Der effizienten Dosierung von externen C-Quellen in Form von leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen kommt eine besonders wirtschaftliche Rolle zu.
Zum einen sind die Rohstoffpreise für Methanol, Ethanol und Essigsäure, welche am häufigsten dosiert werden stark angestiegen. Zum anderen gewinnt die eigene Stromerzeugung aus Klärgas immer mehr an Bedeutung nachdem die Strompreise in den letzten Jahren geradezu explodiert sind.
Daher ist es zumindest zu überdenken, ob die derzeitige Strategie die Aufenthaltszeit in den Vorklärbecken zu verkürzen um genügend Kohlenstoff für die Denitrifikation zu haben, gesamtwirtschaftlich die richtige Alternative ist.
Es kann durchaus sinnvoll sein die Aufenthaltszeit in den Vorklärbecken zu verlängern, mehr Kohlenstoffverbindungen zu entnehmen und in die Faulung zu geben um dadurch mehr Klärgas zu erzeugen.
Die fehlenden leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen müssen dann nur durch die Zugabe von externen C-Quellen ersetzt werden.
Untenstehende Grafik zeigt den typischen Verlauf von TKN im Ablauf der Vorklärbecken über einige Tage. Deutlich sind die starken Schwankungen von Fracht und Konzentration im Tagesverlauf zu sehen.
Grafik 1: Ganglinie TKN abl. VKB
Die Dosierung der externen C-Quellen findet hauptsächlich an den Wochenenden bei ungünstigen C/N-Verhältnissen statt. Das Ziel der Dosierung ist, dass die Konzentration des Summenparameters
Nanorganisch (Summe aus NO2-N, NO3-N und NH4-N) im Ablauf der Kläranlage einen bestimmten intern festgelegten Wert nicht übersteigt. Bei einer Dosierung der Kohlenstoffverbindungen in die Biologie z.B. in die Denitrifikationszone einer vorgeschalteten Denitrifiktation tritt das Problem auf, dass zwischen Dosierstelle in der Biologie und der Messstelle im Ablauf der Kläranlage eine sehr lange Aufenthaltszeit des Abwassers besteht.
Diese Aufenthaltszeit entsteht hauptsächlich durch die großen Volumen der Nachklärbecken. Eine Regelung nach dem Auslaufwert der Kläranlage hat den Nachteil, entweder nicht sicher den Zielwert im Auslauf einhalten zu können oder es sind relativ große Dosiermengen erforderlich, um ständig sehr große Sicherheitsreserven einzukalkulieren. Der Regelwert ist aufgrund der langen Aufenthaltszeit praktisch nicht konstant zu halten ist. Die Alternative, den Messwert am Ablauf der Biologie zu wählen hat den Nachteil dass schon bei relativ kurzen Spitzen dosiert wird, obwohl durch die lange Aufenthaltszeit in den Nachklärbecken die Spitzen stark geglättet werden.
Als Lösung bietet sich an, dass man auf der Grundlage des Ablaufwertes der Biologie den Auslaufwert der Kläranlage hochrechnet. Dieser errechnete Wert wird als „Prognosewert“ bezeichnet. Da die Aufenthaltszeit in den Nachklärbecken in aller Regel größer ist als in der Biologie, besteht immer noch die Möglichkeit rechtzeitig korrigierend einzugreifen. Der prognostizierte Auslaufwert der Kläranlage wird mit einer linearen Funktion berechnet. Die Funktionsgleichung sollte sich mit jeder gängigen SPS auf Kläranlagen programmieren lassen.
Formel:
| y | = Prognosewert |
| y1 | = Mittelwert Nanorg abl. Biologie der letzten Stunde |
| y2 | = Mittelwert Nanorg abl. Biologie der letzten 15 Stunden |
| x1 | = 1 (Durchflusszeit Nachklärbecken 1 Stunde) |
| x2 | = 15 (Durchflusszeit Nachklärbecken 15 Stunden) |
| x | = momentane Durchflusszeit Nachklärbecken |
| b | = momentaner Wert Nanorg abl. Biologie |
Die Durchflusszeit der Nachklärbecken errechnet sich aus Volumen der Nachklärbecken dividiert durch die Abwassermenge plus der Rücklaufschlammmenge, da Abwasser und Rücklaufschlammmenge in das Nachklärbecken fließen.
Grafik 2: Grafische Darstellung zur Berechnung des Prognosewertes
Um den Prognosewert noch zu optimieren eliminiert man die Abweichung zwischen Ergebnis Ablauf Biologie und Ergebnis Kläranlagenauslauf. Diese Abweichung ist entsteht wenn z.B. eine Denitrifikation im Nachklärbecken auftritt.
Die Berechnung des „korrigierten Prognosewertes“ ist sehr einfach. Es wird die Differenz zwischen den Mittelwerten der beiden Messwerte über eine längere Zeit z.B. 2 Tage zum ursprünglichen „Prognosewert“ addiert.
Grafik 3: Verlauf der Stickstoffwerte von Nanorg mit Prognosewert über 2 Tage
In der obigen Grafik über 2 Tage sind die Verläufe der Messwerte Nanorg Ablauf Biologie und Kläranlagenauslauf sowie der Prognosewert dargestellt. Trotz der hohen Spitzen im Ablauf der Biologie brauchte nicht dosiert werden. Eine Genauigkeit von ± 1 mg/l zwischen Prognosewert und tatsächlichen Auslaufwert sind durchaus realistisch.
Es ist jedoch unabdingbar, dass die dazugehörige On-Line-Messtechnik gut gewartet wird und anhand von Laboranalysen überprüft wird. Ebenso wichtig ist es, eine Ersatzstrategie für den Ausfall eines Messgerätes zu erstellen. Die Ersatzstrategie richtet sich dabei nach den betrieblichen Rahmenbedingungen.
Mit Hilfe des Prognosewertes können zielgerichtet externe C-Quellen dosiert werden.
Prinzipiell lässt sich das alles theoretisch auf alle Messparameter an gelösten Stoffen (z.B. o-P) ausweiten, ebenso sind komplexere Funktionsgleichungen denkbar um die hydraulischen Gegebenheiten im Nachklärbecken besser zu erfassen.
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Autor: CS