Kontinuierlich arbeitender CSB-Analysenautomat

Dipl.-Ing. (FH) Jens Niepmann

Die Abwasserbehandlungsanlage von Waldnieler Fruchtsaft in Schwalmtal besteht im wesentlichen aus zwei großen, überirdisch angelegten Becken mit 300 bzw. 500 m³ Volumen (Abb. 1). Das kleinere Becken dient als Stapel- bzw. Pufferbecken, im größeren Becken findet die biologische Reinigung des Abwassers statt. Die zulaufende Abwassermenge beträgt pro Tag durchschnittlich 150 m³, daraus ergibt sich eine maximale Stapelkapazität von ca. zwei Arbeitstagen, was für Anlagen dieser Größenordnung sehr viel ist. Aufgrund des hohen Anteils an Fruchtsäuren liegt der durchschnittliche pH-Wert des Produktionsabwassers bei pH 4. Während der Reinigungszyklen im Werk kann der pH-Wert des Zulaufs auf pH 13 ansteigen. Zur Neutralisation verfügt die Anlage über eine Vorlage für Natronlauge mit einem Fassungsvermögen von 1 m3. Ein Havarietank mit einem Volumen von 50 m³ kann im Bedarfsfall freigeschaltet werden.

Der Produktionsablauf fließt in einen Pumpenschacht und wird von dort zunächst in den Stapelbehälter gepumpt. Im Behälter ist eine pH-Messung installiert, die im Bedarfsfall die automatische Neutralisationseinheit aktiviert. Das pH-neutrale Abwasser wird dann niveaukontrolliert in den Bioreaktor gepumpt. Die Reinigung des Abwassers erfolgt im Batch-Verfahren, d.h. die biologische Reinigung und anschließende Abtrennung des gereinigten Abwassers findet nacheinander im gleichen Becken statt. Der Bio-reaktor verfügt über neun Belüftungsfelder mit denen 500 bis 600 m³/h Luft über Schraubenkompressoren in den Bioreaktor eingebracht und feinblasig verteilt werden. Kontinuierlich wird im Becken der Gelöst-sauerstoffgehalt überwacht und mit dem Messwert die Sauerstoffeintragsleistung der Belüfter geregelt. Schon während der Befüllung sind die Belüfter zugeschaltet, dadurch wird von Beginn an eine optimale Durchmischung des Systems und damit der Kontakt des Abwassers mit den Mikroorganismen sichergestellt. Nach Erreichen des maximalen Befüllungsniveaus läuft der Sauerstoffeintrag noch eine Stunde weiter. Heterotrophe Mikroorganismen übernehmen den biologischen Abbau der Schadstoffe und verringern den für die Abwasserableitung maßgeblichen CSB-Wert.

Durch kurzfristiges Aussetzen des Sauerstoffeintrages und damit verbundene anaerobe Betriebszustände im Becken, konnte man einen erhöhten CSB-Abbau erzielen. Der Einbau eines Rührwerkes, um ein Absetzen des Schlamms während dieser Phasen zu verhindern, ist zur Zeit in der Diskussion.

Nach Abschluss des Belüftungszeitraumes werden die Kompressoren abgeschaltet und der Belebtschlamm sedimentiert. Während des gesamten Reinigungs- und anschließenden Sedimentationsverlaufes wird das Stapelbecken im Aufstaubetrieb befüllt und dient als Vorlage für den nachfolgenden Reinigungszyklus. Das Überstandswasser fließt über einen schwimmenden Ablauf in den Übergabeschacht zum öffentlichen Kanalnetz.

Bevor das gereinigte Abwasser an das öffentliche Kanalnetz übergeben werden kann, findet eine automatische Endkontrolle der überwachungsrelevanten Parameter pH und CSB statt. Hierfür ist im Ablauf des Bio-Beckens eine Probenahmepumpe installiert, die nach Ablauf des Reinigungszyklusses anläuft und über eine Bypass-Leitung eine Probe kontinuierlich in die Ablaufmesswarte fördert. Hier ist eine weitere pH-Messung und ein kontinuierlicher CSB-Analysenautomat der Baureihe Phönix-Thermcat installiert (Abb. 2). Da für das Messgerät nicht ständig Abwasserproben zur Verfügung stehen, ist das System mit einer Stand-by-Schaltung ausgerüstet. Es erkennt selbständig, ob im Proben-Bypass Abwasser vorhanden ist und geht in diesem Falle automatisch in den Messbetrieb. Nach kurzem Selbsttest entnimmt der Analysator dem Bypass kontinuierlich eine geringe Probenmenge. Diese wird geräteintern aufbereitet und im wartungsfreien Rotationsspaltfilter homogenisiert. Es schließt sich die thermisch-katalytische Oxidation der zu messenden Wasserinhaltsstoffe zu Co2 an. Die entstandene Co2-Menge ist proportional der CSB-Konzentration in der Probe. Über eine regelmäßige automatische Kalibrierung des Messgerätes, wird die Stabilität der Korrelation Co2/CSB durch den Analysator überprüft und sichergestellt.

Der Ablauf der Bypassleitung wird wiederum als Vorlage in den Pumpenschacht zum Pufferbecken zurückgeführt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass kein Abwasser das Werksgelände verlässt, das nicht der geforderten Ablaufqualität entspricht. Das analoge Messsignal der CSB-Messung wird an eine speicherprogrammierbare Steuerung übertragen. Erst wenn die Messung über mehrere Minuten einen unbedenklichen CSB-Wert signalisiert hat und auch der pH-Wert den Vorgaben entspricht, öffnet der Werksablaufschieber und das gereinigte Abwasser kann in den Übergabeschacht zum öffentlichen Kanalnetz fließen, von wo aus es dann zur kommunalen Kläranlage gelangt.

Stellt sich bei der Ablaufmessung heraus, dass die Ablaufqualität noch nicht den geforderten Werten genügt, wird die Belüftung des Beckens wieder zugeschaltet und der biologische Reinigungsvorgang fortgesetzt.

Durch den hohen Automatisierungsgrad der Anlage stellt die Waldnieler Fruchtsaft zu jedem Zeitpunkt sicher, dass die Ablaufwerte der Kläranlage den Auflagen durch die Überwachungsbehörde entsprechen. Die Installation des automatischen CSB-Analysators Phönix-Thermcat führte zudem zu einer Verringerung der Analysenzeit und damit auch zu einer deutlichen Verkürzung der Batchzeit eines Reinigungszyklus, was zusätzliche Kapazitäten freigesetzt hat. Musste man früher nach jedem Reinigungsvorgang eine Probe des gereinigten Abwassers mühsam entnehmen und im Labor zeitaufwendig überprüfen, bevor das Abwasser der kommunalen Kläranlage zugeführt werden konnte, erfolgen diese Kontrollen heute vollautomatisch, werden dokumentiert und automatisch die entsprechenden weiteren Schritte eingeleitet. Die Anlage arbeitet weitgehend unabhängig von Eingriffen durch das Betriebspersonal. Lediglich der Havarietank ist noch durch Umschalten der Vorlagepumpe manuell zu befüllen. Dieser Schritt erfolgte aber bisher nur zu Funktionsüberprüfung.

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