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Verfahren zur biologischen
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Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen
Reinigung von Abwasser, bei dem das Abwasser in Gegenwart von Belebtschlamm mit
einem sauerstoffhaltigen Gas in einem zumindest teilweise gegen die Atmosphäre abgeschlossenen
Behandlungsbecken begast wird.
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Erfahrungsgemäß sind biologische Abwasserreinigungsanlagen dem Tagesablauf
entsprechend großen Schwankungen hinsichtlich der zufließenden Abwassermenge und
der Substratkonzentration unterworfen. Da der Wirkungsgrad einer biologischen Abwasserreinigung
in Bezug auf die Elimination gelöster organischer Stoffe und den Energieaufwand
davon abhängig ist, inwieweit sich zwischen den am biologischen Abbau beteiligten
Reaktionspartnern ein Gleichgewichtszustand einstellt, muß eine Anpassung des Prozesses
an die sich ändernden Zulauf- und Systemparameter erreicht werden.
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Bei der Automatisierung des Belebtschlammverfahrens kommen bisher
im wesentlichen zwei Verfahrensführungen zur Anwendung: Zum einen die Ausnutzung
der optimalen Leistungs-
fähigkeit der Mikroorganismen bei einer
möglichst konstanten Schlammbelastung und zum anderen die Schaffung optimaler Lebensbedingungen
für die Mikroorganismen durch Anpassung der Sauerstoffzufuhr an den tatsächlichen
Bedarf.
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Die betriebliche Steuerung des Belebtschlammverfahrens über das Konstanthalten
der Schlammbelastung erfordert eine laufende Anpassung der rückgeführten Schlamm-Menge
an die zufließende Abwassermenge, eine Vergleichmäßigung der zu behandelnden Abwassermenge
oder eine Variation des Beckenvolumens. Zur Durchführung dieser Maßnahmen stellt
eine solche betriebliche Steuerung hohe analytische und meßtechnische Anforderungen,
die nur unter Verwendung aufwendiger und störanfälliger Geräte, wie TOC-Analysatoren
zur Ermittlung des organischen Kohlenstoffs, CSB-Analysatoren zur Ermittlung der
chemisch oxidierbaren organischen Verunreinigungen, Feststoffmeßgeräte oder Respirometer,
bewältigt werden können.
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Die Regelung bzw. Steuerung der Sauerstoffzufuhr erfolgt in der Regel
über ein kontinuierliches Messen des Sauerstoffgehaltes des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
mittels Sauerstoffelektroden. Abgesehen davon, daß solche Sauerstoffelektroden störanfällig
und in der Handhabung aufwendig sind, kann damit nur eine punkthafte Messung erfolgen,
die ein fehlerhaftes Ergebnis nach sich zieht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß auf einfache und sichere Weise eine Automatisierung
und Optimierung des Verfahrens im Sinne einer Steigerung der Ablaufqualität bei
Einhaltung möglichst niedriger Energiekosten erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dem gegen
die Atmosphäre geschlossenen Bereich des Behandlungsbeckens zuströmende sowie die
aus diesem Bereich abströmende Sauerstoffmenge kontinuierlich ermittelt, aus diesen
beiden ermittelten Werten ein Differenzwert zwischen zuströmender und abströmender
Sauerstoffmenge gebildet und dieser Differenzwert als Ausgangsgröße zur Regelung
und/oder Steuerung für im Behandlungsbecken ablaufende biologische Prozesse verwendet
wird.
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Mit der Erfassung der zu- und abströmenden Sauerstoffmenge kann der
tatsächliche Sauerstoffbedarf auf einfache Weise, beispielsweise mit Hilfe einer
Sauerstoffkonzentrationsmessung im zu- und abströmenden Gas strom, direkt ermittelt
werden. Dabei wird das gesamte Geschehen im gegen die Atmosphäre abgeschlossenen
Bereich des Behandlungsbeckens berücksichtigt, so daß iiber die ständige Bilanzierung
ein direktes Maß für die biologische Leistung des Belebtschlamms erhalten wird,
aufgrund dessen dann umfangreiche und genaue Steuerungs-bzw. eglungsvorgänge für
die ablaufenden biologischen Prozesse durchgeführt werden können.
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Bei volldurchmischten Eelebungsbecken ist es für die Durchfahrung
der erfi.ndungsgemäßen Verfahrensweise unerheblich, ob das gesamte Belebungsbecken
oder nur irgendein Teilbereich des Belebungsbeckens abgedeckt ist und die Messungen
der zu- und abströmenden Sauerstoffmenge vom gesamten abgedeckten Becken bzw. dem
abgedeckten Teilbereich erfaßt werden. Bei längsdurchströmten Belebungsbecken ist
es dagegen zweckmäßig, den abgedeckten Teilbereich etwa in der Mitte des Beckens
vorzusehen, da am Anfang des Beckens erst eine Vermischung von ankommendem Abwasser
und Rücklaufschlamm stattfindet und da am Ende des Beckens die
biologischen
Prozesse bereits weitgehend abgelaufen sind, so daß in diesen Bereichen keine für
die im gesamten Becken ablaufenden biologischen Vorgänge aussagefähigen Meßergebnisse
ermittelt werden können.
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Zur Steuerung bzw. Regelung der im Becken ablaufenden biologischen
Prozesse ist es vorteilhaft, in Abhängigkeit des Differenzwertes den Sauerstoffeintrag
und/oder die Schlammrücklaufmenge und/oder die Menge des Abwasserzulaufs aus einem
vorgeschalteten Speicherbecken in das Behandlungsbecken einzustellen. Dadurch kann
nicht nur eine möglichst konstante Schlammbelastung erreicht, sondern es können
auch optimale Lebensbedingungen für die Mikroorganismen geschaffen werden, so daß
eine sehr hohe Ausnutzung der Leistungsfähigkeit des Belebtschlamms gegeben ist.
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Darüber hinaus ist es weiterhin vorteilhaft, in Abhängigkeit des Differenzwertes
die Verteilung des Abwasserzulaufs auf parallel- und/oder hintereinander geschaltete
Behandlungsbecken und/oder Behandlungsbeckenabschnitte einzustellen, wodurch dann
eine gleichmäßige Belastung aller Behandlungsbecken bzw. Beckenabschnitte eingehalten
und auch eine gleichmäßige Ausnutzung der Leistungsfähigkeit des Belebtschlamms
erzielt werden kann.
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Zusätzlich kann in Abhängigkeit des Differenzwertes auch die Zuleitung
von Regenwasser oder von Konzentraten eingestellt werden oder auch eine Warnung
bei toxischen Zuläufen erfolgen.
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Zur Einstellung der einzelnen Maßnahmen in Abhängigkeit des Differenzwertes
ist es vorteilhaft, das Regeln und/oder Steuern über empirisch und/oder theoretisch
vorgegebene
Funktionen mit Hilfe eines Prozeßrechners durchzuführen. Die Eingangsgröße für die
Regelung bzw. Steuerung ist dabei in jedem Fall der ermittelte Differenzwert zwischen
zuströmender und abströmender Sauerstoffmenge, wobei die Ermittlung dieses Differenzwertes
ebenso vom Prozeßrechner übernommen wird. Dieser verarbeitet dann die Eingangsgröße
mit Hilfe eines Programms, das auf empirisch und/oder theoretischen Werten beruht,
zu Steuerbefehlen, mit denen der Sauerstoffeintrag, die Schlammrücklaufmenge, die
Menge des Abwasserzulaufs und/oder die Verteilung der zulaufenden Abwassermenge
beeinflußt werden. Dabei können diese Maßnahmen vom Prozeßrechner einzeln, nacheinander
oder gleichzeitig eingestellt werden.
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Für die Ermittlung der zuströmenden und abströmenden Sauerstoffmengen
ist es zweckmäßig, das Gesamtvolumen, die Temperatur und gegebenenfalls den Druck
des jeweiligen Gasstromes zu messen, die Fremdgasanteile und/oder Sauerstoffanteile
des jeweiligen Gasstroms zu bestimmen und aus diesen Werten mit Hilfe eines Prozeßrechners
den Sauerstoffmengenfluß des jeweiligen Gasstromes zu errechnen. Die Bestimmung
des Fremdgasanteils und/oder der Sauerstoffanteile im jeweiligen Gasstrom kann nach
festen Werten oder über eine Gasanalyse erfolgen. Die Mengenmessungen können mit
Flügelradzählern oder Anemometern durchgeführt werden.
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Speziell für die Einstellung des Sauerstoffeintrags ist es schließlich
von Vorteil, das Regeln und/oder Steuern des Sauerstoffeintrags über das Verändern
der Tauchtiefe und/oder der Drehzahl eines Gaseintragsaggregates in Abhängigkeit
einer aus Stromaufnahme des Gaseintragsaggregats und Sauerstoffverbrauch empirisch
gebildeten Kurve durchzuführen und die Stromaufnahme des Gasein-
tragsaagregats
in einem Bereich der Kurve zu halten, der dem Sauerstoffverbrauch der jeweiligen
Respiration des Schlamms entspricht. Dabei wird davon ausgegangen, daß nach Absättigung
der Respiration des Schlamms der Sauerstoffverbrauch nur noch geringfügig ansteigt
infolge physikalischer Löslichkeit von Sauerstoff im Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch,
und daß somit nach einem anfänglich steilen Anstieg des Differenzwertes in Abhängigkeit
von der Stromaufnahme des Gaseintragsaggregats die Stromaufnahmekurve sich dann
einer Waagerechten nähert. Die anfallenden Rechenaufgaben können ebenso von einem
Prozeßrechner gelöst werden.