DE2007727C3 - Verfahren zur automatischen Steuerung des biochemischen Reaktionsablaufes in einem Hauptfermenter sowie Dosiergerät und Analysenfermenter zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

mechanischen Reinigungsanlagen, ζ. B. einem Absetz- werden kann und somit auch die zudosierte Belebt-

bTcken kommende Abwasser einem Belüftungs- schiammcnge auch im ersten Reakt.onsbecken kernen

becken'zugeführt, das den Hauptfermenter darstellt. optimalen Reaktionsablauf bewirken kann.

Dem Belüftungsbecken nachgeschaltet ist ein weiteres Ausgehend von der Erkenntnis daß das Ende des

Abstecken in dem der Schlamm vom Wasser 5 Abbaues gelöster Schmutzstoffe durch die Bakterien

getrennt wird das als gereinigtes Abwasser die An- des Belebtschlammes vom ersten Plateau (oder je

la« verläßt Der Schlamm wird als Belebtschlamm nach Abwasserart von e.nem folgenden Plateau) der

zumindest teilweise wieder zurückgeführt und vor BSB-Kurvc angezeigt wird und daß von dem be-

dem Belüftungsbecken dem Abwasser wieder zu- lastungsabhängigen Verlauf der BSB-Kurven ganz

gemischt ¹⁰ aHg^{emein auf die} Abbaubarkeit eines Substrat-

Da die Aufenthaltsort in einem kontinuierlich gemisches geschlossen werden kann, liegt der Erfinbeschickten Belüftungsbecken durch das Bauvolumen dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein- und die zufließende Abwassermenge gegeben ist. gangs genannten Art so weiterzubilden, daß der biokann eine Optimierung nur dadurch erfolgen, daß chemische Reaktionsablauf im Hauptfermenter im der Abbaubarkeit der Schmutzstoffe und der gesam- »5 Hinblick auf den gewünschten Abbaueffekt optimal ten abbaubaren Schmutzmenge genau diejenige eingestellt werden kann. ..„,,,
Menge an Belebtschlamm zugemischt wird, die den Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch geeewünschten Reinigungseffekt möglichst genau am löst, daß je eine Probemenge des abzubauenden Sub-Auslauf des Belüftungsbeckens erreicht. stratgemisches (Abwasser) sowie der Mikroorganis-

Es muß deshalb laufend die Abbaubarkeit. d. h. ao men (Belebtschlamm) zusammen mit Verdünnungsdie Verschmutzung des Abwassers, und eventuell die wasser gleichzeitig einem Dosiergerät zugeführt Toxizität des zufließenden Abwassers sowie die mög- werden, daß in dem Dosiergerät gleichzeitig eine liehe Leistung und die physiologische Leistungs- Vielzahl von Analysenmengen mit Gemischen aus fähigkeit der Bakterien des Belebtschlammes unter- unterschiedlichen und besMmmten Verhältnisanteilen sucht werden, um die erforderlichen Parameter für as an Substratgemisch, Mikroorganismen und Verdündie Steuerung der dem Abwasser zugeführten nungswasser gebildet werden, daß die einzelnen Bakterienmenge, d. h. der Rücklaufschlammenge, zu Analysenmengen jeweils einer entsprechenden Vielerhalten. ^zan' ^von Analysenfermentern gleichzeitig zugeführt

Diese Steuerung der Rücklauf schlammenge wird werden, daß in den einzelnen Analysenfermentern jedoch bisher nicht so weit beherrscht, daß eine bio- 3° der bei der biochemischen Reaktion der Analysenchemische Reinigung des Abwassers unter optimalen mengen benötigte Sauerstoffbedarf als Kurzzeit-BSB Verhältnissen möglich ist. Besonders nachteilig wirkt während einer bestimmten Reaktionszeit gemessen sich dabei die Tatsache aus, daß als Testgröße der wird, daß die gleichzeitige Probeentnahme, die Dosie-5-Tage-BSB (BSB₅) zur Ermittlung der in einer Ab- rung der Analysenmengen, die gleichzeitige Durchwasserprobe enthaltenen Menge an gelöster orga- 35 führung der Analysen sowie eine an sich bekannte nischer Substanz verwendet wird und dieser Wert je graphische und'oder mathematische Verarbeitung nach Zusammensetzung der bei Versuchsbeginn vor- der Meßergebnisse zentral gesteuert wird, um aus handenen Biozoenose eventuell toxischer Stoffe in dem Kur?zeit-BSB die gewünschten Parameterwerte einem kaum zu kontrollierenden Ausmaß Sekundär- bezüglich des Substratgemisches und/oder der physioreaktionen beinhaltet. *° logischen Leistungsfähigkeit der Mikroorganismen zu

Es ist ferner ein Verfahren zur Abwasseraufberei- ermitteln, und daß die ermittelten Parameterwerte in

tung mit Hilfe von Belebtschlamm bekannt (Patent- Steuerbefehle zur automatischen Steuerung des bio-

schrift 47 779 des Amtes für Erfindungs- und Patent- chemischen Reaktionsablaufes im Hauptfermentei

wesen ta Ost-Berlin), bei dem ein zweistufiger umgewandelt werden.

Reaktionsablauf in zwei getrennten Becken vorgesehen 45 Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet die

ist. Für eine Steuerung des Reaktionsablaufes wird Möglichkeit, biochemische Reaktionsabl«.ufe und ins·

zwischen den beiden Reaktionsbecken eine Probe besondere biologische Kläranlagen automatisch zi

entnommen, und die Reaktionsparameter werden be- steuern, indem es die automatische Bestimmung de!

stimmt Auf Grand dieser Reaktionsparameter wird BSB ermöglicht, um aus diesem die dem Abwassei

die Belebtschlammenge dosiert, die in das erste 50 zuzusetzende Rücklaufschlammenge abzuleiten. Ins

Reaktionsbecken eingeleitet wird. Bei dieser Art der besondere ist es möglich, mit dem Verfahren in seh

Steuerung des biochemischen Reaktionsablaufes er- einfacher Weise den prozentualen Abbau in Ab

gibt sich der Nachteil, daß die über die Probenent- hängigkeit von der Belastung zu bestimmen und au:

nähme gemessene biochemische Reaktion im ersten dieser Abhängigkeit die Parameter abzuleiten, die zu

Reaktionsbecken bereits abgelaufen ist, wenn die auf 55 optimalen Steuerung einer biologischen Abwasser

Grund der Reaktionsparameter dosierte Belebt- anlage notwendig sind, damit bei einer gegebene)

schlammenge dem ersten Reaktionsbecken zugeführt Aufenthaltszeit des Abwassers und einer gegebener

wird. Die ermittelten Daten zeigen somit nur, daß die Abwassermenge genau diejenige Menge am Rück

untersuchte Probemenge im ersten Reaktionsbecken laufschlamm zugemischt wird, die den notwendige! entweder richtig oder falsch behandelt wurde, jedoch 60 Reinigungseffekt erbringt, so daß das aus den nach

bietet sich keine Möglichkeit, den weiteren Abbau geschalteten Belüftungsbecken austretende gereinigt

im zweiten Reaktionsbecken dadurch zu optimalisie- Wasser den gewünschten Reinigungsgrad aufweist,

ren. Da ferner für die Ermittlung der Reaktionspara- Wenn die automatische Steuerung der Abwassei

meter offensichtlich auch der BSB₅ Verwendung fin- anlage nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ii dei, fallen die Ergebnisse der Probenuntersuchung S₅ der Weise durchgeführt wird, daß z. B. alle 20 M'mi

mit einer solchen Zeitverzögerung an, daß mit einer ten die Abbaubarkeit in den Analysenfermentern be

unveränderten Zusammensetzung des Abwassers in sti.nmt und danach die optimalen Parameter für di

dem ersten Reaktionsbecken nicht mehr gerechnet Steuerung der zugemischten Belebtschlammenge be

7 8

stimmt werden, wird der gewünschte Abbau der Zulauföffnungen für die Analysenmengen und Luft ursprünglich vorhandenen organischen Substanz bzw. Sauerstoff versehenen Gefäß der Boden trichterunter normalen Bedingungen immer innerhalb der förmig ausgebildet ist und im tiefsten Punkt eine durch die Größe des Fermenters und der Menge des Abflußöffnung besitzt und daß die auf dem Boden zufließenden Abwassers gegebenen Aufenthaltszeit, 5 gleitend aufliegende Rührvorrichtung der Trichterin der Regel zwischen 1 bis 4 Stunden, erfolgen. form angepaßt ist und einen in die Abflußöffnung Durch die optimale Steuerung des biochemischen ragenden und mit einer das Gefäßinnere mit der Reaktionsablaufs werden folgende Störungen ver- Abflußöffnung verbindenden Bohrung versehenen mieden: Führungsstutzen aufweist.

ίο Eine beispielsweise Anwendung des Verfahrens

1. Der bei einer Unterschreitung der erforderlichen gemäß der Erfindung sowie beispielsweise Einrich-Behandlungszeit nicht erreichte gewünschte tuneen zur Ausführung des Verfahrens sind in der Reinigungseffekt, Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher

2. die bei einer Überschreitung der erforderlichen erläutert. Es zeigt

Behandlungszeit auftretenden Sekundärreaktio- 15 F i g. 1 das Systemschaltbild einer Abwasserreini-

nen, die die Bakterien in ihrer Leistungsfähigkeit gungsanlage, deren biochemischer Reaktion;ablauf

reduzieren sovrie zu einem erhöhten Ausstoß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung im Bt-

der eutrophierenden Substanzen führen. lüftungsbecken automatisch in Abhängigkeit von

einer automatischen Bestimmung der optimalen bio-

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ge- ao chemischen Abbaubarkeit gesteuert wird,
maß der Erfindung sind Gegenstand von Unter- Fig. 2 die Zeit-Umsatz-Kurven für einen Kurzansprüchen. zeit-BSB mit unterschiedlichen Belastungen als Para-

Die für die Beurteilung der Abbaubarkeit des meter,

Substrates nach dein Verfahren gemäß der Erfindung F i g. 3 die Draufsicht auf ein Dosiergerät gemäß

wesentlichste Vorrichtung besteht aus einem Dosier- as der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens ge-

gerät und einer Vielzahl von Analysenfermentern. maß der Erfindung,

Das Dosiergerät zu) Durchführung des Verfahrens ist F i g. 4 den Schnitt längs der Linie IV-IV gemäß

dadurch gekennzeichnet, daß es drei Dosierabteilun- Fi g. 3,

gen umfaßt, die je einen Zulauf und einen Ablauf F i g. 5 den Schnitt längs der Linie V-V in der

aufweisen, daß zwischen dem zusammengehörigen 30 F i g. 3 und

Zu- und Ablauf eine von der zu dosierenden Flüssig- F i g. 6 im Querschnitt einen Analysenfermenter

keit überströmte Rinne vorhanden ist, in deren gemäß der Erfindung zur Durchführung des Verfah-

Bodenfläche über die Rinne verteilt Dosierhohlräume rens gemäß der Erfindung.

münden, daß die Dosierhohlräume der Dosierabtei- Gemäß Fig. 1 besteht eine Abwasserreinigungslungen gleiche und/oder verschiedene Volumina auf- 35 anlage, deren biochemischer Reaktionsablauf im Beweisen und daß die Dosierhohlräume der einzelnen lüftungsbecken automatisch in Abhängigkeit von der Dosierabteilungen derart zusammenschaltbar sind, optimalen biochemischen Abbaubarkeit des Abdaß gleichzeitig dosierte Flüssigkeitsgemische mit be- wassers gesteuert wird, aus einem Absetzbecken 1, in stimmten unterschiedlichen und aus den verschiede- welchem das Abwasser mechanisch gereinigt und nen Dosierabteilungen stammenden Volumenanteilen 4° einem Belüftungsbecken 2 zugeführt wird. Im Beerstellbar sind. lüftungsbecken 2 erfolgt der biochemische Abbau der

Vorzugsweise weist von den drei Dosierabteilun- gelösten organischen Schmutzstoffe durch Bakterien gen des Dosiergerätes eine Dosierabteilung Dosier- des Belebtschlammes, der von einem Belebtschlammhohlräume gleicher Volumina und die beiden ande- reservoir 3 dem Abwasser vor dem Eintritt in das ren Dosierabteilungen Dosierhohlräume mit schritt- 45 Belüftungsbecken zugemischt wird. Die für das Beweise sich ändernden Volumina auf, und bei den lebtschlammreservoir 3 benötigte Frischluft wird reit beiden letzteren Dosierabteilungen erfolgt die Ande- Hilfe eines Kompressors IS zugeführt. Nach dem bi<> ning der Volumina der für die Erstellung der Flüs- chemischen Reaktionsablauf im Belüftungsbecken sigkeitsgemische zusammengeschalteten Dosierhohl- wird das Abwasser einem weiteren Absetzbecken 4 räume in gegenläufiger Richtung. 50 zugeführt, in welchem eine erneute mechanische

Die Dosierhohlräume sind nach einer Weiter- Reinigung, d. h. die Trennung des Belebtschlammes

bildung der Erfindung unten mit einem Ventil von dem gereinigten Abwasser, erfolgt. Der dabei

verschließbar, und die Abflußöffnungen von jeweils anfallende Belebtschlamm wird zumindest teilweise

einem Dosierhohlraum jeder der drei Dosierabtei- zum Nachfüllen des Belebtschlammreservoirs 3 ver

lungen münden in eine gemeinsame Abflußleitung. 55 wendet. In der Rückfuhrleitung 5 vom Belebt

Eine bevorzugte Ausbildung des Dosiergerätes be- schlammreservoir zur Eingangsseite des Belüftungs·

steht darin, daß das Ventil als Schieber ausgebildet beckens ist ein Ventil 6 vorgesehen, mit welchem di<

ist, der von einem Elektromagneten gesteuert jeweils Rücklaufschlammenge gesteuert wird. An Stelle de!

alle Dosierhohlräume einer Dosierabteilung oder je- Ventils 6 können auch Pumpen unterschiedliche

weils einen Dosierhohlraum aller Dosierabteilungen 60 Leistung verschieden kombiniert werden,

öffnet bzw. schließt. Zur Bestimmung der optimalen biochemischei

Zur Durchführung der Analysen ist ein Analysen- Abbaubarkeit wird eine Probe des Belebtschlamme

fermenter mit einem rotierenden Magneten zur Be- aus dem Belebtschlammreservoir entnommen um

tätigung einer mit einem FeTromagneten versehenen, zusammen mit einer Probe des Abwassers und de

in einem eine Zuströmöffnung für Sauerstoff auf- 65 Verdünnungswassers einem Dosiergerät 7 zugeführt

weisenden Gefäß bodenseitig angeordneten Rühr- Dem Dosiergerät 7 ist ein Vielfachventil 8 ¹OT

vorrichtung vorgesehen, der erfindungsgemäß derart geschaltet, mit welchem der Zulauf der Belebt

weitergebildet ist, daß in dem mit zumindest zwei schhmmprobe, des Verdünnungswassers und de

Abwasserprobe zum Dosiergerät gesteuert wird. Die Belebtschlammes untersucht. Zu diesem Zweck wird Steuerung erfolgt derart, daß die Probenmengen das Belebtschlamm aus dem Probenreservoir 3' sowie Dosiergerät 7 kontinuierlich durchfließen und über Abwasser und mit Sauerstoff angereichertes sowie einen Ablauf 9 abfließen. Im Dosiergerät werden selbst keinen Sauerstoff verbrauchendes Verdünunterschiedliche Analysenmengen aus dem Belebt- 5 nungswasser über das Vielfachventil 8 dem Dosierschlamm, dem Verdünnungswasser und dem Ab- gerät 7 zugeführt, welches z. B. unterschiedliche wasser in verschiedenen Mengenverhältnissen her- Volumenmengen an Abwasser sowie unterschiedliche gestellt und an eine Vorrichtung 10 mit Analysen- Volumenmeng^n an Verdünnungswasser einer gleifermentern abgegeben. Im dargestellten System sind chen Volumunmenge an Belebtschlamm in der Weise sieben Analysenfermenter I bis VII vorgesehen, von to zudosiert, daß das in die einzelnen Analysenfermenter denen der Analysenfermenter I als Thermobarometer gegebene Gemisch bei gleichem Gesamtvolumen eine und der Analysenfermenter II für die Feststellung unterschiedliche Belastung, d. h. ein unterschieddes Nullwertes der verwendeten Mikroorganismen liches Verhältnis von Abwasserverschmutzung zu dient. In einfachen Anlagen können die Funktionen Belebtschlammenge, besitzt. In den Analysenfermender Analysenfermenter I und II auch in einem Fer- 15 tern werden entsprechend der unterschiedlichen Bementer ausgeführt werden. Die von dem Dosiergerät 7 lastung die Geschwindigkeit und der Fortgang des in die Analysenfermenter I bis VII gegebenen dosier- Sauerstoffverbrauchs in Abhängigkeit von der Zeit ten Analysenmengen werden in den Analysen- gemessen.

fermentern in konstanter Bewegung gehalten, wobei Wenn man davon ausgeht, daß bei der dargestellgleichzeitig der Sauerstoftverbrauch (BSB) des bio- 30 ten Anlage der Analysenfermenter I als Thermobarochemischen Reaktionsablaufes gemessen wird. Diese meter und der Analysenfermenter II zur Feststellung Messung des Sauerstoffverbrauchs kann z. B. mit des Nullwertes der im Belebtschlamm.vorhandenen Hilfe einer Sauerstoffelektrode bei vollständig gefüll- Bakterien dient, ergibt sich für den an den Analysenten Analysenfermentern oder mit Hilfe von Druck- fermentern II bis VII gemessenen BSB ein Verlauf, meßdosen bei teilweise gefüllten Analysenfermentern »5 wie er von den Zeit-Umsatz-Kurven gemäß F i g. 2 erfolgen. Der biochemische Sauerstoffbedarf wird mit schematisch charakterisiert wird. Entsprechend der Hilfe eines Aufzeichnungsgerätes 11 registriert und Belastung der Bakterien im Belebtschlamm mit orgagleichzeitig in einen Rechner 12 eingespeist. Im nischen Schmutzstoffen wird nach einer vorgegebenen Rechner 12 wird für eine gegebene, dem Belüftungs- Reaktionszeit t_lix ein unterschiedlicher Abbaugrad becken zugeführte Abwassermenge auf Grund der zu 30 erreicht. Für die Feststellung der optimalen Abbaudieser Zeit gemessenen biochemischen Abbaubarkeit barkeit ist es zweckmäßig, diese Reaktionszeit t_lix so des Abwassers diejenige Rücklaufschlammenge er- festzulegen, daß zumindest in einem Analysenrechnet, die für einen optimalen biochemischen fermenter der biochemische Abbau der organischen Reaktionsablauf im Belüftungsbecken dem Abwasser Schmutzstoffe zum Abschluß gekommen ist.
über das Ventil 6 zugesetzt werden soll. Dem Rech- 35 Die Aufenthaltszeit und somit die Reaktionszeit i_lix ner 12 ist eine Steuerung 13 nachgeschaltet, die das im Analysenfermenter kann mit Hilfe des Steuer-Ventil 6 für die Dosierung des Rücklaufschlammes gerätes eingestellt werden, indem nämlich im Dosierentsprechend der errechneten Menge öffnet und gerät 7 von den über die Verdünnun^swasserleitung schließt. 19, die Belebtschlammleitung 20 und die Abwasser-

Die Anlage umfaßt ferner ein Steuergerät 14, das 40 leitung 21 zum Ablauf 9 kontinuierlich fließenden

mit dem Vielfachventil 8i, dem Dosiergerät 7 und Probenmengen zu einem bestimmten Zeitpunkt bei

einer Luftpumpe IS' sowie dem Aufzeichnungsgerät gleichzeitiger Schließung des Vielfachventils die

11 und dem Rechner 12 verbunden ist. Ein Kompres- Analysenmengen in die Analysenfermenter dosiert

sor 15 belüftet das Belebtscb'ammreservoir 3. Ein werden und in diesen bis zum Ablauf der Reaktions-

Probenreservoir 3' für Belebtschlamm sowie die 45 zeit verbleiben. Nach dem Ablauf der Reaktionszeit

Analysenfermenter I bis VII werden von der Luft- werden, ebenfalls vom Steuergerät 14 gesteuert, mit

pumpe 15' belüftet; ferner findet diese zum Ent- Hilfe von über die Leitung 22 gelieferter Preßluft die

leeren der Analysenfermenter und des Dosiergerätes Analysenfermenter über die Ablaufleitung 23 entleert.

Verwendung. Anschließend wird, vom Steuergerät 14 gesteuert,

Für die Betrachtung der Funktionsweise des s» das Vielfachventil 8 erneut geöffnet und Proben-Systems gemäß F i g. 1 zum biochemischen Abbau mengen kontinuierlich über die VeTdünnungswasservon Abwasser ist in der Regel davon auszugehen, leitung 19, die Belebtschlammleitung 20 und die Abdaß die Aufenthaltszeit in einem kontinuierlich be- wasserleitung 21 durch das Dosiergerät zum Ablauf S beschickten Belüftungsbecken durch das Bau- geleitet. Zu einem beliebigen, der gewünschten Ge volumen und die zufließende Abwassermenge gegeben 55 nauigkeit der Steuerung entsprechenden Zeitpunk ist. Eine Optimierung des biochemischen Reaktions- werden von diesen Probenmengen erneut die ge ablaufes im Belüftungsbecken kann deshalb nur da- wünschten Analysenmengen in die Analysenfermen durch erfolgen, daß der Abbaubarkeit der Schmutz- ter dosiert. Damit wiederholt sich der Funktionsabi au stoffe und der gesamten abbaubaren Schmutzmenge für die Bestimmung der Abbaubarkeit des Abwasser genau diejenige Menge an Bakterien in Form von "io und der physiologischen Leistungsfähigkeit des Be Rücklaufschlamm zugemischt wird, die den ge- lebtschlammes von neuem.

wünschten Reinigungsellekt am Ausgang des Be- Wie bereits erwähnt, soll die Reaktionszeit t_n

lüftungsbeckens erwirkt. zweckmäßigerweise so eingestellt sein, daß in minde

Zu diesem Zweck wird mit Hilfe des Verfahrens stens einem Analysenfermenter die biochemisch gemäß der Erfindung laufend die Abbaubarkeit der 65 Reaktion für den Abbau der Schmutzstoffe zum Ah

zufließenden organischen Schmutzstoffe und eventuell Schluß gekommen ist. Damit läßt sich der Endwei

die Toxizität sowie die mögliche Leistung und die des BSB aus dem Verlauf für die Belastung B₁ fii

physiologische Leistungsfähigkeit der Bakterien des für die übrigen Belastungen B₂ bis B₅ proportions

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zur Analysenmenge des Abwassers durch einfache Abwasser in der Regel vorliegt, für eine optimale

Multiplikation errechnen. Für die Festlegung der Steuerung der Kläranlage berücksichtigt werden.

Reaktionszeit ^_x wird von dem Kurzzeit-BSB aus- Zur Steuerung der Abwasseranalyse dient das

gegangen und die Reaktionszeit so festgelegt, daß sie Steuergerät 14, dessen Programmablauf vorzugsweise

mit dem ersten Plateau der BSB-Kurve in demjenigen 5 in drei grundsätzliche Phasen gegliedert ist. Dieser

Analysenfermenter zusammenfällt, in welchem die beispielsweise Programmablauf umfaßt in der ersten

biochemische Reaktion zum Abschluß gekommen ist. Phase das Füllen der Analysenfermenter I his VII

Dieses Plateau zeigt bekanntlich bereits das Ende des mit Hilfe des Dosiergerätes 7. In der zweiten Phase

Abbaus gelöster organischer Schmutzstoffe durch die werden die Analysenfermenter geschlossen, üer bio-

Bakterien des Belebtschlammes an. to chemische Reaktionsablauf gemessen und registriert

Unter Berücksichtigung der Gleichung und das Dosiergerät für die nachfolgende Analyse

gefüllt. Die dritte Phase umfaßt nach Ablauf der

*/» Abbau — ' Reaktionszeit t,_ix das Entleeren der Analysenfermen-

0,01 4- cx-B ter mit Hilfe der Luftpumpe 15' und dir. Berechnung

15 der optimalen Steuerung mit Hilfe des Rechners 12.

kann nun auf Grund der Kenntnis des BSB der Für einen vollständigen Ablauf der drei Phasen wird Analys"-nmengen für einen gewünschten prozentualen für die Abwasserreinigung in der Regel eine Zeit-Abbau diejenige Belebtschlammenge bei einem be- dauer zwischen 15 und 50 Minuten benötigt werden, stimtnuin Milieubeiwert « mit Hilfe des Rechners 12 jedoch ist je nach Aufgabe, z. B. bei Verwendung der errechnet werden, die dem dem Belüftungsbecken 2 ao Analysensteuereinrichtung für andere Zwecke, in zugeführten Abwasser mit Hilfe des Ventils 6 von der Fermentationstechnik ein vollständiger Ablauf der Rückführleitung 5 aus zuzumischen ist. Der der drei Phasen zwischen 10 Minuten und mehreren Milieuwert <x erfaßt den Einfluß der übrigen Milieu- Stunden oder Tagen möglich,
bedingungen, wie z. B. Temperatur, pH-Wert. Für den Betrieb der nach dem Verfahren gemäß

Da sich aus dem Kurzzeit-BSB ergibt, daß der as der Erfindung betriebenen Anlage gemäß Fig. 1 biochemische Abbau von organischen Schmutzstof- können an Stelle des Dosiergerätes Dosierpumpen fen innerhalb sehr kurrer Zeit abgelaufen ist, kann Verwendung finden, die in dem gewünschten Augenfür eine optimale Steuerung der Abwasserreinigung blick die vorgesehenen Analysenmengen aus der Verdie Analyse der Abbaubarkeit z.B. in Abständen von dünnungswasserleitung 19, der Belebtschlammleitung 20 Minuten erfolgen und somit die Anlage entspre- 30 20 und der Abwasserleitung 21 entnehmen und entchend genau gesteuert werden. Dabei ist noch zu sprechend den vorgesehenen Mengenverhältnissen für berücksichtigen, daß mit einer zunehmend größeren die einzustellende Belastung in die Analysenfermen-Anzahl von Analysenfermentcrn eine weitere Opti- ter geben,
mierung der Steuerung möglich ist. Ein verhältnismäßig einfaches, für die Durchfüh-

Mit Hilfe der in F i g. 1 schematisch dargestellten 35 rung des Verfahrens besonders geeignetes Dosier-

Anlage kann jedoch nicht nur ein optimaler bio- gerät ist in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt und wird

chemischer Reaktionsablauf bei sich ändernder Ab- nachfolgend beschrieben. Dieses erfindungsgemäße

Wasserzusammensetzung durch die Steuerung der Dosiergerät 7 besteht aus einem Materialblock mit

Menge des dem Abwasser zugemischten Rücklauf- drei nebeneinanderliegenden Dosierabteilungen 25,

Schlammes gesteuert werden; vielmehr ist es möglich, 40 26 und 27. Auf der Oberseite der Dosierabteilungen

aus den dosierten Analysenmengen einerseits und den sind Rinnen 28, 29 und 30 vor£,sehen, die jeweils

Meßergebnissen andererseits durch mathematische einen Zulauf 31 und einen Ablauf 32 aufweisen. In

Verarbeitung der bekannten Größe die Analyse der die jeweilige Rinne der zugehörigen Dosierabteilung

Abbaubarkeit weiter zu verfeinern, indem festgestellt münden Dosierhohlräume 33, die in den Dosierabtei-

wird, ob und in welchem Maße einfache oder korn- 45 lungen 25 und 26 unterschiedliche Volumina auf-

plizierte biochemische Abbauwege vorliegen. Dazu weisen. Die Dosierhohlräume 33 der Dosier Heilung

können z. B. die BSB-Kurven in eine andere mathe- 27 besitzen gleiche Volumina. Für die Ausführung

matische Darstellung umgerechnet werden, aus der des vorliegenden Verfahrens ist vorgesehen, daß die

die Kinetik des Reaktionsablaufes erkennbar ist. Dosierhohlräume der Dosierabteilungen 25 und 26

Durch die Verwendung des Rechners 12, der vor- so schrittweise sich ändernde Volumina aufweisen, wo

zugsweise als Prozeßrechner aufgebaut ist, läßt sich bei die Änderung der Volumina der Dosierhohlräume

diese reaktionskinetische Beurteilung der gemessenen 33 in gegenläufiger Richtung erfolgt.

BSB-Kurven so kurzfristig durchführen, daß bei der Die Dosierhohlräume 33 der einzelnen Dosier

Steuerung des Reaktionsablaufes auch eine Hern- abteilungen sind durch einen Schieber 34 verschließ

mung des Abbaus durch entstehende Produkte oder 55 bar, der den Dosierhohlräumen zugeordnete Öffnun

Toxizitätseinflüsse berücksichtigt werden kann. Für gen aufweist, die durch eine Längsverschiebung de

den Fall, daß die Abwasseranlage im Hinblick auf Schiebers in Fluchtung mit den Dosierhohlräumei

einen optimalen Stoffumsatz je Zeiteinheit gesteuert gebracht werden können und somit diese zum Abfluf

werden soll, ist es zweckmäßig, der Errechnung der hin öffnen. Die Abflußseiten der Dosierhohlräumi

optimalen Steuerung die Gleichung 60 werden im Unterteil des Dosiergerätes zusammen

geführt und münden jeweils in eine gemeinsam Abflußleitung 35.

ν =

km+ B ^{Eine in} Fig·⁴ dargestellte Ventilschieberbetäti

gung kann z. B. aus einem Elektromagneten 36 be zugrunde zu legen. 65 stehen, der einen mit dem Ventilschieber verbünde

Ferner kann durch die Beobachtung und den Ver- nen Kern 37 besitzt Dieser Kern 37 ist über ein gleich gleicher prozentualer Abbaugrade auch die Feder 3β mit einem Festpunkt verbunden, die de Entmischung eines Substratgemisches, wie es beim e) der Dorn wird um seine Längsachse gedreh

11 ^U

« . Fin Analvsenfermenter, der flir die Durchführung

Durch das Anlegen des Elektromagneten 30 an me J^lEK, ßwnäß der Erfindung besonders vorgeeignete Stromquelle wird der Konι 37 w den g^ßt, _ist in F i g. 6 dargestellt. GeElektromagneten hineraverscboben und damjt der ^^„Darstellung besteht der Analysenfermenter Ventilschieber in die Offenlage gebracht JJW Sro zylindrischen Gefäß 40, das an seiner

Für den Betrieb drs to den Fig, 3WsSdWSeStClI- β 5SL₁S"^ Zulauföffnung 41 und eine weitere

ten Dosiergerätes 7 werden z. B, die Dosierabteüung ""r*SL^l _{42 zuro} Anschluß an die Luftpumpe

25 mit dem Zulauf 31 an die Abwasserleitung 21, die f HSJlDm GeKß 40 ist an der Unterseite trichter-

Dosierabteilung 26 an die Verdünnungswasserleitung Ä'^^führt und geht in eine Abflußöffnung 43

19 und die Dosierabteüung 27 an die Belebtschlamm- ™™*S Rühreinrichtung 44 ist am Boden des

leitung 20 angeschlossen. Nach dem Offnen des Viel- κ» """.· ₄„ _befestiet und besteht aus einem rotieren-

fachventils 8 gemäß F i g. 1 fließen in die Ruinen 28, V^Tfagneten 45 sowie einer trichterförmigen Rühr-

29 und 30 die Probemnengen ein und füllen die mit °™.^n_e46 die einen in die Abflußöffnung43

den Schiebern 34 unten verschlossenen Dosierhohl- ^w°™"!" |_oh{_en Führungsstutzen 47 aufweist. Die

räume 33. Die Probenmengen fließen kononuierlicn pfh„_nrricntunß 46 ist vorzugsweise propellerartig

über das geöffnete Vielfachventü 8 zu und durch den 15 ^Kl™™ „..f _{kann z}. B. aus einem gegossenen

jeweiligen Ablauf 32 ab, so daß jederzeit die dosier- gSSderoeot bestehen, in welches Ferromagnet-

ten Analysenmengen zur Verfugung stehen. tPnTeineebettet sind, die dem rotierenden Magneten

Wenn auf Grund des Programmablaufes die teile «"8™=?. _d[_e Rührvorrichtung in Drehung

Analysenmengen in die Analysenfermenter gegeben folgen unu _{Innenseite des} Gefäßes 40 ist fer-

werden sollen, wird zunächst das Vielfachventil 8 10 ^νεΓ5εϊ^ζεη·/;η_ςι._ηΗ_{ε 48 VO}reesehen. die z. B. aus einer

geschlossen, so daß die überschüssigen Probenmen- ^^f'^ff^ode oder "einer Druckmeßdose be-

gen über den jeweiligen Ablauf 32 abfließen und die SauerstoneieKiroue

Do£ierhohlräume 33 nur noch mit den gewünschten stehen Kann. Analvsenfermenter die Analysenmengen gefüllt sind. Nunmehr werden vom Im «m-o J _M Dosierer über die Steuergerät 14 durch Betätigung der Elektromagneten ,5 f^Z^Il mltlührt. Die Analysenmengen 36 die Schieber 34 derart verschoben, daß die em- Maufoftnuflg^^™_η ^_{n he} ^y _{mm d}\_ß andei zugeordneten Analysenmengen über die ge- nd in mr ^ ^ _{gewünschten Um}. meinsame Abflußleitung 35 dem jeweils zugeordneten sie den Anaiyb _dargestelltes, in der Abfluß-Analysen fermenter zugeführt werden. Die einzelnen fang füllen, an π β _da{„ _daß ^ Dosierabteilungen des Dosiergerätes 7 können luft- 30 öffnung ^™"*^^ der Reaktionszeit gedieht gegeneinander abgeschlossen sein und nut der ^A«^^^£S wird vom Steuergerät U Luftpumpe 15' in Verbindung stehen, so daß mit schlössen isu D.eses ven Reaktionszeit t_lh Hilfe eines nach dem öffnen der Schieber 34 em- aus ges^te^ ^Nf^Ch _def^CAbflußöffnung geöffnet und wirkenden Überdrucks die dosierten Flüssigkeiten wird to ^jnnto AW^ gg ^ vollständig und rasch in die zugeordneten Analysen- 35 mit Fh ^e ^™_{ionsflüssigkeit aus} dem Analysen-

die Sch«*«· 34 wieder geschlossen und durch ein ^Zü^^nYl^Lsz^ werder

entsprechendes öffnen des Vielfachventils 8 de Zu- J«S-»ent een. _Meßscnde 48 gemessen unc

fluß der Probenmengen freigegeben. Damit stehen 40 der BSB J^HiHeJ _{Meßleitungen} 24 zum Auf

nach kurzer Zeit am Dosiergerat die gewünschten die Meiiwene u« Rechner 12 über

Analysenmengen für den nächstfolgenden Abruf zur zeichnungsgerat 11 und zum

Verfügung. ^traS^en-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   l» Verfahren zur automatischen Steuerung des biochemischen Reaktionsablaufs in einem Hauptfermenter unter Verwendung einer fortlaufenden Bestimmung der Zusammensetzung der optimalen biochemischen Abbaubarkeit von bekannten und unbekannten Substraten bzw. Substratgemischen durch Mikroorganismen, vorzugsweise zur An-Wendung beim biochemischen Abbau von organischen Schmutzstoffen durch die Bakterien von Belebtschlamm iro Abwasser von Kläranlagen, in welchen dem Abwasser die durch den biochemischen Abbau im Hauptfermenter gewönne- nen Mikroorganismen als Rücklauf-Belebtschlamm wieder zugeimiscbt werden, wobei in kontinuierlichem Versuch Probemengen entnommen und Prozeßparaineter zur Steuerung der Anlage ennittelt werden, dadurch gekennzeichne?, daß je eine Probemenge des abzubauenden Substratgemisches (Abwasser) sowie der Mikroorganismen (Belebtschlamm) zusammen mit VerdünnungswassL r gleichzeitig einem Dosiergerät (7) zugeführt werden, daß in dem Dosier- as gerät gleichzeitig eine Vielzahl von Analysenmengen mit Gemischen aus unterschiedlichen und bestimmten Verhältnisanteilen an Substratgemisch, Mikroorganismen und Verdünnungswasser gebildet werden, daß die einzelnen Analysenmfciigsn jeweils einer entsprechenden Vielzahl von Analysenfermentern (I bis VII) gleichzeitig zugeführt werden, daß in den einzelnen Analysenfermenterrj c ϊγ bei der biochemischen Reaktion der Analysenmengen benötigte Sauerstoffbedarf als Kurzzeit-BSB während einer bestimmten Reaktionszeit U_11x) gemessen wird, daß die gleichzeitige Probeentnahme, die Dosierung der Analysenmengen, die gleichzeitige Durchführung der Analysen sowie eine an sich bekannte graphische und/oder mathematische Verarbeitung der Meßergebnisse zentral gesteuert wird, um aus dem Kurzzeit-BSB die gewünschten Parameterwerte bezüglich des Substratgemisches und/oder der physiologischen Leistungsfähigkeit der Mikroorganismen zu ermitteln, und daß die ermittelten Parameterwerte in Steuerbefehle zur automatischen Steuerung des biochemischen Rcaktionsablaufes im Hauptfermenlcr umgewandelt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbefehle für die Steuerung der Mengen der dem abzubauenden Substratgemisch zuzusetzenden Mikroorganismen für einen optimalen biochemischen Reaktionsablauf bei sich ändernder Substratkonzentration nach der an sich bekannten Gleichung

   % Abbau =

   0,01

   60

   ermittelt werden, wobei sich der jeweilige prozentuale Abbau aus der Messung des Kurzzeit-BSB der einzelnen Analysenmengen ergibt, B die Belastung der einzelnen Analysenmengen und a ein Milieubeiwert ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbefehle für die Steuerung eines biochemischen Ablaufes mit einem optimalen Stoffumsatz je Zeiteinheit aus der ar sich bekannten Gleichung

   ν =

   ^v>m:

   km-\

   ermittelt werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ei,; Analysenfermenter (I) als Thermobarumeter dient, dem nur Verdünnungswasser ^geführt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Analysenfermenter (II) zur Feststellung des Nullwertes der verwendeten Mikroorganismen dient, dem nur Verdünnungswasser und Mikroorganismen zugeführt werden.
6. 6. Dosiergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosiergerät (7) drei Dosierabteilungen (25, 26, 27) umfaßt, die je einen Zulauf (31) und einen Ablauf (32) aufweisen, daß zwischen dem zusammengehörigen Zu- und Ablauf eine von der zu dosierenden Flüssigkeit überströmte Rinne (28, 29, 30) vorhanden ist, ίϊτ deren Bodenfläche über die Rinne verteilt Dosierhohlräume (33) münden, daß die Dosierhohlräume der Dosierabteilungen gleiche und/oder verschiedene Volumina aufweisen und daß die Dosierhohlräume der einzelnen Dosierabteilungen derart zusammenschaltbar sind, daß gleichzeitig dosierte Flüssigkeitsgemische mit bestimmten unterschiedlichen und aus den verschiedenen Dosierabteilungen stammenden Volumenanteilen erstellbar sind.
7. 7. Dosiergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den d^rei Dosierabteilungen eine Dosierabteilung (27) Ltosierhohlräume gleicher Volumina und die beiden anderen Dosierabteilungen (25, 26) Dosierhohlräume mit schrittweise sich ändernden Volumina aufweisen und daß bei den letzteren Dosierabteilungen (25. 26) die Änderung der Volumina der für die Erstellung der Flüssigkeitsgemische zusammengeschalteten Dosierhohlräume in gegenläufiger Richtung erfolgt.
8. 8. Dosiergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierhohlräume (33) unten mit einem Ventil verschließbar sind und daß die Abflußöffnungen von jeweils einem Dosierhohlraum jeder der drei Dosierabteilungen in eine gemeinsame Abflußleitung (35) münden.
9. 9. Dosiergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Schieber (34) ausgebildet ist, der von einem Elektromagneten (36) gesteuert jeweils alle Dosierhohlräume einer Dosierabieilung oder jeweils einen Dosierhohlraum aller Dosierabteilungen öffnet bzw. schließt.
10. 10. Analysenfermenter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem rotierenden Magneten zur Betätigung einer mit einem Ferromagneten versehenen, in einem eine Zuströmöffhung für Sauerstoff aufweisenden Gefäß bodenseitig angeordneten Rührvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit zumindest zwei Zulauföffnungen (41, 42) für die Analysenmengen und Luft bzw. Sauerstoff

    3 4

    versehenen Gefäß (40) der Boden trichterförmig Abwasserzusammensetzung kennen, um des Belebtausgebildet ist und im tiefsten Punkt eine Abfluß- schlammverfabren optimal anwenden zu können,
    Öffnung (43) besitzt und daß die auf dem Boden Die Vielgestaltigkeit des Abwassere, d, b, seine gleitend aufliegende Rührvorrichtung (46) der unterschiedlich hohe Verschmutzung, J&ßt sieb mit Trichterform angepaßt ist und einen in die Ab- 3 Hilfe des biochemischen Sauerstoffbedarf» (BSB) flußöffnung ragenden und mit einer das Gefäß- messen, der während der Reaktionszeit de« Belebtinnere mit der Abflußöffnung verbindenden Boh- Schlammes mit dem Abwasser benötigt wird. Die rung versehenen Führungsstutzen (47) aufweist. graphische Darstellung des BSB über der Zeit zeigt

    einen charakteristischen Verlauf mit einen« mehr

    to oder weniger deutlich erkennbaren ersten Plateau,

    das nach verhältnismäßig kurzer Zeit erreicht ist und

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur auto- nach neuerer Erkenntnis bereits das Ende des Abmatischen Steuerung des biochemischen Reaktions- baus gelöster organischer Schmutzstoffe durch die ablaufes in einem Hauptfermenter unter Verwendung Bakterien des Belebtschlammes anzeigt. Bei spezieleiner fortlaufenden Bestimmung der Zusammen- ts Jen Abwässern (z. B. Papierfabrik) können auch mehsetzung der optimalen biochemischen Abbaubarkeit rere derartige Plateaus auftreten,
    von bekannten und unbekannten Substraten bzw. Für die Beurteilung der Abbaubarkeii von Ab-Substratgemischen durch Mikroorganismen, Vorzugs- wasser ist die dem Abwasser, d, h. der Nährstoffweise zur Anwendung beim biochemischen Abbau lösung bzw. dem Substrat, zugeführte Belebtschlammvon organischen Schmutzstoffen durch die Bakterien 20 menge, d. h. die Bakterienkonzentration, von Bedeuvon Belebtschlamm im Abwasser von Kläranlagen, tung. Dieses Verhältnis Substratkonzentration zu in welchem dem Abwasser die durch den bio- MikroorganismenkonzenU, lion wird auch als »Bechemischen Abbau im Hauptfermenter gewonnenen lastung« bezeichnet. Wenn man nämlich gleich Mikroorganismen als Rücklauf-Belebtschlamm wie- großen und gleichartigen Abwassermengen verder zugemischt werden, wobei in kontinuierlichem 25 schiedene Mengen von Belebtschlamm, d. h. verVersuch Probemengen entnommen und Prozeßpara- schiedene Bakterienmengen, zuführt, sind für den meter zur Steuerung der Anlage ermittelt werden. Abbau der organischen Schmutzstoffe bei gleichem

    Die Erfindung betrifft des weiteren ein Dosiergerät BSB unterschiedliche Zeiten erforderlich,
    und einen Analysenfermenter zur Durchführung des Dieser unterschiedliche Reaktionsablauf läßt sich Verfahrens. 30 in Zeit-Umsatz-Kurven erfassen. Durch eine mathe-Die Optimierung von Anlagen der Fermentations- matische Umformung kann man diese Zeit-Umsatztechnik ist häufig mit großen Schwierigkeiten ver- Kurven in das Lineweaver- und Burk-Diagramm bunden, da die zur Fermentation verwendeten Mikro- überführen und aus der diesem Diagramm zugrunde Organismen ihre physiologische Leistungsfähigkeit liegenden Gleichung
    verändern, d. h. auch auf gleiches Substrat verändert 35

    reagieren können. , __ ^_mux ' B
    Des weiteren wird manchen Fermentern ein in ^_1n ^. β
    seiner Menge und Zusammensetzung ständig variierendes Substratgemisch zugeführt, das noch dazu die Größen ermitteln, die für den biologischen Reinischwankende Temperaturen und sich verändernde 40 gungsvorgang im Abwasser wichtig sind. Es sind dies pH-Werte aufweist und oft auch toxische Stoffe ent- die maximale Abbaugeschwindigkeit V₁₇₁₀₁ und die halten kann. Das Vorhandensein von toxischen Stof- Substratkonzentration km, bei der genau die Hälfte fen trifft insbesondere bei kommunalen und indu- der Maximalgeschwindigkeit erficht wird. Zusamstriellen Anlagen der Abwasserreinigung zu. men mit der Kenntnis der Belastung B läßt sich aus Im folgerden werden alle Erörterungen nur auf 45 der angegebenen Gleichung die Reaktionsgeschwineine Anwendung bei der biologischen Abwasserreini- digkeit ν für den Abbauvorgang des zu reinigenden gung bezogen, jedoch soll damit keine Einschränkung Abwassers ermitteln (Zeitschrift »gwf«, Heft 34, erfolgen, vielmehr gelten alle Erörterungen ganz all- 1968, S. 942 bis 947).

    gemein für die Fermentationstechnik. Es besteht deshalb ein Bedarf an einem Verfahren Für das Planed und Betreiben von biologischen 50 und einer automatisch arbeitenden Einrichtung, wo-Kläranlagen zur Aufbereitung von Abwasser zu mit tu einem gewünschten Zeitpunkt zumindest eine Brauchwasser ist es von größter Wichtigkeit, den Probe des zu behandelnden Substratgemisches entCharakter des Abwassers und dessen spezifisches riommen, mit den für die Fermentation verwendeten Verhalten zu kennen. Wenn die Aufbereitung mit Mikroorganismen in Kontakt gebracht, die Verände-Hilfe des bekannten Belebtschlammverfahren erfol- 55 rung eines für die Reaktion typischen Parameters gen soll, dann muß man berücksichtigen, daß der während der Reaktion kontrolliert und registriert Charakter des Abwassers die Bildung einer ihm an- und das erhaltene Ergebnis direkt in einen Befehl gepaßten eigenen Biozoenose von abbauenden Orga- zur Steuerung des Hauptfermenters umgewandelt nismen induziert. Da sich der Charakter des Ab- werden kann.

    wassers und sein spezifisches Verhalten noch dazu 60 Es soll dabei prinzipiell belanglos sein, ob der

    kurzzeitig ändern können, ist auch eine entsprechende kontrollierte Faktor der Zuwachs an Organismen, ein

    kurzzeitige Adaption der abbauenden Biozoenose er- möglicher Gasanfall oder ein Gasverbrauch oder

    forderlich. Der für die Aufbereitung des Abwassers eine mögldie Anhäufung von anderen Stoffwechsel-

    verwendetc Belebtschlamm ist daher eine sich in ihrer zwischen- oder Stoffwechselendprodukten ist.

    biologischen Zusammensetzung und ihrer enzy- 65 Basierend auf der vorausstehend bekannten theo-

    matischen Reaktionsfähigkeit kontinuierlich der Ab- retischen Grundlage ist bereits ein Verfahren zur

    Wasserzusammensetzung anpassende Biozoenose von Abwasseraufbereitung mit Hilfe von Belebtschlamm

    Mikroorganismen Man muß somit die vielgestaltige bekannt. Nach diesem Verfahren wird das von