, z.B. Tenside und TOC, teilweise entfernt werden, die den Sauerstoffeintrag hemmen. In P2 wurden α-Werte für Lastfälle bestimmt, darunter 0,45 für αmittel und 0,33/0,54 für αmin/αmax in der Hochlaststufe sowie 0,80 für αmittel und 0,69/0,91 für αmin/αmax in der zweiten Stufe. α-Werte im Belebungsbecken wären tendenziell niedriger, da diese Werte mit ex situ Abluftmessungen erhoben wurden.

- Der α0-Wert wurde in P3 eingeführt, um den Sauerstoffeintrag in Belebtschlamm aus belüfteten und unbelüfteten Beckenzonen zu untersuchen. Der Parameter berücksichtigt den Unterschied zwischen in situ und ex situ Sauerstoffkonzentration unter stationären und instationären Bedingungen. In einer konventionellen Belebungsanlage konnte ein Anstieg des α0-Wertes entlang der Beckenlänge einer vorgeschalteten anoxischen Beckenzone beobachtet werden. Dies weist auf einen Abbau und/oder eine Adsorption von Abwasserinhaltsstoffen hin, die den Sauerstoffeintrag hemmen.

- Der α0-Wert konnte mit Random Forest Modellen für verschiedene Belebtschlamm-Stufen mit einem RMSE (root-mean-square error) zwischen 0,024 und 0,033 (R2 zwischen 0,84 und 0,92) vorhergesagt werden. Die Modelle wurden mit 17 Vorhersagevariablen aus Betriebsdaten der ABA trainiert. Der datengetriebene Ansatz kann mögliche Interaktionen zwischen Einflüssen auf den Sauerstoffeintrag berücksichtigen. Allerdings können Modelle im Allgemeinen keine zuverlässige Vorhersage für neue Bedingungen treffen, die nicht Bestandteil des Trainings-Datensatzes waren.