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Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von biologischen
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Kläranlagen, insbesondere Belebtschlammbecken Die Erfindung betrifft
ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem bekannten System zur Feststoffregelung in einer Belebungsanlage
sind optische Meßzellen in das Belebtschlarnmbecken direkt eingesetzt. Die Auswertung
erfolgt mit Hilfe eines sogenannten ~Fotometers". Gemessen wird die Schlammdichte
in g/l. In Abhängigkeit von den eingestellten Werten wird aus dem Nachklärbecken
mehr oder weniger Rücklaufschlamm zurückgeführt. Nachteilig bei einer solchen Anordnung
mit Fotozel'en innerhalb des Belebtschlammbeckens ist deren schnelle und starke
Verunreinigung, die es erforderlich macht, die Meßzelle stets sauber zu halten.
Bei einer nicht sauberen Meßzelle simuliert diese einen zu hohen Schlammgehalt mit
der Folge, daß die Belebungsanlage heruntergeregelt wird und damit nicht mehr im
optimalen Betriebszustand gefahren wird.
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Das gleiche Problem besteht dann, wenn - wie dies im Belebtschlammbecken
regelmäßig der Fall ist - Luftbläschen an das Fotometer herankommen. Diese Luftbläschen
werden vom Fotometer nicht als Luftbläschen sondern als Feststoffanteile gewertet.
Auch dies führt zu einer unbeabsichtigten sogenannten "Schlammunterdeckung" in der
Belebungsanlage. Bei Kläranlagen wird ein be#ti:rjnter optimaler
Betriebszustand
gefunden, der stets eingehalten werden soll.
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Bei einer Abweichung vom gefundenen optimalen Betriebspunkt arbeitet
die Kläranlage nicht nur mit einem schlechteren Wirkungsgrad sondern auch mit einem
absolut schlechteren Reinigungsergebnis im Auslauf.
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Statt des Einsatzes von Prozeßfotometern zur analytischen Klärwerksüberwachung
und -regelUng ist es auch bekannt, den Betrieb in einer anderen Weise zu steuern.
Zunächst besteht die Möglichkeit, von Hand das Schlammvolumen in einem Meßzylinder
nach einer vorgegebenen Absetzzeit, die in der Praxis 30 Minuten beträgt, zu messen
und nach dem so ermittelten Wert des Schlammvolumens die Rücklaufschlammenge zu
erhöhen oder zu verringern. Eine weitere Möglichkeit der Regelung besteht darin,
nicht die Rücklaufschlammenge zu verändern sondern diese konstant zu halten und
statt dessen die Überschußschlammenge zu verändern.
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Dem von Hand durchgeführten vorerwähnten Meßverfahren ist ein weiteres
bekanntes Bestimmungsverfahren des Schlammvolumens im Belebtschlamm nachgebildet
(CIT 1984/86).
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Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt - entsprechend den im Klärwerksbereich
maßgeblichen Vorschriften - ein Einführen einer Probemenge von 500 ml Belebtschlamm
und 500 ml Wasser in einen mit Kolben versehenen Meßzylinder von insgesamt 1000
ml Inhalt. Bei dieser bekannten Vorrichtung folgt eine entlang der Längsachse des
Meßzylinders bewegliche Fotozelle der Grenzschicht zwischen klarem Wasser und abgesetztem
Schlamm. Aus dem Verlauf der Meßkurve werden Werte für die Steuerung des Belebtschlammbeckens
gewonnen.
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Das bekannte Verfahren besitzt mehrere Nachteile: Es geht davon aus,
daß sich der Absetzvorgang "egelgerecht" verhält, daß sich also die Grenzschicht
zwischen reinem Wasser
und Belebtschlammwasser ständig kontinuierlich
zum Boden des Meßzylinders verschiebt. Diese Annahme ist aber in vielen Fällen unzutreffend.
Es gibt Fälle, bei denen sich am oberen Ende des Meßzylinders sogenannter "Schwimmschlamm"
bildet.
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In solchen Fällen kann die Fotozelle nicht der absinkenden Grenzschicht
zwischen Belebtschlamm und Klarwasser folgen, welche dann unterhalb eines Schwimmschlammbereichs
nach unten abwandert.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt
darin, daß das Nachfahren der Fotozelle auch dann nicht gewährleistet ist, wenn
- und dies ist häufig der Fall -in der Belebtschlammprobe Flocken vorhanden sind.
Das Vorhandensein von Flocken führt zu Fehlschaltungen der Meßeinrichtung und damit
zur fehlerhaften Funktion. Als weiterer Nachteil ist zu sehen, daß dieses Verfahren
entsprechend dem vorbeschriebenen Handverfahren eine Meßzeit von 30 Min. zuzüglich
einiger Minuten Reinigungszeit benötigt. Dadurch reagiert dieses Verfahren im Extremfall
erst nach ca. 60 Min. auf eine veränderte, schlagartig auf die Belebung einsetzende
Einflußgröße, z.B. Gewitter. Dies könnte bei Abwesenheit des Personals bereits zu
einer wesentlich verschlechterten Reinigungsleistung der Kläranlage führen. Die
von der bekannten Vorrichtung aufgezeichneten Absetzkurven müssen zunächst vom Personal
ausgewertet werden, bevor bei Abweichungen vom Standard durch das Personal in die
Steuerung eingegriffen werden kann.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren der als bekannt vorausgesetzten Art so auszubilden, daß
es bei einer sicheren Meßung repräsentativer Schlammdichtewerte eine Regelung der
Kläranlage innerhalb kurzer Intervallzeiten automatisch erlaubt.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils
von Anspruch 1.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung
erlauben eine besonders einfache Regelung der Belebtschlammkonzentration im Belebtschlammbecken.
Das Verfahren macht sich die Tatsache zunutze, daß es zur Gewinnung repräsentativer
Daten nicht erforderlich ist, den Absetzvorgang des Belebtschlamms auf 30 Minuten
auszudehnen.
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Bereits in einer Zeit von wenigen Minuten, üblicherweise nach 6 bis
7 Minuten, ist die Grenzschicht zwischen Klarwasser und Belebtschlamm im Meßzylinder
über die Hälfte des gesamten Absetzweges nach unten gewandert. Prüfungen haben ergeben,
daß die 11Halbwertzeit11, nach der bereits die Hälfte des Belebtschlamms abgesetzt
ist, nicht etwa bei 15 Minuten liegt, sondern irgendwo im Bereich zwischen 5 bis
8 Minuten. Es bietet sich also an, die Meßzelle an der Position anzuordnen, an der
nach derElalEwertzeit, die für die betreffende Kläranlage individuell ermittelt
wurde, die Grenzschicht zwischen Klarwasser und Belebtschlamm angekommen ist. Die
Fotozelle muß dabei lediglich feststellen, ob nach einer bestimmten Zeit an dieser
Stelle schon Klarwasser gemessen wird oder noch Schlamm vorliegt. In Abhängigkeit
von dieser Messung erfolgt dann die Regelung der Belebtschlammkonzentration durch
eine Veränderung der Rücklaufschlammenge und/oder der Überschußschlammenge.
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Gegenüber dem bekannten System mit einer nachlaufenden Fotozelle ergibt
sich bei dieser Konstruktion die Möglichkeit einer vergleichsweise trägheitslosen
Regelung, da die Meßintervalle statt 30 Minuten beispielsweise 5 bis 8 Minuten betragen
können, in jedem Fall aber kürzer als 10 Minuten sind.Darüberhinaus arbeitet die
neue Konstruktion besonders störungsfrei.
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Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erwindung anhand
der Zeichnung beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens: Vom Belebtschlammbecken wird eine Probemenge mit
einer Pumpe P über eine Rezirkulationsleitung 1 gefördert und damit für einige Zeit
in Bewegung gehalten. Sobald der Meßzyklus beginnt,wird das Ventil M 1 geschlossen
und es gelangt Belebtschlamm in den Vorratsbehälter V 2, der ein Volumen von üblicher
weise 500 ml aufweist.
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I Nachdem der Vorratsbehälter V 2 befüllt ist, wird die Pumpe abgestellt.
Der Überschuß des auf 500 ml begrenzten Belebtschlamms läuft zum Belebtschlammbecken
zurück. Gleichzeitig erfolgt über eine Klarwasserleitung 2 ein Wasserzulauf durch
das Magnetventil M 3, welches zur Befüllung des Klarwasservorratsbehälters V 1 führt,
der das gleiche Volumen wie der Vorratsbehälter V 2 aufweist.
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Auch dort erfolgt der Ablauf des Überschußwassers durch eine Leitung
3 in einen Überlauf 4, in den auch der Belebtschlamm durch eine Überlaufleitung
5 gelangt. Der Überlauf 5 mündet über eine Leitung 6 in der Rezirkulationsleitung
1, die ihrerseits in den Ablauf 7 mündet.
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Sobald die beiden Vorratsbehälter mit jeweils 500 ml befüllt sind,
werden die Ventile M 6 und M 7 geöffnet. Belebtschlamm ; und Klarwasser gelangen
gleichzeitig und gut gemischt -in th een te£zylinder Z. Der Meßzylinder Z ist unten
durch das Ventil M 4 verschlossen. Mit dem Einlauf in den Meßzylinder beginnt der
Meßzyklus.
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Nach Beendigung des Meßzyklus öffnet das Ventil M 4 und es gelangt
die Probemenge aus dem Meßzylinder in den Ablauf 7, der zur Nachklärung oder zum
Belebtschlammbecken führt.
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Danach erfolgt vor jeder neuen Messung zunächst eine Reinigung des
Geräts, indem die Ventile M 3 und M 5 Klarwasser in die beiden Vorratsbehälter V
1 und V 2, den Überlauf, durch die Rohrleitungen mit M 1 und M 2 sowie den Meßzylinder
Z einlaufen läßt. Die Menge des Reinigungswassers kann gewählt werden. Die Reinigungszeit
wird meist weniger als eine Minute betragen.
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Das zufließende Reinigungswasser gelangt über das Magnetventil M 5
auch noch in die Förderleitung 8 für den Belebtschlamm, in dem das Ventil M 2 sitzt,
sowie weiterhin über die Rezirkulationsi:eitung 1 zum Ablauf 7. Außerdem gelangt
Wasser über ein weiteres Reduzierventil in den Vorratsbehälter für das Klarwasser
und von dort aus ebenfalls in den Meßzylinder, so daß der Meßzylinder von zwei Leitungen
aus gespült wird. Danach ist der Reinigungsprozeß beendet.
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Für den Fall, daß das Reinwasser das typische gechlorte Trinkwasser
ist, kann es zu Ausflockungen und Schwimmschlammzonenim Meßzylinder kommen. Um dies
zu vermeiden, erfolgt die Schaltung des Reinwasserzulaufs zum Vorratsbehälter so,
daß unmittelbar nach Beendigung des Reinigungszyklus, während die anderen Behälter
noch gespült werden, das Ventil M 6 bereits wieder geschlossen wird. Es kann das
Chlor aus dem Vorratsbehälter für das Reinigungswasser in der verbleibenden Zeit
bis zum nächsten Meßzyklus ausgasen und nicht mehr das Meßergebnis durch Bildung
von Flocken und Zonen im Meßzylinder Z beeinträchtigen.
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Das vor Beginn eines neuen Meßzyklus erfolgende Absetzen des "Reinwassers"
ist lediglich interessant, wenn gechlortes Wasser verwendet wird. Ansonsten kann
auf dieses Absetzen vollständig verzichtet werden, weil anderes Wasser, zum Beispiel
Nachklär- oder Brunnenwasser, nicht zu den geschilderten Flockungserscheinungen
führt.
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In der Zeichnung ist die Fotozelle mit F bezeichnet. Sie ist zwar
ortsfest, jedoch lageveränderlich angeordnet. Die Einstellung der Höhenlage der
Fotozelle erfolgt in Abhängigkeit von den Testmessungen, die für jede Anlage vor
einer endgültigen Einstellung durchzuführen sind.