DE3835374A1 - Verfahren zur reinigung von abwasser in einem belebungsbecken - Google Patents
Verfahren zur reinigung von abwasser in einem belebungsbeckenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser
in einem Belebungsbecken, bei dem mit Hilfe einer Nitrifikationsphase
und einer nachfolgenden Denitrifikationsphase
Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammonium und das daraus
gebildete Nitrat abgebaut wird, wobei die Zeiten für den notwendigen
Sauerstoffeintrag und für die Belüftungspausen vorgegeben
werden.
Es ist bekannt, daß bei kommunalen Kläranlagen bestimmter Größe
eine Nitrifikation vorgenommen werden muß, um den Stickstoffeintrag
in die Gewässer zu verhindern oder zu vermindern. Bekannt
ist auch, daß dann aber auch das bei der Nitrifikation
gebildete Nitrat, das weitgehend aus Ammonium gebildet wird,
abgebaut werden muß. Dies ist am wirtschaftlichsten mit dem
biologischen Verfahrensschritt der Dentrifikation erreichbar,
bei dem das Nitrat von vielen Bakterienstämmen als Sauerstoffquelle
in einer Phase des Mangels an Sauerstoff im Belebungsbecken
genutzt wird, so daß dann der Stickstoff als N₂ entweichen
kann. Hierdurch kann der pH-Wert stabilisiert und das
Betriebsverhalten der Kläranlage verbessert werden (Veröffentlichungen
des Instituts für Stadtbauweisen TU Braunschweig, W.
von der Emde, Heft 42/1987, S. 54 bis 66).
Bei der zum Betrieb von Kläranlagen bekannten gleichzeitigen
Nitrifikation und Denitrifikation (=simultane Nitrifikation
und Denitrifikation) werden in ein und demselben Belebungsbecken
nacheinander durch gezielte Steuerung des Sauerstoffgehaltes
abwechselnd günstige Bedingungen für die Nitrifikation
bei einem Sauerstoffgehalt ungefähr gleich oder größer 1,5
Milligramm pro Liter und günstige Bedingungen für die Denitrifikation
bei einem Sauerstoffgehalt von etwa 0 Milligramm pro
Liter geschaffen. Dieses bekannte Verfahren eignet sich vor
allem für Stabilisierungsanlagen, d. h. für schwach belastete
Kläranlagen mit Raumbelastungen (BR) kleiner als 0,25 kg BSB5
pro m³. Dabei wird unter BSB5 in bekannter Weise der biochemische
Sauerstoffbedarf der Anlage in 5 Tagen verstanden.
Die bekannten Verfahren lassen sich nicht in einfacher Weise
direkt steuern, weil es insbesondere für solche relativ kleinen
Kläranlagen keine preiswerten und wartungsarmen einfachen
Ammonium- oder Nitratmeßgeräte gibt.
Bekannt ist es daher in neuerer Zeit geworden, einen Kompromiß
für die Steuerung dadurch durchzuführen, daß für die Nitrifikationsphase
und die anschließende Denitrifikationsphase feste,
geschätzte Werte vorgegeben werden und daß mit einem Sauerstoffmeßgerät
in einer ersten Phase ermittelt wird, wann durch
die Zwangsbelüftung ein ebenfalls vorgegebener Sauerstoffsollwert
erreicht wird, der durch die Gebläsesteuerung möglichst
beibehalten werden soll, bis die vorgegebene Nitrifikationszeit
abgelaufen ist. Anschließend werden ausschließlich zeitabhängig
die Belüftungseinrichtungen abgeschaltet und die Denitrifikationsphase,
deren Zeit ebenfalls vorgegeben ist, läuft
an. Nachteil einer solchen Regelung ist es, daß sich insbesondere
bei ausgelasteten Kläranlagen der Grad der Stickstoffelimination
wegen der über den Tagesablauf starren Zeiten für
Nitrifikation- und Denitrifikationsphasen ändert. Das angestrebte
Ergebnis der Stickstoffeliminierung wird daher nicht
oder nur zum Teil erreicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß
ohne zusätzlichen Meßaufwand eine belastungsabhängige Anpassung
sowohl der Nitrifikations- als auch der Denitrifikationszeiten
möglich ist, so daß tages- und belastungsabhängig der Grad der
Stickstoffelimination weitgehend gleichbleibend ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art vorgesehen, die in das Belebungsbecken eingetragene
Sauerstoffmenge als Maß für die Bestimmung der Zeitdauer
der Nitrifikations- und der Denitrifikationsphase zu
nehmen. Durch diese Maßnahme kann bei Beibehaltung nur einer
Sauerstoffmeßsonde eine Anpassung an die über den im Tagesverlauf
sich ändernden Belastungen einer Kläranlage erreicht
werden. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß
bei einer größeren Belastung des Belebungsbeckens der Kläranlage
auch ein größerer Sauerstoffeintrag über die Gebläse bis
zum Erreichen des für die Nitrifikation notwendigen Sauerstoffsollwertes
notwendig ist und daß bei einer größeren Belastung
auch die während der Nitrifikationsphase notwendige Sauerstoffzufuhr
von der bei niedriger Belastung abweicht.
Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn zur Bestimmung der
Zeitdauer der Nitrifikationsphase die bis zum Erreichen einer
vorgegebenen Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken notwendige
Sauerstoffmenge ermittelt und daraus unter Berücksichtigung
des Volumens des Belebungsbeckens und anderer anlagenspezifischer
Werte die für die Nitrifikation optimale Zeit bestimmt
wird. Dabei kann aus Sicherheitsgründen nach den Merkmalen
des Anspruches 4 auch noch ein Vergleich der so ermittelten
Nitrifikationszeit mit einer durch Erfahrenswerte vorgegebenen
maximalen und minimalen Nitrifikationszeit vorgenommen
werden. Bei Belebungsbecken mit einer zugeordneten Belüfteranordnung
kann dabei besonders einfach die Sauerstoffmenge aus
der spezifischen Leistung und der Betriebsdauer dieser Belüfteranordnung
abgeleitet werden.
Nach Anspruch 6 wird die Zeitdauer für die Denitrifikationsphase,
ausgehend von der vorher erwähnten Erkenntnis aus der
nötigen Sauerstoffmenge bis zum Erreichen der vorgegebenen
Sauerstoffkonzentration zuzüglich der während der Nitrifikationsphase
zugeführten Sauerstoffmenge unter Berücksichtigung
des Volumens des Belebungsbecken und anderer anlagenspezifischer
Werte bestimmt. Dabei haben sich sowohl für die Bestimmung
der Nitrifikationszeit als auch der Denitrifikationszeit
bestimmte Formeln als besonders einfach erwiesen. Die
Meßwerte können dabei in einfacher Weise nach Anspruch 10
zyklisch erfaßt abgespeichert und von einem Rechner ausgewertet
werden, der dann auch die Steuerung auslöst. Schließlich ist es
nach dem Merkmal des Anspruches 9 zur Vermeidung einer Protozoen-Überentwicklung
zweckmäßig, eine vom Beginn des Sauerstoffeintrages
ablaufende Gesamtüberwachungszeit anlagenspezifisch
vorzugeben, nach deren Ablauf dann, unabhängig
davon, ob die Nitrifikationsphase beendet ist, die Belüfteranordnung
abgeschaltet wird. Durch diese Maßnahme kann beispielsweise
in jedem Fall nach ca. 200 bis 300 Minuten eine
anoxische Phase vorgesehen werden, um die Entwicklung von
Protozoen zu bremsen. Protozoen sind gegenüber Bakterien höher
organisierte Lebewesen, die gelösten Sauerstoff zum Energiestoffwechsel
benötigen. Diese Protozoen, die auch die zur
Nitrifikation notwendigen Bakterien fressen, sind daher durch
diese Maßnahme gezwungen, in ein Schutzstadium überzugehen und
kapseln sich in eine Zyste ein. Dieser Einkapselungsprozeß
kostet Energie und bremst die Entwicklung von Protozoen, so daß
bei regelmäßiger Wiederholung solcher Phasen mit Sauerstoffmangel,
die normalerweise auch in der Denitrifikationsphase
auftreten, die Zahl der Protozoen stark vermindert werden kann
und sich dadurch auch die Schlammeigenschaften verbessern.
Gleichzeitig wird weniger Sauerstoff in der Belebungsanlage
benötigt. Bei stark belasteten Anlagen kann in manchen Fällen
allein hierdurch eine Erweiterung vermieden werden.
Das neue Verfahren ermöglicht über die Nitrifikation und Denitrifikation
hinaus die Optimierung zweier weiterer Prozesse,
und zwar ohne zusätzlichen Meßaufwand:
- - die biologische Phosphatentfernung über die Überschußschlammentnahme,
- - die Zugabe von Trübwasser bzw. Filtratwasser in belastungsschwachen Zeiten.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Prozeßablaufes
diagrammartig und schematisch in einem Ausführungsbeispiel dargestellt,
das im folgenden beschrieben wird. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Belebungsbeckens,
an dem eine Einrichtung zur Durchführung
des neuen Verfahrens angeschlossen ist und
Fig. 2 die diagrammartige Darstellung des zeitlichen Verlaufes
des neuen Regelungsverfahrens.
Aus der Fig. 1 ist ein an sich bekanntes Belebungsbecken (1)
erkennbar, das mit einer Belüftungseinrichtung (2, 3, 4) versehen
ist, die aus einem Gebläse oder mehreren Gebläsen (3) mit
Belüftungselementen (4) bekannter Bauart ausgerüstet ist. Möglich
wäre auch der Einsatz von Oberflächenbelüftern bekannter
Bauart (Kreiselbelüfter, Mammutrotoren) oder Injektorbelüftern
bekannter Bauart. Die Motoren (2) sind als Elektromotoren
ausgebildet. Sie sind an eine Steuerleitung (5) angeschlossen,
die zu der gestrichelt umrahmten Steuereinrichtung (6) führt.
Im Belebungsbecken (1) ist außerdem eine Sauerstoffmeßsonde (7)
angeordnet, die über die Anschlußleitung (8) ebenfalls mit dem
Steuergerät (6) verbunden ist. Dabei besteht die Steuereinrichtung
(6) beim Ausführungsbeispiel aus einem Prozeßrechner (9)
zur Erfassung der Meßwerte der Sauerstoffmeßsonde (7) und - was
noch näher ausgeführt werden wird - der Kennwerte für die Gebläse
und Belüftungsentnahme (3, 4), sowie zur Auswertung und
Regelung der ermittelten Daten. Dieser Prozeßrechner steht in
Verbindung mit einem Personal Computer (10), der zur Parametrierung
des Steuervorganges und beim Ausführungsbeispiel auch
zur Anzeige des jeweiligen Betriebszustandes dient.
Mit dieser Einrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann
die Abwasserreinigung nach dem in Fig. 2 dargestellten Verhalten
vorgenommen werden. In Fig. 2 ist dabei der Sauerstoffgehalt
im Milligramm pro Liter auf der nach oben weisenden
Ordinaten-Achse und die Zeit auf der nach rechts verlaufenden
Abszissen-Achse abgetragen, wobei unterhalb dieser Darstellung
jeweils der zugeordnete Betriebszustand der beiden Gebläse der
Fig. 1 gezeigt ist. Die dunkel durchgezogenen Bereiche entsprechen
dabei der Einschaltphase und die hellen Bereiche der
Ausschaltphase des entsprechenden Gebläses. Das Gebläse (2) ist
dabei das kleinere, das mit (1) bezeichnete Gebläse das größere
Gebläse.
Der in Fig. 2 jeweils gezeigte Regelzyklus durchläuft im allgemeinen
vier Phasen, die auch eingezeichnet sind, wobei die
Phase 1 jeweils die Phase darstellt, in der über die Gebläse
(3) die Belüftung des Belebungsbeckens (1) bis zum Erreichen
des Sauerstoffsollwertes für die Nitrifikation erfolgt. Beim
Ausführungsbeispiel wird dabei davon ausgegangen, daß dieser
Sollwert bei zwei Milligramm pro Liter erreicht wird. Die Phase
1 endet daher zu der Zeit (t 1), zu der die Kurve des Sauerstoffgehaltes
(O₂) den Sollwert von 2 Milligramm pro Liter
erreicht. Nach Erreichen dieses Punktes, der über die Sauerstoffmeßsonde
(7) erfaßt werden kann, setzt die Phase 2 ein, in
der eine Regelung um den (O₂)-Sollwert herum für die Nitrifikation
bis zum Ablauf der Nitrifikationsphase vorgenommen wird.
Dabei errechnet sich nach Ablauf der Phase 1, d. h. also nach
Erreichen des Zeitpunktes (t 1) die Zeit für die Nitrifikation
wie folgt:
wobei in dieser Formel die Größen folgende Bedeutung haben:
BR = Raumbelastung
VBB = Volumen des Belebungsbeckens
OC-load = das Verhältnis zwischen eingetragenem Sauerstoff und BSB 5, wobei
BSB 5 in bekannter Weise der biochemische Sauerstoffbedarf in 5 Tagen ist und der
Faktor T Nitr ein Umrechnungsfaktor ist von der Belastung auf die Nitrifikationszeit.
VBB = Volumen des Belebungsbeckens
OC-load = das Verhältnis zwischen eingetragenem Sauerstoff und BSB 5, wobei
BSB 5 in bekannter Weise der biochemische Sauerstoffbedarf in 5 Tagen ist und der
Faktor T Nitr ein Umrechnungsfaktor ist von der Belastung auf die Nitrifikationszeit.
Dieser Faktor ist anlagenspezifisch und wird über den Personal
Computer (10) als Eingabeparameter vorgegeben. Vorgegeben
werden auch die minimale Nitrifikationszeit und die maximale
Nitrifikationszeit (T Nitr max ), die ebenfalls mit zur Bestimmung
dienen, ob die ermittelte Nitrifikationszeit (T Nitr )
auch größer als die minimale Nitrifikationszeit und kleiner als
die maximale Nitrifikationszeit ist. Die Berechnung der Nitrifikationszeit
und - wie noch ausgeführt wird - der Denitrifikationszeit
erfolgt auf der Basis der Ist-Belastung bis zum
Zeitpunkt des Beginns der Nitrifikationsphase bzw. der Denitrifikationsphase.
Diese Zeiten stellen damit Hochrechnungen
unter der Annahme ähnlicher Zulauffrachten in den Folgezeiten
dar. Da sich die Zulauffrachten aber stärker ändern können, ist
eine Begrenzung der Nitrifikationszeit nach unten (T Nitr max )
und eine Begrenzung der Denitrifikationszeit nach oben
(T Denitr max ) erforderlich. Damit die Umstellung des Stoffwechsels
der Bakterien vom gelösten Sauerstoff auf den Nitrat-Sauerstoff
sichergestellt ist, ist eine Begrenzung der Denitrifikationszeit
nach unten (T Denitr min ) erforderlich. Zur
Vermeidung zu hoher NO3-Konzentrationen im Ablauf der Kläranlage
ist eine Begrenzung der Nitrifikationszeit nach oben
(T Nitr max ) erforderlich.
O 2phys stellt dabei den Sauerstoffeintrag in der Phase 1
dar, der sich wiederum nach folgender Formel
berechnen läßt:
α = Sauerstoffzufuhrfaktor Abwasser/Reinwasser
je nach Belüftungssystem
C = Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken, die an der Sauerstoffmeßsonde (7) ermittelt wird
CS = Sauerstoffsättigungskonzentration
T = Temperatur im Belebungsbecken und
⊖ = Temperaturkoeffizienten (4, 5)
C = Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken, die an der Sauerstoffmeßsonde (7) ermittelt wird
CS = Sauerstoffsättigungskonzentration
T = Temperatur im Belebungsbecken und
⊖ = Temperaturkoeffizienten (4, 5)
OC₁₀ stellt bei einer Belüftungseinrichtung, wie sie im
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vorgesehen ist, sich nach
folgender Formel dar:
OC₁₀ = Q · 10 (qL) · H · L
wobei
Q = Luftförderstrom der eingeschalteten
Gebläse (aus Gebläsekennlinien)
H = Eintauchtiefe der Belüfter
L = Länge der Belüfter
qL = Q/L
10 (qL) = O₂-Wirkungsgrad auf T = 10°C bezogen (aus Reinwasserversuchen oder aus Herstellerangaben)
H = Eintauchtiefe der Belüfter
L = Länge der Belüfter
qL = Q/L
10 (qL) = O₂-Wirkungsgrad auf T = 10°C bezogen (aus Reinwasserversuchen oder aus Herstellerangaben)
Ist nach dieser Methode die Zeitdauer für die Nitrifikationsphase
(T Nitr ) berechnet, dann kann über den Prozeßrechner (9)
und die Steuerleitung (5) die Belüftungseinrichtung (2) zum
Zeitpunkt (t 2) (Fig. 2), d. h. nach Beendigung der ermittelten
Nitrifikationszeit abgeschaltet werden, so daß von diesem
Zeitpunkt an der Sauerstoffgehalt abnimmt, bis er zur Zeit (t 3)
etwa auf Null abgesunken ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die
Denitrifikationsphase.
Die Dauer der Denitrifikationsphase wird nun ausgehend von den
bereits vorher ermittelten Werten bestimmt. Die Zeitdauer
(T Denitr ) für die Denitrifikationsphase kann nach Ablauf der
Phasen 1 und 2, d. h. im Zeitpunkt (t 2) berechnet werden, und
zwar aus den Werten des Sauerstoffeintrages, der von Beginn des
Prozesses bis zum Zeitpunkt (t 2) erfolgt ist. Dies kann nach
folgender Formel geschehen:
Die in dieser Formel verwendeten Größen entsprechen jenen, die
zur Berechnung der Nitrifikationszeit verwendet wurden, lediglich
der Faktor (T Denitr ) ist der Umrechnungsfaktor von der
Belastung auf Denitrifikationszeitabzug. Dieser Faktor ist
ebenfalls ein anlagespezifischer Eingabeparameter. Auch in
diesem Fall wird zusätzlich die maximale Denitrifikationszeit
als Eingabeparameter und die minimale Denitrifikationszeit als
Eingabeparameter mitberücksichtigt, wobei die Zeit (T Denitr )
zwischen diesen Eingabewerten liegen muß. Zum Zeitpunkt (t 3)
läuft daher die Phase 4 mit einer Belüftungspause bis zum
Ablauf der Denitrifikationszeit (T Denitr ) an. Im Ausführungsbeispiel
der Fig. 2 läuft die Zeit für die Denitrifikationsphase
zum Zeitpunkt (t 4) ab und es erfolgt im Zyklus 2 erneut
das Einschalten beider Gebläse, so daß der Sauerstoffgehalt bis
zum Ende der Phase 1 wieder den Sollwert von 2 Milligramm pro
Liter erreichen kann, dann in der Nitrifikationsphase bis zum
Ablauf der Phase 2 um diesen Sollwert herum geregelt wird,
wonach wieder abgeschaltet wird und nach dem Ende der Phase 3
die Denitrifikationsphase (4) anläuft. Die Zeiten für die
Nitrifikationsphase und die Denitrifikationsphase werden für
diesen Zyklus 2 in der gleichen Weise ermittelt, wie das für
den Zyklus 1 geschehen ist.
Aus der schematischen Darstellung wird ersichtlich, daß bis zum
Ende der Phase 1 im Zyklus 2 eine größere Sauerstoffmenge
eingetragen worden ist gegenüber dem Zyklus 1. Dies bedeutet
daher, daß auch die Zeitdauer für die Nitrifikationsphase (2)
länger ist als im Zyklus 1. Da insgesamt aber, insbesondere
während der Nitrifikationsphase der Sauerstoffeintrag im Zyklus
2 groß war, ergibt sich zum einen ein schneller Abfall des
Sauerstoffgehaltes bis zum Erreichen der Denitrifikationsphase
4, die dann auch entsprechend kürzer zu sein braucht. Aus
diesen Beispielen (Zyklus 1 und Zyklus 2) wird deutlich, daß
eine Kläranlage mit einem Belebungsbecken, das nach dem neuen
Verfahren geregelt wird, belastungsabhängig gesteuert werden
kann, so daß sich unterschiedliche Zeiten für Nitrifikations-
und Denitrifikationsphase abhängig von dieser Belastung
ergeben. Eine so gesteuerte Anlage kann sich daher jeweils
optimal den jeweiligen Gegebenheiten anpassen.
Für den Zyklus 3 und den Zyklus 4 sind beispielsweise Ausnahmezustände
angegeben, in denen aber dennoch die Funktion der
Anlage so gut als möglich beibehalten werden muß.
Im Zyklus 3 liegt ein Zustand vor, in dem die Belastung der
Anlage zu groß ist, um es trotz der Einschaltung beider Gebläse
zu einem Ansteigen des Sauerstoffgehaltes bis zum Sollwert 2
Milligramm pro Liter zu bringen. Um in diesem Fall ein Zusammenbrechen
der Regelung zu vermeiden, wird eine Überwachung der
Phasen 1 und 2 durch die Vorgabe einer Prozeßüberwachungszeit
(T prozess ) vorgesehen, die ebenfalls ein Eingabeparameter ist
und aus Erfahrungswerten anlagespezifisch festgelegt wird. Wie
aus dem Zyklus 3 zu erkennen ist, wird, da der Sauerstoffgehalt
den notwendigen Sollwert für die Nitrifikation trotz Einschaltung
beider Gebläse nicht erreicht, keine der Phasen 2, 3 oder
4 eintreten. Um hier zu vermeiden, daß die Gebläse ständig
weiterlaufen und der Sauerstoffgehalt zu lange einen höheren
Wert annimmt, wird nach Ablauf der Prozeßüberwachungszeit
(T prozess ) eine Zwangspause eingeleitet, die zu einem Abschalten
beider Gebläse führt. Sinn und Zweck dieser Abschaltung
ist es, die Vermehrung von Protozoen zu verhindern, wie
das eingangs geschildert worden ist. Beim Auftreten einer
Konstellation wie im Zyklus 3, die normalerweise wegen der entsprechenden
Auslegung der Gebläse und des Belebungsbeckens
nicht auftreten kann, wird daher in Kauf genommen, daß die
Nitrifikation und die Denitrifikation nicht oder nicht vollständig
stattfindet. Um aber eine ungünstige Veränderung der
biologischen Verhältnisse für die Abwasserreinigung im Belebungsbecken
zu verhindern, wird hier nach Ablauf der Prozeßüberwachungszeit
(T prozess ) die Sauerstoffzufuhr abgeschaltet.
Nach Ablauf einer ebenfalls vorgegebenen Zeit für diese
Zwangspause beginnt erneut die Phase 1, wobei in diesem Fall
dafür gesorgt ist, daß die dann ermittelte Nitrifikationszeit
um eine bestimmte Zeit, die ebenfalls Eingabeparameter ist,
verlängert wird. Ergibt es sich, daß mehrere Zwangspausen wegen
einer an sich unüblichen Überbelastung der Anlage hintereinander
eintreten, dann ist vorgesehen, daß die maximale Nitrifikationszeit
um ein bestimmtes Maß verlängert werden kann.
Der Zyklus 4 in der Fig. 2 stellt ebenfalls einen Sonderfall
dar, bei dem nach dem Einschalten beider Gebläse der Sauerstoffsollwert
nach einer gewissen Zeit erreicht wird. Diese
Zeit allerdings ist, verglichen mit den Zeiten für die Phase
1 des Zyklus 1 und des Zyklus 2 wesentlich größer. Die Nitrifikationszeit
läuft daher beim Beispiel des Zyklus 4 länger als
die Prozeßüberwachungszeit (T prozess ), so daß die Phase 2 der
Nitrifikation zwangsweise nach Ablauf der Prozeßüberwachungszeit
(T prozess ) abgebrochen wird. Der Grund hierfür ist, wie
bereits ausgeführt, darin zu sehen, daß die Vermehrung der
Protozoen soweit wie möglich verhindert wird.
Es darf aber noch einmal darauf hingewiesen werden, daß ein
entsprechend ausgelegtes und erfindungsgemäß ausgestattetes
Belebungsbecken in der Regel gemäß Zyklus 1 oder Zyklus 2
arbeitet, so daß die Zwangsabschaltung nicht notwendig wird.
Das neue Verfahren sieht aber aus Sicherheitsgründen eine
solche Zwangsabschaltung vor.
Die im vorstehenden jeweils als Eingabeparameter gekennzeichneten
Größen sind von der Auslastung der Belebungsanlage, der
Tag/Nachtverteilung der Abwasserbelastung, dem Fremdwasseranfall
und der Belüftungskapazität abhängig. Sie werden vorgeschätzt
und vom Klärpersonal anhand der (O₂)-Aufzeichnungen
(der Sonde 7) und ggf. anhand von Ammonium- oder Nitratanalysen
optimiert, die manuell entnommen werden.
Das neue Verfahren ermöglicht über die Nitrifikation und Denitrifikation
hinaus die Optimierung zweier weiterer Prozesse,
und zwar ohne zusätzlichen Meßaufwand:
- - die biologische Phosphatentfernung über die Überschußschlammentnahme,
- - die Zugabe von Trübwasser bzw. Filtratwasser in belastungsschwachen Zeiten.
Es ist bekannt, daß bei längerer Sauerstofffreiheit Bakterien
Phosphate an das umgebende Medium abgeben, bei Sauerstoffgehalten
über 0 Phosphate wieder aufnehmen. Erfolgt der Wechsel
zwischen Sauerstofffreiheit und Sauerstoffgehalt<0 regelmäßig,
nehmen die Bakterien in der Phase O₂<0 mehr Phosphat
auf, als sie normalerweise benötigen.
Das Verfahren gibt nun innerhalb der Nitrifikationsphase den
Zeitpunkt vor, von dem ab Überschußschlamm aus dem Belebungsbecken
abgezogen werden soll. Mit Ablauf der Nitrifikationszeit
wird die Überschußschlammentnahme gestoppt. Darüber hinaus wird
die Überschußschlammentnahme über 24 Stunden bilanziert und bei
Erreichen des vom Klärpersonals vorgegebenen Sollwertes gestoppt.
Mit dieser Verfahrensweise kann der Phosphatgehalt im
Ablauf der Kläranlage um über 50% gesenkt werden, sofern
sichergestellt ist, daß nicht aus dem Überschußschlamm zurückgelöstes
Phosphat über das Trübwasser oder Filtratwasser in das
Belebungsbecken zurückgeführt wird.
Trübwasser bzw. Filtratwasser fällt bei der Eindickung bzw.
Entwässerung des Überschußschlammes an und ist stark belastet.
Es wird üblicherweise während der Arbeitszeit des Klärpersonals
ungeregelt dem Belebungsbecken zugeleitet. Hierdurch erhöht
sich gerade in den belastungsstarken Tagesstunden die Belastung
der Kläranlage.
Mit dem neuen Verfahren kann das Trübwasser bzw. das Filtratwasser
in den belastungsschwachen Zeiten zudosiert werden. Die
momentane Belastung wird dabei aus der Laufzeit der Belüftungseinrichtungen
errechnet. Unterschreitet die Laufzeit der Belüftungseinrichtungen
ein vorgebbares Verhältnis zur maximal
möglichen Laufzeit (Eingabeparameter), dann wird entsprechend
der Unterschreitung das Trübwasser bzw. Filtratwasser z. B. über
Pumpen oder Schieber dem Belebungsbecken zudosiert.
Hierdurch wird
- - eine Entlastung der Kläranlage in belastungsstarken Zeiten und
- - eine bessere Denitrifikation in belastungsschwachen Zeiten
erreicht.
Claims (12)
1. Verfahren zur Reinigung von Abwasser in einem Belebungsbecken,
bei dem mit Hilfe einer Nitrifikationsphase und
einer nachfolgenden Denitrifikationsphase Stickstoffverbindungen,
insbesondere Ammonium und das daraus gebildete Nitrat
abgebaut werden, wobei die Zeiten für den notwendigen Sauerstoffeintrag
vorgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die
in das Belebungsbecken eingetragene Sauerstoffmenge als Maß für
die Bestimmung der Zeitdauer der Nitrifikations- und der
Denitrifikationsphase genommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Bestimmung der Zeitdauer der Nitrifikationsphase die bis
zum Erreichen einer vorgegebenen Sauerstoffkonzentration im
Belebungsbecken notwendige Sauerstoffmenge (O 2phys ) ermittelt
und daraus unter Berücksichtigung des Volumens (VBB) des Belebungsbeckens
und anderer anlagenspezifischer Werte die für die
Nitrifikation optimale Zeit (T Nitr ) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zeitdauer (T Nitr ) für die Nitrifikationsphase nach
folgender Formel bestimmt wird:
wobei bedeuten:O 2phys = Sauerstoffeintrag bis zum Erreichen der
vorgegebenen Sauerstoffkonzentration im
Belebungsbecken
VBB = Volumen des Belebungsbeckens
BR = Raumbelastung
OC-load = Verhältnis zwischen eingetragenem Sauerstoff und dem Biochemischen Sauerstoffbedarf in 5 Tagen (BSB 5)
Faktor T Nitr = Umrechnungsfaktor von Belastung auf Nitrifikationszeit (Eingabeparameter)
VBB = Volumen des Belebungsbeckens
BR = Raumbelastung
OC-load = Verhältnis zwischen eingetragenem Sauerstoff und dem Biochemischen Sauerstoffbedarf in 5 Tagen (BSB 5)
Faktor T Nitr = Umrechnungsfaktor von Belastung auf Nitrifikationszeit (Eingabeparameter)
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die minimale Nitrifikationszeit (T Nitr min ) und die
maximale Nitrifikationszeit (T Nitr max ) als anlagespezifische
Werte vorgegeben werden und geprüft wird, ob die bestimmte
Zeitdauer für die Nitrifikationszeit (T Nitr ) kleiner als die
maximale, aber größer als die minimale Nitrifikationszeit ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sauerstoffmenge (O 2phys ) aus der spezifischen Leistung und
der Betriebsdauer der dem Belebungsbecken zugeordneten Belüfteranordnung
abgeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (T Denitr ) für die Denitrifikationsphase
aus der nötigen Sauerstoffmenge (O 2phys bis zum
Erreichen der vorgegebenen Sauerstoffkonzentration zuzüglich
der während der Nitrifikationsphase zugeführten Sauerstoffmenge
unter Berücksichtigung des Volumens (VBB) des Belebungsbeckens
und anderer anlagespezifischen Werte bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zeitdauer (T Denitr ) der Denitrifikationsphase nach
folgender Formel bestimmt wird:
wobei bedeuten:T Denitr max = Maximale Denitrifikationsphase
(Eingabeparameter)
O 2phys = O 2phys + O 2phys ′
O 2phys = Sauerstoffmenge, die während der Nitrifikationsphase zugeführt wird.
O 2phys = O 2phys + O 2phys ′
O 2phys = Sauerstoffmenge, die während der Nitrifikationsphase zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die minimale und die maximale Denitrifikationszeit als anlagespezifische
Werte vorgegeben werden und geprüft wird, ob die
bestimmte Denitrifikationszeit größer als die minimale, aber
kleiner als die maximale Denitrifikationszeit ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Protozoen-Überentwicklung
eine vom Beginn des Sauerstoffeintrages ab laufende
Gesamtüberwachungszeit (T prozess ) anlagenspezifisch vorgegeben
wird, nach deren Ablauf, unabhängig davon, ob die Nitrifikationsphase
beendet ist, die Belüfteranordnung abgeschaltet
wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßwerte zyklisch erfaßt, abgespeichert
und von einem Rechner ausgewertet werden, der die Steuerung
auslöst.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der übrigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nitrifikationsphase
abhängig von der eingetragenen Sauerstoffmenge eine
Überschußschlammentnahme vorgenommen wird, die mit Ablauf der
Nitrifikationsphase gestoppt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der übrigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Trübwasser bzw. Filtratwasser
dem Belebungsbecken in Zeiten zudosiert wird, in denen
sich aus der eingetragenen Sauerstoffmenge eine geringe
Belastung ergibt.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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