DE2935120A1

DE2935120A1 - Verfahren und einrichtung zur optimierung des lufteintrags in ein abwasser-belebtschlammgemisch in klaeranlagen

Info

Publication number: DE2935120A1
Application number: DE19792935120
Authority: DE
Inventors: Ryouhei Dipl Ing Tanuma
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1980-03-20
Also published as: JPS5534120A; JPS5754196B2; DE2935120C2

Description

Verfahren und Einrichtung zur Optimierung des Luftein-
trags in ein Abwasser-Belebtschlammgemisch in Kläranlagen Zur biologischen Reinigung von Abwässern in Kläranlagen hat das sogenannte Belebtschlammverfahren weite Verbreitung gefunden.
Bei diesem Verfahren wird das Abwasser mit aerobe Bakterien enthaltendem Schlamm, dem sogenannten Belebtschlamm, geimpft, wodurch der Abbau organischer Verunreinigungen beschleunigt wird.
Um die Bakterientätigkeit in dem Belebtschlamm aufrechtzu#erhalten, muß dem Abwasser-Belebtschlammgemisch Sauerstoff in ausreichender Menge zugeführt werden, Das geschieht in der Regel dadurch, daß aus der Atmosphäre entnommene Luft, die einen im wesentlichen konstanten Sauerstoffanteil von 21 °/a aufweist, in das in einem Belebungsbecken befindliche Belebtschlammgemisch eingetragen wird, um die Gelöst-Sauerstoffkonzentration über einem bestimmten Wert zu halten. Sinkt der Sauerstoffgehalt darunter, so wird die Tätigkeit der aeroben Bakterien vermindert, und der Wirkungsgrad des Belebt- schlammverfahrens nimmt stark ab. Andererseits bewirkt ein zu hoher Lufteintrag neben erhöhtem Energieverbrauch (Pumpleistung) die Bildung von sehr feinen Schlammflocken, wodurch deren Absetzen in dem auf das Belebungsbecken folgenden Absetzbecken stark verzögert wird.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Optimierung des Lufteintrags in ein Abwasser-Belebtschlammgemisch zu finden, mit Hilfe dessen die eingetragene Luftmenge so geregelt wird, daß die Gelöst-Sauerstoffkonzentration gerade ausreicht, um die aerobe Umsetzung voll in Gang zu halten.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einem Verfahren der eingangs genannten Art gesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Differenz P der Sauerstoff-Partialdrücke der in ein Abwasser-Belebtschlammgemisch eingetragenen Luft und eines das Gemisch verlassenden Gases sowie die Lufteintragsrate F (m3/h) ermittelt wird und daß aus den Größen P und F eine Funktion z = f (P, F) gebildet wird, die einen Extremwert im Bereich der kleinsten, zur vollständigen aeroben Umsetzung noch ausreichenden Gelöst-Sauerstoffkonzentration im Belebtschlammgemisch hat und daß der Lufteintrag F auf diesen Extremwert geregelt wird.
Bei einer bevorzugten Verfahrensweise wird die Funktion z = f (P, F) in der Form z = f ~ P2 verwendet, die ein Maximum im Bereich der kleinsten, noch ausreichenden Gelöst-Sauerstoffkonzentration im Belebtschlammgemisch aufweist, das ist bei etwa 0,4 ppm Gelöst-Sauerstoff.
Der Sauerstoffverbrauch beim Belebtschlammverfahren ist proportional der Respirationsmenge des Belebtschlamms.
Es besteht folgende Beziehung zwischen der Respirations- rate Rr des Belebtschlamms und dem Gelöst-Sauerstoffgehalt C: Rr = Rrm ~ (1) wobei Rrm die maximale Respirationsrate (mg 02/hr . 1), Kc eine Konstante (ppm) und C den Gelöst-Sauerstoffgehalt (ppm) bezeichnet.
Diese, auch als Michaelis-Menten-Formel bezeichnete Gleichung (1) wird gewöhnlich zur Beschreibung der Geschwindigkeit von Enzymreaktionen und ihrem betreffenden Substrat benützt. In dem vorliegenden Fall ist das Substrat der gelöste Sauerstoff.
Eine weitere, den Sauerstoffumsatz im Belebungsbecken beschreibende Beziehung wird durch die Gleichung (2) gegeben dC + Rr = ß F . P, (2) dt V wobei F die Lufteintragsrate (Nm3/h), P diePdie S£iuerstoff-Partialdruckdifferenz (%~), a eine Konstante und V die Kapazität des Belebungsbeckens (m3) ist.
üblicherweise ist die Änderungsgeschwindigkeit der Gelöst-Sauerstoffkonzentration dC sehr klein gegen Hr, so dt daß sie we#nigstens für eine gewisse Dauer vernachlässigbar ist und deshalb gilt Rr = ß Fd. h. die Respirationsrate Rr ist proportional dem Wert von F ~ P.
In dem Diagramm der Figur 1 sind die Funktionswerte von F ~ P in einer gestrichelten Kurve über dem Gelöst-Sauerstoffgehalt C in ppm aufgetragen.
Man erkennt, daß die Funktion F ~ P und damit die ihr proportionale Respirationsrate bei einer Gelöst-Sauerstoffkonzentration C unterhalb 0,3 ppm stark abfällt.
Diese Aussage hängt selbstverständlich davon ab, welcher Wert für Kc gewählt wurde. Erfahrungsgemäß wird für übliche Belebtschlammverfahren der Wert von Kc mit 0,1 ppm angegeben.
In dem Diagramm der Figur 1 ist auch der dem relativen Sauerstoff-Partialdruck bzw. der Partialdruckdifferenz P entsprechende Kurvenzug strichpunktiert eingetragen.
Er verläuft nach einem steilen Abfall im Bereich des Gelöst-Sauerstoffgehalts C unterhalb 0,3 ppm schwach asymptotisch zur Abszisse. Es wurde vom Erfinder erkannt, daß eine Verknüpfung der Werte von F und P zu einer Funktion F ~ p2, zu einer Funktionskurve führt, die ein Maximum im Bereich von 0,4 ppm Gelöst-Sauerstoff hat.
Macht man die Regelung des Lufteintrags von der Bedingung abhängig, daß die aus den Prozeßvariablen F und P bestehende Funktion F ~ P2 in ihrem Extremwertbereich gehalten wird, so wird erreicht, daß sich der Gelöst-Sauerstoffgehalt bei etwa 0,4 ppm einstellt, also bei einem Wert, der gerade ausreicht, um die aerobe Umsetzung im Belebtschlammverfahren mit einem hohen Wirkungsgrad aufrechtzuerhalten.
Mit Hilfe der Gleichung (1) läßt sich der Wert der Respirationsrate Rr bei einer Gelöst-Sauerstoffkonzentration C = 0,4 ppm mit 80 % des Maximalwerts Rrm der Respirationsrate bestimmen unter der Voraussetzung, daß Kc mit 0,1 ppm eingesetzt ist.
Wird der Wert von 0,4 ppm Gelöst-Sauerstoff in der Nähe des Einlasses des Belebungsbeckens eingehalten, wo der Gelöst-Sauerstoffgehalt am geringsten ist, so kann mit Sicherheit angenommen werden, daß in dem gesamten Belebtschlammbecken ein Gelöst-Sauerstoffgehalt vorhanden ist, der die volle Wirksamkeit des Belebtschlammverfahrens gewährleistet.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in Figur 2 dargestellt.
In einem Belebungsbecken 1 befindet sich ein Abwasser-Belebtschlammgemisch, in welches über ein Einperlrohr 2 zur Belüftung atmosphärische Luft eingeleitet wird, deren Sauerstoffanteil sich in dem Abwasser-Belebtschlammgemisch löst. Eine Gasentnahme 3, beispielsweise eine in das Gemisch eintauchende Glocke, ist vorzugsweise in der Nähe des Einlasses des Belebungsbeckens 1 angeordnet und führt eine Gasprobe des das Gemisch verlassenden Gases zur Bestimmung des Sauerstoffanteils einem Gasanalysator 4 zu. Der in dem Analysator 4 gebildete Wert entspricht der Differenz zwischen dem als konstant anzusehenden Sauerstoff-Partialdruck der in das Belebungsbecken 1 eingetragenen Luft und dem Sauerstoff-Partialdruck des das Belebungsbecken verlassenden Gases Das dieser Differenz P entsprechende Ausgangssignal des Gasanalysators 4 wird als erste Eingangsgröße einem Funktionsgeber 5 zugeführt, dessen zweite Eingangsgröße.
ein der mittels des Meßumformers 9 gemessenen Lufteintragsrate F entsprechendes Meßsignal ist und der aus diesen beiden Eingangssignalen die Funktion z = F . P2 bildet. Sein dieser Funktion z entsprechendes Ausgangssignal wird in einem Differenzierglied 6 nach F differenziert, sein der Größe dF ~ P2/dF entsprechendes Ausgangssignal wird in einem darauffolgenden Vergleicher 7 verarbeitet, welcher ein Ausgangssignal abgibt, wenn sein Eingangssignal von 0 abweicht. Dieses Ausgangssignal des Vergleichers 7 ist als Pührungsgröße einem Luftmengenregler 8 aufgeschaltet, der über ein Stellglied 10 die mittels eines Gebläses 11 in das Belebungsbecken 1 eingetragene Luftmenge so regelt, daß die Funktion z t F ~ P2 auf ihrem Maximum gehalten wird.

Claims

Patentansprüche 0Verfahren zur Optimierung des Lufteintrags in ein Abwasser-Belebtschlammgemisch in Kläranlagen, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Differenz P der Sauerstoff-Partialdrücke der in ein Abwasser-Belebtschlamn#emisch eingetragenen Luft und eines das Belebtschlammgemisch verlassenden Gases sowie die Lufteintragsrate F ermittelt werden und daß aus den Größen P und F eine Funktion z = f (P, F) gebildet wird, die einen Extremwert im Bereich der kleinsten, zur vollständigen aeroben Umsetzung noch ausreichenden Gelöst-.

Sauerstoffkonzentration C im Belebtschlammgemisch hat und daß die Lufteintragsrate F auf diesen Extremwert geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Funktion z = f (P, F) die Form z = F a P2 hat, die ein Maximum im Bereich der kleinsten, noch ausreichenden Gelöst-Sauerstoffkonzentrat ion im Belebtschlammgemisch aufweist und daß die Lufteintragsrate F auf dieses Maximum geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Funktion z = F ~ P2 ihr Maximum bei einer Gelöst-Sauerstoffkonzentration C von etwa 0,4 ppm hat.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a) eine Gasentnahme (3) für das das Abwasser-Belebtschlammgemisch verlassende Gas, b) einen Gasanalysator (4) zur Bestimmung des Sauerstoffanteils in dem entnommenen Gas, der ein in Relation zu dem Sauerstoffgehalt der in das Belebungsbecken eingetragenen Luft stehendes Meßsignal P abgibt, c) einen Funktionsgeber (5), dessen Eingangsgrößen das Meßsignal P des Gasanalysators (4) und ein der Lufteintragsrate F entsprechendes Meßsignal ist und dessen Ausgangssignal der Funktion z = F . P2 entspricht, d) ein Differenzierglied (6), dessen Eingangsgrößen das Ausgangssignal des Funktionsgebers (5) und ein der Lufteintragsrate F entsprechendes Signal ist und dessen Ausgangssignal der Funktion dF ~ P2/dF entspricht, e) einen Vergleicher (7), der ein der Abweichung der Funktion dF ~ P2/dF von 0 entsprechendes Ausgangssignal führt, f) einen Luftmengenregler (8) zur Regelung der Lufteintragsrate F, dem das Ausgangssignal des Vergleichers (7) als F;t#hrungsgröße aufgeschaltet ist.