Projekt 12092/01

Entwicklung eines meßtechnischen Gerätes zur Quasi-Online-Stickstoffgasmessung für Abwasserbehandlungsanlagen

Projektdurchführung

Delphin Umwelttechnik GmbH
Nartenstr. 4 a
21079 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines quasi online Messgerätes zur Bestimmung der Konzentration an gelöstem Stickstoff in Abwasser. Mit Hilfe dieses Messgerätes sollte es ermöglicht werden, den Denitrifikationsprozess zu kontrollieren und den internen Rezirkulationskreislauf bei der vorgeschalteten Denitrifikation zu regeln. Weiterhin sollte der Einfluss der Stickstoffkonzentration auf die Schwimmschlammbildung auf der Nach-klärung erkennbar und durch geeignete Verfahren beeinflussbar werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEine Messzelle sollte die Möglichkeit eröffnen, aus einer Messung der Sauerstoffkonzentration der Flüssigphase und der Bestim-mung des Gesamtgasdruckes der Gasphase die Stickstoffkonzentration in einer Abwasserprobe zu berechnen. Zunächst erfolgte die Konstruktion der Messzelle zum Einsatz im Bypass-Strom, welche mit einer Sauerstoffelektrode, einem Temperaturfühler und einem Manometer ausgestattet war. Um ein optimales Gasstripping aus der wässrigen Phase (Abwasserprobe) der Messzelle zu erreichen, musste die Art des Gaseintrags nach dem Einsatz verschiedener Systeme festgelegt werden. Hiernach erfolgte eine Optimierung der Volumina für das Verhältnis Flüssigkeits- zu Gasphase. Der letzte Schritt galt der Entfernung von Fremd- und Störgasen. Die Kontrolle der Messergebnisse/ Berechnungen wurde über eine Vergleichsmessung durch Einsatz eines Gaschromatographen vorgenommen.
Nach Abklärung der Querempfindlichkeiten erfolgten Untersuchungen zur Praxistauglichkeit des Messgerätes. Zu diesem Zweck sollt die Leistungsfähigkeit vor Ort auf Kläranlagen mit unterschiedlicher Verfahrensführung untersucht werden.


Ergebnisse und Diskussion

Zum Projekt liegt der Bericht von Juli 1999 vor.
Im Projekt konnte eine einsatzfähige Stickstoff-Sonde entwickelt werden.
Die Sonde besteht im Wesentlichen aus einem gaspermeablen Messschlauch, einem Druckaufnehmer und einer Sauerstoffelektrode. Das Messprinzip basiert auf der Subtraktionsmethode von den vorkommenden Einzelgaspartialdrücken vom Gesamtgasdruck. Die Einzelgaspartialdrücke wurden dabei mit der integrierten Sauerstoffsonde gemessen bzw. gängigen Tabellen entnommen, oder - in Einzelfällen - über zusätzliche Analysen bestimmt. Der Gesamtgasdruck wurde im Projekt mit dem Druckaufnehmer im Gasschlauch ermittelt. Dabei war sichergestellt, dass der Schlauch dem hydrostatischen Druck standhielt und dieser nicht gemessen wurde.
Die Funktionsfähigkeit und die Messqualität wurden in speziellen Laboruntersuchungen hinterfragt. Zur Beurteilung der Praxistauglichkeit wurde die Sonde auf verschiedenen Kläranlagen eingesetzt.
Resultierend aus den Laboruntersuchungen konnten nach den Ausführungen der Firma Delphin mit der Sonde gute Messergebnisse erzielt werden, wenn die Kalibrierung sorgfältig durchgeführt wurde. Hierbei musste ein besonderer Augenmerk auf eine eventuelle Differenz zwischen Mess- und Kalibriertemperatur gerichtet werden: die Temperaturdifferenz musste
< 20 K betragen. Des Weiteren be-nötigte das Messsystem eine Einstellzeit von mindestens 10 Minuten, vorher durfte kein Messergebnis abgelesen werden.
Die auf den Klärwerken durchgeführten Messungen bestätigten die Einsatzfähigkeit der Sonde. Zwischen Beckentiefe und Stickstoffkonzentration bestand eine starke Korrelation.
Bislang ist die Stickstoffmessung noch mit einem gewissen zeitlichen Aufwand verbunden, der hauptsächlich in der Ermittlung der Nebengrößen, speziell des Kohlendioxidpartialdruckes liegt. Möglicherweise ließe sich dieser Arbeitsaufwand mit Eingabe noch zu ermittelnder Korrekturfaktoren verringern.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Kontaktadresse:
Firma Delphin Umwelttechnik GmbH, 21079 Hamburg, Nartenstraße 4a, Ansprechpartner: Herr Dr. Plaß, Tel. 040 / 766 21 - 435, Fax -434.
Das Entwicklungsprojekt wurde im Rahmen einer Fortbildungsveranstaltung der Technischen Universität Hamburg-Harburg vorgestellt. Auf der 11. Fachtagung Weitergehende Abwasserreinigung als Beitrag zum Schutz von Nord- und Ostsee in Travemünde wurde über die Entwicklung der Stickstoffsonde berichtet.
Auf der IFAT´99 wurde die Sonde auf dem Stand der Delphin Umwelttechnik GmbH öffentlich dem Fachpublikum vorgestellt. Zur Fortführung des Projektes und Weiterentwicklung des Verfahrens reichte die Firma Delphin im Mai 1999 den Antrag Az 16662 Untersuchungen zur Stickstoffgasübersättigung bei druckbelüfteten Belebungsanlagen bei der Umweltstiftung ein.


Fazit

Auf Basis der im Projekt Az 12092 entwickelten N2-Sonde, mit der nach An-sicht der Firma Delphin die Stickstoffgaskonzentration prozesssicher gemessen werden kann, sollte mit dem Projekt AZ 16662 ein Zusammenhang zwischen Stickstoffgaskonzentration und Schlammvolumenindex (ISV) nachge-wiesen werden und es sollte ermittelt werden, ab welcher Belebungsbeckentiefe nachfolgend mit einer Entspannung des stickstoff-übersättigten Wassers zu rechnen sei. Insofern sollten die Zusammenhänge zwi-schen Schlammvolumenindizes und der Stickstoffsättigung, sowie den Beckentiefen und Schwimmschlamm auf der Nachklärung näher betrachtet und aus diesen Erkenntnissen Lösungsvorschläge für die gesicherte Schlammabtrennung im Nachklärbecken bzw. in einer nachgeschalteten Flotation erarbeitet werden.
Die Untersuchungen sollten an einer halbtechnischen Versuchsanlage (15 m tiefe Anlage, Belüftung mit Luft bzw. Reinsauerstoff über feinblasige Tellerbelüfter) mit Wasser und Abwasser realisiert werden. Im weiteren waren Umfragen und stichprobenartige Messungen der Stickstoffgasübersätti-gung in Abhängigkeit von Beckentiefe, Belüftungseintragssystem und Turbulenz auf 19 ausgewählten Kläranlagen vorgesehen. Einige Gutachter hielten jedoch wesentliche Fragen für ungeklärt bzw. das Verfahren als sol-ches zur Einstellung der Stickstoffgaskonzentration in Belebungsbecken für nicht geeignet, so dass die Weiterführung des Projektes tendenziell als eher nicht förderfähig erachtet wurde. Das Vorhaben AZ 16662 wurde daraufhin von der Firma Delphin zurückgezogen. Die Firma ist jedoch vom Erfolg des Verfahrens sehr überzeugt und verfolgt die Technik weiter. Zu bemerken ist, dass die Abwassertechnische Vereinigung e. V. gerade einen weiteren Arbeitskreis ins Leben gerufen hat, der sich ausschließlich mit dem Themenkomplex der Stickstoffgaskonzentration befasst. Herr Dr. Plaß von der Firma Delphin ist selbst Mitglied in diesem neuen Arbeitskreis. Insofern hat das Projekt AZ 12092 einen wesentlichen Beitrag zur wichtigen Diskussion der Zusammenhänge zwi-schen Schlammvolumenindizes und der Stick-stoffsättigung, sowie den Belebungsbe-ckentiefen und der Schwimmschlammproblematik bei der Nach-klärung liefern können.