Die Abwasserprozessüberwachung ist für die effektive Verwaltung von Wasserrückgewinnungsanlagen (WRRF) von entscheidender Bedeutung.Die Labormessung von künstlichen Proben oder Mischproben ist die Hauptmethode für die Überwachung der Compliance. Die Prozessüberwachung erfolgt jedoch zunehmend über Online-Analysegeräte. Die kontinuierliche Überwachung liefert entscheidende Informationen für die Entscheidungsfindung und reduziert die Belastung des Betreibers durch die tägliche mehrfache Probenahme und Messung von Prozessparametern, so dass Abwasseraufbereitungsanlagen den Chemikalien- und Energieeinsatz minimieren und Prozessabweichungen vermeiden können. In den letzten zehn Jahren hat sich die Auswahl und Zuverlässigkeit der Sensortechnologie erheblich verbessert. So können beispielsweise Spektrophotometer-basierte Sensoren jetzt zur direkten Messung wichtiger Parameter verwendet werden, ohne dass teure Reagenzien verwendet werden müssen, die häufig ergänzt werden müssen.

Wie werden spektrofotometrische Sensoren für die Abwasserbehandlungsprozessüberwachung richtig ausgewählt, in Betrieb genommen, gewartet, betrieben und eingesetzt? Viele wichtige Stoffe im Abwasser, darunter Nitrate, Nitrate und organischer Kohlenstoff, können anhand der Absorption von UV- und sichtbarem Licht (UV-Vis) gemessen werden. Der UV-sichtbare Lichtsensor, der Teil des Prozessüberwachungssystems WTW IQ SensorNet der Marke Salem ist, ist ein Beispiel für seine Messprinzipien, das Design und den Betrieb.

Überwachung der Abwasserbehandlung

Die Überwachung der Abwasserbehandlung ist von entscheidender Bedeutung, um die Abwasserqualität nach jeder Prozessphase zu überprüfen und die Effizienz der Behandlung zu bewerten. Die kommunalen Wasserrückgewinnungsanlagen verwenden hauptsächlich aktive Schlammbehandlungstechnologien. Aktiver Schlamm ist ein biologischer Prozess, bei dem gelöste und partikuläre Schadstoffe entfernt werden, indem organischer Kohlenstoff in Kohlendioxid (CO₂) umgewandelt wird und, wenn eine Entstickungstransformation durchgeführt wird, Ammoniak-Stickstoff in Stickstoff (N₂) umgewandelt wird.

BOD und COD sind eine Kombination von Parametern für viele verschiedene Substanzen und die individuelle Messung erfordert viel Analysearbeit. BOD und COD sind Indikatoren für die Messung der Menge an Sauerstoff, die für das organische Kohlenoxid in einer Probe benötigt wird. Die Messeinheit ist mg O₂/L. In Bezug auf BOD wird die Reaktion durch Bakterien katalysiert. Abgesehen von der Einschränkung des Tests außerhalb des Labors aufgrund der genauen Bedingungen, die für eine lange Kultivierung (5 Tage) erforderlich sind, ist die Methode sehr technisch empfindlich und kann daher Probleme mit der Präzision auftreten. Die COD-Methode ist eine intensivere chemische Oxidation, bei der fast jeder organische Kohlenstoff oxidiert wird. Es ist schneller als BOD, aber die Implementierung in Online-Analyzern ist aufgrund der Notwendigkeit der Probenahme, der Probenvorbereitung und der Reagentienergänzung sehr kostengünstig. Total Organic Carbon (TOC) wird weniger verwendet, wird aber immer beliebter als Ergänzung oder sogar Ersatz für BOD in der Prozesssteuerung. Die TOC-Methode ist die direkte Messung von organischem Kohlenstoff in einer Probe mit einer Messeinheit von mg C/L. Die TOC-Messung ist schneller und einfacher als BOD oder COD und erfordert keine Verwendung von Quecksilber wie die COD-Methode. Die TOC-Messung kann auch genauer sein, insbesondere bei Proben mit sehr geringem organischen Gehalt, wie der Abfluss von hochmodernen Wasserrückgewinnungsanlagen.

Die vollständige Entfernung von Stickstoff aus dem Abwasser wird immer wichtiger. Stickstoff ist ein wichtiger konventioneller Nährstoff, der das biologische Wachstum, einschließlich Algen, unterstützt. In nährstoffreichen Gewässern beschleunigt sich das Wachstum und der Tod von Algen, was zu Sauerstoffmangel führt, einer sauerstoffarmen Bedingung, die nicht für Fische und andere Wasserlebewesen geeignet ist. Aufbereitetes Abwasser ist eine wichtige Nährstoffquelle für bestimmte Becken. Daher ist die Überwachung und Kontrolle aller Stickstoffarten von großer Bedeutung. Nitrate und Nitrate in unbehandeltem Abwasser sind in der Regel vernachlässigt. Daher ist jeder der beiden, die im behandelten Abwasser auftreten, das Ergebnis der Bionitrierung, die Ammoniak im Abwasser in Nitrate umwandelt. Und eine effiziente Nitrierung kann die maximale Nitratkonzentration erreichen. Die Summe der Nitrate und Nitrate (gemeinsam als NOx bezeichnet) wird durch eine andere biologische Reaktion, die als Entnitrierung bekannt ist, in Stickstoff umgewandelt und aus dem Abwasser entfernt. Dies ist eine gute Sache für die Wasserrückgewinnungsanlage, wenn die Entnitrifizierung im Entlüftungsbecken stattfindet, da dies den Gesamtstickstoff (TN) im Abwasser nach der Behandlung reduziert und die erforderliche Energieintensität verringert, da die Reaktion ohne Sauerstoffeingabe erreicht werden kann. Dies wäre jedoch eine schlechte Sache, wenn die Entnitrifizierung in der Schlammschicht des Endsedimentationsbeckens auftritt. Die erzeugten Stickstoffblasen lassen Feststoffe aufschweben, stören die Kontrolle des Schlammrückflusses und erhöhen die Gesamtsuspendiertes Feststoff (TSS) und BOD im nachbehandlten Abwasser beim Überlauf von Feststoffen, was zu einer Verletzung der Emissionsgrenzwerte führen kann.

Einschränkungen beim Nitrieren oder Entnitrieren können zur Ansammlung von Nitriden und noch mehr Compliance-Probleme führen. Einrichtungen mit Chlordesinfektion werden sofort einen erhöhten Chlorbedarf bemerken, da 1 mg/L Nitrat-Stickstoff 5 mg/L Chlor verbraucht. Die Nichteinhaltung der Chlordosis kann zu einer unzureichenden Desinfektion und einem erhöhten Bakterienspiegel im Abwasser nach der Behandlung führen. Andere Auswirkungen können subtiler sein, aber es gibt auch Probleme. Nitrate sind sehr biologisch giftig für Wasser, viel giftiger als Nitrate. 1 mg/L oder höher Nitrat Stickstoff kann dazu führen, dass der gesamte Exhaust Toxicity (WET) Test scheitert. Die Auswirkungen des erhöhten Nitritstickstoffgehalts sind mehr als das. Seltsamerweise sind Bakterien, die Nitrite erzeugen und verbrauchen (gemeinsam als Nitrifizierende Bakterien bezeichnet), empfindlich für Nitrite, was einen zerstörenden Rückkopplungszyklus bildet, bei dem eine kleine Störung zu einer Nitrifizierungs-Todesspirale und Prozessabweichungen führen kann, die zu einer langfristigen Nichteinhaltung der Grenzwerte für Wasserammoniak-Stickstoff führen. Auf der anderen Seite kann die Ansammlung von Nitriden zur Verbesserung der Effizienz der Abwasserbehandlung verwendet werden. Das Verständnis und die Entwicklung der kurzfristigen Entstickung von Nitriten haben die Entwicklung innovativer Prozesse vorangetrieben, die absichtlich den Entstickungsprozess durch Nitrite verkürzen und somit die Energie- und Chemiekosten senken.

Die Morphologie von Stickstoff kann mit vielen verschiedenen Methoden gemessen werden, einschließlich Ionenchromatographie, Farbvergleich und Potentiometer. Die Chromatografie ist sehr präzise, aber nur für Laboranwendungen. Die Farbvergleichung bietet auch qualitativ hochwertige Messungen, erfordert jedoch Zusatzgeräte für die Probenahme und Probenvorbereitung sowie zusätzliche Reagenzien.