DE3221966A1 - Verfahren und einrichtungen zur messung des biologisch aktiven schlammgehalts in waessrigen loesungen, z.b. belebtschlamm - Google Patents
Verfahren und einrichtungen zur messung des biologisch aktiven schlammgehalts in waessrigen loesungen, z.b. belebtschlammInfo
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Description
-S· ■
Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur Messung des biologisch aktiven Schlämmgehaltes in wässrigen
Lösungen wie z.B. des Belebtschlammes in Kläranlagen, bei dem dem zu untersuchenden Belebtschlamm ein Teilstrom entnommen
wird, der mit Sauerstoff durchlüftet und kontinuierlich durch einen Reaktionsbehälter hindurchgeleitet wird,
wobei der Sauerstoffgehalt vor Eintritt in den Reaktionsbehälter sowie nach Verlassen des Behälters gemessen wird.
' Die Bestimmung des biologisch aktiven Belebtschlammgehalts
wird bisher im wesentlichen mit einem standardisierten Stichprobenverfahren durchgeführt. Das Ergebnis wird in
gTS/1 oder g orgTS/1 angegeben.
Eine Zusammenfassung über kontinuierlich arbeitende Meßgeräte zur Erfassung des Belebtschlammes ist im Arbeitsbericht
des ATV-Fachausschuß 2.13 (4/1981) zusammengefaßt und beurteilt Nach diesem Bericht haben sich bisher zur Bestimmung des
belebten Schlammes nur optische und Ultraschall-Meßgeräte bewährt. Keines dieser Verfahren berücksichtigt die vorhandene
Aktivität des Schlammes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Einrich-t-ungen zu· schaffen, mit denen-sich kontinuierliche
': Messungen des biologisch aktiven Belebtschlammgehaltes in wässrigen Lösungen durchführen lassen.
Bei dem zu untersuchenden Belebtschlamm besteht ein linearer
Zusammenhang zwischen der organischen Trockensubstanz pro Volumen, gemessen in g org TS/1, und deren Sauerstoffverbrauch,
gemessen in mg 0?/l.Min, solange folgende Bedingungen eingehalten
sind:
a) Die Nährstoffversorgung der Organismen während der Messungen muß gleichbleibend sein.
. b) Die Umweltbedingungen (Temperatur und pH-Wert) im Meßgerät
müssen den Bedingungen der Organismen vor der Messung
angepaßt sein.
c) Der Sauerstoffgehalt im Belebtschlamm darf nicht limitierender
Faktor werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der
Teilstrom mit biologisch neutralem Wasser verdünnt wird, und daß die Verdünnung des Teilstromes durch die Messung des
Sauerstoffgehalts:vor dem Reaktionsbehälter und Vergleich
mit dem Meßergebnis des Restsauerstoffgehalts nach dem Reaktionsbehälter derart geregelt wird, daß bei konstantem
Volumenstrom durch den Reaktionsbehälter die Differenz der Meßwerte im wesentlichen bei einem vorgegebenen Wert konstant
bleibt, wobei der Verdünnungsgrad zur Anzeige des biologisch aktiven Schlammgehaltes dient.
Für den Anwendungsfall geringfügiger Schwankungsbreiten wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Teilstrom mit biologisch neutralem Wasser verdünnt wird und das Verdünnungsverhältnis bei Über- oder Unterschreiten zweier
Grenzwerte um einen vorgegebenen Faktor erhöht oder verringert wird und das Mischungsverhältnis und die gemessene Sauerstoffdifferenz
zur Anzeige des biologisch aktiven Schlammgehaltes dient. Die Grenzwerte sind Sauerstoffwerte im Zu-und Ablauf.
Der Sauerstoffgehalt des konstanten Volumenstromes - Belebtschlamm
und Verdünnungswasser - wird also am Zu- und Ablauf des Reaktionsbehälters gemessen und die Differenz in einer
geringen Schwankungsbreite konstant gehalten, indem bei kleiner werdender Sauerstoffdifferenz der zugesetzte Anteil an Verdünnungswasser
verringert, bei größer werdender Differenz erhöht wird. Dadurch wird eine konstante Sauerstoffzehrung
der Mikroorganismen im Reaktionsbehälter sichergestellt.
Das heißt auch, daß eine konstante Organismenmenge unabhängig vom Schlammgehalt der Flüssigkeit eingeregelt wird.
COPY
Bei erfindungsgemäßer Ausführung mit stufenweiser Änderung des Verdünnungsverhältnisses wird das Mischungsverhältnis
von Probenstrom und Verdünnungswasser beim Über-oder Unterschreiten zweier Grenzwerte des Sauerstoffgehaltes
jeweils um einen konstantenFaktor erhöht oder erniedrigt.
Diese Verfahrensweise bietet sich an, wenn sich die Schlammkonzentration
über einen längeren Zeitraum in der gleichen Größenordnung bzw. geringfügigen Schwankungsbreiten bewegt.
Sauerstoffdifferenz und Schlammgehalt sind dann proportional.
' Die Aussage, daß bei gleicher Sauerstoffzehrung und gleichem
Mischungsverhältnis auch eine konstante Organismenmenge eingeregelt wird, impliziert die unter a) formulierte Bedingung
ständig gleicher Nährstoffbedingungen für die Organismen.
Im Belebtschlamm eines Belebungs- oder Nachklärbeckens bei Kläranlagen bewegen sich die Konzentrationsschwankungen
dieses Nährstoffangebotes in der Regel zwischen 10 und 50 mg BSB^/l, d.h. zur Erfüllung der vorgenannten Bedingung
muß dem Belebtschlamm-Wasser-Gemisch ein leicht abbaubares Substrat zudosiert werden, sodaß die Bedingung
- -V = V — T - -La + Lsub __ ) >
(. Lb + Lsub
max K +L +K ,+ L, max K , + L. + K ,+L
m.va a m,sub sub m,b b m,sub sub
(Gleichung 2) (erweiterte Michaelis-Menten-Gleichung)
erfüllt ist.
(Zeichenerklärung siehe Anhang)
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens soll dem konstanten Volumenstrom oder einem der beiden Teilströme
eine leicht abbaubare Nährsubstanz zugeführt werden. Nach eigenen Messungen und Literaturauswertungen ist davon auszugehen,
daß es sich bei den noch im Wasser gelösten Stoffen um schwerer abbaubare Restverschmutzungen mit kleinen K -Werten
(1,7 - 3,7 mg/1) handelt (ESSER). Bei der zugeführten leicht abbaubaren Nährsubstanz kann ein K -Wert von 60 - 150 mg/1
angesetzt werden (ESSER). Bei zu erwartenden Restverschmutzunga-
Schwankungen im Belebtschlamm zwischen 10 und 100 mg BSB /1 und einer Erhöhung der Gesamtnährstofffracht im konstanten
Volumenstrom um ca. 1000 mg BSB /1 ist mit einem Fehler von ca. 0,5 % vom Meßwert aufgrund der angenommenen unterschiedliehen
Restschmutzkonzentrationen im Belebtschlamm zu rechnen (Rechnung siehe Anhang).
Die Organismen reagieren sehr empfindlich auf Veränderungen ihrer Lebensbedingungen. Um Störungen, hervorgerufen durch
unterschiedliche Temperaturen des Belebtschlammes und des Verdünnungswassers, zu vermeiden, wird bei erfindungsgemäßer
Ausführung des Verfahrens die Temperatur des zu untersuchenden Belebtschlammes oder des Teilstromes gemessen und die
Temperatur des Verdünnungswassers oder des konstanten Volumenstromes auf die Temperatur des zu untersuchenden Belebtschiammei
oder eine vorgegebene Temperatur eingeregelt.
Um Störungen, hervorgerufen durch unterschiedliche pH-Werte des Belebtschlammes und des Verdünnungswassers, zu vermeiden,
wird bei erfindungsgemäßer Ausführung des Verfahrens der pH-Wert des zu untersuchenden Belebtschlammes oder des Teilstromes
gemessen und der pH-Wert des Verdünnungswassers oder des konstanten Volumenstromes auf den pH-Wert des
zu untersuchenden Belebtschlammes oder einen vorgegebenen pH-Wert eingestellt.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf Einrichtungen zum Messen des biologisch aktiven Schlammgehaltes in wässrigen
Lösungen wie z.B. des Belebtschlammes in Kläranlagen.
Die Einrichtung zur Ausführung des Verfahres mit einem Reaktionsbehälter durch den der Probenstrom hindurchfließt
und je einer Sauerstoffelektrode im Zu-und Ablauf,
kennzeichnet sich nach der Erfindung dadurch, daß die Probenstromleitung mit der Verdünnungswasserleitung
zusammen geführt wird und dann die Luftleitung mit einer weiteren Leitung zusammengeführt wird und als Kontaktleitung
im Entgasungsgefäß endet, wobei die Probenstromleitung
mit der Durchfluß-Regelvorrichtung des Probenstrom und die Verdünnungswasserleitung mit der zweiten Durchfluß-Regelvorrichtung
und dem Entspannungsbehälter verbunden ist und das vom Auslauf des Entgasungsbehälters eine
leitung, eine Suaerstoffelektrode, das Reaktionsgefäß
und eine weitere Sauerstoffelektrode miteinander verbunden und bis zum Auslauf des Gerätes weitergeführt
werden und die Durchfluß- Regelvorrichtungen sowie die Sauerstoffelektroden mit einer Steuerung verbunden sind,
wobei die Steuerung einen Vergleicher und einen Stellsignalgeber für die Durchfluß-Regelvorrichtungen enthält.
Zur Nährstoffversorgung der Microorganismen wird -.
·—-—« ^—-.———■
an die Verdünnungswasserleitung
eine Nährstoffversorungseinrichtung bestehend aus einem
Vorratsbehälter einer Dosierpumpe und einer Zuleitung angeschlossen ..
Die Temperatur und der pH-Wert werden durch entsprechende Meß-und Regeleinrichtungen kontrolliert und eingestellt.
Es ist dabei ratsam diese Meßgrößen bereits vor der Abnahme des Probenstromes zu erfassen. Die Regelung wird durch eine
solche Maßnahme vergleichmäßigt.
Bei der Durchfluß-Regelvorrichtung im Auslauf des Entgasungsbehälters handelt es sich um eine Drosselvorrichtung
die die Summe der Reibungsverluste -die der Drosselvorrichtung und die des nachgeschalteten Leitungssystems-
konstand hält. Das heißt, bei großen Reibungsverlusten im Leitungssystem wird durch den erhöhten
Wasserstand im Entgasungsbehälter die Drosselstrecke in geringerem Maße beansprucht als bei kleinen Reibungs-Verlusten.
Bei einem Gesamtdurchfluß durch das System von 1-Liter/Min.
haben sich folgende Werte von Drosselstab und -rohr bewährt:
Drosselstab 0 6 mm
Drosselrohr 0 innen 7mm, Länge 200 mm Eintauchlänge 0 bis 200 mm je nach den Reibungsverlusten
Theoretische Fehlerabschätzung bei noch im Belebtschlamm vorhandener Restverschrnutzung und gleichzeitiger Nährstoffaufstockung
mit leicht abbaubaren Substanzen:
In vereinfachter Form wird der Aktivitäts-Nährstoff-Zusammen-.
hang durch die MICHAELIS-MENTEN-Gleichung
max K + L m
(Gleichung l)
dargestellt. Für die hier erforderliche Abschätzung wird Gleichung 1 auf die Form
TT ι L, + L .
L + L , ! b sub
max K +L + K *+ L -^ max K . + L1+ K , +L
m, a a m, sub sub m, b b m, sub sub
(Gleichung 2) erweitert.
Restkonzentration a = 10 mg BSB /1 Restkonzentration b = 50 mg BSB^/l
Der Anteil des Verdünnungswassers, der ausgleichend auf die unterschiedlichen Konzentrationen a und b wirkt, wird vernachlässigt.
Km,a = 2
Km,b = 15
Km,sub= 120 mg/1
Substratkonzentration = 3^O - mg/1
Km,b = 15
Km,sub= 120 mg/1
Substratkonzentration = 3^O - mg/1
10 + ' 300
V = Vmax (U -) = Vmax 0,717
V = Vmax (U -) = Vmax 0,717
V-V ( 50 + 30° ^^_) - V 0 721
" max ^ 15 + 120 + 50 + 300 ' ~ max u'/£:j-
Theoretischer Fehler = 0,6 %
COPY
* fa.
In Vorversuchen stellte sich bei einem Trockensubstanzgehalt von 1,0 g/l und einer Substrat-Zudosierung von
300 mg BSB /Min eine Sauerstoffzehrung von 1»7 mg 0 /1 Min
ein.
Bei einem konstanten 0 -Steuerwert von 5,0 mg 0 -Differenz stellt sich somit im Reaktionsbehälter eine Belebtschlammkonzentration
von 2,94 g/i ein.
Bei einer Schlammkonzentration im Probenstrom von 12,8 g TS/1
stellt sich mit diesen Werten ein Mischungsverhältnis (n + 1) von 3,, 35 g + 1 ein.
(3,35. + 1) 2,94 ■ = 12,8 g TS/1
Bei entsprechender Ausgestaltung des Meßgerätes erstreckt sich der Meßbereich des Meßgerätes von 0,05 bis 50 g TS/1.
Geht man davon aus, daß unter normalen Bedingungen etwa 10 mg Op im Wasser zur Zehrung zur Verfügung stehen, so wird
durch die Zudosierung von Verdünnungswasser der Meßbereich auf das 8,5-fache erweitert.
Copy
In der Rechnung bedeuten:
L ' Substratkonzentration Abwasser "a" a
L. Substratkonzentration Abwasser "b"
L . Substratkonzentration der Nährlösung
K Michaelis-Menten-Konstante m. .
V Reaktionsgeschwindigkeit
V max maximale Reaktionsgeschwindigkeit g, mg Gramm, Milligramm
TS Trockensubstanz
org.TS organische Trockensubstanz
1 Liter
Min. Minute
BSB Biologischer Sauerstoffbedarf in fünf Tagen
Ol Probenzuleitung
1 Probenpumpe
2 Verdünnungswasserpumpe
20 Verdünnungswasserbehälter
21 Verdünnungswasserleitung
3 Substratpumpe
30 Substratbehälter
31 Substratleitung
4 Temperaturfühler/pH-Fühler
5 Temperaturregelung/pH-Regelung 51 Mischleitung
6 Luftpumpe
60 Luftleitung
61 Kontaktleitung
7 Entgasungsbehälter
8 Überlauf 9' Schwimmer
91 Drosselstange
92 Drosselleitung
10 Pumpe ·
11 O2-Elektrode
12 Reaktionsbehälter
13 O2-Elektrode 131 Auslauf
14 elektronische Regel- und Anzeigeeinheit
Claims (15)
1. Verfahren zur Messung des biologisch aktiven Schlammgehaltes in wässrigen Lösungen wie zum
Beispiel des Belebtschlammes In Kläranlagen, bei dem
dem zu untersuchenden Belebtschlamm ein Teilstrom entnommen wird, der mit Sauerstoff durchlüftet und kontinuierlich durch
einen Reaktionsbehälter hindurchgeleitet wird, wobei der Sauerstoffgehalt vor Eintritt in den Reaktionsbehälter
sowie sein Restsauerstoffgehalt nach Verlassen des Behälters gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom
mit biologisch neutralem Wasser verdünnt wird, und daß die Verdünnung des Teilstromes durch die Messung des Sauerstoffgehalts-'
vor dem Reaktionsbehälter und Vergleich mit dem Meßergebnis des Restsauerstoffgehalts nach dem Reaktionsbehälter
derart geregelt wird, daß bei konstantem Volumenstrom durch den Reaktionsbehälter die Differenz der Meßwerte im wesentlichen
bei einem vorgegebenen Wert konstant bleibt, wobei der Verdünnungsgrad zur Anzeige des biologisch aktiven Schlammgehaltes
dient.
2. Verfahren zur Messung des biologisch aktiven Schlammgehaltes in wässrigen Lösungen wie z.B. des Belebtschlammes in Kläranlagen, bei dem dem zu untersuchenden Belebtschlamm ein
.Teilstrom entnommen wird, der mit Sauerstoff durchlüftet und kontinuierlich durch einen Reaktionsbehälter hindurchgeleitet
wird, wobei der Sauerstoffgehalt vor Eintritt in den Reaktionsbehälter sowie sein Restsauerstoffgehalt nach
Verlassen des Behälters gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom mit biologisch neutralem Wasser verdünnt
wird und das Verdünnungsverhältnis bei Über- oder Unterschreiten zweier Grenzwerte um einen vorgegebenen Faktor erhöht
oder verringert wird.und das Mischungsverhältnis und die gemessene Sauerstoffdjfferqnz zur Anzeige des biologisch
aktiven Schlammgehalts dient.
"'"·.""■"■ COPY
3. Verfahren nach Anspruch 1. oder 2., dadurch gekennzeichnet, daß dem konstanten Volumenstrom oder einem bzw. beiden
Teilströmen eine Nährsubstanz zugemischt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1. und 3. oder 2. und 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Nährsubstanz so
gewählt wird, daß das Gemisch aus Belebtschlamm, Verdünnungswasser und Nährsubstanz eine Gesamtkonzentration bis
2000 mg/1 gemessen als BSB- aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1-, 3. und 4. oder 2., 3. und 4.,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zu untersuchenden Belebtschlammes oder eines Teilstromes gemessen und die
Temperatur des Verdünnungswassers oder des konstanten Gesamtstromes auf die Temperatur des zu untersuchenden Belebtschlammes
oder eine vorgegebene Temperatur eingeregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1., 3., 4. und 5. oder 2., 3., 4. und 5., dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des zu untersuchen-
'· den Belebtschlammes oder eines Teilstromes gemessen und der
pH-Wert des Verdünnungswassers oder des konstanten Gesamtstromes auf den pH-Wert des zu untersuchenden Belebtschlammes
oder einen vorgegebenen pH-Wert eingestellt wird.
7. ' Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem
der vorstehenden Ansprüche mit einem Reaktionsbehälter durch den der Probenstrom hindurchfließt und je einer
Sauerstoffelektrode im Zu-und Ablauf, dadurch gekennzeichnet,
daß die Probenstromleitung( 1) mit der Verdünnungswasserleitung(21)
zusammen geführt wird und dann die Luftleitung(60) mit der Leitung(51) zusammengeführt wird
und als Kontaktleitung(61) in das Entgasungsgefäß(7)
geführt wird,wobei die Probenstromleitung( l) mit der
Durchfluß-Regelvorrichtung(l) und die Verdünnungswasserleitung(2l) mit der Durchfluß-Regelvorrichtung(2)
und dem Entspahnungsbehälter(20) verbunden ist und das vom ■Auslauf des Entgasungsbehälters(7) die Leitung(7l),
die Sauerstoffelektrode(ll), das Reaktionsgefäß(12) und
die Sauerstoffelektrode(13) miteinander verbunden und
bis zum Auslauf (131) weitergeführt werden und die die Durchfluß-Regelvorrichtungen(l) und(2) sowie die
Sauerstoffelektroden(11) und(13) mit der Steuerung(14)
verbunden sind, wobei die Steuerung(14) einen Vergleicher und einen Stellsignalgeber für die Durchfluß-Regelvorrichtung
enthält.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verdünnungswasserleitung (21) eine Nährstoffversorgungseinrichtung
bestehend aus dem Vorratsbehälter (30), der Dosierpumpe (3) und der Zuleitung (31) angeschlossen
wird.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Probenstromleitung { l) ein Temperaturfühler (4)
und in die Verdünnungswasserleitung (21) eine Heizvorrichtung. .(5) eingebaut sind und daß.der Temperaturfühler
(4) und die Heizung (5) an das Steuergerät (14) angeschlossen sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Probenstromleitung ( .1) eine pH-Meßsonde-(4) und in die Verdünnungswasserleitung (21)
eine Vorrichtung zur pH-Regelung eingebaut ist.und daß die pH-Meßsonde (4) und die Vorrichtung zur
pH-Regelung (5) an das Steuergerät (14) angeschlossen
sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsbehälter (12) eine
Rohr- oder Schlauchleitung eingebaut ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsbehälterleitung (12) einen Innendurchmesser
von 5 bis 25 mm hat
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (12) COPY ein Volumen von 0,5 bis 5 Liter hat.
14. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzechnet, daß im Entgasungsbehälter(7)
oder in der Leitung(71) eine Durchfluß-Regeleinrichtung
eingebaut ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, mit einem Schwimmer im Entgasungsbehälter, dadurch gekennzeichnet,daß der
Auslauf des Entgasungsbehälters(7) als Drosselleitung(92)
ausgebildet ist und daß am Schwimmer (9) eine Drosselstange(9$
angebracht ist, die in die Drosselleitung eintaucht.
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DE (1) | DE3221966A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4406611A1 (de) * | 1994-03-01 | 1995-09-07 | Rudolf Dipl Chem Dr Mueller | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB) in Kläranlagen |
WO1997014960A1 (de) * | 1995-10-13 | 1997-04-24 | Isco Inc. | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des biologischen sauerstoffbedarfs von abwasser |
-
1982
- 1982-06-11 DE DE19823221966 patent/DE3221966A1/de not_active Withdrawn
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