Online Überwachung biologischer Abwasserreinigungsprozesse
Der Anammox-Prozess (anaerobe Ammoniumoxidierung) ist eine Möglichkeit Stickstoff biologisch abzubauen. Anammox hat im Gegensatz zu Nitrifikation/Denitrifikation den Vorteil, dass kein leicht abbaubarer Kohlenstoff verbraucht wird. Die Anwendung dieses Prozesses in dezentralen Urinbehandlungsanlagen wird an der Eawag in Dübendorf seit 2008 in einer Pilotanlage getestet. Die Messungen mit einer Sauerstoff-, einer Leitfähigkeits- und einer pHSonde haben gezeigt, dass die Signale während eines Zyklus einen charakteristischen Verlauf aufweisen.
Das führte zur Vermutung, dass sich der Prozess anhand dieser drei Sondensignale überwachen lässt. Das Ziel war die Untersuchung folgender Frage: Können anhand einer Kombination der drei Parameter Sauerstoff, pH-Wert und Leitfähigkeit biologische Prozesse identifiziert und quantifiziert werden?
In der vorliegenden Arbeit werden folgende vier Hauptaufgaben vorgestellt:
• Tabelle zur quantitativen Bewertung der Sondensignale
• Quantifizierung des Stickstoffabbaus mittels der Leitfähigkeit
• Modellierung der Leitfähigkeit
• Unterscheidung von Anammox und heterotropher Denitrifikation anhand des pH-Werts und der Leitfähigkeit.
Die Tabelle zur qualitativen Bewertung der Sondensignale ist ein nützliches Mittel um rasch eine Aussage zum Zustand des Systems machen zu können. In der zur Verfügung stehenden Zeit, konnten nicht alle Störfälle beurteilt werden. Sie müssen noch modelliert werden, damit man die Tabelle vervollständigen kann.
Die Quantifizierung des Stickstoffabbaus durch die Leitfähigkeitsabnahme ist ein interessanter Ansatz. Bedingt durch einige Parameter - das Strippen von CO2 und der Abbau von organischen Stoffen zu Beginn des Zyklus - ist die Unsicherheit der Bestimmung des Stickstoffabbaus derzeit noch zu gross, um eine zuverlässige Aussage machen zu können. Es sind weitere Untersuchungen nötig um festlegen zu können, wie diese Parameter miteinzubeziehen sind.
Die Leitfähigkeit lässt sich mit der allgemeinen Formel gut berechnen. Werden bei der Berechnung alle gemessenen Ionen miteinbezogen, wird die Leitfähigkeit durch das Ergebnis der Modelle deutlich überschätzt. Ein besseres Resultat wird erzielt, wenn man die Leitfähigkeit mit der Aktivität modelliert.
Eine Unterscheidung von heterotropher Denitrifikation und Anammox ist zurzeit (noch) nicht möglich. Bei beiden Prozessen nimmt der pH-Wert zu und die Leitfähigkeit nimmt ab. Die modellierten Veränderungen sind so gering, dass die Sondensignale unter Einbezug der Messunsicherheit schwierig zu interpretieren sind. Zudem ist die Frage des Einflusses von Puffern noch nicht geklärt.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Onlineüberwachung mit Sonden, die die beschriebenen drei Schlüsselsignale ermitteln, ein guter Ansatz ist. Dieses Vorgehen ermöglicht eine Prozessüberwachung ohne grossen Messaufwand. Der pH-Wert wird bereits heute für die Steuerung der Zykluslänge verwendet. Die Sauerstoffkonzentration gibt Auskunft über die Funktion der Belüftung und die Messdaten der Leitfähigkeit können evtl. in Zukunft für die Quantifizierung des Stickstoffabbaus verwendet werden.