Methoden der Sauerstoffeintragsmessung
Es werden drei Methoden der Sauerstoffeintragsmessung unterschieden: die Absorptionsmethode, die Desorptionsmethode sowie die Abluftmethode. Sämtliche Methoden sind im DWA-Merkblatt M 209 beschrieben. Wir sind in der Lage, jede dieser Messungen entsprechend dem Stand der Technik durchzuführen. Mit allen Methoden lassen sich die üblichen Kenngrößen (α)SOTR (Sauerstoffeintrag), (α)SSOTR (spezifischer Sauerstoffeintrag) und (α)SAE (Sauerstoffertrag) bestimmen. Vor- und Nachteile sowie Einsatzbereiche der verschiedenen Methoden werden im Folgenden kurz erläutert.
Absorptionsmethode
Absorptionsmessungen werden in Reinwasser ebenso wie in Belebtschlamm angewandt. Bei der Messung in Reinwasser wird der vorhandene Sauerstoff durch Zugabe pulverförmigen oder gelösten Natriumsulfits gezehrt. Als Katalysator ist dabei die Zugabe von Kobaltsulfat erforderlich. Auch wenn die Konzentrationen der verwendeten Chemikalien im Allgemeinen unbedenklich ist, sollte die Entsorgung des Reinwassers im Anschluss an die Versuche mit der zuständigen Umweltbehörde abgestimmt werden.
Ohne Entsorgungsprobleme können Absorptionsmessungen in Reinwasser durchgeführt werden, wenn der gelöste Sauerstoff durch die Dosierung reinen Stickstoffs gestrippt wird. Leider scheidet diese Methode jedoch üblicherweise auf Grund der benötigten Menge an Stickstoff aus. Unter den sauberen Methoden der Sauerstoffeintragsmessung in Reinwasser stellen Desorptionsmessungen die günstigere Alternative dar.
Absorptionsmessungen in Belebtschlamm sind eine kostengünstige Alternative zu Reinwassermessungen, da hierbei die Sauerstoffzehrung durch die vorhandenen Mikroorganismen stattfindet, und somit weder Chemikalien noch reine Gase erforderlich sind. Allerdings ist bei dieser Art der Messung eine vollständige Unterbrechung des Zulaufs zum Belebungsbecken erforderlich, da die Methode eine konstante Sauerstoffzehrung des Belebtschlammes erfordert.
Desorptionsmethode
Desorptionsmessungen stellen zur Überprüfung der Garantiewerte die eleganteste Methode dar. Obwohl auch in Belebtschlamm möglich, werden sie nahezu ausschließlich in Reinwasser angewandt. Bei dieser Art der Messung wird die Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken zunächst unter Zugabe von Reinsauerstoff auf bis zu 30 mg/L angehoben. Durch die anschließende Belüftung sinkt die Sauerstoffkonzentration auf den unter atmosphärischen Bedingungen gültigen Sättigungswert. Aus physikalischer Sicht sind die Vorgänge bei Desorptions- und Absorptionsversuchen dieselben, weshalb auch auf diese Weise zuverlässig der Sauerstoffeintrag bestimmt werden kann.
Abluftmethode
Die Abluftmethode kommt vorzugsweise zur Bestimmung der Sauerstoffeintragsleistung unter Betriebsbedingungen oder bei für die Messung ungünstigen Beckengeometrien bzw. Belüfterkonfigurationen zum Einsatz. Sie wird stets in Belebtschlamm durchgeführt. Bei dieser Methode wird die aus dem Belebungsbecken austretende Luft mit Hilfe einer schwimmenden Haube aufgefangen und analysiert. Dank unserer neu entwickelten mobilen Ablufthaube entfällt dabei die früher übliche komplizierte Schlauchführung bis an den Beckenrand. Die Messung der aufgefangen Gasmenge und -zusammensetzung findet unmittelbar auf der Haube statt. Durch die Auswertung des Sauerstoffanteils in der Abluft wird der spezifische Sauerstoffeintrag im Beckenabschnitt unter der Haube ermittelt.
Überprüfung von Garantiewerten
Die Überprüfung der Garantiewerte neu installierter Belüftungssysteme ist eine häufig angefragte Dienstleistung. Anlagenbetreiber erlangen dadurch Sicherheit bezüglich der zu erwartenden Betriebskosten. Bei einem Aufwand von meist deutlich weniger als 1% der Investitionskosten überwiegt der Nutzen deutlich. Denn eines ist klar: Nur eine unabhängige Prüfung deckt Mängel, die sich auf die Belüftungsleistung auswirken (z.B. konstruktive Fehler, Schäden oder geringe Qualität der eingesetzten Materialien) zuverlässig auf.
Die Überprüfung von Garantiewerten findet üblicherweise in Reinwasser statt, die von uns bevorzugte Methode sind Desorptionsmessungen unter Verwendung von Reinsauerstoff. Selbstverständlich können auch andere Messmethoden zum Einsatz kommen, in Reinwasser ebenso wie in Abwasser.
Da neu ausgerüstete Belebungsbecken häufig unmittelbar nach Überprüfung der Garantiewerte in Betrieb gehen sollen, bemühen wir uns um schnellstmögliche Fertigstellung des Abschlussberichts. Durch fortschreitende Integration sämtlicher Messwerte in unsere Auswertungssoftware verbessern wir uns hier stetig weiter.
Wartungsmessungen
Kläranlagenbetreiber unterstützen wir durch Wartungsmessungen beim Monitoring des Lebenszyklus ihres Belüftungssystems. Dies ermöglicht die Bestimmung des aus kaufmännischer Sicht optimalen Zeitpunktes für die Reinvestition. Dazu führen wir im 2- bis 3-jährlichen Abstand Messungen in Belebtschlamm durch. Da diese im Gegensatz zur Überprüfung der Garantiewerte nicht zeitkritisch sind, können wir diese Messungen häufig etwas günstiger anbieten.
Wartungsmessungen führen wir bevorzugt mittels Abluftmethode im Normalbetrieb der Anlage durch. Dabei ist aus betrieblicher Sicht lediglich eine konstante Luftzufuhr zu gewährleisten. Durch eine parallele Vor-Ort-Bestimmung des alpha-Wertes lässt sich die Vergleichbarkeit der Messungen über die Jahre weiter verbessern.
Messungen in Reinwasser
Der Sauerstoffeintrag von Druckbelüftern ist für Reinwasser (Trinkwasserqualität, ggf. auch Brunnenwasser) definiert. Die Anwesenheit oberflächenwirksamer Substanzen reduziert den Sauerstoffeintrag (alpha-Wert), ein erhöhter Salzgehalt wirkt dagegen verstärkend (beta-Wert).
Daher stellt die Messung in Reinwasser, die als Absorptions- oder Desorptionsmessung durchgeführt werden kann, die zuverlässigste Methode zur Überprüfung von Garantiewerten der Hersteller dar.
Kann Reinwasser nicht bereitgestellt werden, z. B. aus Gründen der Versorgungssicherheit oder der Kosten, kommt mitunter Kläranlagenablauf oder Flusswasser zum Einsatz. Auch wenn die dabei zu auftretenden alpha-Werte häufig zwischen 0,90 und 0,95 liegen, wurden auch schon deutlich niedrigere Werte (um 0,80) gemessen. Wir empfehlen in diesen Fällen daher eine zusätzliche Vor-Ort-Bestimmung des alpha-Wertes mit Hilfe unserer mobilen Versuchsanlage.
Messungen in Belebtschlamm
Sauerstoffeintragsmessungen in Belebtschlamm sind eine kostengünstige Alternative zur Messung in Reinwasser. Bei diesen Messungen kann auf die Dosierung von Hilfsstoffen komplett verzichtet werden. Vor allem aber entfällt die aufwendige Füllung des Beckens mit Brunnen- oder gar Trinkwasser.
Zu unterscheiden sind die Absorptionsmessungen in Belebtschlamm sowie die Messung nach der Abluftmethode. Während die Absorptionsmethode eine Unterbrechung des Zulaufs zum Belebungsbecken erfordert, kann die Abluftmethode im Normalbetrieb (bei konstanter Luftmenge) durchgeführt werden.
Beide Methoden werden sowohl für die Überprüfung der Garantiewerte als auch im Sinne von Wartungsmessungen (Monitoring der Belüftungseffizienz) angewandt. Grenzen der Anwendbarkeit bestehen bei Absorptionsmessungen in zu geringen untersuchten Luftmengen (oder zu hoher Sauerstoffzehrung des Belebtschlammes), wenn die erreichbare (scheinbare) Sauerstoffsättigungskonzentration unter 5 mg/L liegt. Messungen nach der Abluftmethode versagen dagegen bei zu hohen Luftmengen (oder zu geringer Sauerstoffzehrung des Belebtschlammes), wenn die Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration der Abluft und der Umgebungsluft zu gering wird.
Um eine Vergleichbarkeit von Sauerstoffeintragsmessungen in Belebtschlamm mit Messungen in Reinwasser zu erreichen, kann zusätzlich eine Vor-Ort-Bestimmung des alpha-Wertes durchgeführt werden.
Vor-Ort-Bestimmung des alpha-Werts
Der Grenzflächenfaktor alpha beschreibt die Reduktion des Sauerstoffeintrags infolge oberflächenwirksamer Substanzen im verwendeten Wasser. Beträgt der alpha-Wert 1, so handelt es sich um Reinwasser und je niedriger der Wert, desto mehr ist der Sauerstoffeintrag reduziert. Im Belebtschlamm hängt der alpha-Wert von einer Vielzahl an Einflussgrößen ab und liegt bei Druckbelüftung gewöhnlich zwischen 0,6 und 0,75, je nach Abwasserzusammensetzung und Betriebsweise auch darüber oder darunter. Oberflächenbelüftungssysteme weisen dagegen im Allgemeinen alpha-Werte von 0,95 und höher auf.
Eine Vor-Ort-Bestimmung des alpha-Wertes ist insbesondere zu empfehlen, wenn für die Durchführung einer Reinwassermessung zur Überprüfung der Garantiewerte Kläranlagenablauf eingesetzt werden soll. Dazu wird in unserer mobilen Versuchsanlage zunächst eine Referenzmessung mit ca. 500 L Trinkwasser durchgeführt und anschließend gegen das verwendete Medium geprüft. Unsere Versuchsanlage erlaubt die Durchführung sämtlicher Methoden der Sauerstoffeintragsmessung (Absorption, Desorption, Abluft) und eine flexible Anpassung der Belüftungsfläche, der Belüftungsmembran sowie der Gebläseleistung. Damit nähern wir uns den Bedingungen im Belebungsbecken bestmöglich an.
Bei der regelmäßigen Durchführung von Wartungsmessungen lässt sich durch eine zusätzliche alpha-Wert-Bestimmung die Vergleichbarkeit der Messungen über die Jahre weiter verbessern.
