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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung
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des Sauerstoffverbrauchs in Belebungsbecken Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs in Belebungsbecken von biologischen
Abwasserreinigungsanlagen mit Hilfe einer Sauerstoffzehrungsmessung sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Es ist bekannt, Sauerstoffzehrungsmessungen unter Einsatz einer Sauerstoffelektrode
in Belebungsbecken von biologischen Abwasserreinigungsanlagen durchzuführen. Solche
Sauerstoffzehrungsmessungen können manchmal keine exakte Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs
ergeben, da die Meßergebnisse beispielsweise schon durch einen in Konzentration
und Menge schwankenden Abwasserzulauf beeinflußt werden können. Dazu kommt, da«
der Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken zur Aufrechterhaltung von aeroben Verhältnissen
nicht unter einem bestimmten Wert abfallen darf und die Sauerstoffzehrungsmessung
damit bei abgeschalteter Sauerstoffzufuhr nur über einen relativ kurzen Bereich
der Sauerstoffabnahme im Belebungsbecken geführt werden kann. Darüber hinaus sind
solche Sauerstoffzehrungsmessungen insbesondere bei Vorhandensein von Belüftungsein-
richtungen
ohne getrenntes Mischaggregat, wie z.B. von Oberflächenbelüftern, in den Belebungsbecken
insofern ungeeignet, als dann die für die Aufrechterhaltung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
dauernd notwendige Drehbewegung des Mischaggregats ständig auch einen Lufteintrag
in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch bewirkt, so daß der Ausgangswert der Sauerstoffzehrungsmessung
laufend geändert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung
des Sauerstoffverbrauchs in Belebungsbecken von Abwasserreinigungsanlagen der eingangs
genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten,
daß bei Verwendung einer einfach und leicht zu handhabenden Apparatur unter möglichst
geringem Zeitaufwand in allen Abwasserreinigungsanlagen genaue Meßergebnisse erzielt
werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß eine bestimmte
Menge an Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch unter Bestimmung des Sauerstoffgehaltes
aus dem Belebungsbecken oder bestimmten Abschnitten des Belebungsbeckens in ein
Reaktionsgefäß mit Überlauf eingebracht, gegebenenfalls ein sauerstoffhaltiges Gas
bis zum Erreichen eines bestimmten Sauerstoffgehaltes in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
im Reaktionsgefäß eingeleitet# dem i#aktionsgefäß unter Rühren Abwasser und Rücklaufschlamm
kontinuierlich zugeführt und die Sauerstoffzehrung des im Reaktionsgefäß vorhandenen
Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches gemessen wird.
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Mit der Durchführung der Sauerstoffzehrungsmessung in einem Reaktionsgefäß
außerhalb des Belebungsbeckens ergibt sich der Vorteil, daß die Messung unabhängig
von den Gegebenheiten im Belebungsbecken vorgenommen und damit eine Beeinflußung
der Messung durch diese Gegebenheiten ausgeschlossen werden kann. Eine exakte und
schnelle Bestimmung des
Sauerstoffverbrauchs ist somit auch an nicht
geschlossenen Belebungsbecken mit Belüftungseinrichtungen ohne getrenntes Mischaggregat
unter Betriebsbedingungen möglich.
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Für den Fall, daß der Sauerstoffgehalt des in das Reaktionsgefäß eingeleiteten
Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches für die Durchführung einer aussagefähigen Zehrungsmessung
zu niedrig ist, kann es zweckmäßig sein, in das Reaktionsgefäß beispielsweise über
eine Fritte ein sauerstoffhaltiges Gas bis zum Erreichen eines bestimmten Sauerstoffgehaltes
des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches einzuleiten.
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Eine vorteilhafte Verfahrensführung besteht darin, die Zuführung von
Abwasser und Rücklaufschlamm in das Reaktionsgefäß jeweils in Abhängigkeit der im
Belebungsbecken oder in bestimmten Abschnitten des Belebungsbeckens vorhandenen
und/oder gewünschten Raumbelastung durchzuführen. Durch entsprechende Dosierungen
von Abwasser und Rücklaufschlamm kann damit zum einen auf einfache Weise der tatsächliche
Sauerstoffverbrauch des in einem gegebenen Belebungsbecken vorhandenen Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
ermittelt und die Sauerstoffeintragsleistung entsprechend eingestellt oder auch
die Beckengröße entsprechend verändert werden und zum anderen kann jeder beliebige
Belastungsfall simmuliert und eine optimale Auslegung der Belüfter bestimmt werden.
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Die Messung der Sauerstoffzehrung im Reaktionsgefäß wird dabei zweckmäßigerweise
mit Hilfe einer Sauerstoffelektrode durchgeführt und das Meßergebnis an ein Anzeigegerät
und gegebenenfalls an einen Schreiber zur Aufzeichnung der Meßwerte in bestimmten
Zeitabschnitten weitergeleitet. Auf diese Weise ist die Möglichkeit einer optischen
Überwachung des Verfahrens gegeben. Außerdem können die Endergebnisse der Messung
unmittelbar abgelesen werden. Der Einsatz einer
Sauerstoffelektrode
zur Durchführung der Messung vereinfacht dabei die Verfahrensführung insofern, als
mit der Sauerstoffelektrode die dem Sauerstoffgehalt direkt proportionale Stromstärke
gemessen wird und diese leicht auf einem entsprechenden Anzeigegerät dargestellt
werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Sauerstoffzehrung. Erfindungsgemäß
ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Messung
der Sauerstoffzehrung in einem Reaktionsgefäß mit Überlauf angeordnet ist, das Reaktionsgefäß
eine Zufuhreinrichtung für eine bestimmte Menge an Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
aus einem Belebungsbecken oder bestimmten Abschnitten eines Belebungsbeckens, eine
Zufuhrleitung für die kontinuierliche Zufuhr von Abwasser und eine Zufuhrleitung
für die kontinuierliche Zufuhr von Rücklaufschlamm, gegebenenfalls eine Einrichtung
zur Einleitung eines sauerstoffhaltigen Gases, eine Rühreinrichtung und eine Entleerungseinrichtung
aufweist.
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Bei einer solchen Vorrichtung kann die Zufuhreinrichtung für die Zufuhr
einer bestimmten Menge an Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch in das Reaktionsgefäß und
die Entleerungseinrichtung ganz einfach darin bestehen, daß das Reaktionsgefäß neben
dem Überlauf gegebenenfalls eine verschließbare Öffnung aufweist, durch die das
Reaktionsgefäß einmal durch Eintauchen in das für die Sauerstoffzehrungsmessung
vorgesehene Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch gefüllt und einmal durch Umkippen geleert
werden kann. Selbstverständlich kann aber auch sowohl die Zufuhreinrichtung als
auch die Entleerungseinrichtung, insbesondere bei öfters zu wiederholenden Messungen,
je eine Leitung mit Pumpe und/oder Absperrventil aufweisen, über die jeweils eine
bestimmte Menge an Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch in das Reaktionsgefäß ein-
geleitet
bzw. das Reaktionsgefäß nach Abschluß der Sauerstoffzehrungsmessung wieder vollständig
entleert wird. Als Reaktionsgefäß können zu Laborzwecken hergestellte, handelsübliche
Glaskolben mit mindestens 0,51 Rauminhalt verwendet werden, deren sich verjüngende
Halsöffnung mit einem Korken, wie z.B. mit einem Gummikorken, verschlossen werden
kann.
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Die Zufuhrleitungen für Abwasser und Rücklaufschlamm und die Meßeinrichtung
können dann durch diesen Korken geführt werden.
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Falls kein Korken verwendet wird, wird durch die sich verjüngende
Halsöffnung sichergestellt, daß der Luftsauerstoff über der Flüssigkeitsoberfläche
geringgehalten wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist in der
Zufuhrleitung von Abwasser und in der Zufuhrleitung von Rücklaufschlamm jeweils
eine Dosierpumpe angeordnet, die in Abhängigkeit der im Belebungsbecken oder in
bestimmten Abschnitten des Belebungsbeckens vorhandenen und/oder gewünschten Raumbelastung
schaltbar ist. Damit kann sowohl eine genau der Anlagenbelastung entsprechende Menge
Abwasser und Rücklaufschlamm dem im Reaktionsgefäß vorhandenen Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
zudosiert als auch durch Erhöhung bzw. Erniedrigung der Pumpenleistungen jeder Belastungsfall
simuliert werden.
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Um eine einfache Bedienbarkeit der Apparatur zu gewährleisten, ist
darüber hinaus die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffzehrung zweckmäßigerweise
als Sauerstoffelektrode ausgebildet und diese an ein Anzeigegerät sowie gegebenenfalls
an einen Schreiber zur Aufzeichnung der Meßwerte in bestimmten Zeitabständen angeschlossen.
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Insbesondere bei Verwendung eines handelsüblichen Glaskolbens mit
obenliegender Öffnung als Reaktionsgefäß ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die
Rühreinrichtung als Magnetrührwerk ausgebildet ist. Das Reaktionsgefäß kann
dann
auf der Antriebseinheit der Rühreinrichtung aufgestellt werden und die für die Zuleitungen
von Abwasser und Rtcklaufschlamm sowie für die Einführung der Meßeinrichtung geeignete
Öffnung des Reaktionsgefäßes braucht nicht durch ein mechanisches Rührwerk eingeengt
zu werden.
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Durch die schnell und exakt mögliche Sauerstoffverbrauchsmessung eignet
sich das Verfahren sowie die Vorrichtung gemäß der Erfindung insbesondere zur wirtschaftlichen
Auslegung der Belüfterkapapzitäten von Belebungsbecken von biologischen Abwasserreinigungsanlagen.
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Außerdem kann das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung
auch zur Bestimmung der Größe von hintereinandergeschalteten Belebungsbecken oder
hintereinandergeschalteten Abschnitten von Belebungsbecken von biologischen Abwasserreinigungsanlagen
herangezogen werden. So ist es beispielsweise möglich, nach Kenntnis der Sauerstoff
zehrungsgeschwindigkeit und des Sauerstoffverbrauchs in einem gegebenen Belebungsbecken
oder einzelnen getrennten Abschnitten des Belebungsbeckens die günstigste Raumbelastung
des Belebungsbeckens oder der einzelnen Abschnitte durch Veränderung des Beckenvolumens
bzw. der Größe der Beckenabschnitte zu bestimmen, was unter Umständen zu einer Einsparung
an Beckenvolumen führen kann.
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Desweiteren kann das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung
zur automatischen Steuerung und Regelung des biochemischen Reaktionsablaufs im Belebungsbecken
von biologischen Aswasserreinigungsanlagen verwendet werden.
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Dabei ist nur sicherzustellen, daß die Messungen in dem Reaktionsgefäß
in geringen Zeitabständen wiederholt werden können, wobei das Reaktionsgefäß nach
Abschluß einer Messung jeweils vollständig zu entleeren ist. Die Meßergebnisse des
Sauerstoffverbrauchs sind an eine Regelungs-
und/oder Steuereinheit
weiterzugeben, die beispielsweise den Abwasserzulauf zum Belebungsbecken oder den
Sauerstoffeintrag in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch des Belebungsbeckens und
die Abgasabfuhr aus dem Belebungsbecken entsprechend dem gemessenen Sauerstoffverbrauch
selbständig einstellt.
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Letztlich kann das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung
auch zur automatischen Überwachung und/oder Warnung beim Vorhandensein von toxischen
Substanzen im Zulauf von biologischen Abwasserreinigungsanlagen verwendet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch
dargestellt.
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Es zeigt: Figur 1 eine als selbständige Einheit ausgebildete erfindungsgemäße
Vorrichtung; Figur 2 eine in eine biologische Abwasserreinigungsanlage integrierte
erfindungsgemäße Vorrichtung.
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In der Figur 1 ist mit 1 ein Reaktionsgefäß bezeichnet, das beispielsweise
ein handelsüblicher, im allgemeinen für Laborzwecke verwendeter Glaskolben mit einer
obenliegenden Halsöffnung und einem Rauminhalt von mindestens 0,5 1 sein kann. An
das Reaktionsgefäß 1 ist ein Überlauf 2, der in ein Auffanggefäß 3 mündet, angeschlossen.
Die Öffnung des Reaktionsgefäßes ist mit einem Korken 4 verschlossen, der Durchführungen
für eine Zufuhrleitung5 für Abwasser, für eine Zufuhrleitung 6 für Rücklaufschlamm,
für eine Sauerstoffelektrode 7 und gegebenenfalls für eine Füll- bzw. Entleerungsleitung
12 aufweist. Die Sauerstoffelektrode 7
ist an ein Anzeigegerät
8 angeschlossen. In den Zufuhrleitungen 5, 6 für Abwasser und Rücklaufschlamm ist
jeweils eine Dosierpumpe 9, 10 angeordnet, die in Abhängigkeit der vorhandenen oder
gewünschten Raumbelastung eines Belebungsbeckens oder bestimmten Abschnitten eines
Belebungsbeckens, das das zu überwachende Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch enthält,
schaltbar ist. Unterhalb des Reaktionsgefäßes 1 ist eine Rühreinrichtung 11 angeordnet,
die als Magnetrührwerk ausgebildet ist.
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Zum Einbringen einer bestimmten Menge an Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
in das Reaktionsgefäß 1 kann dieses einfach durch Eintauchen in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch,
dessen Sauerstoffverbrauch gemessen werden soll, gefüllt werden. Falls die Messungen
des öfteren zu wiederholen sind, besteht auch die Möglichkeit, das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
über die mit einem Belebungsbecken in Verbindung stehende und eine Dosierpumpe 13
auf weisende Füllleitung 12 in das Rtaktionsgefäß 1 einzuleiten. Zum Entleeren des
Reaktionsgefäßes 1 kann dieses entweder nach Entfernung des Korkens 4 und der verschiedenen
Leitungen umgekippt werden oder es besteht auch beispielsweise die Möglichekeit,
wenn die Fülleitung 12 bis zum Boden des Reaktionsgefäßes 1 geführt und die Pumpe
13 in der Fülleitung 12 eine in beide Richtungen umschaltbare Pumpe ist, die Fülleitung
als Entleerungsleitung zu verwenden. Vor der Pumpe 13 ist dann über ein umschaltbares
Ventil 14 eine Ableitung 15 anzuschließen, so daß bei entsprechender Schaltung der
Pumpe 13 und Stellung des Ventils 14 das Reaktionsgefäß über die Fülleitung 12 und
die Ableitung 15 entleert werden kann.
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Zur Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs eines gegebenen Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches
ist das Reaktionsgefäß 1 zunächst mit dem PaJasser-Belebtschlamn-Ggnisch unter gleichzeitiger
Bestimmung des Sauerstoffgehaltes entweder über Fülleitung 12
oder
durch Eintauchen in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch zu füllen. Falls der Sauerstoffgehalt
für die Durchführung einer exakten Sauerstoffzehrungsmessung zu niedrig ist, kann
anschließend ein sauerstoffhaltiges Gas in das Reaktionsgefäß 1, z.B. über eine
nicht dargestellte Fritte, bis zum Erreichen eines genügenden Sauerstoffgehaltes
des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches eingeleitet werden. Gleichzeitig wird über
die Zuleitungen 5, 6 unter gleichzeitigem Betrieb des Rührwerkes 11 Abwasser und
Rücklaufschlamm aus der das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch enthaltenden Abwasserreinigungsanlage
kontinuierlich zugeführt und dabei die Sauerstoffzehrung mit Hilfe der Sauerstoffelektrode
7 bis zum Absinken des Sauerstoffgehaltes in dem Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
des Reaktionsgefäßes 1 auf den Wert nahezu 0 gemessen. Nach einer Entleerung des
Reaktionsgefäßes 1 über die Entleerungsleitung und die Zweigleitung 15 oder durch
Entfernen des Korkens 4 und Umkippen des REaktionsgefäßes 1 kann der Vorgang wiederholt
werden.
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Anstelle einer solchen als selbständigen Einheit ausgebildeten Vorrichtung,
die in jeder beliebigen biologischen Abwasserreinigungsanlage zur Bestimmung des
Sauerstoffverbrauchs eingesetzt werden kann, ist in Figur 2 unter Verwendung der
gleichen Bezugszeichen für die gleichen Gegenstände eine entsprechende automatisch
arbeitende Vorrichtung dargestellt, die fest an einer biologischen Abwasserreinigungsanlage
installiert ist.
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In der Figur 2 ist mit 20 ein Belebungsbecken einer biologischen Abwasserreinigungsanlage
bezeichnet, das unter Umständen in drei Abschnitte aufgeteilt werden kann und das
eine Abwasserzuleitung 19 aufweist. Dem Belebungsbecken 20 nachgeschaltet ist ein
Klärbecken 21 mit einem Ablauf 22 für gereinigtes Abwasser, mit einer Ableitung
24 für Überschuß schlamm sowie mit einer mit dem Belebungsbecken
20
in Verbindung stehendenRückführungsleitung 23 mit Pumpe 25 für Rücklaufschlamm.
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Zur Füllung des Reaktionsgefäßes 1 ist an das Belebungsbecken 20 eine
Fülleitung 12 mit Pumpe 13 angeschlossen, wobei nach der Pumpe 13 ein Dreiwegeventil
17 mit einer Rückleitung 18 zum Belebungsbecken 20 vorgesehen ist.
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Die Zuleitungen 5, 6 für Abwasser bzw. Rücklaufschlamm sind jeweils
an die Abwasserzuleitung 19 des Belebungsbeckens 20 bzw. an die Rückführungsleitung
23 für Rücklaufschlamm angeschlossen. Zur Entleerung des Reaktionsgefäßes 1 weist
dieses unten eine Ableitung 15 mit Absperrventil 16 auf, die in das Überlaufgefäß
3 mündet.
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Die Rühreinrichtung 11 besteht in diesem Fall aus einem von einem
Elektromotor angetriebenen Flügelrad.
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Zur Sicherstellung einer automatischen Arbeitsweise der Vorrichtung
sind die Pumpe 13 und das Dreiwegeventil 17 in der Fülleitung 12, die Pumpen 9,
10 in den Zuleitungen 5, 6 für Abwasser bzw. Rücklaufschlamm, das Absperrventil
16 der Ableitung 15 sowie der Elektromotor der Rühreinrichtung 11 an eine Regelungs-
und Steuereinrichtung 26 angeschlossen.
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Die Arbeitsweise ist dabei folgende: Die Pumpe 13 in der Fülleitung
12 läuft ständig. In einem ersten Schritt werden das Absperrventil 16 in der Ableitung
t5 geschlossen, das Dreiwegeventil 17 in der Fülleitung 12 für die Durchströmung
der Fülleitung 12 geöffnet, die Pumpen 9, 10 in den Zuleitungen 5, 6 für Abwasser
bzw. Rücklaufschlamm und das Rührwerk 11 eingeschaltet. Nach einer Füllzeit, die
mit einem Zeitrelais in der Regelungs- und Steuereinheit 26 eingestellt werden kann,
wird das Dreiwegeventil 17 in der Fülleitung 12 auf einen Durchfluß durch die Rückleitung
18 umgeschaltet und nach einigen
Sekunden Verzögerung ein Differenzierglied
gestartet, das für eine einstellbare Zeitspanne über die Sauerstoffelektrode 7 den
Quotienten aus Sauerstoffabnahme und Zeit bildet und an einen Schreiber 8 weitergibt.
Nach Ablauf einer einstellbaren Meßzeit werden in einem dritten Schritt das Differenzierglied
gestoppt, die Pumpen 9, 10 in den Zuleitungen 5, 6 für Abwasser bzw. Rücklaufschlamm
abgestellt und das Absperrventil 16 in der Ableitung 15 geöffnet. Nach einer einstellbaren
Entleerungs- bzw. Pausenzeit werden die Arbeitsschritte 1 bis 3 wiederholt. Die
Meßergebnisse können dabei über die Regelungs- und Steuereinheit 26 zur selbständigen
Einstellung des Abwasserzulaufs zum Belebungsbecken oder des Sauerstoffeintrags
in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch des Belebungsbeckens und der Abgaseabfuhr
aus dem Belebungsbecken verwendet werden.