DE2951707C2 - Einrichtung zur Bestimmung der Konzentration biologisch abbaubarer Stoffe in Abwässern - Google Patents
Einrichtung zur Bestimmung der Konzentration biologisch abbaubarer Stoffe in AbwässernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Konzentration biologisch abbaubarer
Stoffe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die zur Wasseranalyse in Klärwerken, bei
Wasseraufsichtsbehörden und in abwassertechnischen Laboratorien eingesetzt werden kann.
Zur Beurteilung der Abbaubarkeit von organischen Inhaltsstoffen in Abwässern durch Mikroorganismen
(vorwiegend aerobe Bakterien) sind Meßverfahren erforderlich, bei denen diese Mikroorganismen in den
Meßvorgang einbezogen werden müssen. Aus ihrer Stoffwechseltätigkeit kann auf die Konzentration der
organischen, biologisch abbaubaren Inhaltsstoffe geschlossen werden. Damit eine Einrichtung, die nach einem
solchen Meßverfahren arbeitet, zur Steuerung und Regelung von Klärwerken verwendet werden kann,
darf die Meßzeit höchstens im Bereich von 1 bis 3 Stunden liegen. Bei der Bestimmung der Atmungsaktivität
von Belebtschlamm biologischer Abwasserreinigungsverfahren und bei der Ermittlung der reaktionskinetischen
Parameter des Abbaus von organischen Inhaltsstoffen muß ebenfalls die Stoff Wechseltätigkeit der Mikroorganismen
ermittelt werden.
Es ist bekannt, daß sich die Konzentration organischer
Inhaltsstoffe des Wassers durch die Stoffwechseltätigkeit von Mikroorganismen bestimmen läßt. Die
Stoffwechseltätigkeit aerober Mikroorganismen kann wiederum über den Verbrauch von Sauerstoff oder das
Entstehen von Kohlendioxid ermittelt werden.
Der biochemische Sauerstoffverbrauch BSB5 ist das weitverbreiteste Meßverfahren dieser Art Die verbrauchte
Sauerstoffmenge wird manometrisch oder über die Abnahme des gelösten Sauerstoffs bestimmt.
Der Meßwert liegt jedoch erst nach fünf Tagen vor und ist daher nicht zur Regelung von Klärwerken brauchbar.
Ferner ist die verbrauchte Sauerstoffmenge nicht nur eine Funktion der Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen
bein? Abbau der organischen Inhaltsstoffe, sondern sie ist auch in unreproduzierbarer Weise von
Sekundärvorgängen abhängig (Wilderer, P, G. Engelmann
und H. Schmenger: »Kritik am BSB5 als Verschmutzungsparameter«, Das Gas- und Wasserfach
(gwf) Wasser Abwasser, Jahrgang 118 (1977) Heft 8. S. 357-364).
Es sind ferner Vorschläge für Kurzzeitmeßverfahren gemacht worden. Der Pollux-Pollumat ist ähnlich wie
eine manometrische BSB5-Meßapparatur aufgebaut (DE-OS 24 18 464, Hartmann, L: »Der Plateau-BSB.
Messung und Aussagekraft«, Umwelthygiene, Jahrgang 5 (1974), S. 99-102: Wilderer, P, L Hartmann und
G. Keser: »Der Plateau-BSB als Maß für die Konzentration an biologisch abbaubarer Substanz«, Zeitschrift für
Wasser- und Abwasser-Forschung, Jahrgang 11 (1978).
Nr. 3/4, S. 82-86; »Kurzzeit-BSB-Messung mit dem Pollux-Pollumat«, Druckschrift der Fa. Pollux GmbH
Ludwigshafen).
Durch eine hohe Schlammkonzentration soll die Meßzeit verkürzt werden. Die Abnahme des Sauerstoff partialdrucks
wird kontinuierlich als Funktion der Zeil aufgezeichnet. Der gesuchte Meßwert ist erreicht, wenn
die Kurve eine maximale Krümmung aufweist. Geräte dieser Art haben folgende Nachteile:
— die Messung erfolgt diskontinuierlich,
— der Meßwert ist schwer bestimmbar, da sich die Krümmung nur wenig ändert,
— durch die chemische Bindung des entstehenden CO2 wird der pH-Wert, der Einflüsse auf die Mikroorganismen
ausübt, abgesenkt,
— die Analysendauer ist kurzer als 30 min. wodurch nur sehr leicht abbaubare Stoffe berücksichtigt
werden,
— automatische Geräte lassen sich nur mit hohem technischem Aufwand verwirklichen, der meistens
mit einer großen Störanfälligkeit verbunden ist.
Andere Geräte arbeiten nach der Respirationsmethode (J übermann, O., G. Krause und F.-J. Schulte: »Zweckmäßige
Durchführung von Respirationsmessungen zur automatischen Kontrolle von Abwässern«, Vom Wasser,
Jahrgang 34 (1967), S. 261 -280; Beits, G.: »Ein neues Gerät für Respirationsmessungen«, Abwassertechnik,
Jahrgang 6 (1977), S.9-II; Otto, G.: »Schnellbestimmung
des Wirkungsgrades (BSBs-Abbau) biologischer Abwasserreinigungsanlagen«, Acta hydrochim.
hydrobiol. Jahrgang 4 (1976), Heft 5, S. 491 -494).
Die Abwasserprobe wird mit Bakterien geimpft und mit Sauerstoff versorgt. Die Abnahme der Kon/entra-
-a tion des gelösten Sauerstoffs wird mit einer Elektrode
; bestimmt und als Funktion der Zeit aufgezeichnet Die Steigung der Kurve wird dann als MaB für die Konzentration
an biologisch abbaubaren Stoffen benutzt Die Probe muß so vedünnt werden, daß die Sauerstoffverbrauchsgeschwindigkeit
in einem bestimmten Bereich liegt 1st die Geschwindigkeit zu hoch, so werden nur
leicht abbaubare Inhaltsstoffe erfaßt und das Obergangsverhalten des Meßsystems kann zu zusätzlichen
Fehlern führen. Bei sehr starker Verdünnung kann andererseits die Wirkung toxischer Substanzen geschwächt
und damit übersehen werden.
An anderer Stelle wird eine Meßanlage beschrieben
(T. Mann, Chem.-lng.Techn. 44 (1972), S. 966-969), in
{ der das Gemisch aus Abwasser und Belebtechlamm
; kontinuierlich belüftet und der Sauerstoffverbrauch
; gasanalytisch bestimmt wird. Auf die Substratkonzen-
: tnition kann nicht geschlossen werden, da die endogen
veratmete Sauerstoffmenge nicht gesondert ermittelt und von dem gesamten Sauerstoffverbrauch abgezogen
wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu entwickeln, mit der nach einer Meßzeit,
die höchstens im Bereich von 1 bis 3 Stunden liegen darf, die Konzentration an biologisch abbaubaren Inhaltsstoffen des Wassers bestimmt werden kann. Alle zugeführten
Stoffe sollen die Meßapparatur vollkontinuierlich durchfließen. Der Meßwert soll ebenfalls kontinuierlich
ermittelt werden. Die wichtigsten störenden Sekundäreinflüsse
sollen kompensiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Einrichtung gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen dieser Einrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind insbesondere folgende:
— Alle Ströme fließen kontinuierlich durch die Meßapparatur.
Es sind deshalb keine Schrittschaltwerke, Magnetventile, Spülvorrichtungen, Dichtungsmechanismen, Druckregler und ähnliche Teile notwendig,
die bekanntermaßen eine hohe Störanfälligkeit verursachen.
— Die Ansprechzeit beträgt ein bis drei Stunden, so daß die Meßeinrichtung — zusammen mit anderen
ergänzenden Analysengeräten — zur ständigen Überwachung und Regelung von Klärwerken eingesetzt
weiden kann.
— Durch die parallele Untersuchung des aus Mikroorganismen bestehenden Belebtschlamms wird der
Einfluß von Sekundäreinflüssen minimiert.
— Mit der Meßeinrichtung lassen sich weiterhin grundlegende Untersuchungen zur Bestimmung
der Atmungsaktivität von Mikroorganismen und der reaktionskinetischen Parameter des Abbaus
von organischen Inhaltsstoffen des Abwassers durchführen.
— Liegen zusätzlich Meßwerte für den gelösten organischen
Kohlenstoffgehalt (DOC) vor, so können Vergiftungserscheinungen aufgedeckt werden, die
z. B. bei zu hohen Konzentrationen von Schwermetallionen auftreten.
— Die Meßeinrichtung läßt sich in zwei transportablen Gehäusen unterbringen. Es können daher
nacheinander Messungen an verschiedenen Kläranlagen, Gewässern und in Laboratorien durchgeführt
werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Dabei erfolgt eine Unterteilung in die Meßzelle, die
Vergleichsmeßzelle, die Meßgasaufbereitung und -analyse, sowie den mechanischen Aufbau des Meßgerätes.
1. Meßzelle
Das zu untersuchende Abwasser wird von der Membrandosierpumpe
(ti) in die Meßzeile gepumpt. Diese ist als vierstufige Rührkesseikaskade ausgebildet. Der
Gesamtflüssigkeitsinhalt beträgt etwa 0,51. Jede Stufe
(1,2,3 und 4) besteht aus einem zylindrischen Acrylglasbehälter.
Magnetrührer sorgen für eine intensive Durcnmischung der Flüssigkeit Die Dosierpumpe (9)
fördert Bakterienschlamm in die erste Stufe der Meßzelle. Durch diese Impfung kann ein Abbau der im Abwasser
enthaltenen organischen Substanzen dui ch Bakterien eingeleitet werden. Der von den aeroben Mikro-Organismen
benötigte Sauerstoff wird in Form von Luft zugeführt Die Meßzelle wird über einen Druckminderer
und Schwebekörperdurchflußmesser (13) mit Preßluft aus 40-1-Stahlflaschen versorgt. Im normalen Betriebszustand
strömt die Luft nacheinander durch alle Stufen der Kaskade und anschließend in den Meßgasaufbereitungs-
und -analysenteil der Anlage. Durch entsprechendes öffnen oder Schließen der Gasaustrittsventile
kann jedoch auch erreicht werden, daß das Meßgas nur durch eine, zwei oder drei Stufen strömt.
In der ersten Stufe wird mit Hilfe der Elektrode (23) und des Meßverstärkers (21) die Konzentration des gelösten
Sauerstoffs ermittelt.
2. Vergleichsmeßzelle
Mit dem Meßgerät soll der Sauerstoffverbrauch durch Abbau der organischen Substanzen, d. h. durch
Substratatmung ermittelt werden. Die im Impfschlamm enthaltenen Bakterien verbrauchen jedoch noch zusäizliehen
Sauerstoff durch endogeme Atmung und durch Abbau des im Schlamm befindlichen Restsubstrats. Um
diese Einflüsse eliminieren zu können, wird von der Dosierpumpe (10) ein Teil des Bakterienschlamms in die
Vergleichsmeßzelle (6—8) gepumpt. Die Versorgung mit Luft erfolgt über den SchweoekorperdurchfluBmesser(14).
Die Vergleichsmeßzelle ist ebenfalls als vierstufige Rührkesselkaskade ausgebildet. Meßzelle und Vergleichsmeßzelle
beiden sich in einem Wasserbad, das
von einem Thermostaten (25) auf konstanter Temperatur gehalten wird.
3. Meßgasaufbereitung und -analyse
Mit Hilfe von Dreiwegehähnen kann entweder die aus der Meßzelle oder aus der Vergleichsmeßzelle austretende
Luft in den Aufbereitungs- und Analysenteil geleitet werden. Die jeweils nicht verwendete Luft wird
an den Hähnen in die Umgebung abgeblasen. Da der für den Gasanalysator benötigte Volumenstrom wesentlich
kleiner als der Belüftungsvolumenstrom ist, wird die überschüssige Luft an der mit Wasser gefüllten Druckvorlage
(16) ins Freie geleitet. Im Meßgasfühler (17) witu die Luftfeuchtigkeit ausgefroren. Die noch im Gas
enthaltene Restfeuchtigkeit wird anschließend in einem chemischen Trockner (18) zurückgehalten. Mit der
Pumpe (19) wird das Meßgas über den Schwebekörperdurchflußmesser (15) zum paramagnetischen Sauer-
stoffanalysator (20) gefördert. Der Analysator erzeugt einen der Sauerstoffkonzentration im Meßgas proportionalen
eingeprägten Gleichstrom. Der Spannungsabfall an einem Lastwiderstand wird von dem Mehrkanalschreiber
(22) registriert. Die Aufzeichnung der Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der ersten Stufe
der Kaskade erfolgt ebenfalls mit dem Schreiber. Ferner ist ein Analogrechner vorgesehen, der kontinuierlich die
Berechnung der gesuchten Substratkonzentration aufgrund einer Auswertungsgleichung durchführt. Zur
Überprüfung des Nullpunktes kann die Preßluft mittels eines Dreiwegehahnes - unter Umgehung der Meßzelle
— in den Analysator geleitet werden. Die Eichung erfolgt mit Hilfe von Eichgasen verschiedener Zusammensetzungen.
4. Mechanischer Aufbau des Meßgerätes
Die Einzelgeräte der Meßanlage sind in einem dreiteiligen
Gehäuse mit Rahmen aus Winkelstahl untergebracht. Die Schlauchverbindungen, die größtenteils
durch Bajonettverschlüsse mit den Armaturen verbunden sind, und die elektrischen Leitungen zwischen den
drei Baueinheiten lassen sich mit wenigen Handgriffen lösen, so daß jede Einheit getrennt transportiert werden
kann.
Die Baueinheit 1 enthält im wesentlichen die Dosierpumpen für Substrat und Belebtschlamm, die Magnetrührersteuerung
und eine Gasmischpumpe zur Eichung des Gasanalysators.
In der Baueinheit 2 befinden sich das Thermostatisierbad
mit Meßzelle und Vergleichsmeßzelle, Betriebsarmaturen, Volumenstrommesser, Thermostat und Teile
der Meßgasaufbereitung.
Die Baueinheit 3 enthält weitere Teile zur Meßgasaufbereitung, wie Kühlfalle mit Netzgerät, chemischer
Gastrockner und ein Membranfilter, sowie den Gasanalysator, Druckmeßinstrumente, Meßverstärker für die
Sauerstoff- und pH-Elektroden, ein Digitalvoltmeter und einen 2-Kanal-Linienschreiber.
Legende zum Bild 1: Schema des Meßgerätes
45
50
55
60
65
| 1-4 | Meßzelle |
| 5-8 | Vergleichsmeßzelle |
| 9-12 | Dosierpumpe |
| 13-15 | Durchf luftmesser |
| 16 | Druckvorlage |
| 17 | Meßgasfühler |
| 18 | ehem. Gastrockner |
| 19 | Meßgaspumpe |
| 20 | Gasanalysator |
| 21 | Meß verstärker |
| 22 | Linienschreiber |
| 23-24 | Sauerstoffelektrode |
| 25 | Thermosiat |
| Hierzu 1 Blatt Zeichnungen |
Claims (6)
1. Einrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Konzentration biologisch abbaubarer Stoffe in
Abwässern durch Messung des biologischen Sauerstoffbedarfs mit einer MeB- und einer parallelgeschalteten
Vergleichsmeßzelle, die jeweils Rühreinrichtungen und Zuführungen für Abwasser, Belebtschlamm
und Druckluft aufweisen, und mit einem mit der Meß- und der Vergleichsmeßzelle verbundenen
Auswertungsteil, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßzelle (1 bis 4) und die Vergleichsmeßzelle (5 bis 8) jeweils aus einer Reaktorkaskade
aus mehreren nacheinander durchströmten Behältern mit Rühreinrichtungen bestehen und daß mit
dem Aaswertungsteil gekoppelte Elements (15—24) zum Messen der Sauerstoffkonzentrationsdifferenz
zwischen dem Ein- und dem Austritt sowohl des Meß- als auch des Vergleichsreaktors (1 bis 4 bzw. 5
bis 8) vorgesehen sind.
2. Einrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Behälter der Meßzelle (1 bis
4) über ein Luftauslaßventil mit dem Auswertungsteil (15 bis 20 und 22) zur wahlweisen Führung der
Meßluft verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuführungen des Abwassers
und des Belebtschlamms Dosierpumpen (9, 10,11,12) vorgesehen sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mengenmessung
der zu- und der abströmenden Meßluft Schwebekörperdurchflußmesser (13 bis 15) vorgesehen
sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- (1 —4) und
die Vergleichsmeßzelle (5 bis 8) sich in mindestens einem, von einem Thermostaten (25) versorgten
Thermostatisierungsgefäß befinden.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus drei tragbaren,
schnell verbindbaren und in einem dreiteiligen Gehäuse unterbringbaren Baueinheiten besteht.
45
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| DE19792951707 DE2951707C2 (de) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Einrichtung zur Bestimmung der Konzentration biologisch abbaubarer Stoffe in Abwässern |
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Publications (2)
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| DE2951707A1 DE2951707A1 (de) | 1981-07-02 |
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|---|---|
| DE (1) | DE2951707C2 (de) |
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