DE2540324A1

DE2540324A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der sauerstoffaufnahme von abwaessern

Info

Publication number: DE2540324A1
Application number: DE19752540324
Authority: DE
Inventors: Thomas A Rose
Original assignee: Keene Corp
Current assignee: Keene Corp
Priority date: 1974-10-31
Filing date: 1975-09-10
Publication date: 1976-05-06
Also published as: NL7510472A; JPS5162565A; JPS5436420B2; GB1463798A; FR2289451A1

Description

Aurora, Illinois 60507/V.St.A. Unser Zeichen; K 983

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Sauerstoffaufnahme von Abwässern.

Bei der nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden biologischen Abwasserreinigung wird Sauerstoff verbrauchende organische Substanz in unschädliche Endprodukte umgewandelt und anschließend von dem Abwasser getrennt. Grundsätzlich sind dabei in einem Reaktionsbzw. Belüftungsbecken die folgenden Reaktionsteilnehmer miteinander vermengt: Sauerstoff verbrauchende organische Substanz wie Abfall bzw. Nahrungsmittelbestandteile in dem Abwasser, ferner Mikroorganismen, die üblicherweise als biologischer Aktivschlamm oder als Flüssigkeits-Feststoff-Suspension bezeichnet werden und schließlich Luftsauerstoff, der durch das Abwasser hindurchgeleiteter Luft entstammt. Aktivität und

609819/1068

2 -S 4 O 3

Wirkungsgrad der Reaktion hängen dabei von dem Verhältnis der Reaktionsteilnehmer untereinander ab.

Die Steuerung der Reaktion erfordert die Kenntnis und dazu die Ermittlung der Menge der vorhandenen Abfallstoffe· Bisherige Versuche, den Anreicherungsgrad des Abwassers an verschiedenen Stellen einer Abwasserreinigungsanlage mengenmäßig zu bestimmen, haben zu der Entwicklung von Labortechniken geführt, bei denen der Sauerstoffverbrauch des Abwassers über einen Zeitraum von Stunden oder Tagen gemessen wird, währenddessen es biologischen Einwirkungen ausgesetzt ist. Diese Analysetechniken beruhen auf der Überlegung, daß die Menge der organischen Verunreinigungen im Abwasser durch die Ermittlung der Höhe des Sauerstoffverbrauchs bei der Umwandlung der organischen Bestandteile in einfachere chemische Komponenten bestimmbar ist. Der ermittelte Sauerstoffverbrauch, der üblicherweise als biochemischer Sauerstoffbedarf (Biochemical Oxygen Demand - BOD) bezeichnet wird, wird an Stelle einer direkten Messung des Anreicherungsgrades der Verunreinigungen als Maß für die Höhe der organischen Verunreinigung des Abwassers angenommen.

Bedauerlicherweise sind die Labormessungen des Sauerstoffbedarfs der Abwasserproben für diejenigen, die für die Steuerung des Abwasserreinigungsverfahrens verantwortlich sind, mit aufwendigen Techniken verbunden, die ein beachtliches Geschick und einen beträchtlichen Zeitaufwand zur Erzielung brauchbarer Ergebnisse er-

fordern. So erfordert beispielsweise die anerkannteste und gebräuchlichste Art der Ausführung solcher Tests, nämlich der Fünf-Tage-Test zur Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (five-day BOD test), eine sorgfältige Vorbereitung der Proben sowie eine sorg- ' fältige Bestimmung des Sauerstoffgehalts sowohl vor

6U9819/1068

2 H 4 G 3 ? A

als auch nach der fünftägigen Entwicklungszeit der Probe. Es leuchtet ein, daß die Ergebnisse dieser Tests für eine ständige optimale Steuerung eines Verfahrens nicht brauchbar sind.

Im Laufe der Jahre sind in steigendem Maße viele Techniken und Vorrichtungen entwickelt worden, in dem Bestreben, eine Einrichtung zu schaffen,mit der die Ermittlung des Sauerstoffbedarfs vereinfacht und die für eine brauchbare Messung erforderliche Zeit soweit verkürzbar ist, daß rechtzeitige Beeinflussungen des Aufbereitungsverfahrens bei Änderungen des Anreieherungsgrades der dem Verfahren zugeführten Abwasser möglich sind. Die bisherigen Versuche zur Erreichung dieses Zieles haben zu einer Vielzahl von Vorrichtungen geführt, die, obwohl sie gegenüber den klassischen Labormethoden mancherlei Vorteile aufweisen, leider immer noch nicht genügend schnell, genau, zuverlässig und anpassungsfähig sind, um sie ohne Schwierigkeit und ohne weiteres für eine fortlaufende automatische Steuerung von Abwasserreinigungsanlagen verwenden zu können.

Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine lauf ende Ermittlung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BOD) des Abwassers in einem minimalen Zeitraum möglich ist·

Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch die Ermittlung des Sauerstoffgehaltes eines Luftstromes gelöst, der durch eine sich ständig ändernde Abwasserprobe hindurchgeblasen oder sprudelnd hindurchgeleitet wird und aus der Probe wieder austritt. Die Messung spiegelt das Maß der Sauerstoffaufnahme durch die Abwasserprobe und damit den biochemischen Sauerstoffbedarf (BOD) des

b (J H H 1 ¹I / ! C ^r> δ

2 5 40 3 7

Abwassers wieder.

Erfindungsgemäß steht die Sauerstoffmeßeinrichtung nur mit dem Luftstrom in Kontakt; sie kommt in keiner Weise mit dem Abwasser selbst in Berührung. Infolge der Trennung der Sauerstoffmeßeinrichtung von dem Abwasser kann diese weder verstopfen, verschmutzen, korrodieren noch anderweitig durch die verschiedenen Bestandteile und Abfallstoffe des zu analysierenden, verunreinigten Abwassers funktionsunfähig werden. Die Sauerstoffmessung ist daher sehr zuverlässig.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung der von einer kontinuierlich wechselnden Abwasserprobe aufgenommenen Sauerstoffmenge·

In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen Io ein konventionelles Reaktions- bzw. Belüftungsbecken einer nach dem Belebtschlamm-Verfahren arbeitenden Abwasserreinigungsanlage bezeichnet. In dem Becken Io befindet sich Abwasser 12, das Abfälle sowie eine Flüssigkeit-Feststoff «Suspension enthält und durch das Sauerstoff zur Umwandlung der Abfälle in unschädliche Endprodukte hindurchgeleitet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt einen Reaktionstank bzw. einen Reaktionsbehälter l4, der durch eine. einen aufrecht stehenden säulenförmigen Kammerteil l8 aufweisende Abdeckung l6 gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist. Aus dem Becken Io wird dabei über eine Leitung 2o durch eine Förderpumpe 22 mit konstanter Durchflußgeschwindigkeit Abwasser 12 angesaugt sowie über eine Leitung 24 dem Reaktionsbehälter 14 zugeführt. Das in das Becken

6098 19/1068

? B A Π 3 ? A

10 eintauchende untere Ende der Leitung 20 ist durch eine oben offene zylindrische Einfassung bzw. eine Tauchwand 25 abgeschirmt« In einem Seitenbereich des Reaktionsbehälters Ik ist ein Abfluß- oder Überlaufkanal 26 fest angeordnet, mit dem eineAbleitung 27 mit Plüssigkeitsfalle sowie ein aufrecht stehender säulenförmiger Kammerteil verbunden ist· Das in den Reaktionsbehälter Ik gepumpte Abwasser 12 gelangt unter der Wirkung der Schwerkraft durch den Kanal 26, die Ableitung 27 mit der Flüssigkeits-falle und eine Leitung 30 in das Becken 10 zurück. Die Ableitung 27 mit der Flüssigkeitsfalle gestattet zwar die Rückführung des Abwassers in das Becken Io, verhindert jedoch das Entweichen bedeutsamer Mengen der Luft aus dem Analysesystem, die in Form von Bläschen in dem durch den Kanal 26 fließenden Abwasser enthalten ist,und verhindert außerdem den Eintritt atmosphärischer Luft in den Reaktionsbehälter. Solange die Förderpumpe 22 in Betrieh ist, fließt Abwasser 12 ständig durch den Reaktionsbehälter l4, wodurch sich eine kontinuierlich ändernde Abwasserprobe 12 ergibt.

Zur Einleitung und Durchleitung von Luft in bzw. durch das sich in dem Reaktionsbehälter ik befindende Abwasser 12 ist ein Gebläse 32, eine sich zwischen der Ausgangsseite des Gebläses 32 und dem Reaktionsbehälter Ik erstreckende Leitung 3k sowie eine weitere Leitung vorgesehen, die sich zwischen der Eingangsseite des Gebläses 32 und dem Kammerteil 18 erstreckt. Am Ende der Leitung 3k ist innerhalb des Reaktionsbehälters ik ein poröser Luftdiffusor 36 angebrachte Darüberhinaus verläuft zwischen dem Kammerteil 18 und einem Dreiwege-Magnetventil k2 eine Leitung^to, während zwischen dem Ventil k2 und einem Luft-Durchflußmesser k6 die Leitung kk verläuft. Zwischen dem Durchflußmesser 46 und

6U9619/1068

- 6 - 2 B 4 G 3

einem Regler 5o zur Konstanthaltung des Luftstroms erstreckt sich weiterhin eine Leitung k8, von der ein Teil innerhalb des Reaktionsbehälters lh liegt und mit Wärmetauscherfunktion in das Abwasser 12 eintaucht, während zwischen dem Regler 5o und einer Niederdruck-Frischluft quelle bzw« einer Niederdruck-Luftleitung 5^ die Leitung 52 angeordnet ist.

Da ein Teil der Leitung k& durch den Reaktionsbehälter Ik und das Abwasser 12 geführt ist, ergibt sich zwischen der durch diese Leitung fließenden Frischluft und der durch das Abwasser 12 hindurchgeleiteten Luft im wesentlichen ein Temperaturausgleich bzw. eine Temperaturstabilisierung. Außerdem wird dadurch, daß die Frischluft durch die säulenförmige Kammer 18 hindurchgeleitet wird, innerhalb des Reaktionsbehälters Ik ein geringer Überdruck aufrechterhalten. Auf diese Weise tropft die in der Luft enthaltene Flüssigkeit ab, so daß sie nicht in das Gebläse 32 gelangen kann. Aus dem sich in dem Reaktionsbehälter l4 befindenden Abwasser 12 austretende Luft, die nicht in die Leitung zurückgelangt, wird über den Kanal 26 der säulenförmigen Kammer 28 zugeführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt weiterhin eine Sauerstoffmeßoinrichtung 56 mit einem Meßgehäuse 58, das eine gegenüber der Atmosphäre abgeschlossene Kammer bildet, sowie mit einem Sauerstoffmeßfühler 60, der in das Gehäuse und in die Kammer 58 hineinragt. Als Meßfühler 60 ist beispielsweise die Membransonde bzw. der Membranfühler Nr. 19o(to2 geeignet, der von der Fa. Beckman Instruments, Inc. hergestellt und vertrieben wird. Der Meßfühler 60'ist über ein Leitungskabel 62 mit der elektronischen Schaltung 64 verbunden, der wiederum durch eine Leitung 66 mit einem Ablesegerät 68

6098 19/1068

"⁷" ? R 4 η 3

verbunden ist, das als Zählgerät oder als Aufzeichnungsgerät ausgebildet sein kann.

Zwischen der Kammer 58, dem Ventil k2 und dem Dreiwege-Magnetventil 72 ist eine Leitung 7o vorgesehen, während sich zwischen dem Ventil 72 und der säulenförmigen Kammer 28 die Leitung Jk erstreckt. Darüberhinaus verbindet eine Leitung 76 das Ventil 72 mit der Atmosphäre. Ferner verläuft eine Leitung 77 zwischen der Kammer 58 und einem Dreiwege-Magnetventil 78, während eine Leitung 8o das Ventil 78 und die Leitung ^o miteinander verbindet und eine Leitung 82 zwischen dem Ventil 78 und der Leitung 76 verläuft. Schließlich sind noch ein Meßgerätegehäuse 8k sowie ein Isoliermantel 86 vorgesehen, der die Sauerstoffmeßeinrichtung 56 und die zugehörigen Teile umschließt.

Im Normalbetrieb werden die Leitungen ko und kk durch Betätigung des Ventils 42, die Leitungen 7o und 7k durch Betätigung des Ventils 72 und die Leitungen 77 und 82 durch Betätigung des Ventils 78 miteinander verbunden. Bei derart eingestellten Ventilen und in Betrieb gesetztem Gebläse 32 wird Luft durch den Luftdiffusor 36 ausgeblasen und dadurch eine feine bläschenförmige Verteilung der Luft in dem Abwasser 12 bewirkt, so daß dieses gut belüftet und innerhalb des Reaktionsbehälters l4 durchgemischt wird. Wenn diese Luftbläschen zur Oberfläche des Abwassers 12 aufsteigen und wieder aus dem Abwasser austreten, ist ein Teil des in den Luftbläschen enthaltenen Sauerstoffs von dem Abwasser aufgenonunen bzw. verbraucht. Die austretende Luft mit verringertem Sauerstoffgehalt wird dann von dem Reaktionsbehälter Ik an der Sauerstoffmeßeinrichtung 56 vorbei in die Atmosphäre abgeleitet. Der Sauerstoffgehalt der ausströmenden Luft wird durch

6 U9819/1068

2540374

den Meßfühler 60 gemessen. Die Differenz zwischen dem Sauerstoffgehalt der abströmenden Luft und dem Sauerstoffgehalt der in das Analysesystem eingeführten Außenluft ist ein Maß für die Sauerstoffmenge, die von dem Abwasser aufgenommen wurde.

In periodischen Abständen wird das Ventil kZ so betätigt, daß die Leitungen hk und 7o in Verbindung kommen, während das Ventil 72 derart betätigt wird, daß die Leitungen 7h und 76 miteinander verbunden werden. Schließlich wird in periodischen Abständen das Ventil 78 zur Verbindung der Leitungen 77 und 80 betätigt. Bei derart eingestellten Ventilen und in Betrieb befindlichem Gebläse 32 wird die Frischluft (mit etwa der gleichen Temperatur wie die Abluft) an der Sauerstoffmeßeinrichtung vorbeigeleitet, bevor sie dem säulenförmigen Kammerteil 18 zugeführt wird, während zugleich die abströmende Luft unmittelbar in die Atmosphäre abgeleitet wird. Dabei wird der Sauerstoffgehalt der Frischluft durch den Meßfühler 60 gemessen. Diese Messung zeigt jede Abweichung des Meßfühlers 60 an und dient als Bezugsmessung zum Vergleich mit dem ermittelten Sauerstoffgehalt der abströmenden Luft. Die periodische, gleichzeitige Betätigung der verschiedenen Magnetventile kann dabei durch konventionelle Zeitschalter ausgelöst werden.

Die elektronische Schaltung 64 speist den Meßfühler mit der von ihm benötigten Energie und formt die von dem Meßfühler 60 ankommenden Signale in Ausgangssignale um, die dem Sauerstoffgehalt der durch die Meßkammer 58 hindurchströmenden Luft proportional sind. Das Ausgangssignal für die abströmende Luft wird bei jeder Abweichung des Meßfühlers 60 durch das Ausgangssignal für die Frischluft korrigiert und ergibt bei ihrer Kombination

6098 19/10 68

mit anderen Meßwerten die von dem Abwasser 12 aufgenommene Sauerstoffmenge und damit den biochemischen Sauerstoffbedarf (BOD) des Abwassers. Das Ausgangssignal kann zum Betreiben des Ablesegerätes 68 sowie in gleicher Weise zur automatischen Steuerung der dem Belüftungsbecken Io zugeordneten Pumpen, Ventile, Gebläse und dergleichen Einrichtungen benutzt werden und damit zur fortlaufenden Regelung des Verhältnisses der in dem Becken enthaltenen Reaktionsteilnehmer zum Zwecke einer optimalen biologischen Abwasseraufbereitung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Veränderungen des Sauerstoffgehaltes, insbesondere Veränderungen des Sauerstoffverbrauchs bei der durch eine sich ständig ändernde Abwasserprobe hindurchgeblasenen bzw. hindurchsprudelnden und wieder austretenden Luft fortlaufend und unmittelbar messen. Während sowohl durch die Probe als durch das..Verfahren bedingte- Zeitverzögerungen auftreten, erfogen die Änderungen der gemessenen Sauerstoffmengenschwankungen kontinuierlich und unverzüglich.

Während vorangehend anhand der Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, versteht es sich für den Fachmann, daß im Rahmen der Erfindung noch vielerlei Änderungen und Abwandlungen möglich sind.

6 υ 9819/1068

Claims

- ίο -

Ansprüche :

1. Vorrichtung zur Verwendung in einem biologisch arbeitenden Abwasserreinigungssystem, bei dem ein Becken für Abwasser vorgesehen ist, gekennzeichnet durch einen gegenüber der Atmosphäre abgeschlossenen, eine Teilmenge des Abwassers aufnehmenden Reaktionsbehälter und einen ersten Vorrichtungsteil zur Einleitung und Durchleitung von Luft in bzw. durch das in dem Reaktionsbehälter befindliche Abwasser, weiterhin durch einen Auslaßkanal zur Ableitung der aus dem in dem Reaktionsbehälter befindlichen Abwasser austretenden Luft, eine Sauerstoffmeßeinrichtung.sowie einen zweiten Vorrichtungsteil, durch den Luft von dem Auslaßkanal der Sauerstoffmeßeinrichtung zur Messung des verbliebenen Restsauerstoffes zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal als Überlaufkanal zur Abführung von Abwasser und daraus austretender Luft aus dem

6098 19/1068

25403? 4

Reaktionsbehälter ausgebildet ist und daß ein dritter Vorrichtungsteil zur Zuführung von Abwasser aus dem Abwasserbecken in den Reaktionsbehälter sowie ein vierter Vorrichtungsteil zur Rückführung des Abwassers von dem Überlaufkanal zu dem Abwasserbecken vorgesehen sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vorrichtungsteil eine mit dem Überlaufkanal verbundene aufrechtstehende säulenförmige Kammer aufweist und der vierte Vorrichtungsteil eine mit dem Überlaufkanal verbundene Ableitung mit Flüssigkeitsfalle besitzt.

k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Vorrichtungsteil ein Gebläse mit Eingangs- und Ausgangsseite besitzt, wobei zwischen einer Frischluftquelle und der Gebläseeingangsseite eine erste Leitung sowie zwischen der Gebläseausgangsseite und dem Reaktionsbehälter eine zweite Leitung angeordnet ist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter einen in die erste Leiting eingeordneten, aufrechtstehenden säulenförmigen Kammerteil aufwe ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Vorrichtungsteil Absperrorgan zur wahlweisen Umleitung der Frischluft über die Sauerstoffmeßeinrichtung und der unmittelbaren Ableitung der aus dem Abwasser austretenden Luft in die Atmosphäre vorgesehen sind, wobei der Sauerstoffgehalt der Frischluft als Bezugsgröße zum Vergleich mit dem ermittelten Sauerstoffgehalt der Abluft meßbar ist.

b (J 9 8 1 9 / 1 Γι 6 8

2540374

7· Vorrichtung nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der ersten Leitung zur Erzielung eines weitgehenden Temperaturausgleichs zwischen der sie durchströmenden Frischluft sowie der durch das Abwasser hindurchgeleiteten und aus diesem wieder austretenden Luft innerhalb des Reaktionsbehälters in dem Abwasser liegend angeordnet ist.

8. Verfahren zur Anwendung in einem biologisch arbeitenden Abwasserreinigungssystem, bei dem sich Abwasser in einem umgrenzten Raum befindet, gekennzeichnet durch die Entnahme einer Teilmenge des Abwassers, die Einleitung und Durchleitung von Luft in bzw. durch das entnommene Abwasser sowie die Messung des verbliebenen Restsauerstoffs der aus dem entnommenen Abwasser wieder austretenden Luft.

9· Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die kontinuierliche Zuführung von Abwasser aus dem umgrenzten Raum zu einem Speicherraum für die Teilmenge sowie die kontinuierliche Rückführung aus dem Teilmengenspeicher in den umgrenzten Raum·

10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die periodische Messung des Sauerstoffgehalts der Frischluft vor ihrer Einleitung und Durchleitung in bzw. durch die entnommene Abwasserteilmenge als Bezugsgröße zum Vergleich mit dem ermittelten Sauerstoffgehalt der aus der Abwasserteilmenge austretenden Luft.

11. Verfahren nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluft zur Erzielung eines weitgehenden Wärmeausgleichs zwischen ihr und der durch das Abwasser hindurchgeleiteten und wieder austretenden Luft vor ihrer Einleitung und Durchleitung in bzw. durch das Abwasser wärmetauschend durch die entnommene Abwasserteilmenge hindurchgeführt wird.

609 8 19/1068