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Ziel der Dissertation ist es, mikrobiologische, biophysikalische, optische und fluidmechanische Ansätze von einem theoretischen Standpunkt derart zu vereinen, dass für den betreffenden Anwendungsfall mit einem durchgängigen Rechengang der optimale UV-Reaktor dimensioniert werden kann. Ein solches die Einzeldisziplinen verbindendes Modell erhält die Bezeichnung Gekoppeltes Fluidmechanisches Modell (GFM) bzw. wenn weitere Gesichtspunkte eine Rolle spielen Gekoppelte Fluidmechanische Modelle. Dieses Ziel wurde durch die Formulierung und die Aufstellung der entsprechenden Gleichungssysteme erreicht. Für diesen Zweck wurden aufbauend auf dem Erkenntnisstand der Einzeldisziplinen die adäquaten Ergebnisse und Modellansätze ausgewählt und mathematisch erprobt. Eine repräsentative Auswahl der derzeit in der Bundesrepublik Deutschland seitens der Industrie verwendeten UV-Reaktorkonstruktionen wurden untersucht und bewertet. Die im Rahmen der Arbeit entwickelten Gekoppelten Fluidmechanische Modelle (GFM) wurden unter dem Aspekt eines theoretischen Modellreaktors und einer konkreten technischen Anwendung (Praxisreaktor) sowie deren Erweiterung durch die Variation eines Konstruktionsparameters, in numerische Berechnungen getestet. Vorliegende meßtechnische in der Praxis des Betriebs von Schwimmbädern gewonnene Ergebnisse dienten als experimenteller Hintergrund. Der Inhalt der Arbeit ist derart aufbereitet, dass die Ansätze und Verfahrensvorschläge für die Einbindung in ein existierendes CFD-software-Paket geeignet sind oder in einer kombinierten Form genutzt und angewendet werden können (spread-sheet-Lösung). Während der Analyse wurde eine Klassifizierungsmethode entwickelt, die sich auf den technischen Details der Reaktorkonstruktionen und auf den in diesen verwendeten Plasma - Strahlungsquellen gründet.

Biologische Kleinkläranlagen finden dort ihren Einsatz, wo eine zentrale Abwasserreinigung nicht wirtschaftlich ist. Auf dem Prüffeld im Rahmen der bauaufsichtlichen Zulassung erreichen die Anlagen deutlich geringere Ablaufwerte als in der Praxis. Die Ursachen für die höheren Ablaufwerte liegen in den vielfältigen Einflussfaktoren auf die Funktionstüchtigkeit einer Kleinkläranlage. In einer Auswertung von über 11.000 Datensätzen wurden die wichtigsten Faktoren, wie zum Beispiel Zulauf- und Ablaufqualität/–quantität, Wartungshäufigkeit, technisch/technologische, betreiberbedingte oder Witterungsfaktoren, auf ihren Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Kleinkläranlagen bewertet. Die Bestimmung der Funktionstüchtigkeit der Kleinkläranlagen bei der Wartung wird mit der Überprüfung betriebsrelevanter Bedingungen und Parameter sowie der Messung der Ablaufkonzentrationen erleichtert. Die chemische Bestimmung der Ablaufqualität ist vor Ort jedoch aufwendig und daher nicht praktikabel. Zudem sind Kleinkläranlagen überwachungsintensiv. Anlagenausfälle werden aufgrund geringer Wartungshäufigkeiten und mangelhafter Eigenüberwachung durch den Betreiber nicht kurzfristig erkannt und behoben. Daher wurden einfache physikalische Messmethoden, wie die Messung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff, der Trübung, der Redoxspannung sowie des spektralen Absorptionskoeffizienten SAK254, auf ihre Eignung als Ersatzparameter für den CSB, BSB5 sowie NH4-N im Ablauf einer Kleinkläranlage untersucht. Die Bewertung erfolgte im Rahmen von Einzel- wie auch Online-Messungen. Auf der Grundlage der analysierten Zusammenhänge konnten praktikable Konzepte zur Vorgehensweise der Ablaufkontrolle vor Ort einerseits und zur Online-Betriebskontrolle andererseits aufgezeigt werden. Wichtige Wartungsmaßnahmen und Lösungsvorschläge für Problembereiche wurden aus den Erfahrungen des Betriebs von Kleinkläranlagen heraus zusammengestellt, um den Einsatz von Kleinkläranlagen zuverlässiger zu gestalten.