Prozessüberwachung: Die Funktionsweise einer Kläranlage

In allen Bereichen bedarf es der Kontrolle der ablaufenden Prozesse, um im Zweifelsfall korrigierend eingreifen zu können. Das Messsystem IQ Sensor Net der Firma WTW bietet eine Komplettlösung. An das modulare System lassen sich bis zu 20 digitale Sensoren anschließen. Entscheidend für die Überwachung sind dabei die Messpositionen für die einzelnen Parameter.

So ist im Bereich des Zulaufs inklusive der mechanischen Reinigungsstufe eine Untersuchung des eingehenden Abwassers notwendig, um Gehalte an Nährstoffen, organische Belastung oder Salzfrachten zu ermitteln. Dazu können mit Hilfe von optischen Sonden Summenparameter, oder mit spezifischen Sensoren einzelne Parameter gemessen werden. Die Optimierung des Schlammabzugs im Vorklärbecken, das die mechanische Stufe abschließt, kann durch den Schlammspiegel-Ultraschallsensor IFL 700 IQ erreicht werden. Mit Hilfe einer speziellen Mustererkennung können unerwünschte Signale ausgeschlossen und so verlässliche Messwerte zu Verfügung gestellt werden.

Die Messpositionen innerhalb der biologischen Stufe hängen von den zu Grunde liegenden Prozessen ab. Die Eliminierung des hauptsächlich in Ammonium gebundenen Stickstoffs findet durch biochemische Reaktionen statt. Unter aeroben Bedingungen wird Ammonium durch Nitrifikation über Nitrit zu Nitrat oxidiert. Nach der Rückführung des Abwassers in das anaerobe Becken wird das Nitrat durch Denitrifikation zu elementarem Stickstoff reduziert.

Der beschriebene Prozess findet also umgekehrt zur baulichen Anordnung der Becken statt. Dieses als Belebtschlammverfahren bezeichnete Vorgehen erfordert die Rückführung des anfallenden Nitrats aus dem aeroben Becken in das anaerobe Becken. Die Prozessüberwachung kann hier über ionenselektive Messtechniken oder spektrale Sensoren gewährleistet werden. Optische Sensoren mit integrierter Ultraschallreinigung ermitteln dabei durch Absorptionsmessungen zwischen 200 nm bis 720 nm bzw. zwischen 200 nm bis 390 nm die Gehalte an Nitrat und Trockensubstanz bzw. Nitrat und Nitrit. Die zusätzliche Kontrolle der Trockensubstanz im Belebtschlamm ist hilfreich, da ein höherer Anteil von Trockensubstanz zu erhöhter Nitrifikation, Denitrifikation und Phosphat-Elimination führt. Einsetzbar sind daher auch die Trübungs- bzw. Feststoffsensoren, beide ebenfalls mit integrierter Ultraschallreinigung.

Bei einer gegebenenfalls biochemischen Eliminierung des Phosphors befindet sich vor dem Denitrifikationsbecken ein sogenanntes Bio-P Becken. Unter ebenfalls anaeroben Bedingungen wird der Phosphoranteil in Form von Phosphat zunächst erhöht, da die vorhandenen Bakterien unter Stress stehen und ihr gespeichertes Phosphat an die Umgebung abgeben. Nach der Überführung in das sauerstoffhaltige Becken nehmen die Bakterien mehr Phosphat auf als sie zuvor abgegeben haben. Dieses Verhalten wird als „luxury uptake“ bezeichnet. Der Phosphatanalyzer ermittelt die einzelnen Phosphat-Gehalte. Der Analyzer arbeitet dabei auf der Basis der bewährten Gelbmethode (Molybdat-Vanadat).

Für den gesamten Prozess der biologischen Reinigung ist die Erfassung der Sauerstoffkonzentration unverzichtbar. Im abschließenden Nachklärbecken kann der Schlammabzug erneut mit Hilfe des Schlammspiegelsensors gesteuert werden.
Die chemische Reinigung als letzte Stufe beruht auf der Zugabe von Fällmitteln. Um die Dosierung z. B. der Aluminium- oder Eisen-Kationen regeln zu können, ist die Ermittlung des nach der biologischen Stufe noch zu fällenden Ortho-Phosphats mit Hilfe des Phosphat-Analyzers empfehlenswert. Die Aufbereitung des anfallenden Schlamms erfolgt in einer gesonderten Prozesskette. Dabei wird Rohschlamm, der nicht in die biologische Reinigungsstufe zurückgeführt wird durch Eindickung, Zersetzung in Faultürmen und Entwässerung in behandelten Klärschlamm überführt.

Um Massenströme des Schlamms und die Reinigungsleistung der Anlage nachverfolgen zu können, ist die Messung durch Trübungs- bzw. Feststoffsensoren in allen Prozessschritten notwendig. Da der Reinigung der Sensoren eine besondere Rolle zukommt, bietet sich eine wartungsfreie Ultraschall-oder Luftreinigung an. Kontinuierliche pH-Wert Messungen im Faulturm bzw. am Auslass der Kläranlage machen schließlich die Kontrolle von Zersetzungsprozessen bzw. austretendem Wasser möglich.