Markus Vock, Spezifische analytische Fragestellungen in einer Kläranlage

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Fanny Fürst
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1 Markus Vock, Spezifische analytische Fragestellungen in einer Kläranlage

2 2 Inhalt Überblick Abwasserreinigung AIB Facts: Abteilung Labor- und Prozessanalytik AIB Relevanz der Prozessanalytik im AIB Entwicklung Prozessanalytik Analytische Fragestellung 1: Detektion von Stossbelastungen mittels UV-SAK Sonde Analytische Fragestellung 2: Ablauf Kläranlage: ISE- Ammoniumsonde vs. Analyzer Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung

3 Überblick Abwasserreinigung AIB Ergolztal Birstal Frenkental 280 000 Einwohner, ca.

3 3 Überblick Abwasserreinigung AIB Ergolztal Birstal Frenkental Einwohner, ca EW 22 Lokale ARA (200 EW bis EW) 6 Regionale ARA (8 500 EW bis EW)

4 4 Facts: Abteilung Labor- und Prozessanalytik (seit 2008) 3 MA (LaborantInnen) zu 250 Stellen% Zentrales Labor in Birsfelden Durchführung der Abwasser-, Schlamm-, Co-Substrat-Analytik für gesamtes AIB Koordination Probenahme mit Betrieben Kontrolle, Kalibration und Dokumentation der Prozessanalytik für gesamtes AIB Wartung von Probenahmegeräten Planung, Einrichtung und Inbetriebnahme von Messstellen Durchführung von Versuchen/Messkampagnen Mikroskopie von Schlammproben Externe Aufträge Mitglied ERFA prolab

5 5 Relevanz der Prozessanalytik im AIB Prozessüberwachung: - Alarmierung - Funktion, Nachweise - Revisionen - Reduktion Laboranalytik Prozessoptimierung: - EMSRT-Konzepte - Sollwerte - Energie Prozesswissen: - Phänomene verstehen - Optimierungspotenziale - Planungsgrundlagen Laboranalytik: - Stoffflüsse - Nachweise - Kennzahlen

6 Entwicklung Prozessanalytik im AIB 150 120 Anzahl 90 60

6 6 Entwicklung Prozessanalytik im AIB Anzahl ph UV SAK Analyzer TS, Trübung O2 ISE

NH4-N [mg/l] NO2-N [mg/l] 7 Analytische Fragestellung 1: ARA Frenke 3: Detektion von Stossbelastungen mittels UV-SAK Sonde Ausgangslage: Belastung 23 000 EW (Ausbaugrösse: 10 200 EW) Regelmässige

7 NH4-N [mg/l] NO2-N [mg/l] 7 Analytische Fragestellung 1: ARA Frenke 3: Detektion von Stossbelastungen mittels UV-SAK Sonde Ausgangslage: Belastung EW (Ausbaugrösse: EW) Regelmässige Überschreitung der Grenz- und Richtwerte für DOC, NH 4 -N und NO 2 -N F3_Ablauf NH4-N Konz [mg/l] F3_Ablauf NO2-N Konz [mg/l]

8 8 Analytische Fragestellung 1: ARA Frenke 3: Detektion von Stossbelastungen mittels UV-SAK Sonde Durch längere Trockenwetterperioden, wenig Wasser im Vorfluter, daher Gefahr einer Gewässerverschmutzung latent immer vorhanden. Industrieeinleiter machen ca % der Belastung aus, davon 2 dominante Einleiter (chemische Produktion) Neubau der Anlage ab 2015 war geplant, in der Zwischenzeit sistiert Kläranlage wird in 6 Jahren aufgehoben, Ableitung auf ARA Ergolz 2

9 9 Analytische Fragestellung 1: ARA Frenke 3: Detektion von Stossbelastungen mittels UV-SAK Sonde Aufgabenstellung: Anlage muss noch 6 Jahre weiter betrieben werden. Die Investitionen sollen dabei so gering wie möglich gehalten werden. Keine Gewässerverschmutzung!! Detektion des CSB-Frachtverlaufs mittels UV-SAK Sonde Ziel: Entlastung der Anlage: Möglichkeit einer Teilableitung, sobald der Ableitungskanal gebaut wurde (ab 2018??) Möglichkeit Frachtmanagement mit den relevanten Industrieeinleiter. (Dosierte Einleitung, Vorbehandlung etc.)

10 10 Analytische Fragestellung 1: ARA Frenke 3: Detektion von Stossbelastungen mittels UV-SAK Sonde PLS-Scan

11 11 Analytische Fragestellung 1: ARA Frenke 3: Detektion von Stossbelastungen mittels UV-SAK Sonde Fazit: Mittels einer UV-SAK Sonde können die CSB-Spitzen zuverlässig erkannt werden Grundlage für Steuerung Teilableitung und/oder Frachtmanagement Industrieeinleiter gegeben

12 12 Analytische Fragestellung 2: Ablauf Kläranlage: ISE-Ammoniumsonde vs. Analyzer

13 13 Analytische Fragestellung 2: Ablauf Kläranlage: ISE-Ammoniumsonde vs. Analyzer Aufbau ISE-Ammoniumsonde Ammoniumelektrode Referenzelektrode Kaliumelektrode Quelle: Wikipedia Temperatursensor

14 14 Analytische Fragestellung 2: Ablauf Kläranlage: ISE-Ammoniumsonde vs. Analyzer Ausgangslage: Seit 2012 standardmässig ISE-Ammoniumsonden im Ablauf installiert Langzeiterfahrung: Grosser zeitlicher Aufwand zur Kontrolle und Kalibration (2h / Woche) Hoher Verbrauch an Sensorkartuschen (Vermutung: Kartuschen werden träge, wenn wenig Ammonium im Ablauf vorhanden ist, Abwassermatrix Industrie) Mangelnde Zuverlässigkeit im tiefen Konzentrationsbereich

15 Mrz. 13 Apr. 13 Mai. 13 Jun. 13 Jul. 13 Aug. 13 Sep. 13 Okt. 13 Nov. 13 Dez. 13 Jan. 14 Jan. 14 Mrz. 14 Apr. 14 Mai. 14 Mai. 14 Jun. 14 Jul. 14 Aug. 14 Sep. 14 Okt. 14 Nov. 14 Dez. 14 Jan. 15 Feb. 15 Mrz. 15 Apr. 15 Mai. 15 Jun. 15 Jul. 15 Aug. 15 Sep. 15 Okt. 15 Nov. 15 Dez. 15 Jan. 16 Feb. 16 Mrz. 16 Apr. 16 Mai. 16 Jun. 16 Jul. 16 Aug. 16 Sep. 16 Okt. 16 Nov. 16 Dez. 16 Jan. 17 Feb. 17 Mrz. 17 Apr. 17 Mai. 17 Jun. 17 Jul. 17 Aug. 17 Abweichung [mg/l] 15 Analytische Fragestellung 2: Ablauf Kläranlage: ISE-Ammoniumsonde vs. Analyzer Kontrollkarte ISE-Ammoniumsonde Ablauf Kontrollintervall verkürzt von 14 Tage auf 7 Tage Sensorkartusche gewechselt

16 16 Analytische Fragestellung 2: Ablauf Kläranlage: ISE-Ammoniumsonde vs. Analyzer Kostenvergleich Analyzer inkl. Sonde Membranfiltration Anschaffung (CHF) Annuität: Abschreibung 8 Jahre Kosten (CHF/Jahr) Wartung / Kontrolle / Reagenzien / Sensorkartuschen etc..(chf/jahr) Total (CHF/Jahr)

17 Abweichung [mg/l] Analytische Fragestellung 2: Ablauf Kläranlage: ISE-Ammoniumsonde vs. Analyzer Kontrollkarte Ammoniumanalyzer Differenzen-Regelkarte Values Mittelwert obere KG obere WG untere WG untere KG MW+1s MW-1s

18 18 Analytische Fragestellung 2: Ablauf Kläranlage: ISE-Ammoniumsonde vs. Analyzer Fazit: Im Ablauf einer Kläranlage ist der Betrieb eines Analyzer aus wirtschaftlicher und qualitativer Sicht die bessere Wahl.

19 19 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung

20 20 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung

21 21 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung Welche Daten werden als Berechnungsgrundlage zur Bilanzierung benötigt? Zeitraum Durchfluss Schlammmenge im VKB Konzentration Phosphor im Zulauf Konzentration Phosphor im Ablauf Konzentration Phosphor im Schlamm

Konzentration P 13.4 l/s 8.33 mg/l 7.79 mg/l 3.

22 22 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung Zeitraum 24h Durchfluss Zulauf Konzentration P Ablauf Konzentration P Schlammmenge Schlamm Konzentration P 13.4 l/s 8.33 mg/l 7.79 mg/l 3.52 m3 354 mg/l Berechnung der Frachten (24h) Wassermenge Zulauf Fracht P Ablauf Fracht P Schlammmenge Schlamm Fracht P 1158 m kg 9.02 kg 3.52 m kg

23 23 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung Bilanzierung 9.64 kg P 9.02 kg P 1.25 kg P

24 24 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung Bilanzierung und Widerspruch Fracht Zulauf kg P/d Fracht Ablauf kg P/d Fracht Schlamm kg P/d Widerspruch kg P/d Widerspruch %

25 25 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung Mögliche Fehlerquellen? Zeitraum (unwahrscheinlich) Durchfluss Schlammmenge im VKB (stimmen die Dimensionen?) Konzentration Phosphor im Zulauf (Probenahme, Aufarbeitung, Analytik) Konzentration Phosphor im Ablauf (Probenahme, Aufarbeitung, Analytik) Konzentration Phosphor im Schlamm (Probenahme, Aufarbeitung, Analytik) 11 Fehlerquellen!

26 26 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung Gesamtübersicht VKB-Versuch Versuche Widerspruch TSS [%] Widerspruch CSB [%] VS VS VS VS VS VS VS Mittelwert Widerspruch Ptot [%]

$(Soll < 20% bei Einzelfrachten) Bei Mehrfachbestimmungen Soll < 10% Analytik stimmt Durchflussmessung stimmt Probenahme$

27 27 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung Fazit Widerspruch ist im Toleranzbereich (Soll < 20% bei Einzelfrachten) Bei Mehrfachbestimmungen Soll < 10% Analytik stimmt Durchflussmessung stimmt Probenahme stimmt

28 28 Analytische Fragestellung 3: Phosphorbilanzierung Pilotierung Hochlastvorklärung ARA Birs: Hochlastvorklärung gemäss Pilotierung

29 29 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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