DE10231908A1 - Self-regulating parametric process for oxygenation of activated sludge in waste water treatment plant based on redox potential and/or pH value and waste water plant load - Google Patents

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Abstract

A waste water treatment aeration stage is regulated by a self-parametric process. In the process the activated sludge treatment basin, or individual zones within the basin, are continually aerated in conjunction with previous or simultaneous de-nitrification. A variable target oxygenation rate is especially calculated from the redox potential and/or pH value, in accordance with the waste water plant load. The variable target oxygenation value is derived from the difference between the redox potential value actually measured and/or the actual pH value, and the specific redox and/or pH normal values calculated for the respective waste water treatment plant. In determining the specific redox and/or pH normal values for the respective waste water treatment plant, a long-term mid-value of the two is used over a time lapse which is equal to or greater than the waste water residence period within the treatment plant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lastabhängigen, selbstparamentrierenden Regelung der Belüftung von Kläranlagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for load-dependent, self-parameterizing regulation of the ventilation of sewage plants according to the generic term of claim 1.

Eine optimale Prozessführung für Kläranlagen mit vorgeschalteter oder simultaner Denitrifikation setzt eine ständige bedarfsgerechte Konzentration von Gelöstsauerstoff im Nitrifikationsbecken bzw. in den belüfteten Zonen voraus.Optimal process control for sewage plants with upstream or simultaneous denitrification sets a constant need-based Concentration of dissolved oxygen ahead in the nitrification tank or in the ventilated zones.

Problematisch ist bei der vorgeschalteten Denitrifikation, dass das nitrat- und sauerstoffhaltige Abwasser-/Schlammgemisch aus dem Nitrifikationsbecken und der nitrathaltige Rücklaufschlamm in einer internen Rezirkulation dem Denitrifikationsbecken bzw. der Denitrifikationszone zugeführt wird, wobei es sich hier mit dem Zulauf mischt.The problem with upstream denitrification is that the nitrate and oxygen-containing wastewater / sludge mixture from the nitrification basin and the nitrate-containing return sludge in an internal recirculation to the denitrification tank or fed to the denitrification zone is, where it mixes with the inlet.

Bei der simultanen Denitrifikation strömt der nitrat- und sauerstoffhaltige Belebtschlamm aus der Nitrifikationszone der Denitrifikationszone direkt zu.With simultaneous denitrification flows the activated sludge containing nitrate and oxygen from the nitrification zone directly to the denitrification zone.

In beiden Fällen wird die Denitrifikation durch die Verschleppung des Gelöstsauerstoffs aus der Nitrifikations- in die Denitrifikationszonen erheblich behindert. Dabei wird kohlenstoffzehrende Substanz verbraucht, was zu einer Minderung des vor allem für die Denitrifikation dringend benötigten Biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) führt. Gleichzeitig bedeutet der verschleppte Gelöstsauerstoff eine Vergeudung der Belüftungsenergie.In both cases, denitrification through the carryover of the dissolved oxygen from the nitrification into the denitrification zones significantly hampered. Carbon-consuming substance is consumed, resulting in a Abatement especially for those Denitrification urgently needed Biological oxygen demand (BOD) leads. At the same time it means entrained dissolved oxygen a waste of ventilation energy.

Weit verbreitet sind heute vorwiegend konventionelle Regler mit fest eingestellten Sollwerten. Geregelt werden z.B. Ammonium-, Nitrat- und Phosphatkonzentrationen, oder der organischen Summenparameter wie Totaler Organischer Kohlenstoff (TOC), Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB), Biologischer Sauerstoffbedarf (BSB), wobei als Stellgröße die Sauerstoffzufuhr benutzt wird.Are prevalent today conventional controller with fixed setpoints. controlled e.g. Ammonium, nitrate and phosphate concentrations, or the organic sum parameters such as total organic carbon (TOC), Chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD), with the supply of oxygen being the manipulated variable is used.

Eingesetzt werden dabei kontinuierlich messende Analysatoren zur Istwertbestimmung. Ein wesentlicher Nachteil bei der Verwendung dieser Parameter besteht in den hohen Anschaffungs- und Betriebskosten der Analysatoren. Ein zweiter funktioneller Nachteil besteht darin, dass der erforderliche Zeitraum zwischen Probenahme aus dem Belebungsbekken und Bereitstellung des Messwertes für die Regelung, so gross ist, dass das der ermittelte Istwert für die Regelung schon nicht mehr mit den tatsächlichen Zustandsbedingungen im Belebungbecken übereinstimmt. Ein prozessoptimales Reagieren der Regelung ist durch diese Totzeit nicht möglich.They are used continuously measuring analyzers for actual value determination. A major disadvantage when using these parameters there is a high purchase price and operating costs of the analyzers. A second functional disadvantage is that the required period between sampling from the activation tank and provision of the measured value for the control, is so great that the determined actual value for the control is not more with the actual Condition conditions in the aeration tank matches. A process-optimal This dead time means that it is not possible to react to the control.

Die weitere Variante der Belüftungsregelung arbeitet mit fest vorgegebenen Sollwerten für die Sauerstoffkonzentration in der Nitrifikationszone bzw. des Belebungsbeckens. Dabei beruht die Sollwertvorgabe (wie auch im ersten Falle) auf Erfahrung und ist damit in hohem Maße subjektiver Beur teilung unterworfen. Entsprechend unterschiedlich ist das Ergebnis der Regelung und der der Abstand zum Optimum der Regelung.The further variant of the ventilation control works with fixed target values for the oxygen concentration in the nitrification zone or the aeration tank. It is based the setpoint specification (as in the first case) is based on experience with it to a great extent subject to subjective judgment. Accordingly different is the result of the regulation and the distance to the optimum of Regulation.

Auch unter Anwendung aufwendiger und komplizierter Regelungsmodelle ist man nicht in der Lage, auf die komplexen und komplizierten Prozesse der Abwasserreinigung optimal zu reagieren, solange feste Sollwerte vorgegeben werden müssen (Korrespondenz Abwasser Nr. 4/1994, Seite 556–563). Solche Strategien sind mit erheblichen Problemen behaftet, da die den Abwasserreinigungsprozeß bestimmenden Faktoren nicht nur ein unterschiedliches dynamisches Verhalten aufweisen, sondern es ergeben sich bei multivariater Regelung z.T. entgegengesetzte Regelungsziele (z.B. zu hohe NH4-Ablaufkonzentrationen durch Hemmung der Nitrifikanten aufgrund eines zu geringen pH-Wertes). Seit einigen Jahren wird daher an der Anwendung wissensbasierter Regelungssysteme und adaptiver Regelungen auf Modellbasis für die Prozeßregelung von Abwasserbehandlungsanlagen gearbeitet (Schriftenreihe WAR 109/56. Darmstädter Seminar-Abwassertechnik-1997, Seite 81–107). Bisher sind diese Modelle nur in sehr eingeschränktem Maße in der Lage, die Komplexität des Prozesses abzubilden. Fuzzy-Logic-Regelungen zeigen eine Vereinfachung der Modellbildung, da nur auf der Ebene des Prozesswissens modelliert werden kann. Dazu bedient man sich unscharfer (fuzzy) "wenn- dann-Regeln", die aus Expertenerfahrungen gewonnen werden. Bei allen Vorteilen der Fuzzy- Technologien hat diese Strategie unter sehr komplexen Anwendnugsbedingungen den Nachteil, dass die Anzahl der Eingangsgrößen und der Regeln sehr hoch ist. So ist bekannt, dass allein zur Regelung der Belüftung einer intermittierenden Kläranlage insgesamt 48 "wenn/dann-Regeln" auf der Basis von 6 Eingangsgrößen erforderlich sind. Damit ist die Basisforderung für regelbasierte Syste me nach Vollständigkeit und Widerspruchsfreiheit der Regeln kaum zu erfüllen. Wesentlich ist weiterhin die Tatsache, dass die Effektivität der Fuzzy-Logic-Regelungen maßgeblich durch die Qualität des Expertenwissens, aus dem diese Regeln erstellt werden und aus den konkreten durch Experten vorgegebenen Einstellbedingungen (z.B. Wahl der Form und Zahl der Zugehörigkeitsfunktionen, der Fuzzy-Operatoren und der Ausgangsgewichtsberechnung), bestimmt wird. Einsatzerfahrungen zeigten, dass Regelungen auf Basis von Fuzzy-Logic unter bestimmten Umständen zu schlechteren Betriebsergebnissen führten, als die herkömmlich eingesetzten Regelungen mit fest vorgegebenem Sollwert.Even when using complex and complicated control models, you are not able to react optimally to the complex and complicated processes of wastewater treatment, as long as fixed setpoints have to be specified (Correspondence Wastewater No. 4/1994, pages 556–563). Such strategies are associated with considerable problems, since the factors determining the wastewater treatment process not only show different dynamic behavior, but with multivariate control there are sometimes opposite control objectives (e.g. excessive NH 4 run- off concentrations due to inhibition of the nitrifiers due to insufficient pH value). For some years now, the use of knowledge-based control systems and adaptive controls based on models for the process control of wastewater treatment plants has been worked on (publication series WAR 109/56. Darmstädter Seminar-Abwassertechnik-1997, pages 81-107). So far, these models have only been able to reflect the complexity of the process to a very limited extent. Fuzzy logic regulations show a simplification of the modeling, since modeling can only be carried out at the level of process knowledge. To do this, you use fuzzy "if-then rules" that are gained from expert experience. With all the advantages of fuzzy technologies, this strategy has the disadvantage under very complex application conditions that the number of input variables and the rules is very high. It is known, for example, that a total of 48 "if / then rules" based on 6 input variables are required to regulate the ventilation of an intermittent sewage treatment plant. This means that the basic requirement for rule-based systems for completeness and freedom from contradiction of the rules can hardly be met. It is also essential that the effectiveness of the fuzzy logic rules is largely determined by the quality of the expert knowledge from which these rules are created and by the specific setting conditions specified by experts (e.g. choice of the form and number of membership functions, the fuzzy operators) and the initial weight calculation). Practical experience has shown that controls based on fuzzy logic in certain circumstances lead to poorer operating results than the controls used conventionally with a fixed setpoint.

Selbstlernende Regelungssyteme auf der Basis neuronaler Netze befinden sich derzeit erst in den Anfängen. Bisher wurden sie hauptsächlich zur Simulation, Klassifikation und Voraussage von Zulauf- parametern eingesetzt ( DE 198 27 877 A1 ) und ( DE 199 12 655 A1 ).Self-learning control systems based on neural networks are only just beginning. So far, they have mainly been used to simulate, classify and predict inflow parameters ( DE 198 27 877 A1 ) and ( DE 199 12 655 A1 ).

Modellbasierte Regelungen auf der Basis von Prozesssimulationen haben zum Ziel, auf der Basis von online-Messungen die aktuelle Reinigungskapazität zu ermitteln und aus den vorausgegangenen und gegenwärtigen Meßdaten die zu erwartenden Ablaufkonzentrationen zu ermitteln. Diese Regelungen erfordern eine ständige Anpassung der Modellparameter an die realen Bedingungen. Da im Regelfall nicht alle zur Berechnung der Modellparameter erforderlichen Messgrößen kontinuierlich bestimmt werden können, sind z.T. starke Vereinfachungen in der Modellbildung nötig (Schriftenreihe WAR 108/9. Gemeinsames Seminar -Abwassertechnik- Darmstadt 1998, Seite 109–136). Der zu regelnde Abwasserreinigungsprozeß kann daher nur eingeschränkt optimiert werden.Model-based regulations based on process simulations aim at the Ba sis of online measurements to determine the current cleaning capacity and to determine the expected runoff concentrations from the previous and current measurement data. These regulations require constant adjustment of the model parameters to the real conditions. Since, as a rule, not all of the measurement parameters required to calculate the model parameters can be determined continuously, considerable simplifications in the model formation are sometimes necessary (series WAR 108/9. Joint Seminar -Waste Water Technology- Darmstadt 1998 , Pages 109-136). The wastewater treatment process to be controlled can therefore only be optimized to a limited extent.

Aus der Analyse des Standes der Technik geht hervor, dass die Aufgaben einer prozessoptimalen Belüftungsregelung in der Praxis bisher nur unzureichend gelöst worden sind.From the analysis of the state of the art shows that the tasks of a process-optimal ventilation control have so far been insufficiently solved in practice.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die stickstoffabhängige Regelung des Sauerstoffeintrages in das Nitrifikationsbekken in der Weise zu verändern, dass bei hohem Ammoniumstickstoffwert (NH4-N) und gleichzeitig niedrigem Nitratstickstoffwert (NO3-N) im Ablauf des Nitrifikationsbeckens der Sauerstoffgehalt erhöht und bei entgegengesetzten Verhältnissen abgesenkt wird.It is the object of the invention to change the nitrogen-dependent regulation of the oxygen input into the nitrification tank in such a way that with a high ammonium nitrogen value (NH 4 -N) and at the same time a low nitrate nitrogen value (NO 3 -N) in the course of the nitrification tank, the oxygen content increases and at opposite relationships is lowered.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The task is solved with the characterizing part of claim 1. Further training in the subclaims specified.

Die Regelung der Belüftung bei Kläranlagen mit vorgeschalteter oder simultaner Denitrifikation sollte so vorgenommen werden, dass eine optimale Energienutzung unter sich ändernden Lastbedingungen möglich wird. Dabei handelt es sich um eine bedarfsgerechten Regelung des Sauerstoffeintrags in die Nitrifikationszone in der Weise, dass Sauerstoff je nach anfallender Fracht bereitgestelt wird. Eine solche bedarfsgerechte Regelung des Sauerstoffeintrages in Abhängigkeit von der Fracht führt zur Senkung der Betriebskosten durch Minimierung des erforderlichen Aufwandes an Belüftungsenergie.The regulation of ventilation at Wastewater treatment plants with upstream or simultaneous denitrification should be carried out in this way be that optimal energy use among changing Load conditions possible becomes. This is a need-based regulation of the Oxygenation in the nitrification zone in such a way that Oxygen is provided depending on the cargo. Such regulation of the oxygen input depending on the need from the cargo leads to reduce operating costs by minimizing the required Ventilation energy expenditure.

So ist das erfindungsgemäße Verfahren zur lastabhängigen, selbstparamentrierenden Regelung der Belüftung von Kläranlagen, bei denen das Nitrifikationsbecken oder einzelne Zonen desselben kontinuierlich belüftet werden, vorzugsweise Kläranlagen, die nach den Verfahren der vorgeschalteten oder simultanen Denitrifikation arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Parametern Redoxpotential und/oder pH-Wert ein je nach Belastung der Kläranlage variabler Sollwert für eine an sich bekannte Sauerstoffregelung berechnet wird, wobei der variable Sauerstoffsollwert aus der Differenz des gemessenen aktuellen Redoxpotentialistwertes und/oder aktuellen pH-Wertes und des für die jeweilige Kläranlage spezifischen Normals des Redox- und/oder pH-Wertes berechnet wird.This is the method according to the invention for load-dependent, self-parameterizing regulation of the ventilation of sewage treatment plants, where the nitrification basin or individual zones of the same continuously ventilated are, preferably sewage treatment plants that according to the process of upstream or simultaneous denitrification work, characterized in that from the parameters redox potential and / or A pH value that is variable depending on the load on the sewage treatment plant for one known oxygen control is calculated, the variable oxygen setpoint from the difference of the measured actual redox potential actual value and / or current pH value and that for the respective sewage treatment plant specific standard of the redox and / or pH value is calculated.

Für die Ermittlung des für die jeweilige Kläranlage spezifischen Normals des Redox- und/oder pH-wertes wird ein Mittelwert aus dem Langzeitverhalten der Meßwerte, Redoxpotential und/oder pH-Wert in einer Weiterbildung der Erfindung herangezogen.For the determination of the for the respective wastewater treatment plant specific norm of the redox and / or pH value becomes an average from the long-term behavior of the measured values, redox potential and / or pH value used in a development of the invention.

Vorteilhafterweise erfolgt die Mittelwertbildung über einen Zeitraum gleich oder größer der mittleren Verweildauer des Klärgutes in der Kläranlage.The averaging is advantageously carried out via a Period equal to or greater than the average residence time of the sewage material in the sewage treatment plant.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Mittelwerte zur Berechnung des Redox- und/oder pH-Wertes durch die Bildung einer Amplitudenhäufigkeit, wobei der Mittelwert ein wählbares Quantil der Amplitudenhäufigkeit ist.In another advantageous one Embodiment of the invention is used to determine the mean values Calculation of the redox and / or pH value by forming a Amplitude frequency, where the mean is a selectable Quantile of the amplitude frequency is.

In einer weiteren, zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird der Sollwert der Sauerstoffkonzentration aus der Summe des mathematischen Produktes einer einstellbaren Konstante und aus der Differenz des Redox- und/oder pH-Wertes und eines vorgegebenen Sauerstoffgrundwertes gebildet.In a further, appropriate further training According to the invention, the target value of the oxygen concentration is determined the sum of the mathematical product of an adjustable constant and from the difference between the redox and / or pH value and a predetermined one Basic oxygen value formed.

Durch messende Beobachtung von relevanten Prozeßgrößen in der Nitrifikationszone über einen langen Zeitraum wird das Normalverhalten der Kläranlage erfasst, aus der Differenz dieses Normals mit dem aktuellen Wert der aktuellen Belastungszustand der Kläranlage ermittelt und aus diesem Zustandswert ein optimaler Sauerstoffsollwert für die Sauerstoffregelung berechnet. Der Sauerstoffsollwert wird einem an sich bekannten Regler (z.B. PID-Regler) zugeführt. Erfindungsgemäß werden als relevante Prozeßgrößen das Redox-Potential und/oder der pH-wert herangezogen. Mit dem Verfahren zur Regelung der Belüftung für intermittierende Klärwerke ( DE 198 198 75 ) konnte gezeigt werden, dass Prozessgrössen Gelöstsauerstoff, Redox-Potenzial und pH-wert im Belebungsbecken Relevanz für eine Zustandsbeschreibung im Belebungsbecken haben.By measuring the relevant process variables in the nitrification zone over a long period of time, the normal behavior of the sewage treatment plant is recorded, determined from the difference of this standard with the current value of the current load condition of the sewage treatment plant, and an optimal oxygen setpoint for the oxygen control is calculated from this condition value. The oxygen setpoint is fed to a controller known per se (eg PID controller). According to the invention, the redox potential and / or the pH value are used as relevant process variables. With the procedure for regulating ventilation for intermittent sewage treatment plants ( DE 198 198 75 ) it could be shown that process variables dissolved oxygen, redox potential and pH value in the aeration tank are relevant for a description of the condition in the aeration tank.

Das Verfahren soll im Folgenden an einem Beispiel und den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden: Es zeigen:The procedure is set out below an example and the related Drawings closer explained will show:

1 eine schematische Darstellung einer Kläranlage mit vorgeschalteter Denitrifikation, 1 a schematic representation of a sewage treatment plant with upstream denitrification,

2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens und 2 a schematic representation of the control method according to the invention and

3a und b ein Beispiel der Berechnung des Kläranlagennormals durch Amplitudenhäufigkeitsverteilung des Redoxpotenzials. 3a and b an example of the calculation of the wastewater treatment plant standard by the distribution of the amplitude of the redox potential.

Ein beispielhafter Aufbau einer Kläranlage mit vorgeschalteter Denitrifikation ist in 1 dargestellt. Das Klärgut fließt zunächst durch einen Rechen in einen belüfteten Sandfang/Fettfang 1, dann in ein Vorklärbecken 2. Das Klärgut wird über einen Verteiler 2a auf einzelne Straßen 3,4 und 5, die in Kaskaden 6, 7, 8, 9, 10; 11 und 12 unterteilt sind, verteilt. Nach den letzten Kaskaden 12 der Straßen 3, 4 und 5 wird das Klärgut in einem gemeinsamen Zusammenfluß 13 zusammengeführt, von dem es in Nachklärbekken 14 und 15 fließt. Eine interne Rezirkulation 16 fördert einen Teil des Klärgutes von den letzen Kaskaden 12 in die ersten Kaskaden 6. Eine Rücklaufschlammförderung 17 fördert von beiden Nachklärbecken 14 und 15 Schlamm zum Verteiler 2a zurück. Die Kaskaden 9, 10 und 11 der Straßen 3, 4 und 5 werden für einen optimalen Ablauf der Nitrifikation belüftet.An exemplary construction of a sewage treatment plant with upstream denitrification is shown in 1 shown. The sewage material first flows through a rake into a ventilated sand trap / fat trap 1 , then into a pre-clarifier 2 , The sewage material is fed through a distributor 2a on individual streets 3 . 4 and 5 that in cascades 6 . 7 . 8th . 9 . 10 ; 11 and 12 are divided, distributed. After the last cascades 12 of the streets 3 . 4 and 5 the sewage is in a common confluence 13 merged, from which it was in secondary clarification 14 and 15 flows. An internal recirculation 16 promotes part of the sewage from the last cascades 12 in the first cascades 6 , A return sludge conveyor 17 promotes from both secondary clarifiers 14 and 15 Mud to the distributor 2a back. The cascades 9 . 10 and 11 of the streets 3 . 4 and 5 are aerated for an optimal nitrification process.

Das Redoxpotenzial, der pH-Wert und der Gelöstsauerstoff werden in den Kaskaden 12 gemessen, die sich den belüfteten Kaskaden 9, 10 und 11 anschließen.The redox potential, the pH value and the dissolved oxygen are in the cascades 12 measured that the ventilated cascades 9 . 10 and 11 connect.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Belüftung ist in 2 schematisch dargestellt.The method according to the invention for regulating the ventilation is in 2 shown schematically.

Das Redoxpotenzial bzw. der pH-Wert werden von entsprechenden Sensoren als Analogwerte 18 einem Vorverarbeitungsmodul 19 zugeführt. Hier werden aus den Analogwerten im Zeittakt von 2 s Einzelmesswerte aufgenommem, aus denen alle 60 s ein Mittelwert berechnet wird. Die Mittelwerte werden im Vorverarbeitungsmodul 19 als Zeitreihen zwischengespeichert. Die Zeitreihen werden über eine Normalübertragung 20 anschließend für einen definierten Zeithorizont, der der mittleren Verweildauer des Klärgutes in der Kläranlage entspricht, an ein Modul für die Ermittlung des Kläranlagennormals 21 übertragen. Im Modul für die Ermittlung des Kläranlagennormals 21 wird die Berechnung des Kläranlagennormals ausgeführt. Dazu werden aus zeitlich begrenzten Zeitreihen 31 und 32 statistische Amplitudenhäufigkeitsverteilungen 33 und 34 berechnet (3). Diese statistischen Verteilungen wiederspiegeln das Normalverhalten des Klärprozesses über ein längeres Zeitintervall, das erfahrungsgemäß keine Normalverteilung, sondern eine mehrgipflige Amplitudenhäufigkeitsverteilung 33 und 34, wie aus 3 zu entnehmen ist, zeigt. Aus den Amplitudenhäufigkeitsverteilungen 33 und 34 wird ein Quantil (z.B. 70% der Histogrammfläche) berechnet, das als mittleres Kläranlagennormal 35 interpretiert wird. Dieser Wert wird als Redox- bzw. pH-Sollwert 22 bezeichnet. Der Redox- bzw. pH-Sollwert 22 wird gleitend in einem einstellbaren Zeitabstand ermittelt (z.B. alle 3 Stunden) und einem Reglermodul 23 zugeführt. Gleichzeitig wird ein aktueller Redox- bzw. pH-Istwert 24 an das Reglermodul 23 übergeben.The redox potential or the pH value are used by corresponding sensors as analog values 18 a preprocessing module 19 fed. Individual measured values are taken from the analog values at intervals of 2 s, from which an average value is calculated every 60 s. The mean values are in the preprocessing module 19 cached as time series. The time series are over a normal transmission 20 then for a defined time horizon, which corresponds to the average residence time of the wastewater in the wastewater treatment plant, to a module for determining the wastewater treatment plant standard 21 transfer. In the module for determining the wastewater treatment plant standard 21 the wastewater treatment plant standard is calculated. For this purpose, time series with limited time are used 31 and 32 statistical amplitude frequency distributions 33 and 34 calculated ( 3 ). These statistical distributions reflect the normal behavior of the clarification process over a longer time interval, which experience has shown is not a normal distribution but a multi-peak amplitude distribution 33 and 34 how out 3 can be seen shows. From the amplitude frequency distributions 33 and 34 a quantile (e.g. 70% of the histogram area) is calculated, which is the average wastewater treatment plant standard 35 is interpreted. This value is called the redox or pH setpoint 22 designated. The redox or pH setpoint 22 is smoothly determined at an adjustable interval (eg every 3 hours) and a controller module 23 fed. At the same time, a current redox or actual pH value 24 to the controller module 23 to hand over.

Es wird ein Referenzwert 25 für die Gelöstsauerstoffkonzentration festgelegt (z.B. 1 mg/l). Der Referenzwert 25 entspricht der erforderlichen Sauerstoffkonzentration, wenn der Redoxistwert 24 dem Redoxsollwert 22 entspricht.It becomes a reference value 25 for the dissolved oxygen concentration (e.g. 1 mg / l). The reference value 25 corresponds to the required oxygen concentration when the redoxist value 24 the redox setpoint 22 equivalent.

Bei Abweichen des Redoxistwertes 24 zum Redoxsollwert 22 wird eine Sauerstoffkonzentrationsänderung berechnet (z.B.If the redoxist value deviates 24 to the redox setpoint 22 an oxygen concentration change is calculated (e.g.

+3 mg/l je –100mV Redoxdifferenz zwischen Ist- und Sollwert.). Der ermittelte Sauerstoffwert wird geglättet und nach oben und unten begrenzt und an einen PID-Regler 27 als Sauerstoffsollwert 26 weitergegeben. Gleichzeitig wird ein Gelöstsauertsoffistwert 28 dem PID-Regler 27 zugeführt und durch den PID-Regler 27 aus der Differenz vom Gelöstsauerstoffistwert 28 und Sauerstoffsollwert 24 ein weiterer Luftschieberstellungssollwert 29 berechnet. Durch einen Zweipunktregler 30 wird die Luftschieberaktion ausgelöst.+3 mg / l each –100mV redox difference between actual and setpoint.). The determined oxygen value is smoothed and limited at the top and bottom and sent to a PID controller 27 as the oxygen setpoint 26 passed. At the same time, an dissolved acid value becomes 28 the PID controller 27 fed and by the PID controller 27 from the difference from the dissolved oxygen actual value 28 and oxygen setpoint 24 another air slide position setpoint 29 calculated. Through a two-point controller 30 the air slide action is triggered.

3a) und b) zeigen Diagramme zur Darstellung der Berechnung des mittleren Kläranlagennormals 35. 3a zeigt den Verlauf des Redoxpotenzials über einen Zeitraum von 90 Stunden und exemplarisch zwei Zeitreihen 31 und 32. In 3b sind die zugehörigen relativen Amplitudenhäufigkeitsverteilungen 33 und 34 (Histogramme) der jeweiligen Zeitreihen 31 und 32 dargestellt. Zur Zeitreihe 31 gehört das die Amplitudenhäufigkeitsverteilung 33, zur Zeitreihe 32 die Amplitudenhäufigkeitsverteilung 34. Das berechnete mittlere Kläranlagennormal 35 ist ebenfalls eingezeichnet. 3a ) and b ) show diagrams to show the calculation of the average wastewater treatment plant standard 35 , 3a shows the development of the redox potential over a period of 90 hours and two time series as an example 31 and 32 , In 3b are the associated relative amplitude frequency distributions 33 and 34 (Histograms) of the respective time series 31 and 32 shown. To the time series 31 belongs to the amplitude frequency distribution 33 , to the time series 32 the amplitude frequency distribution 34 , The calculated average wastewater treatment plant standard 35 is also shown.

11
Sandfang/FettfangSand trap / grease trap
22
Vorklärbeckenprimary clarifier
2a2a
Verteilerdistributor
33
Straßeroad
44
Straßeroad
55
Straßeroad
66
Kaskadecascade
77
Kaskadecascade
88th
Kaskadecascade
99
Kaskadecascade
1010
Kaskadecascade
1111
Kaskadecascade
1212
Kaskadecascade
1313
ZusammenflußConfluence
1414
Nachklärbeckensecondary clarifier
1515
Nachklärbeckensecondary clarifier
1616
innere Rezirkulationinner recirculation
1717
RücklaufschlammförderungReturn sludge promotion
1818
Analogwertanalog value
1919
Vorverarbeitungsmodulpreprocessing
2020
Normalübertragungnormal transmission
2121
Modul für die Ermittlung des Kläranlagennormalsmodule for the Determination of the sewage treatment plant standard
2222
Redox- bzw. pH-Sollwertredox or pH setpoint
2323
ReglermodulControl module
2424
Redox- bzw. pH-Istwertredox or actual pH value
2525
Referenzwertreference value
2626
SauerstoffsollwertOxygen setpoint
2727
PID-ReglerPID controller
2828
GelöstsauerstoffistwertGelöstsauerstoffistwert
2929
LuftschieberstellungswertAir slide position value
3030
ZweipunktreglerTwo-point controller
3131
Zeitreihetime series
3232
Zeitreihetime series
3333
AmplitudenhäufigkeitsverteilungAmplitude frequency distribution
3434
AmplitudenhäufigkeitsverteilungAmplitude frequency distribution
3535
mittleres Kläranlagennormalaverage normal treatment plant

Claims (5)

Verfahren zur lastabhängigen selbstparametrierenden Regelung der Belüftung von Kläranlagen, bei denen das Belebungsbecken oder einzelne Zonen desselben kontinuierlich belüftet werden, vorzugsweise Kläranlagen, die nach den Verfahren der vorgeschalteten oder simultanen Denitrifikation arbeiten, dadurch gekennzeichnet dadurch, dass aus den Parametern Redoxpotential und/oder pH-Wert ein je nach Belastung der Kläranlage variabler Sollwert für eine an sich bekannte Sauerstoffregelung berechnet wird, wobei der variable Sauerstoffsollwert aus der Differenz des gemessenen aktuellen Redoxpotentialistwertes und/oder aktuellen pH-Wertes und des für die jeweilige Kläranlage spezifischen Normals des Redox- und/oder pH-Wertes berechnet wird.Process for load-dependent, self-parameterizing regulation of the aeration of sewage treatment plants, in which the aeration tank or individual zones thereof are continuously aerated, preferably sewage treatment plants, which operate according to the processes of upstream or simultaneous denitrification, characterized in that the parameters redox potential and / or pH A value that is variable depending on the load on the sewage treatment plant is calculated for a known oxygen control system, the variable oxygen setpoint being the difference between the measured actual redox potential actual value and / or the current pH value and the standard of the redox and / or specific for the respective sewage treatment plant pH value is calculated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung des für die jeweilige Kläranlage spezifischen Normals des Redox- und/oder pH- Wertes ein Mittelwert aus dem Langzeitverhalten der Messwerte Redoxpotential und/oder pH-Wert herangezogen wird. A method according to claim 1, characterized in that for the determination of for the respective wastewater treatment plant specific norm of the redox and / or pH value an average from the long-term behavior of the measured values redox potential and / or pH value is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwertbildung über einen Zeitraum gleich oder größer der mittleren Verweildauer des Klärgutes in der Kläranlage erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the averaging over a period of time equal to or greater than average residence time of the sewage material in the sewage treatment plant he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Mittelwerte zur Berechnung des Redox- und/oder pH-Wertes durch die Bildung einer Amplidudenhäufigkeit erfolgt, wobei der Mittelwert ein wählbares Quantil der Amplitudenhäufigkeit ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the determination of the mean values for calculating the redox and / or pH value by the formation of an amplitude frequency, the Average is a selectable quantile the amplitude frequency is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der Sauerstoffkonzentration aus der Summe des mathematischen Produkts einer einstellbaren Konstante und aus der Differenz des Redox- und/oder pH-wertes und eines vorgegebenen Sauerstoffgrundwertes gebildet wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the target oxygen concentration is the sum of the mathematical product of an adjustable constant and from the Difference between the redox and / or pH value and a given basic oxygen value is formed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007034133A1 (en) 2007-07-21 2009-01-22 Hochschule Magdeburg-Stendal (Fh) Operating a purification plant with a longitudinally-flowable aerated activated-sludge tank and controlling dissolved oxygen concentration in the tank using a controller, comprises supplying an amount of air to the activated-sludge tank
EP2196438A1 (en) 2008-12-11 2010-06-16 Envicon Klärtechnik Verwaltungsgesellschaft mbH Method for load-independent regulation of nitrification and denitrification in waste water treatment facilities with advanced denitrification
CN115793471A (en) * 2023-02-10 2023-03-14 森海环保集团有限公司 Adjustable control method and system based on sewage treatment monitoring

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007034133A1 (en) 2007-07-21 2009-01-22 Hochschule Magdeburg-Stendal (Fh) Operating a purification plant with a longitudinally-flowable aerated activated-sludge tank and controlling dissolved oxygen concentration in the tank using a controller, comprises supplying an amount of air to the activated-sludge tank
DE102007034133B4 (en) * 2007-07-21 2012-12-27 Hochschule Magdeburg-Stendal (Fh) Method for operating a sewage treatment plant
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DE102009011490A1 (en) 2008-12-11 2010-06-17 Envicon Klärtechnik Verwaltungsgesellschaft mbH Process for the load-dependent control of nitrification and denitrification in wastewater treatment plants with upstream denitrification
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