DE69213479T2

DE69213479T2 - Methode zum regeln von abwasserreinigungsanlagen unter anwendung von qualitätsauswertung von messwerten

Info

Publication number: DE69213479T2
Application number: DE69213479T
Authority: DE
Inventors: Marinus Nielsen
Original assignee: KRUEGER I SYSTEMS AS
Current assignee: Krueger Off-Shore Soborg Dk AS
Priority date: 1991-10-01
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2012-10-02
Also published as: EP0643672B1; US5547578A; AU2763892A; DK0643672T3; FI114018B; FI941521A0; WO1993007089A1; NO306988B1; FI941521A; ES2093851T3; EP0643672A1; GR3021725T3; NO941033D0; JPH06511192A; DE69213479D1; ATE142173T1; DK167791D0; NO941033L; AU663341B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Abwasserreinigungsanlage mit den Schritten des Messens von zwei oder mehreren einer Anzahl von Parametern, wie der Ammonium-, der Nitrat-, der Sauerstoff- und der Phosphatkonzentration und der Sauerstoffzufuhr, und der automatischen Steuerung der Anlage auf der Basis der erhaltenen Meßwerte unter Verwendung eines mathematischen Modells für das Reinigungsverfahren.
Wenn z.B. kommunales Abwasser behandelt wird, bei dem eine Elimination der stickstoff- und phosphathaltigen Verbindungen und organischer Substanzen typischerweise gewünscht ist, tauchen in einer biologischen Reinigungsanlage erhebliche Schwankungen während eines Tages bei der Konzentration der verunreinigenden Stoffe im Abwasser und bei dem der Reinigungsanlage zugeführten Abwasservolumen auf. Die große Schwankung bei der Fracht der Anlage stellt starke Anforderungen an die Steuerung der Anlage, um zu vermeiden, daß die Konzentration der verunreinigenden Stoffe im Abwasser die maximalen Grenzwerte überschreitet
Die Steuerung biologischer Abwasserreinigungsanlagen basiert typischerweise auf Messungen von primär Phosphat, Nitrat, Ammonium und Sauerstoff, die mit Photo- oder elektro-chemischen Elektroden (Sensorsystemen) durchgeführt werden. Solche Sensorsysteme sind sehr empfindlich und erfordern kontinuierliche Wartung und häufige Kalibrierung, insbesondere in Verbindung mit Messungen, die in flüssigen Mischungen aus biologischen Reinigungsanlagen durchgeführt werden, was u.a. auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß solche flüssigen Mischungen viele störende Stoffe enthalten, und daß die darin enthaltenen Partikel und der aktive Schlamm bakterielles Wachstum in den Sensorsystemen, sowie deren Verstopfung bewirken.
Als Ergebnis hiervon, sind Messungen, die unter Verwendung von Sensoren durchgeführt werden, und insbesondere die Messungen von Nitrat und Ammonium, sehr unzuverlässig und stellen ein zentrales Problem bei der Steuerung von biologischen Reinigungsanlagen dar.
Computer Control of an Alternating Activated Sludge Process von Kümmel M. und Nielsen M.K., veröffentlicht auf dem Internationalen Symposium für Verfahrenssystem-Engineering, Kyoto, 23.-27. Agust 1982 legt ein ein Verfahren zur Steuerung einer biologischen Reinigungsanlage mit zwei Behandlungsbehältern dar, die abwechselnd unter nicht oxidablen und aeroben Bedingungen betrieben werden, und in der das Fließmuster dementsprechend geändert wird, so daß das unbehandelte Abwasser dem nicht oxidablen Behälter zugeführt wird, von dem es zu dem aeroben Bahälter gebracht wird, wovon es weiter in der Anlage zu einer Klarifikations-Behälter gebracht wird, in dem eine Sedimentation aktiven Schlammes durchegführt wird, wobei der Schlamm nachfolgend in die Anlage rückgeführt wird, um in den nicht oxidablen Behälter eingeleitet zu werden, und wobei das Abwasser aus dem Klarifikationsbehälter abgelassen wird.
Die Steuerung wird mittels einer Computersammlung der Meßergebnisse durchgeführt, wobei die Ergebnisse auf der Basis eines mathematischen Modells analysiert und neue Steuerstrategien implementiert werden.
Bei dem in der Technik bekannten Verfahren werden Messungen des Sauerstoffs, Ammoniums und Nitrats unter Verwendung geeigneter Sensoren durchgeführt, wobei die verwendeten Steuerparameter die Sauerstoffzufuhrrate und das Nitrifikations- und Denitrifikationsperiodenverhältnis sind.
Bei dem in der Technik bekannten Verfahren werden die Messungen der Ammonium- und Nitratkonzentration kontinuierlich verwendet, um die entsprechende optimale Sauerstoffkonzentration (den Einstellungspunkt) jeweils während des Nitrifikations- und Denitrifikationsverfahrens zu bestimmen.
Außerdem wird das Nitrifikations- und Denitrifikationsperiodenverhältnis in Relation zum Ammoniumgehalt des unbehandelten Abwassers gesteuert, d.h. daß die Nitrifikationsperiode verlängert wird, wenn die Ammoniumfracht hoch ist, und sie verkürzt wird, wenn die Ammoniumfracht niedrig ist, und umgekehrt für die Denitrifikationsperiode.
"Real Time Optimization of a Sewer System as Part of a Larger Municipal Prototype Induding Plant Operation", von Lindberg S. u.a., Fünfte Internationale Konferenz für städtische Regenwasserkanalsysteme, Osaka 1990, S.1299-1303, legt ein System zur Steuerung einer Oberflächenwasser- und Abwasserreinigungsanlage dar.
Das Steuersystem weist ein Datenqualitätssteuermodul auf, das dazu dient, die Qualität der an der Hydraulik der Anlage durchgeführten Messungen auszuwerten. Die Auswertung wird durch Ausrangieren der Werte durchgeführt, die im Licht des retrospektiven Laufes der Messungen, als fehlerhaft betrachtet werden, oder die erheblich von dem abweichen, was auf der Basis von anderen hydraulischen Messungen erwartet werden kann.
Die Qualitätsauswertung wird durch Ausrangieren von Meßwerten durchgeführt, die nicht innerhalb eines Wertintervalls liegen, das feste Minimal- und Maximalgrenzwerte hat und/oder durch Ausrangieren der Werte, deren Änderungen, verglichen mit der letzten aktuellen Messung, außerhalb eines Wertänderungsintervalls liegen, das feste Minimal- und Maximalgrenzwerte hat
Die EP-A-O,446,036 legt ein Gerät zur Steuerung eines Systems, z.B. einer Abwasserreinigungsanlage dar, wobei das Gerät 1) eine Anzahl von Meßeinheiten, 2) Einrichtungen zur Analyse von Meßdaten zur Auswahl einer charakteristischen Datengruppe, 3) Einrichtungen zur Analyse der charakteristischen Datengruppe zur Identifizierung eines möglichen Betriebsproblems, 4) Einrichtungen zur Analyse des Betriebsproblems zum Finden einer Strategie zur Lösung des Problems und 5) Einrichtungen zur Steuerung des Systems auf der Basis dieser Strategie aufweist.
Die Einrichtungen zur Analyse der Meßdaten werden u.a. zur Durchführung einer Auswertung der Meßdaten verwendet. Der Auswertungsschritt schließt nicht die Verwendung eines mathematischen Modells der deterministischen/stochastischen Art ein, sondern basiert hauptsächlich auf der Verwendung von Funktionen, die empirische Vorabinformationen über den Zeitverlauf des Parameters ausdrücken, für den ein Meßwert ausgewertet wird.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren der im einleitenden Teil erwähnten Art zu liefern, das eine zuverlässigere, schneller einstellbare und somit wirksamere Steuerung liefert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Qualität des Meßwertes für zumindest einen Parameter auf der Basis eines Vergleiches des Wertes mit einem erwarteten dynamischen Wertintervall ausgewertet wird, das auf der Basis des mathematischen Modells und einer gleichzeitigen und/oder früheren Messung eines oder mehrerer anderer Parameter kontinuierlich berechnet wird, und daß die Anlage auf der Basis der ausgewerteten Meßwerte gesteuert wird.
Die Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß einige der während der Steuerung einer Abwasserreinigungsanlage gemessenen Parameter Informationen über dieselben physikalischen Bedingungen liefern, und daß folglich solche Parameter für eine gegenseitige Qualitätsauswertung unter Verwendung des mathematischen Modells, das die Korrelation zwischen den Parametern ausdrückt, verwendet werden können.
Somit liefert das erfindungsgemäße Verfahren eine Möglichkeit der Minimierung des Einflusses der Meßunzuverlässigkeit auf die Verfahrenssteuerung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Wertintervall, das die Basis des Vergleiches eines gegebenen Meßwertes bildet, kontinuierlich berechnet, wobei die Berechnung auf der Basis von gleichzeitigen Messungen anderer Parameter und/oder unmittelbar vorherigen Messungen anderer Parameter durchgeführt wird, wodurch sich ein Wertintervall ergibt, das genau dem aktuellen Zustand der Anlage entspricht.
Das erfindungsgemäß berechnete Wertintervall liefert somit einen erheblich genaueren und restriktiveren Vergleichsstandard zur Durchführung der Qualitätsauswertung als das in dem o.g. in der Technik bereits bekannten Verfahren verwendete Wertintervall
Folglich liefert die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erheblich wirksamere und wertvollere Qualitätsauswertung der Meßdaten und somit eine verbesserte Steuerung der Reinigungsanlage.
Außerdem macht es die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, signifikante und plötzliche Änderungen in den gemessenen Parametern in einer schnellen und zuverlässigen Weise zu identifizieren, wodurch sich eine erhebliche Verbesserung der Wirksamkeit der Steuerung, verglichen mit den in der Technik bereits bekannten Steuerverfahren, ergibt.
Dies ist von besonders großem Wert in Verbindung mit der Steuerung von Abwasserreinigungsanlagen, wo, wie oben erwähnt, die zu erhaltenden Messungen oft mit großer Unzuverlässigkeit verbunden sind.
Vorzugsweise wird das erwartete, dynamische Wertintervall unter Verwendung einer vorigen Messung desselben Parameters zusätzlich zu dem mathematischen Modell und einer gleichzeitigen und/oder früheren Messung eines oder mehrerer anderer Parameter berechnet.
Das erwartete, dynamische Wertintervall wird vorzugsweise durch Berechnung eines erwarteten, dynamischen Wertes und maximaler Abweichungen davon bestimmt.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Glaubhaftigkeit des Meßwertes auf der Basis des Vergleiches des Meßwertes mit dem erwarteten Wertintervall durch zuordnung eines Glaubhaftigkeitsfaktors ausgewertet wird, der, in Kombination mit dem Meßwert, in der nachfolgenden Auswahl des Endsteuervorgangs verwendet wird.
Eine andere bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert mit einem Wert entsprechend der Größenordnung der identifizierbaren Meßinterferenz, falls es eine gibt, korrigiert wird, und daß der korrigierte Meßwert in einer nachfolgenden Auswahl des Endsteuervorgangs verwendet wird.
Wie hiernach verwendet, meint der Ausdruck "identifizierbare Meßinterferenz" eine Meßinterferenz, die durch Einflüsse bewirkt wird, die auf die Reinigungsanlage in Verbindung mit der Steuerung dieser einwirken.
Die Quantifizierung der identifizierbaren Meßinterferenz wird vorzugsweise auf der Basis des mathematischen Modells und früherer Daten aus Reaktionsläufen für Steueränderungen der zuvor durchgeführten Art ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise unter Verwendung einer Integralsteuerung und eines Rechnersystems (Steuergerät) durchgeführt, das Meßdaten und Steuersignale sammelt und speichert, die gesammelten Daten unter Verwendung des mathematischen Modells verarbeitet und neue Steuervorgänge implementiert.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuerte Abwasserreinigungsanlage kann eine biologische Abwasserreinigungsanlage sein, in der die Behandlung unter Verwendung von Mikroorganismen durchgeführt wird.
Die Erfindung wird jetzt in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt werden, bei denen
Fig.1 ein Blockdiagramm der allgemeinen Vorgehensschritte bei der Steuerung einer Abwasserreinigungsanlage unter Verwendung einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, und
Fig.2 ein Fließdiagramm der Vorgehensschritte bei der Qualitätsauswertung und Korrektur eines Meßwertes in einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Die in Fig.1 gezeigten Vorgehensschritte werden jetzt in weiteren Einzelheiten erklärt werden.
Unter Verwendung verschiedener Meßgeräte, werden Messungen einer Anzahl von Parametern nachfolgend an verschiedenen Stellen in der Abwasserreinigungsanlage durchgeführt, und die somit erhaltenen Meßdaten werden in der Datenbasis eines Steuergerätes gesammelt (Schritt 1). Beispiele solcher Meßparameter weisen die Ammonium-, Nitrat-, Sauerstoff- und Phosphatkonzentration, Zelltrockenheit und Biomasse in dem unbehandelten Abwasser an verschiedenen Stellen in der Reinigungsanlage und in dem Abwasser, den Anfall an zugeführtem unbehandelten Abwasser und den Anfall an der Anlage zugeführtem Sauerstoff auf.
Außerdem werden seguentielle Daten in der Datenbasis des Steuergerätes für eine Vielzahl von verschiedenen Steuerparametern (Schritt 2), seguentielle Daten für eine Anzahl von Parametern (Schritt 3), die den Zustand der Reinigungsanlage beschreiben, sowie die Tageszeit und das Fließmuster, und Daten für den Reaktionslauf der Reinigungsanlage (Schritt 4) für zuvor getätigte Steuervorgänge gesammelt.
Auf der Basis der gesammelten Meßdaten werden abgeleitete Meßdaten, wie die Änderungsrate der Sauerstoffkonzentration, die Sauerstoffverbrauchsrate und die Nitrifikations- und Denitrifikationsrate in dem Steuergerät berechnet(Schritt 5).
Auf der Basis der während der Schritte 1-5 gesammelten Daten wird eine Qualitätsauswertung und Korrektur der in Schritt 1 gesammelten Meßdaten in Schritt 6 durchgeführt.
Die Gruppe der in Schritt 6 erhaltenen, qualitätsausgewerteten und korrigierten Meßdaten bildet die Basis fur eine Auswahl des Endsteuervorgangs (Schritt 7).
Der Steuervorgang kann unter Verwendung eines mathematischen Modells, das die Korrelation zwischen den Meßparametern und den Steuerparametern definiert und den Zustand der Reinigungsanlage zu dem betreffenden Zeitpunkt beschreibt, bestimmt werden. Alternativ kann der Steuervorgang auf der Basis einer vorbestimmten Gruppe von Regeln bestimmt werden.
Der ausgewählte Steuervorgang kann entweder auf dem basieren, was sich auf das Multiplikationsprinzip bezieht, d.h. die Meßergebnisse und die Glaubhaftigkeitsfaktoren werden multipliziert, oder auf dem, was sich auf das Additionsprinzip bezieht, d.h. die Meßwerte und Glaubhaftigkeitsfaktoren werden addiert, oder auf einer Kombination dieser Prinzipien.
Nachdem der Endsteuervorgang ausgewählt wurde, wird er implementiert (Schritt 8). Das Steuergerät führt die Implementierung durch Änderung der Einstellung des Steuergerätes verbunden mit den einzelnen Steuerparametern durch.
Unter Bezugnahme auf Fig.2 wird jetzt in weiteren Einzelheiten erklärt werden, wie die oben erwähnte Qualitätsauswertung und Korrektur (Schritt 6) durchgeführt werden.
Ein gegebener Meßwert wird anfangs einer primären Auswertung unterzogen (Schritt 10), die untersucht, ob der Meßwert innerhalb eines Wertintervalls enthalten ist, das feste und relativ weite Grenzwerte entsprechend jeweils den jeweiligen Maximal- und Minimalwerten des betreffenden Meßparameters, die unter normalen Betriebsbedingungen vorliegen, hat.
Außerdem weist die primäre Auswertung eine Untersuchung auf, ob die Änderung des Meßwertes im Vergleich zu der letzten ausgeführten Messung innerhalb eines Wertänderungsintervalls enthalten ist, das auch feste und relativ weite Grenzwerte entsprechend den maximalen Änderungswerten des betreffenden Meßparameters, die unter normalen Betriebsbedingungen vorliegen, hat.
Wenn der Meßwert nicht innerhalb des o.g. Wertintervalls enthalten ist, oder wenn die Änderung des Meßwertes nicht innerhalb des o.g. Wertänderungsintervalls enthalten ist, wird der Meßwert als fehlerhaft zurückgewiesen.
Somit dient die primäre Auswertung dazu, die offensichtlich fehlerhaften Messungen auszurangieren.
Dann wird der Zustand der Abwasserreinigungsanlage zu der Zeit der Messung identifiziert (Schritt 11), vgl. oben beschriebenen Schritt 3.
In den Schritten 12 und 13 wird der Meßwert verifiziert, d.h. es wird ausgewertet, ob der Wert korrekt ist oder nicht.
Die Verifizierung wird durch Bestimmung (Schritt 13) dessen durchgeführt, ob der Meßwert innerhalb eines Wertintervalls enthalten ist, das auf der Basis eines erwarteten Wertes und maximaler Abweichungen hiervon bestimmt ist, die auf der Basis der in den Schritten 1-5 gesammelten Daten und dem mathematischen Modell, das quantitativ die Korrelation zwischen verschiedenen Parametern beschreibt, berechnet werden können.
Ein Beispiel einer solchen Berechnung des erwarteten Wertes und maximaler Abweichungen davon ist, daß die Ammoniumkonzentration in einem gegebenen Behandlungsbehälter auf der Basis von Messungen des der Anlage zugeführten Abwasservolumens und der Tageszeit berechnet wird, wobei indirekte Informationen über die Ammoniumkonzentration des zugeführten Abwassers und/oder den früheren Verlauf der Ammoniumkonzentration in dem Behandlungsbehälter und/oder den früheren Verlauf der Nitratkonzentration in dem Behandlungsbehälter und/oder die Sauerstoffkonzentration in dem Behandlungsbehälter und die dazu zugeführte Sauerstoffmenge geliefert werden, wobei sie zusammen Informationen über die Sauerstoffverbrauchsrate liefern.
Werden mehrere Verfahren zur Berechnung des erwarteten Wertes und maximaler Abweichungen davon verwendet, werden die Verfahren gemäß ihrer Glaubhaftigkeit gewichtet.
Wenn der Meßwert nicht innerhalb des berechneten Wertintervalls liegt, wird die Abweichung des Meßwertes von dem erwarteten Wert berechnet und gespeichert (Schritt 14).
Nachfolgend wird untersucht, ob der Meßwert eine identifizierbare Meßinterferenz einschließt (Schritt 15). Solch eine identifizierbare Meßinterferenz ergibt sich aus Änderungen, die am Zustand der Reinigungsanlage vorgenommen werden, um die Anlage zu steuern, wie Änderungen im Fließmuster der Reinigungsanlage durch Steuerung des Pumpvorgangs und Änderungen in der Sauerstoffzufuhrrate in einem Behandlungsbehälter durch Steuerung der Zufuhrpumpe.
Solche Steueränderungen lassen relativ kurze Änderungen des gemessenen Parameters aufkommen, wobei die Änderung des Meßparameters nicht symptomatisch für die allgemeine Zustandsdynamik der Anlage ist.
Folglich wird eine solche kurze Änderung des Meßparameters durch Korrektur des Meßwertes mit einem -Wert entsprechend der Interferenz vernachlässigt (Schritt 16). Die Quantifizierung der Interferenz wird auf der Basis des mathematischen Modells und früherer Daten der Reaktionsläufe für Änderungen der zuvor vorgenommenen Art durchgeführt, wobei die Daten in dem Speicher des Steuergerätes gesammelt und gespeichert werden.
Nachdem der Meßwert korrigiert wurde, wird wieder untersucht, ob der korrigierte Meßwert innerhalb des in Schritt 12 berechneten Wertintervalls enthalten ist.
Wenn in Schritt 15 herausgefunden wird, daß der Meßwert keine identifizierbare Interferenz einschließt, wird untersucht, ob die in Schritt 12 vorgenommene Wertintervallberechnung unkorrekt ist (Schritt 17), was z.B. der Fall sein kann, wenn plötzliche Änderungen in der Fracht der Reinigungsanlage auftreten, d.h. Änderungen im Anfall und/oder der Konzentration des der Anlage zugeführten Abwassers. Somit schließt Schritt 17 Meßwerte für weitere Meßparameter, verglichen mit den Meßparametern, die die Basis für die in Schritt 12 vorgenommene Wertintervallberechnung bilden, ein.
Wenn in Schritt 17 herausgefunden wird, daß sich der Zustand der Reinigungsanlage geändert hat, so daß die in Schritt 12 vorgenommene Wertintervallberechnung unkorrekt ist, wird ein revidiertes Wertintervall auf der Basis der in den Schritten 12 und 17 verwendeten Meßparametern berechnet (Schritt 18), wobei das revidierte Wertintervall für den Vergleich mit dem in Schritt 10 geprüften und möglicherweise in Schritt 15 korrigierten Meßwert verwendet wird.
Wie oben erklärt, werden anfangs nur Meßergebnisse für eine begrenzte Gruppe von Meßparametern vorzugsweise in der in Schritt 12 vorgenommenen Wertintervallberechnung verwendet, da Meßergebnisse für eine weitere Gruppe von Meßparametern nur miteingeschlossen werden, wenn herausgefunden wird, daß der Meßwert über dem anfangs berechneten Wertintervall liegt. Solch eine Aufteilung des Verifizierungsvorgangs wird bevorzugt, um die hiermit verbundene Berechnungsarbeit und somit die notwendige Rechnerkapazität zu begrenzen.
Alternativ können alle in den Schritten 12 und 17 verwendeten Meßparamter in die anfangs vorgenommene Wertintervallberechnung eingeschlossen werden, entsprechend der Streichung der Schritte 17 und 18 aus dem in Fig.2 gezeigten Fließdiagramm
Nach der Verifizierung und einer Korrektur, falls es eine gibt, wird der Meßwert bezüglich seiner Glaubhaftigkeit ausgewertet (Schritt 19), unabhängig davon, ob der Wert innerhalb des in den Schritten 12 oder 18 berechneten Wertintervalls liegt oder nicht.
Natürlich haben Meßwerte, die über dem oben erwähnten Wertintervall liegen, eine niedrige Glaughaftigkeit, und werden allgemein bei der nachfolgenden Auswahl des Endsteuervorgangs nicht verwendet, außer in besonderen Situationen, in denen die erhaltenen Meßergebnisse spärlich oder von geringer Qualität sind.
Die Glaubhaftigkeitsauswertung wird durch Vergleich des Meßwertes mit dem in Schritt 12 berechneten Wertintervall oder dem in Schritt 18 berechneten revidierten Wertintervall und auf der Basis des Ergebnisses dieses Vergleichs durch nachfolgende Zuordnung eines Glaubhaftigkeitsfaktors zu dem Meßwert, wobei der Glaubhaftigkeitsfaktor in der Datenbasis des Rechnersystems gespeichert wird (Schritt 20), und durch Verwendung dieses Faktors in Kombination mit dem möglicherweise korrigierten Meßwert für die nachfolgende Auswahl des Endsteuervorgangs durchgeführt.
Die Erfindung wird jetzt in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel erklärt werden.

Beispiel

Es wird gewünscht eine biologische Abwasserreinigungsanlage mit zwei Behandlungsbehältern zu steuern, die abwechselnd unter nicht oxidablen und aeroben Bedingungen betrieben werden, und in der das Fließmuster dementsprechend geändert wird, so daß das unbehandelte Abwasser dem nicht oxidablen Behälter (Denitrifikationsbehälter) zugeführt wird, von dem es zu dem aeroben Behälter (Nitrifikationsbehälter) gebracht wird, wovon es weiter in der Anlage zu einem Klarifikations-Behälter gebracht wird, in dem eine Sedimentation aktiven Schlammes durchgeführt wird, wobei der Schlamm nachfolgend in die Anlage rückgeführt wird, um in den nicht oxidablen Behälter eingeleitet zu werden, und wobei das Abwasser aus dem Klarifikationsbehälter abgelassen wird.
Die Steuerparameter weisen die Rückfließrate und das Volumen der Sauerstoff zufuhr zu dem aeroben Behälter auf, und die Meßparameter weisen die Ammoniumkonzentration, die Sauerstoffkonzentration und die Sauerstoffzufuhr, was den aeroben Behälter anbelangt, sowie das der Reinigungsanlage zugeführte Abwasservolumen auf.
Die Ammoniumkonzentration in dem aeroben Behälter wird auf 2,6 ppm gemessen, und es wird berechnet, daß der Meßwert um 1,6 ppm, verglichen mit der zuletzt durchgeführten Messung, gestiegen ist, was im folgenden als 1,6 ppm pro Zeitintervall ausgedrückt wird.
Eingangs wird eine primäre Auswertung des Meßwertes durchgeführt, indern untersucht wird, ob der absolute Meßwert innerhalb eines Wertintervalls von 0 bis 20 ppm liegt, und ob die Änderung des Meßwertes innerhalb eines Wertänderungsintervalls von 0 bis 5 ppm pro Zeitintervall liegt.
Wenn beide diese Kriterien erfüllt sind, wird die Messung gemäß der primären Auswertung zugelassen.
Basierend auf der Kenntnis der genauen Zeit und des Wochentages für die Messung, des Betriebszustandes der Reinigungsanlage und der früheren Daten der Ammoniumkonzentration der vorherigen Stunden und Tage, wird eine Änderung in der Ammoniumkonzentration von 0,9 ppm +/- 0,4 ppm pro Zeitintervall, entsprechend einem absoluten Wert von 1,9 +/- 0,4 ppm erwartet.
Da der Meßwert von 2,6 ppm nicht innerhalb des o.g. Vergleichs- Wertintervalls liegt, wird untersucht, ob es irgendeine identifizierbare Meßinterferenz gibt, die sich aus Änderungen des Pumpvorgangs der Reinigungsanlage ergibt.
Unter Verwendung des mathematischen Modells wird berechnet, daß ein erhöhter Rückfluß bewirkt hat, daß die Ammoniumkonzentration in dem aeroben Behälter um 0,2 ppm pro Zeitintervall gestiegen ist.
Der Meßwert wird jetzt um den berechneten Wert korrigiert und nachfolgend beträgt der Meßwert 2,4 ppm und die Änderung des Meßwertes beträgt 1,4 ppm pro Zeitintervall. Der korrigierte Änderungsmeßwert drückt die Änderung aus, die aus der Fracht des Abwassers resultiert, das dem aeroben Behälter während des fraglichen Zeitraums zugeführt wird.
Da der Meßwert von 2,4 ppm immer noch nicht innerhalb des eingangs berechneten Wertintervalls liegt, wird untersucht, ob das Wertintervall neu eingestellt werden muß, d.h. ob andere Parameter eine Erhöhung der Ammoniumkonzentration in dem aeroben Behälter anzeigen.
Eine Messung des der Reinigungsanlage zugeführten Abwasservolumens zeigt, daß das Volumen wie erwartet ist. Auf der Basis von Messungen der Sauerstoffkonzentration in dem aeroben Behälter und der Sauerstoff zufuhr hierzu wird die Sauerstoffverbrauchsrate in dem Behälter berechnet, wobei die Berechnung zeigt, daß die Sauerstoffverbrauchsrate 10% höher als erwartet ist.
Es wird allgemein angenommen, daß die Reaktion der organischen Substanzen, die in dem Abwasser enthalten sind, und dem Ammonium 50% des Sauerstoffverbrauchs betragen, wohingegen die endogene Atmung der Mikroorganismen die restlichen 50% betragen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird eine Erhöhung von 10% in der Sauerstoffverbrauchsrate als Entsprechung zu der Erhöhung von 20% in der Änderungsrate der Ammoniumkonzentration angesehen.
Somit kann die erwartete Änderung des Meßwertes jetzt auf 1,08 +/- 0,4 ppm pro Zeitintervall, entsprechend einem erwarteten Meßwert von 2,08 +/- 0,4 ppm berechnet werden.
Wie man sehen wird, liegt der korrigierte Meßwert jetzt innerhalb des erwarteten Wertintervalls, und die Glaubhaftigkeit der Messung wird nachfolgend durch Zuordnung eines Glaubhaftigkeitsfaktors zu dem Meßwert ausgewertet, wobei der Glaubhaftigkeitsfaktor vorzugsweise im Bereich von 0 bis 1 liegt.
Die Größenordnung des Glaubhaftigkeitsfaktors kann z.B. unter Verwendung der Formel bestimmt werden: Glaubhaftig-keitsfaktor korrigierte Messung erwarteter Meßwert Standardabweichung des Meßwertes
Unter Verwendung dieser Formel kann der Glaubhaftigkeitsfaktor im vorliegenden Fall auf 0,73 berechnet werden.
Der qualitätsausgewertete Meßwert der Ammoniumkonzentration in dem aeroben Behälter kann dann die Basis für eine Entscheidung über eine mögliche Änderung in der Einstellung der Einstellungspunkte für die Rückfließrate und das Volumen der Sauerstoff zufuhr zu dem aeroben Behälter bilden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Abwasserreinigungsanlage mit den Schritten des Messens von zwei oder mehreren einer Anzahl von Parametern und der automatischen Steuerung der Anlage auf der Basis der erhaltenen Meßwerte unter Verwendung eines mathematischen Modells für das Reinigungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualität des Meßwertes für zumindest einen Parameter auf der Basis eines Vergleiches des Wertes mit einem erwarteten, dynamischen Wertintervall ausgewertet wird, das kontinuierlich auf der Basis des mathematischen Modells und einer gleichzeitigen und/oder früheren Messung eines oder mehrerer anderer Parameter berechnet wird, und daß die Anlage auf der Basis der ausgewerteten Meßwerte gesteuert wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwartete, dynamische Wertintervall auf der Basis des mathematischen Modells und einer gleichzeitigen und/oder früheren Messung eines oder mehrerer anderer Parameter und einer vorherigen Messung desselben Parameters berechnet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwartete, dynamische Meßintervall durch Berechnung eines erwarteten, dynamischen Wertes und maximaler Abweichungen davon bestimmt wird.

4. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaubhaftigkeit des Meßwertes auf der Basis des Vergleiches des Meßwertes mit dem erwarteten, dynamischen Wertintervall durch Zuordnung eines Glaubhaftigkeitsfaktors ausgewertet wird, der in Kombination mit dem Meßwert bei der nachfolgenden Auswahl des Endsteuervorgangs verwendet wird.

5. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert mit einem Wert entsprechend der Größenordnung der identifizierbaren Meßinterferenz, falls es eine gibt, korrigiert wird, und daß der korrigierte Meßwert bei der nachfolgenden Auswahl des Endsteuervorgangs verwendet wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantifizierung der identifizierbaren Meßinterferenz auf der Basis des mathematischen Modells und früherer Daten aus Reaktionsläufen für Steueränderungen der zuvor vorgenommenen Art durchgeführt wird.

7. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Integralsteuerung und ein Rechnersystem (Steuergerät) verwendet werden, die Meßergebnisse und Steuersignale sammeln und speichern, gesammelte Daten unter Verwendung des mathematischen Modells verarbeiten und neue Steuervorgänge implementieren.

8. Verfahren gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Abwasserreinigungsanlage eine biologische Abwasserreinigungsanlage ist, in der die Reinigung mittels Mikroorganismen durchgeführt wird.