DE2240444A1

DE2240444A1 - Verfahren und einrichtung zur bestimmung der einfluesse des abwassers und des belebtschlammes auf den respiratorischen sauerstoffbedarf biologischer klaeranlagen

Info

Publication number: DE2240444A1
Application number: DE19722240444
Authority: DE
Inventors: Iwan Dr Sekoulov; Helmut Dr Ing Steinecke
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1972-08-17
Filing date: 1972-08-17
Publication date: 1974-02-28
Also published as: FR2196294B3; FR2196294A1

Description

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Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Einflüsse des Abwassers und des Belebtschlammes auf den respiratorischen Sauerstoffbedarf biologischer Kläranlagen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Einflüsse von Abwasser und Belebtschlamm auf den respiratorischen Sauerstoffverbrauch (sog. Sauerstoffzehrung) in biologischen Kläranlagen.

Bei der biologischen Abwasserreinigung werden. Abwasserinhaltsstoffe unter Mitwirkung von Mikroorganismen aufgenommen, d.h. oxidiert. Die Menge des bei der Respiration durch die Mikroorganismen verbrauchten Sauerstoffs wird bestimmt durch die Art, die Menge und den Zustand der Mikroorganismen, die Art und die Konzentration der Abwasserinhaltsstoffe und durch die Menge des im Abwasser verfügbaren gelösten Sauerstoffes. In. den Abwasserreinigungsanlagen wird, z.B. durch Einblasen von Luft, Sauerstoff ständig zugeführt, dabei soll die Menge der eingebrachten Luft so groß sein, daß stets soviel Sauerstoff zugeführt wird, wie bei der Respiration verbraucht wird.

Zur Steuerung des Sauerstoffeintrags und zur Überwachung der Reinigungsleistung bei Kläranlagen ist es wichtig, die Größe der Respiration und den Einfluß auf die Respiration der Komponenten Abwasser und Belebtschlamm zu kennen. Bisher sind nur Verfahren bekannt, mit deren Hilfe entweder durch Messung des Gehaltes an gelöstem Sauerstoff in den Belebungsbecken die Sauerstoffzufuhr geregelt wird (MALZ, BORTLESS, Z. analyt. Chem. 20ο,19β4, S. 409-425), oder durch Bestimmung des SauerstoffVerbrauchs der Belebtschlamm-Abwasser-Mischung der Reinigungsvorgang beurteilt wird

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(BURCHARD). Über den Aussagewert von Ganglinien sowie der Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken, siehe Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft", Band 42 und 46).

Eine Änderung des Sauerstoffverbrauchs in Abwasserreinigungsanlagen kann verschiedene Ursachen haben. So können die Mikroorganismen z.B. durch toxische Stoffe wie Hg-Verbindungen, abgetötet werden. Auch kann die Ursache in einer Veränderung des Belebtschlammes liegen, etwa durch Nahrungsmangel der Mikroben hervorgerufen. Es ist für den Betrieb einer solchen Anlage aber wichtig, diese Parameter der Abwasserreinigung getrennt zu erfassen. Verfahren zur Erfassung der einzelnen Parameter in einer einzigen Einrichtung sind nicht bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu ermitteln, mit dessen Hilfe wesentliche Parameter dels Belebtschlammverfahrens automatisch gemessen bzw. der Berechnung zugänglich gemacht und aufgezeichnet werden können. Außerdem sollen Grenzwerte des Jeweiligen Verbrauchs in der Zeiteinheit zur Steuerung des Prozesses oder gegebenenfalls zur Auslösung eines Alarmsignals fUr den manuellen Eingriff benutzt werden.

Bei der Suche nach der Lösung dieses Problems kamen die Erfinder zunächst zu der folgenden Erkenntnis; daß die Messung der Säuerst off zehrung einer Abwasser- oder Belebtschlammprobe oder einer Mischung aus beiden Komponenten in sehr zweckmäßiger Weise dadurch erfolgt, daß die Sauerstoffkonzentration der Jeweiligen Probe erhöht wird. Die durch den respiratorischen Sauerstoffverbrauch (Sauerstoffzehrung) erfolgende Konzentrationsminderung einer Probe, aufgetragen über der Zeit, ist linear. Deshalb 1st es für die Aussagekraft gleichgültig, mit welcher Sauerstoffkonzentration in der Jeweiligen Probe gemessen wird. Es ist also der Meßwert der Sauerstoffzehrung stets der gleiche, ungeachtet der Konzentration bei Beginn und Ende des Meßvorganges. Da im Bereich hoher Konzentration für die Messung eine größere Zeit zur Verfügung steht als im Bereich geringerer Konzentration, ist dort eine Messung genauer bzw. überhaupt nur möglich, da sich der Meßvorgang für die Messung des Sauerstoffgehaltes über einen

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gewissen Zeitraum erstreckt.

Aus wirtschaftlichen Gründen werden Kläranlagen mit einem Belebtschlamm nur geringer Sauerstoffkonzentration gefahren (ca. 0,5 bis 2,0 mg Op/i), da zur Einbringung der gleichen Mengen Sauerstoff bei hoher Konzentration wesentlich mehr Energie erforderlich ist, als bei niedriger Konzentration. In Anwendung der. obengenannten Erkenntnis werden die einer solchen Kläranlage entnommenen Abwasser- oder Belebtschlammproben vor Messung der Sauerstoffzehrung auf eine höhere Sauerstoffkonzentration gebracht.

Zur Bestimmung der Einflüsse von Abwasser und Belebtschlamm auf die Sauerstoffzehrung in biologischen Abwasserreinigungsanlagen wird gemäß der Erfindung weiterhin vorgesehen, den Sauerstoffverbrauch sowohl von Proben vom Belebtschlamm allein als auch von Mischungen aus Belebtschlamm und Reinwasser sowie Belebtschlamm und Abwasser zu bestimmen und die jeweilige Probe vor jeder Messung auf eine höhere Sauerstoff-Konzentration zu bringen. Die Meßwerte sind insbesondere für eine optimale Steuerung der Anlage verwendbar. Eine Messung des Sauerstoffgehaltes des vorbelüfteten Reinwassers allein wird zur Kontrolle der Apparatur und zur Überprüfung der Sauerstoffmeßeinrichtung zu Beginn eines jeden Zyklus' vorgenommen. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Sauerstoffkonzentration in den Komponenten Belebtschlamm, Abwasser und Reinwasser werden diese vor der Dosierung und Messung in getrennten Gefäßen belüftet. Mittels einer Dosiervorrichtung werden die einzelnen Komponenten allein bzw. in der gewünschten Mischung in das Meßgefäß gedrückt. Die durch die Meßeinrichtung ermittelten Werte werden aufgezeichnet und/oder einer Auswerteinrichtung zugeführt. Die Steuerung des ganzen Vorganges erfolgt automatisch, so daß eine zyklische, d.h» semikbntinuierliehe Dauerkontrolle möglich ist.

Aus der Zehrung des Belebtschlammes allein ergibt sich je nach Entnahmestelie und Vorbelastung in der Belebtschlammanlage die Ai'beits- oder Grundatmung, aus der Zehrung des Gemisches Belebtschlamm-Reinwasser kann eine .sog. "entlastete Atmung", und aus der Zehrung des Gemisches Belebtschlamm-Abwasser die Leistungs-

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-k-

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atmung des Belebtschlammes abgelesen werden.

Durch punktweise Messungen können die einzelnen Zehrungen direkt, oder die Differenzen der Zehrungen in Form von Zahlenwerten oder graphischen Darstellungen ausgedrückt werden, so daß der Zustand des Abwassers oder des Schlammes z.B. unmittelbar anhand von Zahlenwerten ablesbar wird. Durch die Verwendung von Grenzwertgebern kann mit diesen Werten die Luftzufuhr der Anlage gesteuert, oder es können extreme Zustände, wie z.B. Abwasservergiftungen, signalisiert werden.

Gemäß einer Weiteroildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Aufkonzentrierung der Meßkomponenten an Sauerstoff nicht durch Einblasen von Luft, sondern durch Zugabe entsprechender Mengen Wasserstoffsuperoxids vorgenommen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der Vorratsgefäße für die einzelnen Komponenten, Einrichtungen zum Zuführen von Sauerstoff wenigstens in die Vorratsgefäße für Belebtschlamm und Abwasser, eine Dosiereinrichtung und eine Meßstelle vorgesehen sind, und in welcher die Dosiereinrichtung und die Meßzelle wahlweise mit den Vorratsgefäßen und untereinander derart verbindbar sind, daß sowohl einzelne Komponenten als auch Mischungen der Komponenten in vorgewählten Volumenverhältnissen über die Dosiereinrichtung in die Meßzelle gefördert werden können.

In der Meßzelle wird mittels einer Oo-Meßeinrichtung über einen gewissen Zeitraum eier Gehalt an gelöstem Sauerstoff bestimmt und durch ein Registriergerät aufgezeichnet. Nach Ablauf eines Meßzyklus wird die Meßapparatur gespült und der nächste Meßzyklus eingeleitet.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus den Vorratsgefäßen für belüftetes Reinwasser 1, für Belebtschlamm 2 und für Abwasser 3* der Dosiereinrichtung 4, der Meßzelle 5 mit dem Sensor für gelösten

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Sauerstoff 6, dem Schreiber für gelösten Sauerstoff 7, dem Auswertegerät δ und dem Steuerteil 9t das über ein Programmwerk den gesamten Vorgang steuert.

Die Vorratsgefäße werden mit den Meßkomponenten Reinwasser (bei entsprechenden Voraussetzungen Leitungswasser), Belebtschlamm und Abwasser nach Maßgabe des Steuerteils so mit aufgefüllt, bis die auf bestimmte Niveaus eingestellten Füllstandsgeber 10 das Magnetventil 11 für Reinwasser bzw. die Wasserweichen 12 für Belebtschlamm oder Abwasser umschalten. Die drei Meßkomponenten werden durch die Düsen 1J> belüftet und der Belebtschlamm und das Abwasser durch die Propellermischer lh zusätzlich durchmischt. Mit Hilfe der Dosiereinrichtung .4, die aus der Kolbenbürette. 15, dem Antriebsmotor 16 und den Kontakten 17, 18 und 19 besteht, werden die Meßkomponenten entweder unvermischt oder als Mischung mit vorgewähltem Mischungsverhältnis durch Schalten der entsprechenden Ventile in die Meßzelle 5 gedrückt. Z.B. wird zur Kalibrierung der Meßeinrichtung 6 nur belüftetes Reinwasser in die Meßzelle 5 gefördert. Dazu wird das Ventil 20 geöffnet und der Motor 16 der Kolbenbürette 15, deren Kolben sich in der oberen Endstellung befindet, so in Betrieb gesetzt, daß der Kolben sich nach unten bewegt und "das Reinwasser in die Kolbenbürette gezogen wird. Schaltet, die Kolbenstange den Kontakt 19 um, so wird der Motor stillgesetzt und das Ventil 20 geschlossen. Danach wird das Ventil 23 geöffnet und der Motor 16 mit umgekehrter Drehrichtung in Bewegung gesetzt. Bei Erreichen des oberen Endpunktes des Kolbens schaltet der Kontakt 18 den Motor ab und das'Ventil 23 schließt. Gleichzeitig wird der Motor 28 eingeschaltet und mit der Messung des gelösten Sauerstoffs begonnen. Bel· dem Dosiervorgang wird so viel Flüssigkeit in die Meßzelle eingefüllt, daß ein Teil davon bei dem Überlauf 29 abfließt, damit wird gewährleistet, daß die Meßkammer luftblasenfrei ist, keine Luftblasen wieder eingetragen werden können und wegen der öffnung nach außen keine Druckänderungen in der Meßzelle eintreten können. Die Dosierung des Belebtschlammes und gegebenenfalls des Abwassers je allein erfolgt analog, jedoch werden hier die Mischer vor der Entnahme ausgeschaltet, damit keine Luftblasen in den Ablauf gedrückt werden.

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Die Dosierung der Mischungen wird am Beispiel der Beleötschlamm-Abwasser-Mischung erklärt. Zuerst wird der Mischer 14 des Vorratsbehälters 3 stillgesetzt, das Ventil 22 geöffnet und der Motor 16 so in Betrieb gesetzt, daß das Abwasser in die Kolbenbürette eingezogen wird. Hat die Kolbenstange den Kontakt 18 erreicht, wird der Motor 16 gestoppt, das Ventil 22 geschlossen, das Ventil 21 geöffnet, der Mischer des Behälters 3 ein- und der des Behälters ausgeschaltet und der Motor 16 in der gleichen Drehrichtung wieder eingeschaltet. Nach Erreichen des Kontaktes 19 wird der Motor 16 abgeschaltet, Ventil 21 geschlossen, Ventil 23 geöffnet und der Motor 16 in umgekehrter Richtung eingeschaltet. Sobald der Kontakt 17 betätigt wird, wird der Motor 16 abgeschaltet, das Ventil 2^5 geschlossen, der Mischer 28 eingeschaltet und der gelöste Sauerstoff mit der Meßeinrichtung 6 gemessen. Analog werden die Messungen mi;, anderen Mischungen durchgeführt. Das Mischungsverhältnis wird mittels des Kontaktes 18 eingestellt. Nach Jeder Messung wird die Meflzelle 5 über das Ventil 24 entleert.

Nach Ablauf eines Meßzyklus, d.h. nach der Messung der verschiedenen Einzelkomponenten und der vorgesehenen Mischungen wird die Apparatur durchgespült. Dazu werden zuerst die Gefäße 2 und 3 über die Ventile 21, 22 und 27 entleert, dann werden die Ventile 23 und geöffnet, die Ventile 21 und 22 bleiben geöffnet und der Motor wird eingeschaltet, dadurch fließt durch die Behälter 2 und 3 und durch die Meßzelle 5 Leitungswasser. Es fließt von unten zu und durch die Überläufe 29 und 30 ab. Gleichzeitig wird die Kolbenbürette gefüllt und wieder entleert. Nach diesem ersten SpUlvorgang werden die Gefäße 2,3 und 5 wieder über die Ventile 21,22,23,24 und 27 entleert und die Gefäße 2 und 3 durch öffnen der Ventile

25 und 26 über die Spritzdüsen 31 nachgespült, dabei bleiben die Ventile 21,22 und 27 geöffnet. Nach Schließen der Ventile 25 und

26 bleiben die Ventile 21,22 und 27 solange geöffnet, bis das Spülwasser abgelaufen ist.

Der neue Meßzyklus wird durch Umschalten der Wasserweichen 12 eingeleitet, dadurch fließt Belebtschlamm bzw. Abwasser so lange in die Vorratsgefäße, bis die Wasserweichen durch die Niveaugeber zurückgestellt werden. Das Vorratsgefäß 1, das Reinwasser ent-

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hält, wird während des Meßzyklus aufgefüllt und nur von Hand in Abständen von einigen Tagen gereinigt.

Über die Meßeinrichtung 6 wird der gelöste Sauerstoff gemessen und durch den Schreiber 7 aufgezeichnet. Die Auswertung kann dann anhand des Schreibstreifens erfolgen. Die Sauerstoffzehrung kann als Neigung der geschriebenen Linie gemessen und in mg pro Zeiteinheit ausgedrückt werden. Unter normalen Bedingungen verläuft die Zehrung bezogen auf die Meßzeit linear, nur bei besonderen Störungen ist der Verlauf nicht linear. Dieser Umstand ist für Kontrollzwecke verwendbar. Bei normalem Verlauf kann der Reziprokwert der Zehrung leicht registriert werden, indem ein Grenzwertschalter bei einem bestimmten Gehalt an gelöstem Sauerstoff einen Zeitzähler in Betrieb setzt und ein zweiter Grenzwertschalter, der bei einem geringeren Sauerstoffgehalt schaltet, diesen Zeitzähler wieder stillsetzt. Die auf diese Weise ermittelte Zeit kann durch einen Drucker 8 ausgedruckt werden. Die Dimension des ausgedruckten Wertes ist bei einer Grenzwertdifferenz von χ mg Op/1 und einer Meßzeit von y min

—Σ— _EiH— oder nach Umwertung —~ mg O₂/¹ bzw. χ mg Og/l y min

x/y mg 0₂/l, min.

Es versteht sich, daß anstelle von Belebtschlamm und Abwasser auch eine Mischung von Belebtschlamm und Substrat verwendbar ist, wobei unter Substrat zum Beispiel spezielle, dem Abwasser zugegebene Nährmittel für die Mikroorganismen zu verstehen sind.

Die Meßeinrichtung kann so gestaltet werden, daß die Zehrungsgeschwindigkeit (dCU) direkt als Meßwert aufgezeichnet wird.

dt" '

Hierdurch erübrigt sich eine Umrechnung. Außerdem können Grenzwerte eingestellt werden, die z.B. der Harnauslösung oder der Steuerung der Luftzufuhr in der Kläranlage dienen.

Heidenheim, den 8. August 1972
JB/HKn

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Claims

a ρ /A 5190 J. M. Voith GmbH Kennwort: "Aufkonzentrierung" Heidenheim (Brenz) 22404U Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung der Sauerstoffzehrung von Abwasseroder Belebtschlammproben oder von Mischungen aus beiden Komponenten, insbes. zur Verwendung in biologischen Abwasserreinigungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration der Probe vor Beginn der Messung erhöht wird.

2. Verfahren zur Bestimmung der Einflüsse von Abwasser und Belebtschlamm auf die Sauerstoffzehrung in biologischen Abwasserreinigungsanlagen, unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffverbrauch sowohl von Proben vom Belebtschlamm allein als auch von Mischungen aus Belebtschlamm und Reinwasser sowie Belebtschlamm und Abwasser bestimmt wird und für Jede Messung die Jeweilige Probe durch Eintragung von Sauerstoff auf eine höhere, vorzugsweise dem Sättigungswert nahekommende Sauerstoff-Konzentration gebracht wird, und daß die Meßwerte für eine optimale Steuerung der Anlage verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragung von Sauerstoff in die Probon in an sich bekannter Weise durch Rühren erfolgt.

•A

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragung von Sauerstoff durch Zugabe von Wasserstoffsuperoxid erfolgt,

5- Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Vorratsgefäße für die einzelnen Komponenten (z.B. Belebtschlamm, Reinwasser, Abv/asser), Einrichtungen zum Zuführen von Sauerstoff wenigstens in die Vorratsgefäße für Belebtschlamm und Abwasser, eine Dosiereinrichtung und eine Meßstelle angeordnet sind, und daß Dosiereinrichtung und Me£zelle wahlweise mit den Vorratsgefäßen und untereinander derart verbindbar sind, daß sowohl einzelne Komponenten als auch Mischungen der Komponenten in vorgewählten Volumenverhältnissen über die Dosiereinrichtung in die Meßzelle gefördert werden können.

Heidenheim, den &.8.1972

^JB/HKn Ü09809/070

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