DE4331505A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln und Regeln der Feststoffkonzentration in einem Belebtschlammbecken einer biologischen Kläranlage - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln und Regeln der Feststoffkonzentration in einem Belebtschlammbecken einer biologischen KläranlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
Bei einem bekannten Verfahren und Vorrichtung dieser Art
(DE 35 05 520 C2) wird die Information gewonnen, ob nach
einer vorgegebenen Absetzzeit die Grenzschicht zwischen
Belebtschlamm und überstehender Flüssigkeit die vorgege
bene Meßposition bereits passiert hat oder nicht. Eine
solche Messung und die daraus abgeleitete Regelung reicht
aus bei konstanten oder quasi konstanten Verhältnissen.
Sie ist jedoch nicht ausreichend, wenn deutliche Be
lastungsänderungen beispielsweise dadurch auftreten, daß
sich bei einem Gewitterregen durch das zuströmende Regen
wasser das Verhältnis zwischen Klarwasser und Trockensub
stanz im Belebtschlammbecken deutlich verändert. Derartige
Einflüsse können bei der bekannten Einrichtung lediglich
dadurch kompensiert werden, daß der Klärmeister den Refe
renzpunkt von Hand verstellt. Obwohl dies prinzipiell ein
fach ist, wird dies in der Praxis dennoch ständig ver
säumt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren und eine Vorrichtung der als bekannt vorausge
setzten Art so auszubilden, daß die Größe der Abweichung
der Grenzschicht von einer vorgegebenen Referenzebene, die
einer elektrischen Referenzbedingung entspricht, ermittelt
werden kann. Die Feststellung der Abweichung erfolgt be
vorzugt nach einer vorgegebenen Referenzzeit.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß mit der
Meßeinrichtung die Intensität eines Lichtstroms durch ein
das Meßgut aufnehmendes Meßgefäß ermittelt wird.
Die Intensität des Lichtstroms durch ein das Meßgut auf
nehmendes Meßgefäß ist ein Maß für die Lage der Grenz
schicht zwischen Belebtschlamm und überstehender Flüssig
keit. Die gemessene Lichtintensität ist um so größer, je
weiter die Trennschicht im Meßgefäß nach vorgegebener Zeit
nach unten gewandert ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens weist das Meßgefäß an einer Seite ange
ordnete Beleuchtungsvorrichtungen auf, welche das Meßgefäß
und dessen Inhalt durch leuchten sowie auf der gegenüber
liegenden Seite des Meßgefäßes angeordnete, auf die Inten
sität der Durchleuchtung im wesentlichen proportional rea
gierende Empfängereinrichtungen. Der Inhalt des Meßgefäßes
wird an der Grenzschicht in Klarwasser, welches licht
durchlässig ist, und Belebtschlamm, der praktisch lichtun
durchlässig ist, geteilt. Wie ausgeführt, ist die Lichtin
tensität um so größer, je weiter die Grenzschicht oder
Trennschicht im Bereich des Empfängers nach einer vorgege
benen Referenzzeit nach unten gewandert ist. Der gemesse
nen Lichtintensität entspricht ein zu dieser proportiona
ler Spannungswert oder Stromwert. Aus der Größe des Span
nungswerts bzw. Stromwerts läßt sich ableiten, an welcher
Stelle die Trennschicht nach der Referenzzeit angelangt
ist. Liegt die Trennschichtebene nach der Referenzzeit,
also nach dem Meßzeitablauf, oberhalb der vorgegebenen
Referenzposition, wird Überschußschlamm aus dem Belebt
schlammbecken abgezogen und die Rücklaufschlammenge ent
weder kleingehalten oder auf null gefahren.
Liegt die Trennschicht hingegen nach der Referenzzeit un
terhalb der vorgegebenen Referenzebene, muß dem Belebt
schlammbecken eine zusätzliche Menge Rücklaufschlamm zuge
führt werden und gleichzeitig die Abfuhr von Überschuß
schlamm gestoppt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
die Empfängereinheiten den Beleuchtungsvorrichtungen ge
genüberliegende Fotozellen. Es erweist sich ferner als
zweckmäßig, daß die Beleuchtungsvorrichtung eine
Infrarot-Beleuchtungsvorrichtung ist.
Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den weiteren Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung erlauben eine vollautomatische Regelung der
Feststoffkonzentration in dem Belebtschlammbecken einer
biologischen Kläranlage. Die bisher durch den Klärmeister
von Hand erforderliche Verstellung des Referenzpunktes zur
Berücksichtigung deutlicher Belastungsänderungen, wie bei
spielsweise nach einem Gewitterregen, müssen nun nicht
mehr von Hand erfolgen. Vielmehr erlauben das erfindungs
gemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bei
einer entsprechenden Programmierung eine automatische Ver
stellung der Referenzebene in Abhängigkeit von Sonderein
flüssen. Die Abweichung von den jeweils automatisch einge
stellten Referenzebenen wird dabei ausgewertet und es wird
entsprechend den Abweichungen geregelt.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.
Die Zeichnung zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens:
Vom Belebtschlammbecken wird eine Probemenge mit einer
Pumpe P über eine Rezirkulationsleitung 1 gefördert und
damit für einige Zeit in Bewegung gehalten. Sobald der
Meßzyklus beginnt, wird das Ventil M1 geschlossen und es
gelangt Belebtschlamm in den Vorratsbehälter V2, der ein
Volumen von üblicherweise ca. 500 ml aufweist.
Nachdem der Vorratsbehälter V2 befüllt ist, wird die Pumpe
abgestellt. Der Überschuß des auf 500 ml begrenzten Be
lebtschlamms läuft zum Belebtschlammbecken zurück. Gleich
zeitig erfolgt über eine Klarwasserleitung 2 ein Wasserzu
lauf durch das Magnetventil M3, welches zur Befüllung des
Klarwasservorratsbehälters V1 führt, der das gleiche Volu
men wie der Vorratsbehälter V2 aufweist. Auch dort erfolgt
der Ablauf des Überschußwassers durch eine Leitung 3 in
einen Überlauf 4, in den auch der Belebtschlamm durch die
Überlaufleitung 5 gelangt. Der Überlauf 5 mündet über eine
Leitung 6 in die Rezirkulationsleitung 1, die ihrerseits
in den Ablauf 7 mündet.
Sobald die beiden Vorratsbehälter V1 und V2 mit jeweils
500 ml befüllt sind, werden die Ventile M6 und M7 geöff
net. Belebtschlamm und Klarwasser gelangen gleichzeitig
und gut gemischt in den Meßzylinder Z. Der Meßzylinder Z
ist unten durch das Ventil M4 verschlossen. Mit dem Ein
lauf in den Meßzylinder Z beginnt der Meßzyklus. Nach Be
endigung des Meßzyklus öffnet das Ventil M4 und es gelangt
die Probemenge aus dem Meßzylinder in den Ablauf 7, der
zur Nachklärung oder zum Belebtschlammbecken führt.
Danach erfolgt vor jeder neuen Messung zunächst eine Rei
nigung des Geräts, indem die Ventile M3 und M5 Klarwasser
in die beiden Vorratsbehälter V1 und V2, den Überlauf,
durch die Rohrleitungen mit M1 und M2 sowie den Meßzy
linder Z einlaufen läßt. Die Menge des Reinigungswassers
kann gewählt werden. Die Reinigungszeit wird meist weniger
als eine Minute betragen.
Das zufließende Reinigungswasser gelangt über das Magnet
ventil M5 auch noch in die Förderleitung 8 für den Belebt
schlamm, in der das Ventil M2 sitzt, sowie weiterhin über
die Rezirkulationsleitung 1 zum Ablauf 7. Außerdem gelangt
Wasser über ein weiteres Reduzierventil in den Vorratsbe
hälter für das Klarwasser und von dort aus ebenfalls in
den Meßzylinder, so daß der Meßzylinder von zwei Leitungen
aus gespült wird. Danach ist der Reinigungsprozeß beendet.
Für den Fall, daß das Reinwasser das typische gechlorte
Trinkwasser ist, kann es zu Ausflockungen und Schwimm
schlammzonen im Meßzylinder Z kommen. Um dies zu vermei
den, erfolgt die Schaltung des Reinwasserzulaufs zum Vor
ratsbehälter so, daß unmittelbar nach Beendigung des Rei
nigungszyklus, während die anderen Behälter noch gespült
werden, das Ventil M6 bereits wieder geschlossen wird. Es
kann das Chlor aus dem Vorratsbehälter für das Reinigungs
wasser in der verbleibenden Zeit bis zum nächsten Meß
zyklus ausgasen und nicht mehr das Meßergebnis durch Bil
dung von Flocken und Zonen im Meßzylinder Z beeinträch
tigen.
Das vor Beginn eines neuen Meßzyklus erfolgende Absetzen
des "Reinwassers" ist lediglich interessant, wenn gechlor
tes Wasser verwendet wird. Ansonsten kann auf dieses Ab
setzen vollständig verzichtet werden, weil anderes Wasser,
z. B. Nachklär- oder Brunnenwasser, nicht zu den geschil
derten Flockungserscheinungen führt.
In der Zeichnung ist das Meßgefäß, das beispielsweise ein
Meßzylinder Z sein kann, so ausgebildet, daß auf einer
Seite die Beleuchtungsvorrichtung B angeordnet ist. Diese
Beleuchtungsvorrichtung besteht im dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel aus neun Beleuchtungsvorrichtungen, welche
durch unmittelbar untereinander angeordnete Leuchtdioden
11 bis 19 gebildet sind. Die Zahl der Leuchtdioden kann
entsprechend den praktischen Bedürfnissen und entsprechend
der Länge des Meßgefäßes gewählt werden. Die Leuchtdioden
11 bis 19 sind mit gleichen Abständen untereinander ange
ordnet, also gleichmäßig auf die Länge des Meßzylinders
verteilt.
Der insgesamt mit B bezeichneten Beleuchtungsvorrichtung
liegen auf der der Beleuchtungsvorrichtung gegenüberlie
genden Seite des Meßgefäßes Z Empfängereinrichtungen ge
genüber, die insgesamt mit E bezeichnet sind und bei
spielsweise aus untereinander angeordneten, ebenfalls
gleichmäßig über die Höhe bzw. Länge des Meßzylinders ver
teilten Fotozellen 20 bestehen. Im dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel sind jeweils einer Leuchtdiode vier Fotozel
len zugeordnet. Es können auch andere Verhältnisse gewählt
werden, so kann die Zahl der Empfängereinrichtungen im
Vergleich zu der Zahl der Leuchtdioden oder absolut ver
größert oder verkleinert werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Referenzebene
R strichpunktiert angedeutet. Unter der Annahme, daß diese
Referenzebene zunächst konstant gehalten wird, ergibt sich
nach vorgegebener Meßzeit entweder eine Lage der Grenz
schicht über der Referenzebene R oder unter der Referenz
ebene R. Die Abweichung der Grenzschicht oder Trennschicht
zwischen Belebtschlamm und über stehender Flüssigkeit nach
der vorgegebenen Absetzzeit oder Meßzeit wird für die Re
gelung ausgenutzt. Liegt die Trennschichtebene nach Meß
zeitablauf oberhalb der vorgegebenen Referenzzeit, wird
Überschußschlamm aus dem Belebtschlammbecken abgezogen und
die Rücklaufschlammenge entweder kleingehalten oder auf
Null gefahren. Liegt die Trennschichtebene hingegen nach
der Referenzzeit unterhalb der vorgegebenen Referenzebene,
muß dem Belebtschlammbecken eine zusätzliche Menge Rück
laufschlamm zugeführt werden und gleichzeitig wird die Ab
fuhr von Überschußschlamm gestoppt werden. Diese so be
schriebene Regelung gilt grundsätzlich, auch dann, wenn
die zunächst zur Vereinfachung der Darstellung als fest
stehend angenommene Referenzebene ständig wechselt, wie
dies für die automatische Berücksichtigung von außerge
wöhnlichen Einflußfaktoren nötig ist. Es wird nämlich die
Referenzebene ständig den Ist- und Führungswerten des Reg
lers angepaßt. Dies erfolgt automatisch im angeschlossenen
Rechner. Eine Veränderung am Meßgefäß, an den Beleuch
tungsvorrichtungen oder an der Empfängereinrichtung ist
dafür nicht erforderlich.
Claims (7)
1. Verfahren zum Ermitteln und Regeln der Feststoffkonzen
tration in einem Belebtschlammbecken einer biologischen
Kläranlage, bei dem eine Probemenge Abwasser-Belebt
schlammgemisch mit einer Menge klaren Wassers in einen
Meßzylinder eingefüllt und über eine ortsfest am Meßzy
linder positionierte Meßeinrichtung die Lage der Grenz
schicht zwischen Belebtschlamm und über stehender Flüs
sigkeit bestimmt wird, wobei die Regelung der Fest
stoffkonzentration durch eine Veränderung der Rücklauf
schlammenge und/oder der Überschußschlammenge erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit der Meßeinrichtung (E) die Intensität eines
Lichtstroms durch ein das Meßgut aufnehmendes Meßgefäß
(Z) ermittelt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßgefäß (Z) auf einer Seite angeordnete Be
leuchtungsvorrichtungen (B; 11 bis 19) aufweist, welche
das Meßgefäß (Z) und dessen Inhalt durchleuchten sowie
auf der gegenüberliegenden Seite des Meßgefäßes ange
ordnete, auf die Intensität der Durchleuchtung im we
sentlichen proportional reagierende Empfängereinrich
tungen (E; 20).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils mehreren, als Empfängereinrichtungen (E)
ausgebildeten Fotozellen (20) eine von mehreren unter
einander angeordneten Beleuchtungseinheiten (11 bis 19)
zugeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beleuchtungsvorrichtung (B) eine
Infrarot-Beleuchtungseinrichtung ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer vorgegebenen Position der Grenzschicht (Refe
renzebene) (R) ein Energiepotential der Empfängerein
richtung (E) von Null zugeordnet ist und daß von der
Referenzebene (R) abweichenden Lagen der Grenzschicht
Energiepotentiale zugeordnet sind, deren Größe propor
tional zu deren Abstand von der Referenzebene ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß unterschiedlichen Abstandsrichtungen der Grenz
schicht von der Referenzebene unterschiedliche, nämlich
positive bzw. negative Energiepotentiale zugeordnet
sind.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Referenzebene ständig den Ist- und Führungswer
ten angepaßt wird.
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