DE102005036363B4

DE102005036363B4 - Vorrichtung zur Erfassung der Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer biologischen Kläranlage

Info

Publication number: DE102005036363B4
Application number: DE200510036363
Authority: DE
Inventors: Norman Finklenburg; Michael Gries
Original assignee: AGGERVERBAND KOERPERSCHAFT OEF; Aggerverband Korperschaft Offentlichen Rechts
Current assignee: MECON GMBH, DE
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2025-07-30
Also published as: DE102005036363A1

Abstract

Vorrichtung (10) zur Erfassung einer Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer biologischen Kläranlage (1), insbesondere im Ablauf der Belebung (2) der biologischen Klärstufen, die folgenden Merkmale aufweisend:
a. eine Permeatentnahmevorrichtung (20) mit einer Pumpe (30) zum Abzug von Permeat aus dem Ablauf der Belebung (2), wobei das Permeat mittels der Pumpe (30) einem Permeatvorratsvolumen (62) zugeführt wird, wozu die Pumpe (30) im Intervallbetrieb betrieben wird,
b. eine Permeatanalyseeinrichtung (50), die
i. eine Permeatzufuhrpumpe (54) umfasst,
ii. ein Messvolumen (52) ausbildet, dem mittels der Permeatzufuhrpumpe (54) Permeat aus dem Permeatvorratsvolumen (62) zugeführt wird, und
iii. die dazu eingerichtet ist, den Gehalt von Ammonium und/oder Phosphat und/oder Nitrat im Permeat, welches sich im Messvolumen (52) befindet, zu erfassen,
wobei
c. die Vorrichtung (10) weiterhin eine Permeatüberwachungsvorrichtung (60) umfasst, die dazu eingerichtet ist,
i. die kontinuierliche Zufuhr von Permeat zum Messvolumen (52) der Permeatanalyseeinrichtung (50) zu...

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Aus dem Dokument DOCO23.72.03107.OKT.02, Bedienungsanleitung der Fa. Hach Lange GmbH, 40549 Düsseldorf zum Analysegerät AMTAX^® inter2, ist eine Vorrichtung zur Analyse von Permeat z. B. aus dem Rückspülwasser einer biologischen Kläranlage bekannt. Sie ist dazu eingerichtet, den Gehalt von Ammonium im Permeat zu erfassen. Diese Analyseeinrichtung weist ein Messvolumen auf, dem Permeat zugeführt wird, welches mittels einer Entnahmevorrichtung einem Nachklärbecken entnommen wurde.
Die zugehörige Permeatentnahmevorrichtung „FILTRAX”, die dem Fachmann im erstgenannten Dokument für eine Verwendung in Verbindung mit dem AMTAX^® inter2 Analysegerät empfohlen und im Dokument DOCO23.72.03045.AUG03, Bedienungsanleitung der Fa. Hach Lange GmbH, a. a. O., genauer beschrieben ist, umfasst eine Pumpe zum kontinuierlichen Abzug von Permeat aus Belebtschlamm und eine Permeatüberwachungsvorrichtung, die ein Warnsignal bei Unterschreitung der eingestellten Probenmenge generiert. Sie dient dazu, die kontinuierliche Zufuhr von Permeat zum Messvolumen der Permeatanalyseeinrichtung zu überwachen.
Dem Dokument DOC063.72.00207.AUG.02, Information der Fa. Hach Lange GmbH, 40549 Düsseldorf zum Thema „Filtrax im Bypass” ist eine weitere Permeatentnahmevorrichtung mit integrierter Filtereinheit zu entnehmen, die einen kontinuierlichen Strom ultraklaren Permeats bereit stellt.
Weiterhin offenbart das Dokument DOCO23.72.03071.Nov00 der Fa. Hach Lange GmbH, 40549 Düsseldorf, eine als SEDITAX^®2 bezeichnete Vorrichtung zur Permeatentnahme und Vorbereitung. Diese Vorrichtung umfasst ein Vorratsgefäß, dessen Füllstand erfasst werden kann. Eine intermittierende Permeatzufuhr erlaubt es, einen definierten Sedimentationsschritt im Vorratsgefäß auszuführen. Insbesondere empfiehlt dieses Dokument eine Verwendung der hier offenbarten Vorrichtung in Kombination mit einem Analysegerät, welches ähnliche Eigenschaften aufweist wie das vorstehend erwähnte Analysegerät AMTAX^® inter2.
Aus der DE 195 8 405 A1 ist schließlich eine Vorrichtung zur Überwachung der Durchflussmenge eines Analyseautomaten bekannt.
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.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung einer Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer biologischen Kläranlage, welcher 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.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst nun weiterhin eine Permeatüberwachungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die kontinuierliche Zufuhr von Permeat zum Messvolumen der Permeatanalyseeinrichtung zu überwachen.
Weiterhin 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.
Weiterhin ist in der Permeatanalyseeinrichtung eine vorzugsweise kontinuierlich betriebene Analysepumpe vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, dem in der Permeatanalyseeinrichtung ausgebildeten Messvolumen Permeat aus dem Permeatvorratsvolumen der Permeatüberwachungsvorrichtung zuzuführen.
Besondere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Permeatförderpumpe 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.
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.
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 Füllstandsensor vorgesehen, der 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.
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.
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.
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.
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 T_Toleranz 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.
Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung einer Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer biologischen Kläranlage, welcher 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:
1: eine Schnittansicht einer schematischen Darstellung des Nachklärbeckens, das sich im Ablauf der Belebung einer biologischen Kläranlage befindet, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ihren wesentlichen Funktionselementen,
3: das Permeatvorratsvolumen einer Permeatüberwachungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, und
4: das Permeatvorratsvolumen einer Permeatüberwachungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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.
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.
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.
Die zentrale Steuerung 100 der Kläranlage 1 basiert nun u. a. auf dem Schadstoffgehalt im Belebtschlamm 300 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 46 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.
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.
Hierzu wurde im einleitenden Teil bereits ausführlich beschrieben, dass sich als Nachweisverfahren kombinierte nasschemische Indikatorreaktionen kombiniert mit quantitativen optischen Absorptionsmessungen besonders bewährt haben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Um dies sicherzustellen umfasst die Permeatüberwachungsvorrichtung einen Permeatfüllstandsmesser 70, der durch 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.
In einer einfachen Ausgestaltung kann die Pumpensteuerung 61 dabei nach Unterschreiten des Niveaus L1 die Pumpe 30 für einen voreingestellten Förderzeitraum T_Förder aktivieren.
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.
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.
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 T_Toleranz unterhalb des Niveaus L2 liegt.
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 T_Toleranz 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.
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.
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.
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.

1: Kläranlage
2: Belebung
10: Vorrichtung zur Erfassung der Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer Biologischen Kläranlage
20: Permeatentnahmevorrichtung
30: Permeatförderpumpe
40: Permeatförderleitung
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

Claims

Vorrichtung (10) zur Erfassung einer Schadstoffbelastung im Belebtschlamm einer biologischen Kläranlage (1), insbesondere im Ablauf der Belebung (2) der biologischen Klärstufen, die folgenden Merkmale aufweisend: a. eine Permeatentnahmevorrichtung (20) mit einer Pumpe (30) zum Abzug von Permeat aus dem Ablauf der Belebung (2), wobei das Permeat mittels der Pumpe (30) einem Permeatvorratsvolumen (62) zugeführt wird, wozu die Pumpe (30) im Intervallbetrieb betrieben wird, b. eine Permeatanalyseeinrichtung (50), die i. eine Permeatzufuhrpumpe (54) umfasst, ii. ein Messvolumen (52) ausbildet, dem mittels der Permeatzufuhrpumpe (54) Permeat aus dem Permeatvorratsvolumen (62) zugeführt wird, und iii. die dazu eingerichtet ist, den Gehalt von Ammonium und/oder Phosphat und/oder Nitrat im Permeat, welches sich im Messvolumen (52) befindet, zu erfassen, wobei c. die Vorrichtung (10) weiterhin eine Permeatüberwachungsvorrichtung (60) umfasst, die dazu eingerichtet ist, i. die kontinuierliche Zufuhr von Permeat zum Messvolumen (52) der Permeatanalyseeinrichtung (50) zu überwachen, indem sie den Füllstand von Permeat im Permeatvorratsvolumen (62) mittels einer elektrischen Leitfähigkeitsmessung oder einer elektrischen Kapazitätsmessung erfasst, und ii. die Pumpe (30) anzusteuern, wenn der Füllstand von Permeat im Permeatvorratsvolumen (62) unter einen vorbestimmten Wert absinkt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeatzufuhrpumpe (54) dazu eingerichtet ist, dem Messvolumen (52) kontinuierlich Permeat aus dem Permeatvorratsvolumen (62) zuzuführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeatüberwachungsvorrichtung (60) dazu eingerichtet ist, ein Fehlersignal zu generieren, wenn der Füllstand von Permeat im Permeatvorratsvolumen (62) unter einen vorbestimmten Wert absinkt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeatüberwachungsvorrichtung (60) dazu eingerichtet ist, ein Fehlersignal zu generieren, wenn der Füllstand von Permeat im Permeatvorratsvolumen (62) länger als eine voreingestellte Toleranzzeit T unter einen vorbestimmten Wert absinkt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (30) als Schlauchpumpe ausgebildet ist.