DE4331505C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln und Regeln der Feststoffkonzentration in einem Belebtschlammbecken einer biologischen Kläranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem bekannten Verfahren und Vorrichtung dieser Art (DE 35 05 520 C2) wird die Information gewonnen, ob nach einer vorgegebenen Absetzzeit die Grenzschicht zwischen Belebtschlamm und über stehender Flüssigkeit die vorgege­ bene Meßposition bereits passiert hat oder nicht. Eine solche Messung und die daraus abgeleitete Regelung reicht aus bei konstanten oder quasi konstanten Verhältnissen. Sie ist jedoch nicht ausreichend, wenn deutliche Be­ lastungsänderungen beispielsweise dadurch auftreten, daß sich bei einem Gewitterregen durch das zuströmende Regen­ wasser das Verhältnis zwischen Klarwasser und Trockensub­ stanz im Belebtschlammbecken deutlich verändert. Derartige Einflüsse können bei der bekannten Einrichtung lediglich dadurch kompensiert werden, daß der Klärmeister den Refe­ renzpunkt von Hand verstellt. Obwohl dies prinzipiell ein­ fach ist, wird dies in der Praxis dennoch ständig ver­ säumt.

Es ist weiterhin bekannt (JP 58-195 137 A in US-Z: Patent Abstracts of Japan Section P, Vol 8/No 42, 1984, P-256), die Grenzschicht zwischen dem Belebtschlamm und der über­ stehenden Flüssigkeit mit Hilfe eines Fototransistors zu ermitteln. Bei dieser bekannten Lösung soll die Feststoff­ konzentration gemessen werden, wobei zunächst die Probe zentrifugiert werden muß.

Weiterhin ist es bekannt (JP 61-262 632 A in US-Z: Patent Abstracts of Japan, Section P, Vol. 11/No 116, 1987, P- 566), an einer Seite eines Meßgefäßes Beleuchtungsvorrich­ tungen vorzusehen sowie auf der gegenüberliegenden Seite des Meßgefäßes auf die Intensität der Durchleuchtung rea­ gierende Empfängereinrichtungen.

Schließlich sind auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Sedimentationshöhe in Flüssigkeiten be­ kannt (DE 40 36 048 A1). Dabei ist es bekannt, auf einer Seite des Meßgefäßes eine Beleuchtungsvorrichtung und auf der gegenüberliegenden Seite Empfängereinrichtungen vorzu­ sehen, die proportional auf die Intensität der Durch­ leuchtung reagieren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung der als bekannt vorausgesetz­ ten Art so auszubilden, daß die Größe der Abweichung der Grenzschicht von einer vorgegebenen Referenzebene, die einer elektrischen Referenzbedingung entspricht, ermittelt werden kann und daß die Feststellung der Referenzebene au­ tomatisch erfolgt. Die Feststellung der Abweichung erfolgt bevorzugt nach einer vorgegebenen Referenzzeit.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils von Anspruch 1 und durch eine Vor­ richtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Dabei wird mit der Meßeinrichtung die Intensität eines Licht­ stroms durch ein das Meßgut aufnehmendes Meßgefäß ermit­ telt.

Die Intensität des Lichtstroms durch ein das Meßgut auf­ nehmendes Meßgefäß ist ein Maß für die Lage der Grenz­ schicht zwischen Belebtschlamm und überstehender Flüssig­ keit. Die gemessene Lichtintensität ist um so größer, je weiter die Trennschicht im Meßgefäß nach vorgegebener Zeit nach unten gewandert ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist das Meßgefäß an einer Seite ange­ ordnete Beleuchtungsvorrichtungen auf, welche das Meßgefäß und dessen Inhalt durchleuchten sowie auf der gegenüber­ liegenden Seite des Meßgefäßes angeordnete, auf die Inten­ sität der Durchleuchtung im wesentlichen proportional rea­ gierende Empfängereinrichtungen. Der Inhalt des Meßgefäßes wird an der Grenzschicht in Klarwasser, welches licht­ durchlässig ist, und Belebtschlamm, der praktisch lichtun­ durchlässig ist, geteilt. Wie ausgeführt, ist die Lichtin­ tensität um so größer, je weiter die Grenzschicht oder Trennschicht im Bereich des Empfängers nach einer vorgege­ benen Referenzzeit nach unten gewandert ist. Der gemesse­ nen Lichtintensität entspricht ein zu dieser proportiona­ ler Spannungswert oder Stromwert. Aus der Größe des Span­ nungswerts bzw. Stromwerts läßt sich ableiten, an welcher Stelle die Trennschicht nach der Referenzzeit angelangt ist. Liegt die Trennschichtebene nach der Referenzzeit, also nach dem Meßzeitablauf, oberhalb der vorgegebenen Referenzposition, wird Überschußschlamm aus dem Belebt­ schlammbecken abgezogen und die Rücklaufschlammenge ent­ weder kleingehalten oder auf null gefahren.

Liegt die Trennschicht hingegen nach der Referenzzeit un­ terhalb der vorgegebenen Referenzebene, muß dem Belebt­ schlammbecken eine zusätzliche Menge Rücklaufschlamm zuge­ führt werden und gleichzeitig die Abfuhr von Überschuß­ schlamm gestoppt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Empfängereinheiten den Beleuchtungsvorrichtungen ge­ genüberliegende Fotozellen. Es erweist sich ferner als zweckmäßig, daß die Beleuchtungsvorrichtung eine Infrarot- Beleuchtungsvorrichtung ist.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben eine vollautomatische Regelung der Feststoffkonzentration in dem Belebtschlammbecken einer biologischen Kläranlage. Die bisher durch den Klärmeister von Hand erforderliche Verstellung des Referenzpunktes zur Berücksichtigung deutlicher Belastungsänderungen, wie bei­ spielsweise nach einem Gewitterregen, müssen nun nicht mehr von Hand erfolgen. Vielmehr erlauben das erfindungs­ gemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer entsprechenden Programmierung eine automatische Ver­ stellung der Referenzebene in Abhängigkeit von Sonderein­ flüssen. Die Abweichung von den jeweils automatisch einge­ stellten Referenzebenen wird dabei ausgewertet und es wird entsprechend den Abweichungen geregelt.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. 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 Ml geschlossen und es gelangt Belebtschlamm in den Vorratsbehälter V2, der ein Volumen von üblicherweise ca. 500 ml aufweist.

Nachdem der Vorratsbehälter V2 befüllt ist, wird die Pumpe abgestellt. Der Überschuß des auf 500 ml begrenzten Be­ lebtschlamms läuft zum Belebtschlammbecken zurück. Gleich­ zeitig erfolgt über eine Klarwasserleitung 2 ein Wasserzu­ lauf durch das Magnetventil M3, welches zur Befüllung des Klarwasservorratsbehälters V1 führt, der das gleiche Volu­ men wie der Vorratsbehälter V2 aufweist. Auch dort erfolgt der Ablauf des Überschußwassers durch eine Leitung 3 in einen Überlauf 4, in den auch der Belebtschlamm durch die Überlaufleitung 5 gelangt. Der Überlauf 5 mündet über eine Leitung 6 in die Rezirkulationsleitung 1, die ihrerseits in den Ablauf 7 mündet.

Sobald die beiden Vorratsbehälter V1 und V2 mit jeweils 500 ml befüllt sind, werden die Ventile M6 und M7 geöff­ net. Belebtschlamm und Klarwasser gelangen gleichzeitig und gut gemischt in den Meßzylinder Z. Der Meßzylinder Z ist unten durch das Ventil M4 verschlossen. Mit dem Ein­ lauf in den Meßzylinder Z beginnt der Meßzyklus. Nach Be­ endigung des Meßzyklus öffnet das Ventil M4 und es gelangt die Probemenge aus dem Meßzylinder in den Ablauf 7, der zur Nachklärung oder zum Belebtschlammbecken führt.

Danach erfolgt vor jeder neuen Messung zunächst eine Rei­ nigung des Geräts, indem die Ventile M3 und M5 Klarwasser in die beiden Vorratsbehälter V1 und V2, den Überlauf, durch die Rohrleitungen mit M1 und M2 sowie den Meßzy­ linder Z einlaufen läßt. Die Menge des Reinigungswassers kann gewählt werden. Die Reinigungszeit wird meist weniger als eine Minute betragen.

Das zufließende Reinigungswasser gelangt über das Magnet­ ventil M5 auch noch in die Förderleitung 8 für den Belebt­ schlamm, in der das Ventil M2 sitzt, sowie weiterhin über die Rezirkulationsleitung 1 zum Ablauf 7. Außerdem gelangt Wasser über ein weiteres Reduzierventil in den Vorratsbe­ hälter 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.

Für den Fall, daß das Reinwasser das typische gechlorte Trinkwasser ist, kann es zu Ausflockungen und Schwimm­ schlammzonen im Meßzylinder Z kommen. Um dies zu vermei­ den, erfolgt die Schaltung des Reinwasserzulaufs zum Vor­ ratsbehälter so, daß unmittelbar nach Beendigung des Rei­ nigungszyklus, während die anderen Behälter noch gespült werden, das Ventil M6 bereits wieder geschlossen wird. Es kann das Chlor aus dem Vorratsbehälter für das Reinigungs­ wasser in der verbleibenden Zeit bis zum nächsten Meß­ zyklus ausgasen und nicht mehr das Meßergebnis durch Bil­ dung von Flocken und Zonen im Meßzylinder Z beeinträch­ tigen.

Das vor Beginn eines neuen Meßzyklus erfolgende Absetzen des "Reinwassers" ist lediglich interessant, wenn gechlor­ tes Wasser verwendet wird. Ansonsten kann auf dieses Ab­ setzen vollständig verzichtet werden, weil anderes Wasser, z. B. Nachklär- oder Brunnenwasser, nicht zu den geschil­ derten Flockungserscheinungen führt.

In der Zeichnung ist das Meßgefäß, das beispielsweise ein Meßzylinder Z sein kann, so ausgebildet, daß auf einer Seite die Beleuchtungsvorrichtung B angeordnet ist. Diese Beleuchtungsvorrichtung besteht im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel aus neun Beleuchtungsvorrichtungen, welche durch unmittelbar untereinander angeordnete Leuchtdioden 11 bis 19 gebildet sind. Die Zahl der Leuchtdioden kann entsprechend den praktischen Bedürfnissen und entsprechend der Länge des Meßgefäßes gewählt werden. Die Leuchtdioden 11 bis 19 sind mit gleichen Abständen untereinander ange­ ordnet, also gleichmäßig auf die Länge des Meßzylinders verteilt.

Der insgesamt mit B bezeichneten Beleuchtungsvorrichtung liegen auf der der Beleuchtungsvorrichtung gegenüberlie­ genden Seite des Meßgefäßes Z Empfängereinrichtungen ge­ genüber, die insgesamt mit E bezeichnet sind und bei­ spielsweise aus untereinander angeordneten, ebenfalls gleichmäßig über die Höhe bzw. Länge des Meßzylinders ver­ teilten Fotozellen 20 bestehen. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sind jeweils einer Leuchtdiode vier Fotozel­ len zugeordnet. Es können auch andere Verhältnisse gewählt werden, so kann die Zahl der Empfängereinrichtungen im Vergleich zu der Zahl der Leuchtdioden oder absolut ver­ größert oder verkleinert werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Referenzebene R strichpunktiert angedeutet. Unter der Annahme, daß diese Referenzebene zunächst konstant gehalten wird, ergibt sich nach vorgegebener Meßzeit entweder eine Lage der Grenz­ schicht über der Referenzebene R oder unter der Referenz­ ebene R. Die Abweichung der Grenzschicht oder Trennschicht zwischen Belebtschlamm und über stehender Flüssigkeit nach der vorgegebenen Absetzzeit oder Meßzeit wird für die Re­ gelung ausgenutzt. Liegt die Trennschichtebene nach Meß­ zeitablauf oberhalb der vorgegebenen Referenzzeit, wird Überschußschlamm aus dem Belebtschlammbecken abgezogen und die Rücklaufschlammenge entweder kleingehalten oder auf Null gefahren. Liegt die Trennschichtebene hingegen nach der Referenzzeit unterhalb der vorgegebenen Referenzebene, muß dem Belebtschlammbecken eine zusätzliche Menge Rück­ laufschlamm zugeführt werden und gleichzeitig wird die Ab­ fuhr von Überschußschlamm gestoppt werden. Diese so be­ schriebene Regelung gilt grundsätzlich, auch dann, wenn die zunächst zur Vereinfachung der Darstellung als fest­ stehend angenommene Referenzebene ständig wechselt, wie dies für die automatische Berücksichtigung von außerge­ wöhnlichen Einflußfaktoren nötig ist. Es wird nämlich die Referenzebene ständig den Ist- und Führungswerten des Reg­ lers angepaßt. Dies erfolgt automatisch im angeschlossenen Rechner. Eine Veränderung am Meßgefäß, an den Beleuch­ tungsvorrichtungen oder an der Empfängereinrichtung ist dafür nicht erforderlich.

Claims (6)

1. Verfahren zum Ermitteln und Regeln der Feststoffkonzen­ tration in einem Belebtschlammbecken einer biologischen Kläranlage, bei dem eine Probemenge Abwasser-Belebt­ schlamm-Gemisch mit einer Menge klaren Wassers in einen Meßzylinder eingefüllt und über eine ortsfest am Meßzy­ linder positionierte Meßeinrichtung die Lage der Grenz­ schicht zwischen Belebtschlamm und überstehender Flüs­ sigkeit in Bezug auf eine vorgegebene Referenzebene be­ stimmt wird, wobei die Regelung der Feststoffkonzentra­ tion durch eine Veränderung der Rücklaufschlammenge und/oder der Überschußschlammenge erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich über die axiale Dimension des Meßzylinders erstreckender Lichtstrom auf den Meßzylinder einstrahlt und der daraus resultierende, durch den Meßzylinder und das darin befindliche Meßgut durchgegangene Lichtstrom ermittelt wird, wobei die Referenzebene ständig den Ist- und Führungswerten eines Reglers für die Regelung der Feststoffkonzentration angepaßt wird.

2. Vorrichtung zum Ermitteln und Regeln der Feststoffkon­ zentration in einem Belebtschlammbecken einer biologi­ schen Kläranlage, die einen Meßzylinder (Z), der mit einer Probemenge Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch und einer Menge klaren Wassers befüllbar angeordnet ist, und eine ortsfest am Meßzylinder positionierte Meßein­ richtung, mit der die Lage der Grenzschicht zwischen Be­ lebtschlamm und überstehender Flüssigkeit in Bezug auf eine vorgegebene Referenzebene (R) bestimmbar ist, aufweist und die mit einem Regler für die Feststoffkon­ zentration verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzylinder (Z) auf einer Seite angeordnete Be­ leuchtungsvorrichtungen (B; 11 bis 19), die den Meß­ zylinder und seinen Inhalt mit einem sich über dessen axiale Dimension erstreckenden Lichtstrom durchleuch­ ten, und auf der gegenüberliegenden Seite des Meßge­ fäßes (Z) angeordnete, auf die Intensität der Durch­ leuchtung im wesentlichen proportional reagierende Em­ pfängereinrichtungen (E; 20) aufweist, und daß sie so ausgebildet ist, daß sie die Referenzebene (R) den Ist- und Führungswerten des Reglers ständig anpaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehreren, als Empfängereinrichtungen (E) ausgebildeten Fotozellen (20) eine von mehreren unter­ einander angeordneten Beleuchtungseinheiten (11 bis 19) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (B) eine Infrarot-Be­ leuchtungseinrichtung ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer vorgegebenen Position der Grenzschicht (Refe­ renzebene) (R) ein Energiepotential der Empfängerein­ richtung (E) von Null zugeordnet ist und daß von der Referenzebene (R) abweichenden Lagen der Grenzschicht Energiepotentiale zugeordnet sind, deren Größe propor­ tional zu deren Abstand von der Referenzebene ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedlichen Abstandsrichtungen der Grenz­ schicht von der Referenzebene (R) unterschiedliche, nämlich positive bzw. negative Energiepotentiale zugeordnet sind.