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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erfassung einer
Schadstoffbelastung im Belebtschlamm aus dem Ablauf der Belebung
einer Kläranlage,
die insbesondere eine biologische oder eine chemisch/biologische
Klärung
mit umfasst.
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Gattungsgemäße Vorrichtungen
werden in vielen biologischen Kläranlagen
eingesetzt, um beispielsweise die Belastung des Belebtschlamms aus dem
Ablauf der biologischen Klärung
der Kläranlage, der
so genannten „Belebung", beispielsweise
mit Nitrat, dessen Abbauprodukt Ammonium oder Phosphat zu erfassen.
Eine zu hohe Belastung des Belebtschlamms mit den genannten Schadstoffen
ist zu vermeiden, da beispielsweise innerhalb der EU strenge Grenzwerte
einzuhalten sind, deren Überschreitung
mit hohen Busgeldern geahndet wird. Eine gewisse Belastung des Belebtschlamms
mit den genannten Schadstoffen ist jedoch unvermeidlich, sie kann
darüber
hinaus auch ohne schädigende Wirkung
für die
Umwelt in Kauf genommen werden. Entsprechend ist die Belastung des
Belebtschlamms mit den genannten Schadstoffen eine wesentliche Regelgröße für die Steuerung
einer biologischen Kläranlage.
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In
einer biologischen Kläranlage
fällt an
verschiedenen Stellen Prozesswasser an, welches in der Regel eine
hohe Schadstoffbelastung aufweist. Beispiele hierfür sind die
im Bereich des Faulturms angeordneten Vor- und Nacheindicker, in
de nen in Sedimentierprozessen Schwebstoffe aus dem zu behandelnden
Abwasser ausgefällt
werden und ein verhältnismäßig klares,
aber höher
schadstoffbelastetes Prozesswasser zurückbleibt. Ebenso fällt bei
der Trocknung des Faulschlamms aus dem Faulturm Prozesswasser, so
genanntes Presswasser an. Das anfallende Prozesswasser wird in einem
Prozesswassersammler gesammelt und aus diesem dosiert in eine frühe Klärstufe der
biologischen Klärung
zurückgeführt.
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Eine
intelligente Kläranlagensteuerung
erfasst nun die Schadstoffbelastung des Belebtschlamms im Zulauf
des Nachklärbeckens
und steuert in Abhängigkeit
der erfassten Schadstoffbelastung die Menge des in eine vorgelagerte
Klärstufe, die
insbesondere im Bereich der biologischen Abwasserbehandlung angesiedelt
sein kann, zurückgeführten Prozesswassers.
Hierzu wird aus dem Ablauf der Biologischen Klärung, d.h. dem Zulauf des Klärbeckens
kontinuierlich Belebtschlamm, welcher im Folgenden als Permeat bezeichnet
wird, abgezogen und auf seinen Schadstoffgehalt analysiert. Der
erfasste Schadstoffgehalt wird dann von der Kläranlagensteuerung für die Bemessung
des zurückgeführten Prozesswassers
herangezogen.
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Die
parallele Messung des Nitrat- und des Ammoniumgehalts am Ablauf
der biologischen Klärung
erlaubt weiterhin die Steuerung der Sauerstoffzugabe im Nachklärbecken,
da über
die Sauerstoffzugabe der Abbau des Nitrats zu Ammonium reguliert
wird.
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Übliche Vorrichtungen
zur Erfassung des Schadstoffgehalts im aus dem Zulauf zum Nachklärbecken
abgezogenen Belebtschlamm arbeiten beispielsweise mittels einer
Kombination aus nasschemischen Nachweisreaktionen der nachzuweisenden Schadstoffe
und einer nachfolgenden optischen Absorptionsmessung. Im praktischen
Einsatz haben sich beispielsweise die Prozessphotometer der Firma
Dr. Bruno Lange GmbH & Co.
KG, Düsseldorf, Deutschland,
bewährt,
welche unter der Bezeichnung Amtax® vertrieben
werden. Dieses Prozessfotometer eignet sich insbesondere zur Bestimmung
von H4 + Ionen in
wässrigen
Lösungen
(Ammonium-Ionen). Im genannten Prozessphotometer wird das mittels
einer vorgeschalteten Filterstufe weitgehend von Feststoffen befreite
Belebtschlamm mit geeigneten Reagenzien versetzt, die bei Vorhandensein
der nachzuweisenden Schadstoffe eine quantitativ erfassbare Einfärbung des
analysierten Be lebtschlamms verursachen. Nach erfolgter nasschemischer
Nachweisreaktion wird das zu analysierende Belebtschlamm einem Messvolumen
zugeführt,
in welchem die Schadstoffkonzentration mittels einer optischen Absorptionsmessung
bestimmt wird.
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Treten
keine Störungen
in der Zuführung
des zu analysierenden Belebtschlamms zum Messvolumen der Vorrichtung
zur Erfassung der Schadstoffbelastung im Belebtschlamm auf, so kann
bei der Steuerung der Kläranlage
eine sehr hohe Präzision
erzielt werden. Auf diese Weise kann die Einhaltung der gesetzlichen
Grenzwerte für
die Schadstoffbelastung des Belebtschlamms stets sichergestellt
werden.
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Problematisch
an den aus dem Stand der Technik vorbekannten Vorrichtungen ist
jedoch, dass eine Unterbrechung der Permeatzufuhr zur nasschemisch
arbeitenden Vorrichtung zur Erfassung der Schadstoffbelastung fatale
Konsequenzen für
die Steuerung der gesamten Kläranlage
hat. Darüber
hinaus wird dieser Fehlerzustand nicht ohne weiteres von der Kläranlagensteuerung
als Fehlerzustand erkannt. Unterbleibt nämlich die Permeatzufuhr zum Messvolumen
der nasschemisch arbeitenden Vorrichtung zur Erfassung der Schadstoffbelastung,
so unterbleibt naturgemäß auch die
Nachweisreaktion, so dass optische Nachweismessung im Messvolumen
anzeigt, dass das aus dem Nachklärbecken
abgezogene Belebtschlamm vollständig
frei von den nachzuweisenden Schadstoffen ist. Dies hat ohne weitere
Sicherungsmaßnahmen
in der Kläranlagensteuerung
unmittelbar zur Folge, dass die Rückführung von hoch schadstoffbelastetem
Prozesswasser zu einer frühen
Klärstufe
der biologischen Abwasserbehandlung deutlich erhöht wird, was mit einer gewissen
zeitlichen Verzögerung
zu einer deutlichen Erhöhung
der Schadstoffbelastung im Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken
führt.
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Dieser
Effekt tritt bei Vorliegen einer Störung in der Permeatzufuhr zum
Messvolumen der Analysevorrichtung stets auf, ganz unabhängig vom
Belastungsgrad des Belebtschlamms im Nachklärbecken. Liegt somit eine Störung in
der Permeatzuführung zum
Messvolumen der Analysevorrichtung vor, so kann dies unmittelbar
ein drastisches Überschreiten der
zulässigen
Grenzwerte für
die Schadstoffbelastung im Belebtschlamm haben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Erfassung einer Schadstoffbelastung im Belebtschlamm zum Zulauf
zum Nachklärbecken
einer biologischen Kläranlage
so weiterzubilden, dass die vorstehend beschriebene Fehlfunktion
bei der Erfassung der Schadstoffbelastung sicher vermieden werden
kann.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erfassung einer Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer biologischen
Kläranlage,
welches sich im Ablauf der biologischen Klärung und damit im Zulauf zum
Nachklärbecken
befindet, umfasst eine Permeatentnahmevorrichtung mit einer Pumpe,
mittels der Permeat zu Analysezwecken aus dem Zulauf zum Nachklärbecken
abgezogen wird. Dieses Permeat wird einer Permeatanalyseeinrichtung
zugeführt,
die ein Messvolumen ausbildet. Die Permeatanalyseeinrichtung ist
dazu eingerichtet, den Gehalt von Ammonium, Phosphat und/oder Nitrat
im analysierten Permeat zu erfassen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst nun weiterhin eine Permeatüberwachungsvorrichtung, die
dazu eingerichtet ist, die kontinuierliche Zufuhr von Permeat zum
Messvolumen der Permeatanalyseeinrichtung zu überwachen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Permeatüberwachungsvorrichtung
ein Permeatvorratsvolumen aus, welchem mittels der Permeatförderpumpe
Permeat zugeführt
wird. Weiterhin ist die Permeatüberwachungsvorrichtung
dazu eingerichtet, den Füllstand
des Permeats im Permeatvorratsvolumen zu erfassen.
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Weiterhin
kann in der Permeatanalyseeinrichtung eine vorzugsweise kontinuierlich
betriebene Analysepumpe vorgesehen werden, die dazu eingerichtet
ist, dem in der Permeatanalyseeinrichtung ausgebildeten Messvolumen
Permeat aus dem Permeatvorratsvolumen der Permeatüberwachungsvorrichtung
zuzuführen.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn die Permeatförderpumpe hingegen im Intervallbetrieb betrieben
wird. Das Permeatvorratsvolumen weist einen Zulauf für die Zufuhr
von Permeat mittels der Pumpe, einem Überlauf zur Ableitung überschüssigen Permeats
aus dem Permeatvorratsvolumen und einen Permeatabzug auf, wobei über den
Permeatabzug über
einen weiten Füllstandsbereich
im Permeatvorratsvolumen mittels der Analysepumpe kontinuierlich
Permeat aus dem Permeatvorratsvolumen abgezogen und dem Messvolumen
der Permeatanalyseeinrichtung zugeführt werden kann. Als besonders
geeignet hat sich die Verwendung einer Schlauchpumpe als Permeatförderpumpe
für die Permeatentnahmevorrichtung
erwiesen, da diese sehr gut im Intervallbetrieb betrieben werden
können. Aber
auch die Analysepumpe kann vorteilhaft als Schlauchpumpe ausgebildet
sein, da die Analysepumpe nur eine geringe Förderleistung bei gleichzeitig
hoher Standzeit aufweisen muss.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung wird dem Permeatvorratsvolumen
mittels der im Intervall betriebenen Permeatförderpumpe intermittierend Permeat
zugeführt,
was zu einer Erhöhung des
Permeatfüllstands
im Permeatvorratsvolumen führt.
Erreicht der Füllstand
des Permeats das Niveau des Überlaufs,
so wird überschüssiges Permeat über den Überlauf
abgeleitet.
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Die
Permeatüberwachungsvorrichtung
ist dann dazu eingerichtet, den Füllstand von Permeat im Permeatvorratsvolumen
zu erfassen und vorteilhaft die Permeatförderpumpe so anzusteuern, dass ein
Absinken des Permeatpegels im Permeatvorratsvolumen zumindest unterhalb
des Niveaus des Permeatabzugs vermieden wird. Hierzu wird in der
Permeatüberwachungsvorrichtung
ein geeigneter Füllstandsensor
vorgesehen, der beispielsweise basierend auf einer elektrischen
Leitfähigkeitsmessung oder
auf einer elektrischen Kapazitätsmessung
den Füllstand
des Permeats im Permeatvorratsvolumen erfasst. Unterschreitet dieser
Füllstand
eine voreingestellte Schwelle L1, so wird die der Permeatförderpumpe
angesteuert, um dem Permeatvorratsvolumen neues Permeat aus dem
Zulauf zum Nachklärbecken
der Kläranlage
zuzuführen,
bis die Permeatförderpumpe
z.B. zeitgesteuert wieder abgeschaltet wird. Der Füllstand
des Permeats im Permeatvorratsvolumen schwankt daher periodisch
zwischen einem maximalen Füllstand,
der beispielsweise durch die zeitgesteuerte Laufzeit der Permeatförderpumpe oder
durch das Niveau des Überlaufs
gegeben sein kann, und einem minimalen Füllstand, bei dessen Erreichen
die Permeatüberwachungsvorrichtung
die Permeatförderpumpe
ansteuert, so dass dem Permeatvorratsvolumen erneut Per meat zugeführt wird, so
dass sich der Füllstand
wieder bis zum maximalen Niveau erhöht.
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Gleichzeitig
wird dem Permeatvorratsvolumen von der Analysepumpe über den
Permeatabzug kontinuierlich Permeat entzogen, welches dann einem
nasschemischen Reaktor und nachfolgend einer beispielsweise auf
einer optischen Absorptionsmessung basierenden Nachweiseinrichtung,
die in die Permeatanalyseeinrichtung integriert sind, zugeführt wird.
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Vorteilhaft
ist die Permeatüberwachungsvorrichtung
dazu eingerichtet, bei Unterschreiten eines ersten Füllstands
L1 von Permeat im Permeatvorratsvolumen die Permeatförderpumpe
anzusteuern, d.h. im einfachsten Fall einzuschalten.
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Bei
Unterschreiten eines voreingestellten zweiten Permeatfüllstands
L2 im Permeatvorratsvolumen, der unter dem voreingestellten ersten
Füllstand
L1 liegt, wird dann von der Permeatüberwachungsvorrichtung ein
Fehlersignal generiert, welches an die Kläranlagensteuerung übergeben
wird und beispielsweise Auslöser
für eine
Alarmmeldung an das technische Überwachungspersonal
der Kläranlage
sein kann. Auch kann auf den Ausfall der Permeatanalyse reagiert
werden, indem vorläufig
auf eine Zurückführung von
schadstoffbelastetem Prozesswasser zu einer vorgelagerten biologischen Klärstufe verzichtet
wird. Auf diese Weise braucht der Betrieb der Kläranlage nicht unterbrochen
zu werden, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, dass die Schadstoffbelastung
im Belebtschlamm die gesetzlichen Grenzwerte nicht überschreitet.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Permeatüberwachungsvorrichtung
dazu eingerichtet, erst dann ein Fehlersignal für die Kläranlagensteuerung zu generieren,
wenn der Füllstand
von Permeat im Permeatvorratsvolumen länger als eine voreingestellte
Toleranzzeit TToleranz unter den voreingestellten
zweiten Grenzwert L2 absinkt. Auf diese Weise können kurzfristige Unregelmäßigkeiten
in der Permeatzufuhr zum Permeatvorratsvolumen aufgefangen werden,
ohne dass eine negative Beeinflussung des Betriebs der gesamten
Kläranlage
auftritt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung
einer Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer Kläranlage,
insbesonde re einer biologischen Kläranlage, welches sich im Zulauf
zum Nachklärbecken
befindet, ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden
Ausführungsbeispielen,
die anhand der Zeichnung näher
erläutert
werden. In dieser zeigen:
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1:
eine Schnittansicht einer schematischen Darstellung des Nachklärbeckens,
die sich im Ablauf der Belebung einer biologischen Kläranlage befindet,
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2:
eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten
erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit ihren wesentlichen Funktionselementen,
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3:
das Permeatvorratsvolumen einer Permeatüberwachungsvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform,
und
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4:
das Permeatvorratsvolumen einer Permeatüberwachungsvorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform.
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1 zeigt
eine seitliche Schnittansicht der Belebung einer biologischen Kläranlage 1 in
einer schematischen Darstellung. Die Belebung, welche beispielsweise
als teilweise in der Erde versenktes Betonbecken ausgeführt sein
kann, wird über
eine Speiseleitung 140 mit bereits in mehreren Klärstufen mechanisch
und biologisch aufbereitetem Abwasser beschickt.
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In
der Belebung erfolgt nun eine Endreinigung durch eine Sauerstoffanreicherung über den Belüfter 120,
bevor das mit Sauerstoff angereicherte geklärte ehemalige Abwasser als
Belebtschlamm über
die Belebtschlammleitung 130 dem Nachklärbecken zur Abtrennung der
noch enthaltenen Feststoffe mittels Sedimentation und schließlich über eine
letzte Filtrationsstufe als biologisch unbedenkliches Rückspülwasser über eine
dem natürlichen
Wasserkreislauf wieder zugeführt
wird.
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In 1 ist
weiterhin eine Prozesswasserrückführleitung 80 dargestellt, über die
in einem Prozesswassersammler 86 gesammeltes hoch belastetes
Prozesswasser dosiert in vorgelagerte Klärstufen insbesondere der biologischen
Klärung zurückgeführt werden
kann. Prozesswasser fällt
beispielsweise an im Voreindicker sowie im Nacheindicker, welche
beide im Bereich des Faulturms angeordnet sind, sowie im Bereich
der Faulschlammbehandlung. Die Menge des zugeführten Prozesswassers wird dabei von
der Steuerung einer in der Prozesswasserrückführleitung 80 angeordneten
Prozesswasserförderpumpe 82 sowie
eines ebendort angeordneten Prozesswasserventils 84 bestimmt.
Sowohl die Prozesswasserförderpumpe 82 als
auch das Prozesswassersteuerventil 84 werden von einer
zentralen Steuerung 100 der Kläranlage 1 angesteuert.
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Die
zentrale Steuerung 100 der Kläranlage 1 basiert
nun u.a. auf dem Schadstoffgehalt im Belebtschlamm, welcher sich
im Ablauf der Belebung 2 und damit im Zulauf zum Nachklärbecken 2 befindet.
Um diesen Schadstoffgehalt bestimmen zu können, wird über eine Permeatförderleitung 40,
deren erstes Ende im Ablauf der Belebung 2 angeordnet ist,
Belebtschlamm entnommen und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung
der Schadstoffbelastung im Belebtschlamm der biologischen Kläranlage zugeführt. Die
Permeatförderleitung 40 ist
mit ihren zweiten Ende 42 mit einer Permeatentnahmevorrichtung 20 verbunden,
deren Aufbau im Folgenden noch genauer beschrieben wird. Die Permeatentnahmevorrichtung 20 umfasst
u.a. ein Permeatvorratsvolumen 62, welchem mittels einer
Permeatförderpumpe 30 (die
beispielsweise als Schlauchpumpe ausgebildet sein kann und die bevorzugt
im Intervallbetrieb betrieben wird) in regelmäßigen Abständen Permeat über die
Permeatförderleitung 40 zugeführt wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erfassung der Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer biologischen
Kläranlage 10 umfasst
weiterhin eine Permeatanalyseeinrichtung 50, in der mittels
eines Permeatanalysators 51 (nicht gezeigt) mittels eines
geeigneten Nachweisverfahrens die Schadstoffkonzentration im Belebtschlamm,
welcher sich im Ablauf der Belebung 2 befindet, bestimmt
wird. Hierzu wird im Permeatvorratsvolumen 62 der Permeatentnahmevorrichtung 20 gespeichertes
Permeat mittels einer Analysepumpe 54, die Teil der Permeatanalyseeinrichtung 50 ist,
einem Analysevolumen 52 zugeführt. Der Permeatanalysator 51 dient
dann dazu, die Schadstoffkonzentration in dem im Analysevolumen 52 befindlichen
Permeats zu bestimmen.
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Hierzu
wurde im einleitenden Teil bereits ausführlich beschrieben, dass sich
als Nachweisverfahren kombinierte nasschemische Indikatorreaktionen
kombiniert mit quantitativen optischen Absorptionsmessungen besonders
bewährt
haben.
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Die
Permeatanalyseeinrichtung 50 wertet die vom Permeatanalysator 51 übermittelten
Messwerte aus und bestimmt aus ihnen vorzugsweise den absoluten
Gehalt an nachzuweisenden Schadstoffen, wie beispielsweise Ammonium,
Nitrat oder Phosphat.
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Die
Permeatanalyseeinrichtung 50 übermittelt dann die gemessenen
Schadstoffkonzentrationen an die zentrale Steuerung 100 der
Kläranlage 1, die
auf Basis der erfassten Schadstoffkonzentrationen die Dosierung
des der vorgelagerten Klärstufe zugeführten Prozesswassers
durch geeignete Ansteuerung des Prozesswassersteuerventils 84 sowie der
Prozesswasserförderpumpe 82 realisiert.
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2 zeigt
nun schematisch wesentliche Funktionsgruppen der in einem gemeinsamen
Gehäuse
zusammengefassten Permeatentnahmevorrichtung 20, der Permeatanalyseeinrichtung 50 sowie der
erfindungsgemäß vorgesehenen
Permeatüberwachungsvorrichtung 60.
Die Permeatentnahmevorrichtung 20 umfasst eine Permeatförderpumpe 30, die über die
Permeatförderleitung 40 Permeat
aus dem Zulauf des Nachklärbeckens 2 der
Kläranlage 1 abzieht.
Das von der Permeatförderpumpe 30 im
Intervallbetrieb geförderte
Permeat wird dann einem Permeatvorratsvolumen 62 zugeführt. Dieses
Permeatvorratsvolumen 62 weist ein Permeatzulauf 64, einen
Permeatabzug 66 sowie einen Permeatüberlauf 68 auf, wie
beispielsweise den 3 und 4 im Detail
entnommen werden kann. Der Permeatüberlauf 68 dient dazu,
bei Überschreiten
eines maximalen Füllstands
im Permeatvorratsvolumen 62 überschüssiges Permeat, welches von
der Permeatförderpumpe 30 dem
Permeatvorratsvolumen 62 zugeführt wird, abzuleiten. Über den
Permeatabzug 66 wird dem Permeatvorratsvolumen 62 Permeat
entnommen und der Permeatanalyseeinrichtung 50 zugeführt. Die
Permeatanalyseeinrichtung 50 umfasst hierzu eine Analysepumpe 54,
mittels der im Permeatvorratsvolumen 62 gespeichertes Permeat
abgezogen und einem Analysevolumen 52, welches in der Permeatanalyseeinrichtung 50 vorgesehen
ist, zugeführt
wird. Insbesondere kann das dem Analysevolumen 52 zugeführte Permeat
vor seinem Eintritt in das Analysevolumen 52 einer nasschemischen
Nachweisreakti on zugeführt
werden, in der die nachzuweisenden Schadstoffe mittels einer geeigneten
Indikatorreaktion optisch nachweisbar gemacht werden. Das Analysevolumen 52 weist
einen Analysezulauf 56 auf sowie einen Analyseablauf 58 für die Ableitung des
bereits analysierten Permeats auf.
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Der
weiterhin in der Permeatanalyseeinrichtung 50 vorgesehene
Permeatanalysator 51 unterzieht das im Analysevolumen 52 befindliche
Permeat einer geeigneten Messung zum Nachweis von bestimmten Schadstoffen.
Beispielsweise kann es sich bei dieser Messung um eine quantitative
Absorptionsmessung in demjenigen Wellenlängenbereich handeln, in dem
der vorstehend erwähnte
Indikator eine Absorption zeigt.
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Die
vom Permeatanalysator 51 erfassten Schadstoffkonzentrationen
werden dann über
eine Messleitung 106 an die zentrale Steuerung 100 der Kläranlage 1 übergeben.
Die zentrale Steuerung 100 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Anzeige 104 auf, auf der die aktuell gemessene Schadstoffkonzentration
angezeigt wird. Weiterhin wird im gezeigten Ausführungsbeispiel die pro Zeiteinheit
zurückgeführte Menge
an Prozesswasser angezeigt. Schließlich umfasst die zentrale
Steuereinheit 100 verschiedene Bedienelemente 102,
die zur Bedienung der beispielsweise in SPS-Technik ausgeführten zentralen
Steuereinheit 100 vorgesehen sind.
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Die
zentrale Steuereinheit 100 ist dann, wie bereits erwähnt, über eine
Pumpensteuerleitung 110 mit der Prozesswasserförderpumpe 82 sowie über eine
Ventilsteuerleitung 108 mit dem Prozesswassersteuerventil 84 verbunden
und steuert über
die Prozesswasserförderpumpe 82 und
das Prozesswassersteuerventil 84 die Rate des über die
Prozesswasserrückführleitung 80 der
biologischen Klärung
zugeführten
Prozesswassers.
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Erfindungsgemäß ist nun
neben der Permeatentnahmevorrichtung 20 eine Permeatüberwachungsvorrichtung 60 in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 vorgesehen.
Die Permeatüberwachungsvorrichtung 60 dient
dazu, eine kontinuierliche Zufuhr von Permeat zum Analysevolumen 52 der Permeatanalyseeinrichtung 50 sicherzustellen.
Erfindungsgemäß wird dies
realisiert, indem durch geeignete technische Maßnahmen sichergestellt wird, dass
im Permeatvorratsvolumen 62 der Permeatüberwachungsvorrichtung 60 stets
eine ausreichende Menge an Permeat vorhanden ist, die dann über den Permeatabzug 66 mittels
der Analysepumpe 54 abgezogen und dem Analysevolumen 52 der
Permeatanalyseeinrichtung 50 zugeführt werden kann. Als ausreichende
Menge Permeat im Permeatvorratsvolumen 62 wird es angesehen,
wenn der Füllstand
des Permeats im Permeatvorratsvolumen 62 nicht unter das
mit L2 bezeichnete Niveau fällt,
in dem über
den Permeatabzug 66 stets Permeat abgezogen werden kann.
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Um
dies sicherzustellen umfasst die Permeatüberwachungsvorrichtung einen
Permeatfüllstandsmesser 70,
der durch geeignete, beispielsweise kapazitive oder leitfähigkeitsbasierte
Messungen den Füllstand
des Permeats im Permeatvorratsvolumen 62 erfasst. Unterschreitet
das vom Permeatfüllstandsmesser 70 erfasste
Niveau des Permeats im Permeatvorratsvolumen 62 das in 3 gezeigte
Niveau L1, so aktiviert die Permeatpumpensteuerung 61,
mit welchem der Permeatfüllstandsmesser 70 verbunden
ist, die Permeatförderpumpe 30,
so dass dem Permeatvorratsvolumen 62 über den Permeatzulauf 64 erneut
Permeat zugeführt
wird.
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In
einer einfachen Ausgestaltung kann die Pumpensteuerung 61 dabei
nach Unterschreiten des Niveaus L1 die Pumpe 30 für einen
voreingestellten Förderzeitraum
TFörder aktivieren.
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In
einer verbesserten Ausgestaltung kann der Permeatfüllstandsmesser 70 darüber hinaus dazu
vorgesehen sein, das Erreichen eines oberen Permeatfüllstands
im Permeatvorratsvolumen 62 zu erfassen und dann die Permeatförderpumpe 30 abzustellen.
Diese verbesserte Ausgestaltung ist in 3 dargestellt.
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Unterschreitet
das im Permeatvorratsvolumen 62 gespeicherte Permeat das
Niveau L2, welches unter der erstgenannten Schwelle L1 liegt, so
ist die Permeatüberwachungsvorrichtung 60,
insbesondere die Permeatpumpensteuerung 61, dazu eingerichtet,
ein Fehlersignal zu generieren, welches über die Fehlerleitung 76 an
die zentrale Steuereinheit 100 der Kläranlage 1 übergeben
wird.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Permeatüberwachungsvorrichtung 60 dazu
eingerichtet, erst dann ein Fehlersignal für die zentrale Steuerung 100 zu generieren,
wenn der Füllstand des
Permeats im Permeatvorratsvolumen 62 länger als eine voreingestellte
Toleranzzeit TToleranz unterhalb des Niveaus
L2 liegt.
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In
einer besonders einfachen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Permeatüberwachungsvorrichtung
ist der Permeatfüllstandsmesser 70 dazu eingerichtet,
nur das Unterschreiten eines minimalen Permeatfüllstands L2 im Permeatvorratsvolumen 62 zu
erfassen. Unterschreitet der Füllstand
länger
als eine voreingestellte Toleranzzeit TToleranz dieses
untere Niveau L2, so wird ein Fehlersignal für die zentrale Steuerung 100 generiert.
In dieser einfachen Ausgestaltung wird auf die Erfassung eines weiteren
Füllstands
L1 im Permeatvorratsvolumen 62 verzichtet, bei dessen Unterschreiten
die Permeatförderpumpe 30 angesteuert
würde.
Die Erfassung des Füllstands L1
wird ersetzt durch einen zeitgesteuerten Intervallbetrieb der Permeatförderpumpe,
bei dem die Permeatförderpumpe 30 mittels
einer fest eingestellten Zeitschaltuhr im Intervallbetrieb betrieben
wird. Dabei werden die Einschaltintervalle der Förderpumpe 30 so bemessen,
dass bei störungsfreiem
Betrieb das Niveau L2 im Permeatvorratsvolumen 62 nicht unterschritten
wird. Fördert
die Permeatförderpumpe 30 zuviel
Permeat, so wird dieses über
den Permeatüberlauf 68 aus
dem Permeatvorratsvolumen 62 abgeleitet.
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3 zeigt
nun schematisch ein Permeatvorratsvolumen 62 in einer ersten
Ausgestaltung. Das Permeatvorratsvolumen 62 ist als zylindrisches Glasgefäß mit einem
Permeatzulauf 64, einem Permeatabzug 66 sowie
einem Permeatüberlauf 68 ausgebildet,
die jeweils angeschmolzen sind. Auf das Permeatvorratsvolumen 62 ist
oberseitig ein Permeatfüllstandsmesser 70 aufgesetzt,
welcher als Kapazitätssensor 72 mit
zwei zylindrischen Elektroden, die koaxial ineinander angeordnet
sind, und einer nachgeschalteten Auswerteelektronik ausgebildet
ist. Abhängig
vom Füllstand
des Permeats im Permeatvorratsvolumen 62 ist der durch
die beiden zylindrischen Elektroden des Kapizitätssensors 72 ausgebildete Kondensator
unterschiedlich stark mit einem Dielektrikum (nämlich dem Permeat) gefüllt, wobei
die sich hieraus ergebende Kapazitätsänderung des Kondensators unmittelbar
zur Füllstandsmessung
herangezogen werden kann.
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4 zeigt
schließlich
eine weitere Ausgestaltung des Permeatvorratsvolumen 62 der
Permeatüberwachungsvorrichtung 60.
Auch hier besteht das Permeatvorratsvolumen 62 aus einem
zylindrischen Glasgefäß mit einem
Zulauf 64, einem Abzug 66 und einem Überlauf 68.
Der Permeatfüllstandsmesser 70 ist
in diesem Fall jedoch ausgebildet durch mehrere Elektroden 74,
die beispielsweise aus einem Edelmetall, insbesondere aus Platin,
ausgebildet sein können.
Die Elektroden 74 sind in Höhe der zu erfassenden Füllstandsniveaus
L1 und L2 sowie bodenseitig in das Permeatvorratsvolumen 62 eingeschmolzen.
Die Füllstandsmessung
basiert in diesem Ausführungsbeispiel
auf einer einfachen Leitfähigkeitsmessung
zwischen der bodenseitigen Elektrode 74 und den auf den
Niveaus L1 und L2 angeordneten Elektroden. Eine Leitfähigkeitsmessung
zwischen der auf dem Niveau L1 angeordneten Elektrode 74 und
der bodenseitigen Elektrode 74 lässt ein Unterschreiten des
Füllstands
L1 erkennen. Vergleichbares gilt für eine Messung zwischen der
auf dem Niveau L2 angeordneten Elektrode 74 und der bodenseitig
angeordneten Elektrode 74.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erfassung der Schadstoffbelastung ist besonders geeignet zur
Analyse bestimmter Schadstoffe im Belebtschlamm einer biologischen
Kläranlage,
hier insbesondere am Ablauf der biologischen Klärung, d.h. der „Belebung". Für den Fachmann
ist jedoch offensichtlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls
dazu geeignet ist, Schadstoffbelastungen beispielsweise im Prozesswasser,
welches in mehreren Klärstufen
anfällt,
zu erfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist immer dann sinnvoll einzusetzen, wenn die kontinuierliche Zuführung des
zu analysierenden Permeats zu einem Analysevolumen sichergestellt
werden muss z.B. um Fehlfunktionen der Kläranlagensteuerung, ggf. auch
einer einzelnen Klärstufe,
zu vermeiden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn die eingesetzte
Permeatanalyseeinrichtung auf nasschemischen Nachweisreaktionen
basiert.
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- 1
- Kläranlage
- 2
- Belebung
- 10
- Vorrichtung
zur Erfassung der Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer Biologischen
Kläranlage
- 12
- Gehäuse
- 20
- Permeatentnahmevorrichtung
- 30
- Permeatförderpumpe
- 40
- Permeatförderleitung
- 42
- erstes
Ende
- 46
- zweites
Ende
- 50
- Permeatanalyseeinrichtung
- 51
- Permeatanalysator
- 52
- Analysevolumen
- 54
- Analysepumpe
- 56
- Analysezulauf
- 58
- Analyseablauf
- 60
- Permeatüberwachungsvorrichtung
- 61
- Permeatpumpensteuerung
- 62
- Permeatvorratsvolumen
- 64
- Permeatzulauf
- 66
- Permeatabzug
- 68
- Permeatüberlauf
- 70
- Permeatfüllstandsmesser
- 72
- Kapazitätssensor
- 74
- Elektrode
- 76
- Fehlerleitung
- 80
- Prozesswasserrückführleitung
- 82
- Prozesswasserförderpumpe
- 84
- Prozesswassersteuerventil
- 86
- Prozesswassersammler
- 100
- zentrale
Steuerung
- 102
- Bedienelemente
- 104
- Anzeige
- 106
- Messleitung
- 108
- Ventilsteuerleitung
- 110
- Pumpensteuerleitung
- 120
- Belüfter
- 130
- Belebtschlammleitung/-ablauf
- 140
- Speiseleitung
- 300
- Belebtschlamm