PROCESS AND APPARATUS FOR THE REGULATION AND/OR THE CONTROL OF A BIOLOGICAL WASTE WATER PURIFICATION PLANT

Abstract: 1. Process for the regulation and/or control of a biological clarification plant comprising an activation tank, into which effluent and activation slurry is continuously poured and from which the discharge liquid is drawn off and a separation means, which accepts said discharge liquid, separating the slurry from the discharge liquid and partially returns it to the activation tank, whereby a biological oxygen requirement value of a sample liquid containing the activation tank liquid is measured and is used as the basis for the regulation and/or control of the clarification plant, characterized in that to regulate the TS content in the activation tank, activation tank liquid is continuously drawn off from said activation tank to form the sample liquid, and that the sample liquid has excess oxygen added to it during a predetermined reaction time t and then the momentary biological oxygen requirement is continuously measured per time unit of the sample liquid, whereby the reaction time t is fixed in such a manner that the biological decomposition of the effluent in the sample liquid is substantially ended within said reaction time.

Description: Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung einer biologi- schen Kläranlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung einer biologischen Kläranlage mit einem Belebungsbecken, dem Abwasser und Belebtstrom zugeführt wird, und mit einer die Ablaufflüssigkeit aufnehmenden Trenneinrichtung, die den Schlamm von der Ablaufflüssigkeit trennt und einen Teil des Schlammes in das Belebungsbekken rückführt und den anderen Teil als Überschuss schlamm abführt, wobei man einen biologischen Sauerstoffbedarfswert einer Abwasser und Schlamm oder Belebungsbeckenflüssigkeit enthaltenden Probensuspension misst und der Regelung und/oder Steuerung der Kläranlage zugrunde legt. Nach einem bekannten Verfahren dieser Art zur Regelung einer biologischen Kläranlage < DD-PS 47 779) wird offensichtlich der I3SB5-Wert gemessen, der die innerhalb von fünf Tagen vom Belebtschlamm verbrauchte Sauerstoffmenge bezeichnet Der BSB5-Wert ist jedoch zur Regelung einer Kläranlage wenig geeignet, da er auch von Sekundärreaktionen der Mikroorganismen des Schlamms nach erfolgtem Abwasserabbau abhängig ist Ausserdem ist dieses Verfahren aufgrund der langen Messzeit von fünf Tagen für jede Probe ausserstande auf sich rasch ändernde Verhältnisse im Belebungsbecken rechtzeitig zu reagieren. Es ist ferner ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Steuerung einer biologischen Kläranlage bekannt (DE-PS 2 007 727), bei dem eine Vielzahl von aus Abwasser und Schlamm unterschiedlich zusammengesetzten Proben einer entsprechenden Vielzahl von Messeinrichtungen zugeführt werden. In diesen Messeinrichtungen werden die Kurz zeit- BSB-Werte dieser Proben ermittelt, d.h. die Mengen an Sauerstoff, die die Mikroorgannsmlen um Substratabbau, d.h. zum Abbau der organischen Abwasserbestandteile benötigen (Substratatmung). Die Messzeit hierfür beträgt 15 - 50 min. Aus den ermittelten Messwerten werden.Steuerbefehle zur Steuerung der Kläranlage ermittelt. Zur Durchführung dieses Verfahrens werden also aufwendige Geräte zur Erfassung und Auswertung dieser Messwerte benötigt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung einer biologischen Kläranlage bereitzustellen, das einfach und unter geringem Geräteaufwand durchzuführen ist und das einen störungsfreien-Kläranlagenbetrieb auch bei wechselnder Abwasserzusammensetzung gewährleistet. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass man die Probensuspension während einer vorgegebenen, in Abhängigkeit vom Substratabbauverhalten bestimmten Reaktionsdauer mit Sauerstoff im Überschuss versetzt und anschliessend den momentanen biologischen Sauerstoffbedarf pro Zeiteinheit der Probensuspension misst Da der Substratabbau in der Regel innerhalb einer halben Stunde vor sich geht und auch die Messung selbst nur wenig Zeit beansprucht, reagiert das vorgeschlagene Regelverfahren rasch auf Änderungen der Zusammensetzung der Flüssigkeit im Belebungsbecken. Die Messung und Auswertung eines einzigen Parameters lässt sich mit einfachen baulichen Mitteln durchführen. Nach der Reaktion der Probensuspension mit Sauerstoff mit festgesetzter Reaktionsdauer hat die Probensuspension eine im wesentlichen bekannte Zusammenset z, so dass aus dem Messwert der anschliessend durchgeführten Messung die richtigen Schlüsse gezogen werden können und entsprechende, den Betriebsablauf der Kläranlage beeinflussende Massnahmen getroffen werden können. Wenn man die Verweildauer derart festlegt, dass im wesentlichen nur die endogene oder Grund-Atmung der Probensuspension gemessen wird, erhält man einen Messwert, der den Trockensubstanzgehalt (TS-Gehalt) im Belebungsbecken, d.h. die Belebtschlammenge, angibt. Aus einer Anderung dieses Messwertes kann man daher auf eine Änderung des TS-Gehaltes schliessen und entsprechende Massnahmen zur Einstellung eines TS-Sollwertes ergreifen. Wenn die Messung im wesentlichen zum Zeitpunkt der maximalen Substratatmungsrate der Probensuspension durchgeführt wird, kann man aus dem Messwert auf eine Änderung der Kon-zentration und/oder Zusammensetzung des Abwassers schliessen und Änderungen dieses Messwertes mit entsprechenden Massnahmen begegnen. Führt man die Messung dann durch, wenn nur grössere Konzentrations- oder Zusammensetzungsänderungen das Messergebnis beeinflussen, kann man geringfügige Messsignaländerungen zur Regelung oder Steuerung des Belebtschlammgehalts und grössere Änderungen des Messsignals zur Regelung oder Steuerung des Abwasseranteils im Belebungsbecken einsetzen. Da lediglich der momentane Sauerstoffbedarf pro Zeiteinheit der Probensuspension festgestellt werden muss, ergibt sich die Möglichkeit einer kontinuierlichen Messung. Die Messwerte können ohne aufwendige Auswertung direkt zur Einstellung der Abführrate des Uberschussschlammes, der Rückführrate des Belebtschlammes und der Zuführrate des Abwassers verwendet werden. Ebenso kann man in Abhängig keit von den Messwerten die Zuführrate einstellen, mit der Sauerstoff in das Belebungsbecken eingebracht wird. Besonders einfach gestaltet sich das Regel- oder Steuerverfahren, wenn die Uberschussschlammabführraten und die Abwasserzuführraten entsprechend geändert werden, wenn der gemessene Sauerstoffbedarf vorgegebene Extremwerte über- bzw. unterschreitet. Eine Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffbedarfs einer Flüssigkeit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 17 ist bekannt (US-PS 3 510 407). Bei dieser Vorrichtung wird die Flüssigkeit in kleinen voneinander getrennten Volumeneinheiten mittels einer Schraubenpumpe aus ineinandergreifenden Gewinden durch die Zuleitung befördert. Die Trennung der Volumeneinheiten voneinander verhindert zwar einen Sauerstoffaustausch, der bei der offensichtlich geringen Fliessgeschwindigkeit einen unerwünschten Messfeh ler zur Folge hätte, die Messung des Sauerstoffgehalts ist jedoch nicht kontinuierlich, was die Verarbeitung des Messsignals erschwert; ausserdem besteht die Gefahr, dass sich in der Schraubenpumpe Ablagerungen bilden. Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom mit einer derartigen Fliessgeschwindigkeit durch die Zuleitung und den Durchflusskanal pumpbar ist, dass sich in der Zuleitung und im Durchflusskanal im wesentlichen keine Ablagerungen bilden und der Sauerstoffaustausch im Flüssigkeitsstrom einen vernachlässigbaren Messfehler zur Folge hat. Eine derartige, vergleichsweise grosse Fliessgeschwindigkeit bietet den zusätzlichen Vorteil, dass besonders genau messende Sauerstoffmesszellen eingesetzt werden können, welche eine hohe Anströmgeschwindigkeit der zu messenden Flüssigkeit erfordern. Um bei einer Fliessgeschwindigkeit von 50 bis 200 cm/s, vorzugsweise 110 bis 140 cm/s, am besten etwa 125 cm/s, eine ausreichende Laufzeit des Flüssigkeitsstroms innerhalb der abgeschlossenen Zuleitung zu erhalten und in der Folge einen ausreichend grossen Unterschied im Sauerstoffgehalt der Flüssigkeit im Reaktionsbehälter und in der Messzelle wird vorgeschlagen, dass die Zuleitung eine Länge von 2 bis 10 m, vorzugsweise 4 bis 8 m, am besten etwa 6 m aufweist. Durch die Ausbildung des Durchflusskanals der Messzelle mit einem Knick in Strömungsrichtung anschliessend an die Messzelle wird verhindert, dass sich Schlamm und Luftblasen an der Messelektrode anlagern. Die erfindungsgemässe Messvorrichtung lässt sich zur kontinuierlichen Messung des momentanen Sauerstoffbedarfs pro Zeiteinheit einer eine vorgegebene Reaktionszeit im Reaktionsbehälter gehaltenen Flüssigkeit verwenden, wenn ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom durch den Reaktionsbe-hälter geführt wird mit einer mittleren Aufenthaltsdauer im Reaktionsbehälter, die gleich der vorgegebenen Reaktionsdauer ist. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der Regelung einer biologischen Kläranlage; Fig. 2a eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Messung des Kurzzeit-BSB-Wertes einer Flüssigkeit; Fig. 2b eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Messung eines momentanen Sauerstoffbedarfs pro Zeiteinheit einer Flüssigkeit; Fig. 3 eine mit der Vorrichtung nach Fig. 2a erhaltene Messkurve und Fig. 4 eine Anzeigeeinheit einer erfindungsgemässen Regel einrichtung für eine biologische Kläranlage. In Fig. 1 ist eine allgemein mit 10 bezeichnete biologische Kläranlage schematisch dargestellt, bei der einem Belebungsbecken 12 das zu reinigende Abwasser über eine Zuleitung 14, Rücklaufschlamm (Belebtschlamm) über eine Zuleitung 16 und Luft über eine Zuleitung 18 zugeführt wird. Im Belebungsbecken 12 findet der biologische Abbau der organischen Bestandteile des Abwassers durch die Mikroorganismen des Belebtschlammes statt. Um diese Reaktion zu begünstigen, wird die Flüssigkeit im Belebungsbecken 12 ständig durchmischt und mit Luftsauerstoff versetzt. Das Belebungsbecken 12 wird im kontinuierlichen Durchlaufverfahren betrieben, d.h. das zu reinigende Abwasser wird kontinuierlich über die Zuleitung 14 zugeführt und eine gereinigte Ablaufflüssigkeit über eine Leitung 20 kontinuierlich abgezogen. Durch die entsprechenden Pumpraten und das Volumen des Belebungsbeckens 12 ist die mittlere Verweildauer des Abwassers im Belebungsbecken 12 festgelegt. Sie liegt im praktischen Betrieb etwa zwischen einer halben Stunde und 1 bis 2 Tagen. Die Ablaufflüssigkeit aus Schlamm und abgebautem Abwasser wird durch die Leitung 20 einer Trenneinrichtung 22 zugeführt, die den Schlamm von der Ablaufflüssigkeit trennt und die so gereinigte Ablaufflüssigkeit über eine Leitung 24 einem Vorfluter zuführt. Als Trenneinrichtung 22 kann man Absetzbecken, Zentrifugen oder dergleichen einsetzen. Ein Teil des von der Trenneinrichtung 22 abgegebenen Schlammes wird als Rücklaufschlamm durch die Zuleitung 16 dem Belebungsbecken 12 rückgeführt; der andere Teil wird durch eine Leitung 25 als Überschuss schlamm von der Kläranlage 10 abgegeben. Der Betriebsablauf der Kläranlage 10 wird durch Ventile ge strt, die einc Änderung der Durchflussrate gestatten. Ein erstes Ventil 26 steuert den Abwasserstrom durch die Zuleitung 14. Ein zweites Ventil 28 legt die dem Belebungsbecken 12 durch die Zuleitung 16 zugeführte Rücklaufschlammenge bzw. die über die Leitung 25 abgegebene und dadurch dem Schlammkreislauf entzogene Überschuss schlamm- menge fest. Ein drittes Ventil 30 bestimmt die Luftzufuhrrate durch die Zuleitung 18. Daneben können noch weitere Ventile vorgesehen sein, die zur Vereinfachung der Darstellung jedoch nicht gezeigt sind. Die drei Ventile 26, 28 und 30 werden von einer Regeleinrichtung 32 gesteuert.-Mit unterbrochenen Linien sind die elektrischen Leitungen zwischen der Regeleinrichtung 32 und den Ventilen 26, 28 und 30 symbolisiert. Die Regeleinrichtung 32 erhält die Information über den Zustand der Kläranlage 10 von einer Messeinrichtung 34. Der Messeinrichtung 34 wird ständig Probensuspension aus dem Belebungsbecken 12 über eine Zuleitung 38 zugeführt und nach der Messung über eine Leitung 36 wieder abgeführt, nachdem in der Messeinrichtung- 34, wie im folgenden noch näher beschrieben, ein momentaner Sauerstoffbedarf pro Zeiteinheit diese Flüssigkeit gemessen wurde. Die Probensuspension besteht, der momentanen Zusammensetzung des Belebungsbekkeninhalts entsprechend, aus Belebtschlamm und mehr oder minder abgebauten organischen Abfallstoffen. In Fig. 1 sind weitere Zuleitungen 40 und 42 punktiert angedeutet, mit denen eine Steuerung der Kläranlage 10 möglich ist. Hierbei wird nicht der aktuelle Betriebszustand im Belebungsbecken 12 festgestellt und durch entsprechende Regelmassnahmen auf einem vorgegebenen Normalzustand gehalten, sondern die Zusammensetzung des Abwassers und des Rücklauf schlamms festgestellt, bevor das Abwasser und der Rücklaufschlamm dem Belebungsbecken 12 zugeleitet werden. Durch die Zuleitung 40 wird also eine Abwas serprobe und durch die Zuleitung 42 eine Rücklauf schlamm- probe der Messeinrichtung 34 zugeführt und dort einer Messung des momentanen Sauerstoffbedarfs pro Zeiteinheit un verzogen. Je nach Zusammensetzung des Abwassers und des Rücklaufschlammes werden dann die Ventile 26, 28 und 30 eingestellt. Die Kläranlage 10 kann auch mit einem Verfahren betrieben werden, welches das Regelverfahren mit dem Steuerverfahren kombiniert. Die Fig. 2a und 2b zeigen zwei Ausführungsformen 34' und 34" der Messeinrichtung 34, die unter anderem auch zur Steuerung und Regelung der in Fig. 1 dargestellten Kläranlage 10 verwendet werden können. Bauteile, die in beiden Ausführungsformen 34' und 3411 gleich sind, tragen die gleichen Bezugsziffern. So ist jeweils ein Reaktionsbehälter 44 vorgesehen, in dem sich die zu untersuchende Belebtschlamm-Abwasser-Suspension befindet. Sie wird von einer Belüftungseinrichtung derart mit Luft versorgt, dass sich ein Sauerstoffsättigungswert in der Suspension einstellt. Die Belüftungseinrichtung besteht aus einer nicht gezeigten Luftpumpe, die durch eine Zuleitung 46 Luft einem Rota- meter 48 zuführt, der für konstante Luftzuführrate sorgt. Vom Rotameter 48 führt eine Leitung 50 zu einem Begasungsstein 52 an der Bodeninnenseite des Reaktionsbehälters 44, der für einen feinverteilten Gasaustritt sorgt. Es werden etwa 100 Liter Luft pro h zugeführt. (Die Sauerstoffzufuhr kann auch durch Zugabe von H202 erfolgen). Der Reaktionsbehälter 44 nimmt etwa 3 Liter Suspension auf, die von einem Thermostaten auf konstante Temperatur von 200C gehalten wird und die von einer nicht gezeigten Rühreinrichtung ständig durchmischt wird. Aus dem Reaktionsbehälter 44 führt jeweils eine (nach aussen hin abgeschlossene) Zuleitung 54 zu einer Messzelle 56 in einem Wasserbadbehälter 57; in der Ausführungsform 34' führen von der Messzelle 56 weitere Leitungen 58 und 60 zurück zum Reaktionsbehälter 44, wodurch ein geschlossener Kreislauf gebildet wird. In der Ausführungsform 34" dagegen setzt sich die Leitung 58 in einer Ableitung 82fort, die die Flüssigkeit (Suspension) von der Messeinrichtung 34" wegführt. In die Ableitung 82 mündet ein überlauf 84, der den Pegel im Reaktionsbehälter konstant hält. Dies ist hier notwendig, da, wie noch zu behandeln, dem Reaktionsbehälter 44 ständig Probensuspension über eine Leitung 80 zugeführt wird. Die Zuleitung 54 führt-jeweils durch eine schematisch dargestellte Schlauchpumpe 62, die die Flüssigkeit mit etwa 2 Litern pro min durch die Zuleitung 54 pumpt. Die resultierende hohe Fliessgeschwindigkeit sorgt dafür, dass sich keine Ablagerungen in den Leitungen 54, sa und 60 und in der Messzelle 56 bilden. Sie beträgt etwa 125 cm pro s. Um eine ausreichend grosse Laufzeit zwischen Reaktionsbehälter 44 und Messzelle 56 zu erhalten, hat die Zuleitung 54 eine Länge von etwa 6 m, wobei 5 m davon als Schlauchspirale 64 auf einen Wickelkörper gewickelt sind. Das Wasserbad innerhalb des Wasserbadbehälters 57 wird thermostatisch auf 200C gehalten. Die Aufteilung der -Messeinrichtungen 34' und 34" jeweils in zwei thermostatisierte Behälter 44, 57 bietet den Vorteil, dass das unter möglichst idealen Reaktionsbedin ungen zu haltende Reaktionsvolumen klein gehalten werden kann, da die viel Raum benötigenden Bauteile Messzelle 56 und Zuleitungen 54, 58, 60 anderweitig (im Wasserbadbehälter 57) untergebracht sind. In den die jeweilige Messzelle 56 durchsetzenden Durchflusskanal 66 ragt eine O2-Messzelle 68. Diese gibt an eine Verstärker- und Anzeigeeinheit 70 ein elektrisches Signal ab, welches die momentane Sauerstoffkonzentration der Suspension im Durchflusskanal 66 darstellt. An die Einheit 70 kann ein Schreiber 72 (x,t-Schreiber) angeschlossen werde, der den Zeitverlauf des von der Messzelle 68 abgegebenen Signals, d.h. der Sauerstoffkonzentration im Durchflusskanal 66 aufzeichnet. Der Durchflusskanal 66 ist in Strömungsrichtung unmittelbar anschliessend an die Messzelle 68 geknickt, da die im Bereich des Knicks 69 induzierten Wirbel eine Schlammablagerung im Bereich der Messzelle 68 und die Bildung von Luftblasen an dieser Stelle wirksam verhindern. Mit den Messeinrichtungen 34' und 34" lässt sich der momentane Sauerstoffbedarf der im Reaktionsbehälter 44 befindlichen Suspension messen. Im Reaktionsbehälter 44 ist der Anteil des in der Suspension gelösten Sauerstoffs auf dem Sättigungswert. Während der Laufzeit durch die Zuleitung 54 nimmt der Sauerstoffgehalt jedoch ab, da die Mikroorganismen weiterhin Sauerstoff verbrauchen, neuer Sauerstoff jedoch nicht nachgeliefert wird. Dieser Sauerstoffverbrauch ist abhängig von der Zusammensetzung der Suspension, d.h. er hängt von der Art und Menge der organiw schen Abfallstoffe und der Mikroorganismen ab. Die Messzelle 68 wird daher eine Sauerstoffkonzentration messen, die geringer ist als die im Reaktionsbehälter 44 herrschende Sättigungskonzentration. Aus der Differenz der Konzentrationen und dem Volumendurchsatz durch die Messzelle 68 lässt sich daher der momentane biologische Sauerstoffbedarf der Suspension im Reaktionsbehälter 44 berechnen, beispielsweise mit der Einheit mg Sauerstoff pro Liter und min. Fig. 3 zeigt eine Messkurve der Messeinrichtung 34', bei der die Abszisse die Zeitachse darstellt und die Ordinate die bereits in Sauerstoffverbrauchswerte umgerechneten, mit BSB symbolisierten Signalwerte darstellt. Steigender Sauerstoffverbrauch und damit wachsendem Konzentrationsab fal in der Zuleitung 54 entspricht fallende Messspannung an der Messzelle 68. Am Versuchsbeginn (z.Z. t = 0) befindet sich im Reaktionsbehälter 44 eine Belebtschlammsuspension mit etwa 3-8 g, vorzugsweise 6 -g, Trockensubstanz pro Liter. Es stellt sich ein momentaner Sauerstoffverbrauch pro Zeiteinheit a ein, der die endogene oder Grund-Atmung des Belebtschlamms kennzeichnet. Zum Zeitpunkt t1 wird eine organische Substanz, beispielsweise Abwasser, zugefügt, so dass sich im Reaktionsbehälter 44 ein BSB-Wert von etwa 33 mg pro Liter einstellt. Daraufhin steigt der pro Zeiteinheit benötigte Sauerstoffbedarf entsprechend der Kurve 73 in Fig.3 an, da die Mikroorganismen zum Abbau zusätzlichen Sauerstoff benötigen. Nach erfolgtem Abbau innerhalb von 15 - 60 min, je nach Art der beteiligten Substanzen, stellt sich wieder eine konstante Sauerstoffaufnahmerate b ein, die etwa gleich der Aufnahmerate a zu Beginn der Messung ist. Die Messkurve 73 stellt also eine Abbaukurve dar, die für das Belebtschlamm-Abwassersystem charakteristisch ist. Aus der Fläche 75, die durch die Messkurve 73 und eine die Endwerte a und b verbindende Gerade 74 begrenzt ist, lässt sich durch Multiplikation mit einem einmal ermittelten, vom Versuchsaufbau (Länge der Zuleitung 54, Pumpleistung der Schlauchpumpe 62, Sauerstoffsättigungswert, Eichung und Empfindlichkeit der O2-Messzelle 68) abhängigen ersten Faktor der anfangs genannte Kurzzeit BSB-Wert berechnen. Bei bekannten Abwasserverhältnissen kann aus dem Kurzzeit-BSB-Wert durch Multiplikation mit einem einmal ermittelten zweiten Faktor der BSB5-Wert errechnet werden. Mit der Messeinrichtung 34' lässt sich also die Abbaukurve 73 einer einzelnen zur Zeit t1 zugefügten Substratprobe messen. Man kann jedoch auch auf die Messung des Gesamtverlaufs der Kurve 73 verzichten und dafür den momentanen Sauerstoffbedarf pro Zeiteinheit eines kontinuierlichen Stroms aus Substrat und Belebtschlamm zu einem Zeitpunkt t2 messen, der um eine Reaktionsdauer bt später ist, als der Zeitpunkt t1 der Zugabe der Probe (siehe Fig. 3). Um diese Reaktionsdauer tt zu erhalten, ist die Messeinrichtung in der zweiten Ausführungsform 34" so ausgebildet, dass der Reaktionsbehälter 44 als Durchlaufbehälter dient mit einer mittleren Verweildauer der Suspension im Reaktionsbehälter 44, die gleich der Reaktionsdauer At ist. In dieser Ausführungsform 34" wird dem Reaktionsbehälter 44 über eine Zuleitung 80 kontinuierlich Probensuspension zugeführt. Nach der Messung in der Messzelle 68 wird die Probensuspension durch die Leitung 82 abgeführt. Die Volumenrate, mit der im Reaktionsbehälter 44 durch die Zuleitung 80 Probensuspension zugeführt wird, ist in Abhängigkeit vom Suspensionsvolumen im Reaktionsbehälter 44 derart festgelegt, dass die mittlere Verweildauer der vorgegebenen Reaktionsdauer Lt entspricht. Solange sich die Zusammensetzung der zu messenden Suspension nicht ändert, erhält man ein konstantes Messsignal, dessen dem Wert c entsprechende Grösse durch festgelegt ist. Verändert sich jedoch die Zusammensetzung, ergeben sich unterschiedliche Signaländerungen in Abhängigkeit von At. Verringert sich beispielsweise die Konzentration der organischen Substanzen, so würde man mit der ersten Ausführungsform 34' eine Messkurve 85 (siehe Fig.3) erhalten. Ist At so festgelegt, dass die Messung mit der zweiten Ausführungsform 34" am Kurvenmaximum zur Zeit t3 stattfindet, so ist die Messwertänderung maximal. Dagegen würde eine Messung zum Zeitpunkt t4 weiterhin einen konstanten Messwert liefern. Eine Messung der Substratkonzentration wird daher zweckmässigerweise zum Zeitpunkt t3 durchgeführt. Eine Änderung des TS-Gehalts, beispielsweise eine Vergrösserung des Belebtschlammanteils, würde zu einer geringfügig nach oben verschobenen Messkurve 86 führen. Die Messung des TS-Gehaltes mit der Ausführungs fo 34" sollte daher zum Zeitpunkt t4 stattfinden da eine Messwertänderung zu diesem Zeitpunkt ausschliesslich auf eine TS-Gehalt-Veränderung schliessen lässt. Wenn man einen Messzeitpunkt t5 wählt, der im auslaufenden Zweig der Messkurven 73, 85 und 86 liegt, vorzugsweise auf halber Maximalhöhe, kann man die Steuerung oder Regelung so vornehmen, dass man bei grösseren Signal änderungen auf eine Änderung der Substratkonzentration oder auf toxische Substanzen im Substrat schliesst und bei geringeren, insbesondere sich nur langsam einstellenden Änderungen auf eine TS-Gehalt-Änderung schliesst. Wird die Messeinrichtung 34" zur Steuerung der Kläranlage 10 eingesetzt, so ist die Zuleitung 80 an ein Dosierventil 41 angeschlossen, dem über die Leitungen 40 und 42 Abwasser bzw. Belebtschlamm zufliesst, und das an die Leitung 80 Probensuspension aus Abwasser und Schlamm mit vorgegebenem Volumenverhältnis abgibt; die Leitung 82 ist an die in das Belebungsbecken 12 rückführende Leitung 36 angeschlossen. Der Belebtschlammanteil der in den Reaktionsbehälter 44 fliessenden Probensuspension ist folglich annähernd konstant. Die Messung wird zur Zeit t3 durchgeführt; Messwertänderungen sind direkt auf Änderungen der Substratzusammensetzung bzw. des Substratgehalts oder auf toxische Stoffe zurückführbar. Wenn man anstelle der Rückführschlamm führenden Leitung 42 die an das Belebungsbecken 12 angeschlossene Leitung 38 an das Dosierventil 41 anschliesst (in Fig. 2b in Klammern angedeutet), so erhält man ebenfalls Messwerte, die einen momentanen biologischen Sauerstoffbedarf angeben, da auch in der Flüssigkeit des Belebungsbeckens 12 Belebtschlamm, wenn auch in vergleichsweise geringerer Konzentration, vorhanden ist. Die Messwerte sind vom TS-Gehalt der Belebungsbeckenflüssigkeit abhängig, so dass auch der TS-Gehalt mit Hilfe dieser Messwerte kontrolliert werden kann. In der in Verbindung mit der Fig. 1 bereits beschriebenen Regelanordnung der Kläranlage 10 wird der Messeinrichtung 34" über die Leitung 38 und die daran angeschlossene Leitung 80 (in Fig. 2b mit ,unterbrochenen Linien zu sätzlich dargestellt) Probensuspension aus dem Belebungsbecken 12 zugeführt. Dem Abbaugrad und der Durchmischung der Flüssigkeit im Belebungsbecken 12 entsprechend enthält die Probensuspension Belebtschlamm und mehr oder minder abgebaute Abfallstoffe, so dass sich bei einer entsprechenden Messung mit der ersten Ausführungsform 34" der Messvorrichtung eine relativ flache, mit wachsendem t auf einen konstanten Wert fallende Messkurve ergibt, die eine Superposition von zeitverschobenen Messkurven 73 der Fig. 3 darstellt. Der genannten Messkurve lassen sich ebenfalls Zeitpunkte t3, t4 und t5 entsprechend Fig. 3 zuordnen; die voranstehenden Überlegungen zur Wahl des Zeitpunktes der Messung mit der zweiten Ausführungsform 34" der Messvorrichtung gelten entsprechend. In Fig. 4 ist die Anzeigeskala einer Anzeigeeinheit 88 dargestellt, die an die Regel- und Messeinrichtungen 32 und 34 der Kläranlage 10 bzw. an die Verstärker- und Anzeigeeinheit 70 anzuschliessen ist. Es ist hier ein Messwertanzeiger 90 dargestellt, der als Zeiger, als Leuchtpunkt oder als Kurvenschreiber ausgeführt sein kann und der in Pfeilrichtung beweglich ist. Oberhalb des Messwertanzeigers 90 ist eine erste Skala 92 angebracht, die die Sauerstoffkonzentration in der Messzelle 68 anzeigt. Unterhalb des Messwertanzeigers 90 ist eine zweite Skala 94 angebracht, bei der aus den Werten der ersten Skala 92 TS-Gehalt-Werte berechnet sind, unter der Annahme, dass die Messung nur die endogene Atmung erfasst. An der zweiten Skala 94 sind Schaltmarken 96 angebracht, die mit max. 1, max. 2, min. 1 und min. 2 bezeichnet sind. Diese Schaltmarken 96 schalten, sobald der Messwertanzei get 90 an ihnen vorbeiläuft, woraufhin die Kläranlage 10 nachgesteuert wird, mit dem Ziel der Wiedereinstellung der Soll-Lage des Messwertanzeigers 90 zwischen den Marken max. 1 und min. 1. Um sowohl den TS-Gehalt als auch den Substratgehalt überwachen und steuern bzw. regeln zu können und um rechtzeitig den Zufluss toxischer Stoffe bemerken und weiteren Zufluss dieser Stoffe verhindern zu können, wird die Messung etwa zum Zeitpunkt t5 durchgeführt. Sobald der Messwertanzeiger 90 den min.1-Kontakt unterschreitet, wird über das Ventil 28 die Abzugsrate des Uberschussschlamms aus dem Schlammkreislauf reduziert, da aus dem Messsignal auf einen verringerten TS-Gehalt geschlossen wird. Bewegt sich der Messwertanzeiger 90 jedoch weiter und unterschreitet er die min.2-Marke, so wird über das Ventil 26 die Abwasserzuführrate stark gedrosselt und ein Alarm ausgelöst, da jetzt auf eine Vergiftung der Flüssigkeit im Belebungsbecken 12 durch das Abwasser geschlossen wird. Wird die max.1-Marke überfahren, so wird über das Ventil 28 die Überschussschlammabzugsrate erhöht, um den TS-Gehalt herabzusetzen. Wird die max.2-Marke überschritten, so wird über das Ventil 26 der Abwasserzulauf reduziert, da aus den Messsignalen auf einen erhöhten organischen Schmutzanteil im Abwasser geschlossen wird. Zusätzlich kann die Luftzufuhr über das Ventil 30 oder über das Zuschalten eines weiteren Belüftungsaggregats erhöht werden, um den Abbau der zusätzlichen Schmutzstoffe zu erleichtern; auch kann in diesem Falle dem Belebungsbecken 12 zusätzlicher Belebtschlamm zugeführt werden. Zusätzlich wird ein Alarm ausgelöst. Anstelle der eben beschriebenen Messung zum Zeitpunkt t5, die eine Änderung sowohl des TS-Gehalts als auch-des Substratgehalts bzw. des Gehalts an toxischen Inhaltsstoffen erfasst, kann durch Änderung der Verweilzeit ss t im Reaktionsbehälter 44 hintereinander eine Messung des TS-Ge halts (Zeitpunkt t4) und eine Messung des Substratgehalts bzw. der Toxizität (Zeitpunkt t3) durchgeführt werden. Bei der Messung des TS-Gehalts wird bei Überfahren der angesprochenen Marken min. 1 und max. 1, wie bereits angeführt, die Überschussschlammabzugsrate geregelt oder gesteuert, während bei der Messung des Substratgehaltes bzw. der Toxizität und überfahren der Marken min. 2 und max. 2 die Substratzuführrate geregelt oder gesteuert wird. Die bei Überschreiten der Schaltmarken 96 eingeleiteten Massnahmen werden entweder nach einer vorbestimmten Zeit wieder rückgängig gemacht oder nachdem der Messwertanzeiger 90 die entsprechende Schaltmarke 96 wieder in entgegengesetzter Richtung überfährt. Die zweite Skala 94 ist auswechselbar,'so dass bei einer Änderung der Art des Belebtschlammes eine entsprechend andere Skala 94 eingebaut werden kann.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung einer bio logischen Kläranlage mit einem Belebungsbecken, dem kontinuierlich Abwasser und Belebtschlamm zugeführt und aus dem Ablaufflüssigkeit abgezogen wird, und mit einer die Ablaufflüssigkeit aufnehmenden Trennein richtung, die den Schlamm von der Ablaufflüssigkeit trennt und in das Belebungsbecken teilweise rückführt, wobei man einen biologischen Sauerstoffbedarfswert einer Belebungsbeckenflüssigkeit enthaltenden Proben flüssigkeit misst und der Regelung und/oder Steuerung der Kläranlage zugrundelegt, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Regelung des TS-Gehalts im Belebungsbek ken dem Belebungsbecken kontinuierlich Belebungsbecken flüssigkeit zur Bildung der Probenflüssigkeit entnimmt und dass man die Probenflüssigkeit während einer vorge- gebenen Reaktionsdauer t4 mit Sauerstoff im Überschuss versetzt und anschliessend den momentanen biologischen Sauerstoffbedarf pro Zeiteinheit der Probenflüssigkeit kontinuierlich misst, wobei man die Reaktionsdauer t4 derart festlegt, dass der biologische Abbau des Abwassers in der Probenflüssigkeit innerhalb der Reaktionsdauer t4 im wesentlichen beendet ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsdauer (t4) 1 bis 60 min, besser 18 bis 30 min, am besten etwa 20 min beträgt. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung im wesentlichen zum Zeitpunkt (t3) der maximalen Substratatmungsrate der Probensuspension durchgeführt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsdauer (b t) 1 bis 20 min, besser 2 bis 10 min, am besten etwa 5 min beträgt. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung dann durchgeführt wird (Zeitpunkt t5), wenn nur grössere Konzentrations- oder Zusammensetzungsände rungen des Abwassers das Messergebnis beeinflussen. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung dann durchgeführt wird, wenn die Substrat atmungsrate auf einen Wert abgefallen ist, der 1/5 bis 4/5, besser 2/5 bis 3/5, am besten etwa der Hälf te der maximalen Substatatmungsrate entspricht. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsdauer ( t) 10 bis 50 min, besser 25 bis 35 min, am besten etwa 30 min beträgt. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch ge kennzeichnet, dass man mit dem dem Belebungsbecken kon tinuierlich zufliessenden Abwasser kontinuierlich Pro bensuspension bildet und den biologischen Sauerstoff bedarf pro Zeiteinheit kontinuierlich misst. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführrate des Belebtschlamms in Abhängigkeit vom gemessenen Sauerstoffbedarf pro Zeiteinheit eingestellt wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführrate des Überschuss- schlammes in Abhängigkeit vom gemessenen Sauerstoff bedarf pro Zeiteinheit eingestellt wird. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwasserzuführrate in Abhän gigkeit vom gemessenen Sauerstoffbedarf pro Zeitein heit eingestellt wird. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Belebungsbecken Sauerstoff zugeführt wird mit einer vom gemessenen Sauerstoff bedarf pro Zeiteinheit abhängigen Zuführrate. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführrate des Überschuss schlammes erhöht wird, wenn der gemessene Sauerstoff bedarf einen vorgegebenen ersten Maximalwert (max. 1) überschreitet und dass die Abführrate erniedrigt wird, wenn der gemessene Sauerstoffbedarf einen vorgegebenen ersten Minimalwert (min. 1) unterschreitet. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwasserzuführrate etwas ver ringert wird, wenn der gemessene Sauerstoffbedarf einen vorgegebenen zweiten Maximalwert (max. 2) über schreitet und dass die Abwasserzuführrate stark ver ringert wird, wenn der gemessene Sauerstoffbedarf einen vorgegebenen zweiten Minimalwert (min. 2) unterschreitet, wobei der zweite Maximalwert (max. 2) grösser als der erste Maximalwert (max. 1) und der zwei te Minimalwert (min. 2) kleiner als der erste Minimal wert (min. 1) ist. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich net, dass die Änderung der Abwasser- und UberschussschlamP zuführraten nach Ablauf vorgegebener Zeitintervalle rückgängig gemacht wird. 16. Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffbedarfs einer Flüssigkeit, insbesondere zur Durchführung des Ver fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einem eine zu untersuchende Flüssigkeit aufnehmenden Reak tionsbehälter, einer den Sauerstoffgehalt der Flüssig keit im Reaktionsbehälter auf dem Sättigungswert halten den Belüftungseinrichtung, einer mit einem Durchfluss kanal versehenen Messzelle zur Messung des Sauerstoff gehalts, einer nach aussen hin abgeschlossenen Zu leitung zwischen dem Reaktionsbehälter und der Mess zelle und mit einer Pumpe, die Flüssigkeit durch die Zuleitung zur Messzelle pumpt, dadurch gekennzeichnet, dass ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom mit einer Fliessgeschwindigkeit von 50 bis 200 cm/s, vorzugs weise 110 bis 140 cm/s, am besten etwa 125 cm/s durch die Zuleitung (54) und den Durchflusskanal (66) pump bar ist. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (54) eine Länge von 2 bis 10 m, vorzugsweise 4 bis 8 m, am besten etwa 6 m, aufweist. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17, da durch gekennzeichnet, dass der Durchflusskanal (66) der Messzelle (68) in Strömungsrichtung anschliessend an die Messzelle (68) einen Knick (69) aufweist. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, da durch gekennzeichnet, dass zur Messung des momentanen, Sauerstoffbedarfs pro Zeiteinheit nach einer vorgege benen Reaktionsdauer ( t) seit der Zuführung der Flüs sigkeit in den Reaktionsbehälter (44) ein kontinuier licher Flüssigkeitsstrom durch den Reaktionsbehälter (44) geführt wird, mit einer mittleren Aufenthalts dauer im Reaktionsbehälter (44), die gleich der vorge gebenen Reaktionsdauer (G t) ist.

Inventors: KOCH, OLAF, NAHER, GOTTHILF, DR., SCHMIEDER, GUNTER, SEYDLER, BODO, Näher, Gotthilf, Dr., Schmieder, Günter
Applicants: BOEHRINGER MANNHEIM GMBH
Application year: 1979
Main classification: G05D21
IPC codes: G01N33, C02F3