DE4406611A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB) in Kläranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Bestimmung des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB) bei der Reinigung einer unbekannt belasteten Flüssig­ keit in Kläranlagen.

Bekanntlich dienen Kläranlagen dazu, Flüssigkeiten, insbe­ sondere Abwässer aus Wohngebieten so zu reinigen, daß gefähr­ liche Schadstoffe nicht in den Vorfluter gelangen. Dazu ist es zunächst erforderlich, daß in den einzelnen Becken der Kläranlage so viele geeignete Bakterien vorhanden sind, daß bei ausreichender Luftzufuhr die Schmutzfracht abgebaut wer­ den kann. Für den Betrieb von Kläranlagen gibt es behördliche Vorschriften, die eingehalten werden müssen und die in der jüngeren Vergangenheit im Hinblick auf die stetig anstei­ genden Forderungen des Umweltschutzes verschärft wurden. Erfahrungsgemäß genügen neue Kläranlagen den gestellten An­ forderungen, jedoch muß gewährleistet sein, daß den Klär­ anlagen keine Abwässer zugeführt werden, die eine hohe Schmutzkraft haben bzw. die die Bakterien in der Anlage schädigen, was zum Zusammenbruch der Anlage führen kann. Es ist daher außerordentlich bedenklich und in vielen Fäl­ len ausgeschlossen, Industrieabwässer, Abwässer aus Gewerbe­ betrieben und/oder Abwässer aus Sondermüllanlagen üblichen Kläranlagen zuzuführen. Eine Zufuhr ist nur dann denkbar, wenn eine Vorklärung vorgenommen wird. Aber auch die Vor­ klärung bereitet erhebliche Schwierigkeiten, da auch dabei der Erhalt der Bakterien unerläßlich ist, d. h., die unbe­ kannt belasteten Flüssigkeiten bzw. Abwässer müssen auf ihr Verhalten den Bakterien gegenüber untersucht werden, um ab­ zuklären, ob die Abwässer, und diese in bestimmten Mengen, der Vorkläranlage zugeführt werden können oder anderweitig beseitigt werden müssen. Dazu sind bereits Verfahren ent­ wickelt worden, deren Ablauf sich aber über mehrere Tage erstreckt, so daß ein kontinuierlicher Betrieb einer Vor­ kläranlage nicht gewährleistet erscheint. Für die Praxis bedeutet dies, daß die unbekannt belasteten Flüssigkeiten bzw. Abwässer gewissermaßen zwischengelagert werden müssen, was nicht nur die Kontinuität unmöglich macht, sondern auch einen erheblichen Bauaufwand an Behältern bzw. Rückhalte­ becken usw. erforderlich macht, ganz abgesehen davon, daß man erst zu spät erfährt, ob z. B. eine bei einer Sondermüll­ anlage angelieferte unbekannt belastete Flüssigkeit od. dgl. geklärt werden kann oder verbrannt oder deponiert werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah­ ren anzugeben, mit dem sich in kürzester Zeit das Verhalten einer unbekannt belasteten Flüssigkeit gegenüber den Bakte­ rien einer Klär- bzw. Vorkläranlage feststellen läßt, wobei der biologische Sauerstoffbedarf (BSB) bei der Berechnung des unschädlichen Zulaufs eine entscheidende Rolle spielt. Außerdem gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich­ tung vorzuschlagen, die das Durchführen des Verfahrens er­ möglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeich­ nenden Teiles des Hauptanspruches. Mit dem neuartigen Ver­ fahren kann man in verhältnismäßig kurzer Zeit, es genügt eine Zeitspanne zwischen 20 und 60 Minuten, feststellen, ob die unbekannte Flüssigkeit in einer bestimmten Menge der Klä­ rung zugeführt werden kann oder nicht, indem die beiden flä­ chigen Darstellungen miteinander verglichen werden, wobei die dabei gewonnenen Erkenntnisse die Berechnungsgrundlagen für eine mathematische Feststellung ergeben, die unter Be­ seitigung der erwähnten Nachteile einen ausreichend konti­ nuierlichen und den Vorschriften entsprechenden Betrieb einer Kläranlage gewährleistet.

Zur Vereinfachung der flächigen Darstellungen ist es von Vor­ teil, wenn gemäß Anspruch 2 von der gleichen Grundlinie aus­ gegangen wird. Auftretende Abweichungen können, ohne die Meß­ ergebnisse zu verwässern, vernachlässigt werden.

Um Klarheit über die Richtigkeit des Verfahrensablaufes zu erhalten, erscheint es zweckmäßig, nach Anspruch 3 vorzugehen. Ein für die Praxis günstiger Verfahrensablauf ergibt sich dann, wenn man sich die Lehre nach Anspruch 4 zu Nutze macht.

Zur Konkretisierung des Verfahrensablaufes bei einem Einsatz von 300 ml an Bakterien wird darauf hingewiesen, daß die Be­ lüftung in der Weise erfolgt, bis der Rest-BSB verbraucht ist. Da Bakterien eine bestimmte Menge an Sauerstoff als Grund­ atmung benötigen, stellt sich ein O₂-Gleichgewicht ein. Hier sei erwähnt, daß der O₂-Eintrag in die bestimmte Menge von Bakterien so zu drosseln ist, daß keine Übersättigung mit O₂ stattfindet.

Wenn die Grundatmung erreicht ist und ein konstanter O₂-Gehalt vorliegt, wird das Gleichgewicht gestört, indem man - wie schon ausgeführt - das jeweilige Eichmedium dem Bakterien­ stamm abermals zugibt.

Die Bakterien verbrauchen beim Umbau der biologisch abbau­ baren Produkte Sauerstoff. Dieser Sauerstoffverbrauch bewirkt ein Absinken der Sauerstoffkonzentration in der 300 ml Menge, da der Sauerstoff langsamer ergänzt wird, als die Bakterien zum Aufbau benötigen. Dieser O₂-Abfall wird gemessen und flächig dargestellt, wobei diese flächige Darstellung eine der für die Berechnung des BSB erforderlichen Faktoren ist.

Beim Einbringen einer genau dosierten Menge der belasteten Flüssigkeit in eine bestimmte Menge von Bakterien ergibt sich, daß bei gut abbaubaren Stoffen der O₂-Wert schnell absinkt und auch schnell auf die bereits erwähnte Grundlinie ansteigt. Bei schlecht abbaubaren Stoffen sinkt der O₂-Wert langsamer und steigt auch langsamer. Durch den Flächenver­ gleich zwischen Eichfläche und Probefläche wird der BSB be­ rechnet.

Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrich­ tung ergibt sich dann, wenn man die Vorrichtung nach der Lehre des Anspruches 5 aufbaut. Da bei einer solchen Vor­ richtung denkbar einfache Mittel zum Einsatz kommen und darüber hinaus die Meß- und/oder Schreibgeräte Handelsware darstellen, ist die Vorrichtung im Aufwand außerordentlich günstig. Darüber hinaus sorgt der einfache Aufbau und die Verwendung von auf anderen Gebieten der Technik erprobten Geräten bei einfacher Handhabung für eine hohe Funktions­ fähigkeit und Lebensdauer.

Die hohe Funktionsfähigkeit wird noch vertieft, wenn man die Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7 aufbaut.

In der Zeichnung ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise und vereinfacht dargestellt. Außerdem ist ein mit der Vorrichtung erzieltes Meßergebnis graphisch veranschaulicht.

Wie sich aus der Zeichnung ergibt, weist die Vorrichtung einen Behälter 1 für die Aufnahme einer bestimmten Menge von Bakterien 2 auf, die einer Kläranlage entnommen ist. Der Behälter 1 ist im unteren Teil trichterartig ausgeführt. Die Luft wird dem Bakterienstamm 2 von einer Pumpe 3 über eine Düse 4 zugeführt, so daß eine Drosselung eintritt. Durch die Trichterform des unteren Teiles 1 ist eine gute Durchmischung des Bakterienstammes 2 mit Luft gewährleistet.

In eine obere Abdeckung 5 des Behälters 1 ist eine O₂-Meß­ elektrode 6 eingesetzt, die an ein O₂-Meßgerät 7 angeschlos­ sen ist, das seinerseits mit einem Schreiber 8 in Verbindung steht. Bei 9 ist das Einbringen des Bakterienstammes 2 und des Eichmediums (z. B. Äthanol) möglich.

Aus der Zeichnung erkennt man, daß es sich hier um eine denk­ bar einfache und kostengünstige Vorrichtung handelt, die keinen Anlaß zu Störungen gibt und verläßliche Aufzeichnun­ gen am Schreiber 8 gewährleistet.

In der graphischen Darstellung eines mit der Vorrichtung 1-9 erzielten Meßergebnisses stellt die gestrichelte Linie 20 (Grundlinie) den Grundsauerstoffgehalt der gedrosselt be­ lüfteten Bakterien 2 dar. Sobald der Rest BSB verbraucht ist, stellt sich ein O₂-Gleichgewicht ein, das mit einer Linie 21 veranschaulicht ist, die beim dargestellten Meßergebnis mit der gestrichelten Linie 20 (Grundlinie) zusammenfällt, was nicht zwingend ist, da geringfügige Abweichungen hingenom­ men werden können. Das O₂-Gleichgewicht wird gestört, indem man 0,1 ml des Eichmediums bei 22 dem Bakterienstamm zugibt. Der sich dadurch ergebende O₂-Abfall wird gemessen bzw. durch eine Fläche 23 dargestellt. Sobald der Rest-BSB verbraucht ist, stellt sich das O₂-Gleichgewicht auf der Linie 24 wie­ der ein und nach dem Einbringen bei 25 von 0,5 ml der be­ lasteten und zu prüfenden Flüssigkeit wird der Sauerstoff­ verbrauch der zu prüfenden Flüssigkeit durch die Fläche 26 dargestellt.

Nachdem das O₂-Gleichgewicht, dargestellt durch die Linie 27, erreicht ist, wird zur Kontrolle der schädigenden Wirkung der zu prüfenden Flüssigkeit den Bakterien bei 28 erneut 0,1 ml des Eichmediums zugegeben. Wenn die Bakterien nicht geschädigt wurden, ist die mit 29 bezeichnete Fläche in Form und Größe mit der Fläche 23 identisch und das O₂-Gleichge­ wicht 30 stellt sich auf den Grundsauerstoffgehalt 20 der Bakterien ein. Durch Flächenvergleich zwischen Eichfläche und Probefläche wird der BSB der belasteten Flüssigkeit be­ rechnet. Dazu werden die Flächen 23 und 26 ausgeschnitten und auf einer Präzisionswaage gewogen. Es versteht sich, daß für den Flächenvergleich auch andere Methoden möglich sind, so z. B. das Auszählen der Flächen oder eine elektronische Abtastung.

Beim dargestellten Meßbeispiel beträgt der BSB des Eich­ mediums (wie vorher bekannt) 14 100 mg pro Liter. Um den genauen BSB der belasteten Flüssigkeit zu errechnen, wird im Dreisatz wie nachstehend gerechnet.

Das Gewicht der Eichfläche 23 beträgt 19 mg, was einem BSB von 14.100 mg/l × 0,1 ml = 1,41 mg im zugesetzten Volumen von 0,1 ml Eichmedium entspricht. Das Gewicht der Probe­ fläche 26 von 8 mg entspricht einem BSB des zugesetzten Volumens an Probeflüssigkeit von X × 0,5 ml, wobei X den gesuchten BSB der zu prüfenden Flüssigkeit in mg pro Liter bezeichnet.

Die geprüfte bzw. belastete Flüssigkeit hat demnach einen BSB von 1.187 mg pro Liter. Mit diesem erfindungsgemäß er­ zielten Meßergebnis läßt sich auf einfache Weise, wie nach­ stehend dargelegt, das ermitteln, was einer Kläranlage zuge­ mutet werden kann.

Eine biologische Kläranlage ist z. B. ausgelegt für eine Ab­ wassermenge von 500 m³ pro Tag (m³/d) und eine Verschmut­ zungsfracht von 600 kg pro Tag BSB. Daraus errechnet sich die mittlere Verschmutzungskonzentration (mVk) wie folgt:

Aus dem erzielten Meßergebnis von 1187 mg/l BSB erkennt man, daß mit dieser Flüssigkeit die Anlage bei einem Zulauf von 500 m³/d nicht überlastet wird.

Zusätzliche Auskunft über die zu erwartende Abbauleistung der Anlage gibt der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) einer belasteten Flüssigkeit, wozu ausdrücklich auf eine gleich­ zeitig eingereichte Parallelanmeldung verwiesen wird, die ggf. im Prüfungsverfahren mit der vorliegenden Anmeldung zu einer einzigen Anmeldung verschmolzen werden könnte, was hilfsweise beantragt wird.

Die Auslegungsdaten der erwähnten biologischen Kläranlage betragen 1500 kg/d CSB. Das entspricht wie zuvor einer mVk von 3000 mg/l CSB. Bei einem angenommenen CSB-Meßergebnis von 5280 mg/l CSB erkennt man, daß die Anlage mit einem Zu­ lauf von 500 m³/d an belasteter Flüssigkeit überlastet wird und die Ablaufwerte durch nicht abgebaute Schadstoffe an­ steigen würden. Der Zulauf zur Kläranlage muß deshalb ange­ drosselt werden, wenn man den einschlägigen Bestimmungen ge­ recht werden will, die bindend sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB) bei der Reinigung einer unbekannt belasteten Flüssig­ keit in Kläranlagen, dadurch gekennzeichnet, daß eine be­ stimmte Menge von Bakterien solange gezielt bzw. kontinu­ ierlich gedrosselt belüftet wird, bis sich ein O₂-Gleich­ gewicht einstellt und das Gleichgewicht bei weiterhin un­ veränderter Belüftung durch Zugabe eines Eichmediums mit bekanntem BSB-Wert in die bestimmte Menge von Bakterien gestört und der sich dabei ergebende Abbau an O₂ gemessen und flächig dargestellt wird, worauf eine genau dosierte Menge der belasteten Flüssigkeit in die bestimmte Menge von Bakterien eingespritzt und die Entwicklung der O₂-Werte gemessen und zum Größenvergleich mit der ersten flächigen Darstellung ebenfalls flächig dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die flächige Darstellung von der gleichen Grundlinie ausgegangen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Nachgang zu der Auswertung der beiden flächigen Darstellungen der bestimmten Menge von Bakte­ rien abermals eine genau dosierte Menge des Eichmediums zugegeben wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß 300 ml der eine bestimmte Menge an Bakterien enthaltenden Suspension einer Kläranlage entnommen werden und nach Erreichen des O₂-Gleichgewichts in diese Sus­ pension 0,1 ml des Eichmediums, z. B. Äthanol, mit bekann­ tem BSB-Wert eingespritzt wird, worauf nach wiedererreich­ tem Gleichgewicht eine Zugabe von 0,1 ml der belasteten Flüssigkeit erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung im wesentlichen aus einem die Bakterien-Suspen­ sion (2) aufnehmenden Behälter (1), einer den Behälter (1) von unten belüftenden Pumpe (3) , einer in den Behälter (1) ragenden O₂-Meßelektrode (6) und einem O₂-Meßgerät (7) be­ steht, wobei das O₂-Meßgerät (7) einem Schreiber (8) vor­ geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Behälter (1) und Pumpe (3), z. B. einer Aquarium­ pumpe, eine Drossel in Form einer Düse (4) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behälter (1) in seinem unteren Bereich trichterartig ausgeführt ist.