DE69809955T2

DE69809955T2 - Verfahren zur kontrolle von belüftungssysteme in einer biologischen abwasserbehandlungsanlage

Info

Publication number: DE69809955T2
Application number: DE69809955T
Authority: DE
Inventors: Philippe Caulet; Patrice Chatellier
Original assignee: Suez Lyonnaise des Eaux
Current assignee: Suez Lyonnaise des Eaux
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1998-09-23
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: CA2305488A1; ES2147544T1; ES2147544T3; US6290850B1; EP1019330B1; AU9353198A; AU732442B2; FR2769304B1; CA2305488C; DE69809955D1; DE1019330T1; WO1999018036A1; EP1019330A1; FR2769304A1

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Kontrolle der Belüftungssystem biologischer Becken einer Abwasserbehandlungsanlage, wobei das Verfahren insbesondere zum Ziel hat, die Effizienz des Belüftungssystems zu kontrollieren. Sie ist weiterhin auf die Belüftung des Beckens gerichtet, die durch Abfolgen von Betrieb/Anhalten des Belüftungssystems erfolgt, und erlaubt insbesondere den Fall zu berücksichtigen, in welchem konstante Ströme aus Biomasse und Schadstoffen während der Kontrolle in das Becken gelangen und dieses wieder verlassen, wodurch eine Regelung der aeroben biologischen Systeme möglich wird, die auf verschiedenen physikalischen Messwerten beruht, die den Vorteil haben, schnell zugänglich zu sein, wobei das erfindungsgemäße Verfahren somit eine Online- Regelung erlaubt.
Erfindungsgemäß erstrecken sich diese Messungen, wie weiter unten erläutert werden wird, auf (Fig. 1)
- die Konzentration des gelösten Sauerstoffs im Belüftungsbecken,
- den die Anlage durchlaufenden Durchsatz Qt und
- den Durchsatz Qr des Rücklaufs der Mischflüssigkeit vom Klärbecken zum Belüftungsbecken.
Gemäß europäischer Richtlinien sind die gegenwärtig angewendeten Reinigungsverfahren darauf gerichtet, die Abgabe von unbehandelten Abwässern in die natürliche Umgebung zu begren zen, wobei von den Anlagen die Behandlung aller gesammelter Wässer sicherzustellen ist, mit Ausnahme außergewöhnlicher Regenfälle. Deshalb haben diese Behandlungsanlagen als gemeinsames Charakteristikum die Durchführung einer Reinigung mittels Belebtschlamm, die ein Behandlungsbecken umfasst, in welchem der Übergang von Sauerstoff auf das Gemisch "Wasser + Biomasse" erfolgt. Dieser Übergang ist für die Entwicklung der reinigenden Biomasse erforderlich.
Außerdem wird von den betreffenden europäischen Richtlinien eine erhöhte Zuverlässigkeit und somit eine strenge Überwachung der Reinigungsanlagen und deren Halten im bestmöglichen Betriebszustand mit einem Maximum an verfügbarer Reinigungskapazität gefordert (das heißt, mit einer Biomasse, die "am besten in Form" ist und Ausrüstungen, die sich in einem perfekten Wartungs- und Betriebszustand befinden).
Eine der wichtigsten Ursachen für eine Störung der Reinigungsanlagen ist der mangelnde oder unzureichende Eintrag von Sauerstoff, wobei sich dieses Defizit an Oxidationsvermögen im Auftreten anaerober Phänomene ausdrückt, was zur Entwicklung von Fadenbakterien in der Biomasse und anschließend zum Auftreten von Schaum führt, wobei das Phänomen der Leistungsabnahme umso schneller vonstatten geht, wie es sich selbst beschleunigt.
Der Wirkungsgrad des Belüftungssystems wird üblicherweise vor Inbetriebnahme der Reinigungsanlage mittels in-vitro-Messverfahren gemessen, die den Einfluss der Biomasse auf die Sauerstoff Übertragung in keiner Weise berücksichtigen. Dabei wird die Messung des Übergangskoeffizienten (der in diesem Fall als Standard-Übergangskoeffizient bezeichnet wird) üblicherweise in sauberem Wasser und in Gegenwart von Natriumbisulfit, einem Reduktionsmittel für Sauerstoff, durchgeführt, wodurch ein Gas-Flüssigkeits-Übergang kontrolliert werden kann, aber außerhalb jedes biologischen Phänomens. Demgegenüber arbeitet, wenn im Belüftungsbecken die Biomasse "installiert" ist, diese wie eine biologische Sauerstoffpumpe und man kann dann Zugang zu einem korrigierten Übergangskoeffizienten α·kLa bekommen, wobei α einen Korrekturkoeffizienten mit einem Wert von 0,5 bis 0,9 bedeutet und die biologische Arbeitsweise, die Viskositätsdifferenzen zwischen der Mischflüssigkeit und dem klaren Wasser und die hydrodynamischen Differenzen, die aus dem Betrieb bei Anwesenheit der Biomasse resultieren, berücksichtigt werden. Befindet sich die Anlage in Betrieb, müssen kompliziertere Messverfahren angewendet werden, um die Sauerstoffmenge zu bestimmen, die auf das Wasser + Biomasse-Gemisch übertragen wird, wobei nur Momentanwerte erhalten werden, die beispielsweise keine Informationen über eine eventuelle Abweichung des Wirkungsgrades des Belüftungssystems liefern.
Die Systeme des Standes der Technik, die üblicherweise zur Kontrolle und/oder Regelung des Betriebs von Abwasserbehandlungsanlagen angewendet werden, sind verschiedener Art:
- Durchführung einer Zeitverzögerung, die sich auf Frequenz und Dauer der Belüftungsperioden auswirkt,
- Nachweis der Grenzen des Oxidationsreduktionspotentials oder der Sauerstoffkonzentration im Belüftungsbecken; so ist in GB-A-2 184 110 eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser beschrieben, in welcher Mittel zur Kontrolle der Konzentration an gelöstem Sauerstoff im biologischen Reaktor sowie Mittel zum Messen der Abnahmegeschwindigkeit der Konzentration des gelösten Sauerstoffs ohne Belüftung und die erhaltenen Informationen verwendet werden, um ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn diese Abnahme sich unterhalb eines Sollwerts befindet; weiterhin betrifft EP-A-0 260 187 ein biologisches Behandlungsverfahren zur Optimierung der Führung der Belüftung, das in der kontinuierlichen Messung der Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der Belüftungsstufe besteht, wobei die so erhaltenen Konzentrationswerte die Berechnung des Sauerstoffbedarfs und die Regelung der Belüftung erlauben, und
- Kontrollsysteme, die auf der Ableitung der Veränderung des Oxidationsreduktionspotentials in Abhängigkeit von der Zeit (FR-A-2 724 646) beruhen.
Keines dieser Systeme löst das technische Problem, das erfindungsgemäß gelöst wird, d. h. die Aufstellung von Stoffbilanzen des eingetragenen Sauerstoffs, der verbraucht und mit dem Abfluss in der Belüftungsphase ausgetragen wird, bzw. des Sauerstoffs, der verbraucht und mit dem Abfluss in der Nicht- Belüftungs-Phase ausgetragen wird, in Perioden der Belüftung und Nicht-Belüftung, um eine Diagnose der Veränderung der Leistungsfähigkeit einer Anlage aufzustellen und somit mögliche Störungen vorherzusagen, wobei das höchste Stadium ihrer Leistungsfähigkeit auf diesem Gebiet in der Auslösung eines Alarms besteht, wenn die Kapazitätsgrenze der Anlage erreicht ist. Die bisher erworbene Erfahrung zeigt den Vorteil einer präventiven Führung, die eines der erfindungsgemäßen Merkmale bildet.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer in-situ-Messung der Menge des übertragenen Sauerstoffs in einem Bioreaktor, was es erlaubt, den Einfluss von Biomasse und Hydraulik auf die übertragene Sauerstoffmenge zu berücksichtigen.
Eine präventive Führung des Betriebs einer biologischen Reinigungsanlage setzt eine regelmäßige Kontrolle des Wirkungsgrades des Belüftungssystems voraus. Eine solche Kontrolle erlaubt den Nachweis einer fortschreitenden Abnahme des Wirkungsgrads der Vorrichtung, eines Phänomens, das die Planung einer Instandsetzungsmaßnahme und vorübergehend die Durchführung unterstützender Maßnahmen wie die Erhöhung der Zahl der Belüftungsrührer oder von deren Umdrehungsgeschwindigkeit erfordert. Das erfindungsgemäße Kontrollverfahren ist daher mit dem Ziel der Sicherung einer ausreichend häufigen Kontrolle des Wirkungsgrades des Belüftungssystems entwickelt worden.
Erfindungsgemäß wird eine alternierende Abfolge von Betriebs/Halt-Sequenzen des Belüftungssystems der biologischen Becken angewendet, die aus der herkömmlichen Führung des biologischen Reinigungsverfahrens resultiert, um den Wirkungsgrad des Belüftungssystems zu ermitteln. Dabei ist festzustellen, dass die Anwendung des Kontrollverfahrens keine Anpassung oder Veränderung der Führung des Verfahrens erfordert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht,
1) den Anlagendurchsatz (Qt) und den Durchsatz (Qr) des Rücklaufs der Mischflüssigkeit vom Klärbecken zum Belüftungsbecken und
2) die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Belüftungsbecken mit einer Sauerstoffsonde zu messen, um
a) während einer Belüftungsdauer die Stoffbilanz des Sauerstoffs aufzustellen, der eingetragen, verbraucht und mit dem Abwasser ausgetragen wird,
b) während der Dauer einer Nicht-Belüftung die Stoffbilanz des Sauerstoffs aufzustellen, der verbraucht und mit dem Abwasser ausgetragen wird,
c) die Höhe des von der Biomasse verbrauchten Sauerstoffs aus den beiden zuvor aufgestellten Stoffbilanzen zu bestimmen und
d) aus den in a), b) und c) erhaltenen Daten den Wert des Sauerstoff-Übergangskoeffizienten α·kLa unter den Messbedingungen zu bestimmen.
Somit läuft das erfindungsgemäße Kontrollverfahren in zwei Schritten während der Betriebs/Halt-Zyklen der Belüftung ( Fig. 2) ab.
1. In der Stufe des Einblasens von Luft (oder Sauerstoff) durch das Belüftungssystem in das Belüftungsbecken erlaubt die Untersuchung der Informationen, die von den angebrachten Sauerstoffsonden geliefert werden, einerseits die Berechnung der Veränderung der Sauerstoffmenge, die im Belüftungsbecken enthalten ist, und andererseits der Sauerstoff menge, die das Belüftungsbecken verlässt, und die Menge des in das Becken gelangenden Sauerstoffs, der vom unbehandelten Restwasser und vom Durchsatz der Rückführung, der als nicht zu vernachlässigen angesehen wird, eingetragen wird. Das Massenerhaltungsgesetz zeigt, dass die Sauerstoff menge, die vom Belüftungssystem eingetragen wird, genau die Summe der für die Atmung der Biomasse zur Verfügung gestellten Sauerstoff menge + Sauerstoff menge, die das Belüftungsbecken verlässt (Fig. 3), kompensiert.
2. In der Stufe der Unterbrechung des Einblasens von Luft (oder Sauerstoff) in das Belüftungsbecken erlaubt eine Analyse, die gleich der vorhergehenden ist, die Berechnung derselben Massebilanz, wobei die Menge des vom Belüftungssystem eingetragenen Sauerstoffs dann gleich Null ist (Fig. 4). Mit einem solchen Gleichungssystem aus zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten lässt sich leicht der Wert des Sauerstoffstroms, der auf die Biomasse übertragen wird, und folglich der Wert des Übergangskoeffizienten erhalten.
Die Veränderung in Abhängigkeit von der Zeit der aufeinanderfolgenden Werte des Übergangskoeffizienten α·kLa erlaubt die Ermittlung der Veränderung des Wirkungsgrades des/der Belüftungssystems/Belüftungssysteme.
So besteht einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass keine respirometrischen Apparaturen verwendet werden, die mit dem Belüftungsbecken verbunden sind, um eine Messung durchzuführen, die punktuell und in vitro bliebe. Weiterhin ist es nicht notwendig, die Betriebsbedingungen der Anlage auf irgendeine Weise zu modifizieren, um die erfindungsgemäßen Ergebnisse zu erhalten, was die Erfindung deutlich von allen bisher beschriebenen Systemen des Standes der Technik unterscheidet ("les performances des systemes d'aération d'épuration", méthodes de mesure et résultats, Ministére de l'Agriculture, CTGREF, März 1980).
Somit besteht, wie weiter oben erläutert worden ist, ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass eine in-situ-Messung des Wertes des von der Biomasse verbrauchten Sauerstoffs möglich wird, was es erlaubt, den Einfluss von Biomasse und Hydraulik auf die im Belüftungsbecken übertragene Sauerstoffmenge zu berücksichtigen.
Es können konstante Ströme aus Flüssigkeitsgemisch + Biomasse während der Kontrolle in das Belüftungsbecken gelangen und dieses wieder verlassen. Dabei ist es wichtig, dass diese Ströme derart konstant bleiben, dass der von der Biomasse veratmete Sauerstoffstrom während des gesamten Messzyklus konstant bleibt.
Dem Bisherigen ist zu entnehmen, dass es die Erfindung erlaubt, in Echtzeit in situ den Wirkungsgrad des Belüftungssystems zu bestimmen, ohne die Führung der Anlage zu verändern.
Sie unterscheidet sich vom Stand der Technik insbesondere durch
- die Fähigkeit, den Betriebs- und/oder Verschmutzungszustand des Belüftungssystems zu kontrollieren, und
- Perioden von Belüftung/Nicht-Belüftung für die Datengewinnung zu nutzen.

Claims

1. Verfahren zur Kontrolle des Wirkungsgrades von Systemen zur Belüftung biologischer Behandlungsbecken einer Wasserbehandlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht,

I) den Anlagendurchsatz (Qt) und den Durchsatz (Qr) des Rücklaufs der Mischflüssigkeit vom Klärbecken zum Belüftungsbecken und

II) die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Belüftungsbecken zu messen, um

a) während einer Belüftungsdauer die Stoffbilanz des Sauerstoffs aufzustellen, der eingetragen, verbraucht und mit dem Abwasser ausgetragen wird,

b) während der Dauer einer Nicht-Belüftung die Stoffbilanz des Sauerstoffs aufzustellen, der verbraucht und mit dem Abwasser ausgetragen wird,

c) die Höhe des von der Biomasse verbrauchten Sauerstoffs aus den beiden zuvor aufgestellten Stoffbilanzen zu bestimmen und

d) aus den in a), b) und c) erhaltenen Daten den Wert des Sauerstoff- Übergangskoeffizienten α·kLa unter den Messbedingungen zu bestimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ströme aus flüssigem Gemisch + Biomasse, die in das Belüftungsbecken gelangen und es wieder verlassen, während der Messung konstant bleiben, damit der Strom des von der Biomasse veratmeten Sauerstoffs während des gesamten Messzyklus konstant bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zusätzliche Stufe umfasst, die darin besteht, aus der Bestimmung des Wirkungsgrades des Belüftungssystems korrigierende Maßnahmen durchzuführen.