⚗️ Schlammvolumen nach 30 min Absetzen und Schlammvolumenindex (Mohlman-Index) — Zylinder 1000 ml, Bestimmung der Trockenmasse und der Quotient beider Größen

Physikochemie PN-EN 14702-1

Übersicht

Das ist die einfachste und die am häufigsten durchgeführte Bestimmung im Betrieb einer Belebtschlammanlage: ein Zylinder, eine Uhr und eine Waage. Die Einleitung der Norm stellt die Sache unumwunden dar — die Bestimmung des Absetzvermögens durch die Ermittlung des Schlammvolumenanteils ist ein Betriebsparameter und erlaubt es (allerdings nur in gewissen Grenzen), den Trockenmassegehalt im Gemisch aus Schlamm und Wasser zu beurteilen; der Wert dient der Berechnung der Absetzgeschwindigkeit des Schlamms, der Berechnung des Schlammvolumenindex und der Beurteilung der Arbeit der Absetzbecken. Der Anwendungsbereich umfasst Schlammsuspensionen aus der Regenwasserbewirtschaftung, aus kommunalen Abwassersammelsystemen, aus kommunalen Kläranlagen, aus Kläranlagen für kommunalähnliches Industrieabwasser (im Sinne der Richtlinie 91/271/EWG) sowie aus Wasserwerken; das Verfahren ist auch auf Schlammsuspensionen anderer Herkunft anwendbar.

Was dieser Kennwert wirklich aussagt. Der Schlammvolumenindex (in der polnischen Fachliteratur: indeks osadu, Mohlman-Index, IO; in der englischsprachigen SVI) ist der Quotient aus dem Schlammvolumen und der Trockenmassekonzentration im Schlamm. Je kleiner sein Wert, desto günstiger die Absetzeigenschaften des Schlamms. Die Laboranleitung der Technischen Universität Breslau gibt an, dass Belebtschlamm mit guten Absetzeigenschaften einen IO im Bereich von 50–100 cm³/g TM hat und dass höhere Werte auf das sogenannte Blähen des Schlamms hinweisen, das meist durch fadenbildende Bakterien verursacht wird. Eine Zusammenstellung verfahrenstechnischer Kennwerte in einer Arbeit aus „Gaz, Woda i Technika Sanitarna" gibt als optimalen Wert 80–120 ml/g TM an und erklärt den Mechanismus: hohe IO-Werte ergeben sich aus der starken Entwicklung fadenbildender Bakterien infolge ungünstiger Betriebsbedingungen, und ein starker Anstieg dieses Parameters kann zur aeroben Stabilisierung des Schlamms führen, wodurch die Flocken kleiner werden und schlechter absetzen. Der praktische Sinn ist dieser: ein steigender Index ist ein Warnzeichen für eine Verschlechterung des Absetzens im Nachklärbecken — deshalb wird die Bestimmung routinemäßig durchgeführt und in einer Zeitreihe ausgewertet, nicht gelegentlich.

Welches Blatt der Reihe welches Dokument ist. Die Reihe PN-EN 14702 „Charakterystyka osadów ściekowych — Właściwości sedymentacyjne" [Charakterisierung von Schlämmen — Absetzeigenschaften] enthält kein Blatt mit Anforderungen — alle drei Teile sind Normen von Prüfverfahren und unterscheiden sich darin, was sie messen. Teil 1 (dieser Eintrag) beschreibt das Absetzvermögen: freies Absetzen über 30 min in einem 1000-ml-Zylinder, den Schlammvolumenanteil und den Schlammvolumenindex. Teil 2 beschreibt das Eindickvermögen: dieselben 30 min, aber in einem Zylinder mit 10 cm Durchmesser und 50 cm Messhöhe (Nennvolumen 3500 ml) mit einem langsam laufenden Rührwerk von 1 U/min — dort misst man das gerührte Schlammvolumen und den gerührten Schlammvolumenindex, und die Norm hält fest, dass die Absetzeigenschaften von der Konzentration der Suspension abhängen, weshalb der Vergleich von Schlämmen unterschiedlicher Konzentration bei Annahme einer Bezugskonzentration zulässig ist, als die 3,5 g/l angenommen wurde. Teil 3, erheblich jünger, betrifft die Bestimmung der Zonensinkgeschwindigkeit (ZSV). Für den gewöhnlichen „Schlammindex" aus dem Kläranlagenbetrieb ist ausschließlich Teil 1 der richtige.

Status und Ausgaben. Die geltende Ausgabe ist PN-EN 14702-1:2008 — die polnische Sprachfassung, veröffentlicht am 2. Dezember 2008, 15 Seiten, Preisgruppe H, geführt von KT 119 Wasserqualität — Grundfragen, ICS 13.030.20. Sie übernimmt EN 14702-1:2006 [IDT] und ersetzt PN-EN 14702-1:2006 — die englische Sprachfassung. Die PKN-Katalogkarte hat bei dieser Ausgabe weder ein Feld „Datum der Zurückziehung" noch ein Feld „Ersetzt durch" noch eine Berichtigung (Ap). Eine geltende Karte hat nur diese eine Sprachfassung — die englische Fassung besteht ausschließlich als zurückgezogene Ausgabe von 2006 — die Falle „die Berichtigung hängt nur an einer Fassung" tritt hier also nicht auf. Die übrigen Positionen der Reihe im PKN-Verzeichnis: PN-EN 14702-2:2008 — die polnische Fassung (übernimmt EN 14702-2:2006 [IDT]) und PN-EN 14702-3:2019-04 — die englische Fassung (übernimmt EN 14702-3:2019 [IDT]); die englischen Fassungen der Teile 1 und 2 von 2006 tragen den Vermerk „Zurückgezogen und ersetzt durch" die entsprechenden polnischen Fassungen von 2008. Beachtenswert ist eine Kleinigkeit, die beim Abschreiben des Titels bisweilen verwechselt wird: der Titel der zurückgezogenen englischen Fassung von 2006 lautete „Oznaczanie zdolności opadania (Oznaczanie stosunku objętości osadu do indeksu objętościowego osadu)", die geltende polnische Fassung von 2008 dagegen trägt den Titel „Oznaczanie zdolności opadania osadu (Oznaczanie objętości względnej oraz indeksu objętościowego osadu)" — der zweite Wortlaut ist der richtige. EN 14702-1:2006 wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 308 „Characterisation of sludges" erarbeitet, dessen Sekretariat AFNOR führt; die Norm wurde am 3. Februar 2006 von CEN angenommen, und entgegenstehende nationale Normen waren spätestens bis September 2006 zurückzuziehen.

Was diese Beschreibung nicht enthält. Ein polnisches Exemplar der PN-EN 14702-1:2008 haben wir nicht gesehen — aus der PKN-Katalogkarte stammen nur der Titel, der Anwendungsbereich und die Ausgabedaten. Den sachlichen Inhalt geben wir nach der Vorschau der SIST EN 14702-1:2006 wieder — der slowenischen Übernahme derselben europäischen Norm, identisch mit EN 14702-1:2006 (und damit auch mit dem Text, den PN-EN 14702-1:2008 als IDT übernimmt) — die die Abschnitte 1–10 vollständig umfasst. Den Anhang A (informativ) mit den Ergebnissen der Validierungsuntersuchungen und das Literaturverzeichnis haben wir nicht gesehen, weshalb wir ausschließlich die Präzisionsdaten angeben, die im Abschnitt 9 des Haupttextes stehen. Die Schwellenwerte für die Auslegung des Index (50–100 oder 80–120 ml/g) stammen nicht aus der Norm — die Norm gibt keinerlei Grenzwerte an — sondern aus der verfahrenstechnischen Fachliteratur und sind im Text als solche gekennzeichnet.

Prinzip der Methode

Das Schlammvolumen nach dem Absetzen und der Schlammvolumenindex werden durch ein 30-minütiges Absetzen der Schlammsuspension ermittelt. Eine repräsentative Probe der Suspension wird mit einem Schöpfgefäß entnommen und sofort bis zur 1000-ml-Marke in einen Messzylinder umgegossen; nach 30 Minuten Stehen an einer Stelle, ohne Erschütterung, wird das Schlammvolumen auf der Höhe der Schlammoberfläche abgelesen, also an der Grenze Schlamm–Wasser. Das Schlammvolumen geteilt durch das Volumen der eingesetzten Ausgangsprobe ergibt den Schlammvolumenanteil in ml/l, und dasselbe Volumen geteilt durch die Trockenmassekonzentration im Schlamm, ausgedrückt in g/l, ergibt den Schlammvolumenindex in ml/g. Das Absetzen erfolgt ausschließlich unter der Schwerkraft, ohne Rühren — darin unterscheidet sich das Verfahren von der Bestimmung des Eindickvermögens nach Teil 2 der Norm, wo der Zylinder mit einem langsam laufenden Rührwerk gerührt wird.

Anwendungen

• Routinemäßige Betriebsüberwachung der Belebungsbecken und der Nachklärbecken in kommunalen Kläranlagen
• Frühzeitige Erkennung von Blähschlamm infolge der Entwicklung fadenbildender Bakterien, bevor es zum Austrag des Schlamms aus dem Absetzbecken kommt
• Beurteilung der Arbeit von Kläranlagen für Industrieabwasser kommunalähnlichen Charakters (im Sinne der Richtlinie 91/271/EWG)
• Schlämme aus der Regenwasserbewirtschaftung, aus Kanalsystemen und aus Wasserwerken
• Wahl des Rücklaufverhältnisses des Schlamms und Abschätzung der Absetzgeschwindigkeit des Schlamms für verfahrenstechnische Berechnungen
• Vergleichende Untersuchungen von Schlämmen vor einer Änderung der Verfahrensparameter (Schlammalter, Belastung, Belüftung)

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN 14702-1:2008

Titel (PL)

Charakterystyka osadów ściekowych — Właściwości sedymentacyjne — Część 1: Oznaczanie zdolności opadania osadu (Oznaczanie objętości względnej oraz indeksu objętościowego osadu)

Title (EN)

Characterisation of sludges — Settling properties — Part 1: Determination of settleability (Determination of the proportion of sludge volume and sludge volume index)

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Prüfung der Bedingungen vor der Probenahme

   Die Temperatur der Probe und die Umgebungstemperatur feststellen. Bei einem Unterschied von mehr als 5 °C empfiehlt die Norm, den Absetzzylinder mit der Probe in einen mit der Flüssigkeit der Probe gefüllten Eimer zu stellen — sonst stören Konvektion und die Bildung von Gasbläschen das Absetzen.

   🌡 Temperatur: Unterschied Probe–Umgebung ≤ 5 °C

2. Probenahme mit dem Schöpfgefäß

   Eine repräsentative Probe der Schlammsuspension mit einem Schöpfgefäß entnehmen, das 1 l randvoll fasst, und sofort bis zur 1000-ml-Marke in den Messzylinder umgießen. Die Verwendung eines Schöpfgefäßes dieses Fassungsvermögens hat einen bestimmten Zweck: sie verhindert das Absetzen des Schlamms im Schöpfgefäß selbst vor dem Umgießen. Das Gemisch aus Schlamm und Wasser darf nicht zu stark erschüttert werden, um den Verlauf des Absetzens nicht zu verändern.

3. Absetzen 30 Minuten

   Den Zylinder 30 min an einer Stelle stehen lassen, ohne Erschütterung. Ihn nicht umstellen, nicht rühren, in dieser Zeit keine Proben entnehmen — den Vorgang stören sowohl die Gefäßwände als auch die gegenseitige Einwirkung der Flocken, besonders wenn der Schlammvolumenanteil groß ist.

   ⏱ Zeit: 30 min

4. Ablesen des Schlammvolumens

   Nach 30 min das Schlammvolumen auf der Höhe der Schlammoberfläche ablesen, also an der Grenze zwischen dem Schlamm und dem Überstandswasser. Das Ablesen ist nur dann eindeutig, wenn die Grenze deutlich ist — ihre Verwaschenheit ist an sich schon eine Information über den Zustand des Schlamms.

5. Entscheidung über die Verdünnung

   Überschreitet das Schlammvolumen 250 ml/l, muss die Bestimmung an einer verdünnten Probe wiederholt werden. Zum Verdünnen das Überstandswasser der Schlammsuspension oder Wasser aus dem Ablauf des Absetzbeckens im Volumenverhältnis 1:1, 1:2 oder 1:3 verwenden. Die verdünnte Probe behutsam homogenisieren — durch zweimaliges Umdrehen des verschlossenen Zylinders.

6. Wiederholung des Absetzens für die verdünnte Probe

   Das Absetzen von 30 min und das Ablesen wiederholen. Den abgelesenen Wert des Schlammvolumens bei den Berechnungen mit dem Verdünnungsfaktor 2, 3 oder 4 multiplizieren — entsprechend der Verdünnung 1:1, 1:2 und 1:3. Im Prüfbericht wird diejenige Verdünnung angegeben, bei der der Wert zum ersten Mal unter 250 ml/l gefallen ist.

   ⏱ Zeit: 30 min

7. Doppelbestimmung

   Die Bestimmung wird in zwei Wiederholungen durchgeführt. In die Formel für den Schlammvolumenindex geht das Schlammvolumen als Mittelwert aus mindestens zwei Messungen ein.

8. Bestimmung der Trockenmassekonzentration

   Ist die Konzentration der insgesamt gelösten Stoffe kleiner als 10 % der Gesamtstoffe — die Massenkonzentration der Trockenmasse im Schlamm (g/l) nach EN 12880 bestimmen. Ist sie größer als 10 % — nach EN 872. Die Norm hält auch fest, dass bei geringem und gegenüber dem Trockenmassegehalt vernachlässigbarem Gehalt an gelösten Stoffen für die Berechnungen der Gehalt an Gesamtstoffen zu verwenden ist.

9. Berechnung des Schlammvolumenanteils und des Index

   Den Schlammvolumenanteil V_s in ml/l erhält man als das Schlammvolumen nach dem Absetzen geteilt durch das Volumen der eingesetzten Ausgangsprobe. Der Schlammvolumenindex wird nach der Formel I_sv = V_s / ρ_T berechnet, wobei ρ_T die Trockenmassekonzentration in g/l ist. Der Schlammvolumenanteil wird auf 10 ml/l gerundet angegeben, der Index — auf 1 ml/g. Die Norm gibt Beispiele der Schreibweise an: „Objętość względna osadu po sedymentacji 180 ml/l" [Schlammvolumenanteil nach dem Absetzen 180 ml/l] für die Ausgangsprobe, „510 ml/l (170 ml po trzykrotnym rozcieńczeniu)" [510 ml/l (170 ml nach dreifacher Verdünnung)] für eine verdünnte Probe sowie „Indeks objętościowy osadu 145 ml/g" [Schlammvolumenindex 145 ml/g].

10. Prüfbericht

    Im Prüfbericht angeben: die Anführung der Norm, alle zur vollständigen Kennzeichnung der Schlammprobe nötigen Angaben, die Einzelheiten der Probenvorbereitung (z. B. die Verdünnung), die nach Abschnitt 8 berechneten Ergebnisse sowie alle in der Norm nicht festgelegten oder wahlfreien Einzelheiten und jeden anderen Umstand, der die Ergebnisse beeinflusst haben könnte.

11. Verwendung des Ergebnisses im Betrieb

    Das Ergebnis in einer Zeitreihe auslegen, nicht einzeln. Die verfahrenstechnische Fachliteratur nimmt an, dass Schlamm mit guten Absetzeigenschaften einen Index von 50–100 cm³/g TM hat (Anleitung der TU Breslau) und dass die optimalen Werte im Bereich 80–120 ml/g TM liegen; höhere Werte weisen auf Blähschlamm hin, der meist durch fadenbildende Bakterien verursacht wird, die sich unter ungünstigen Betriebsbedingungen entwickeln. Die Norm selbst gibt keinerlei Schwellen an — die Grenzwerte sind eine verfahrenstechnische Festlegung, keine normative.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Belebtschlammsuspension und Rohschlamm sind infektiöses Material — mit Handschuhen arbeiten, beim Umgießen aus dem Schöpfgefäß Aerosolbildung vermeiden, das Gesicht nicht berühren, nach der Arbeit Hände und Gefäße desinfizieren.
• Die Probenahme aus dem Belebungsbecken oder aus der Rinne des Absetzbeckens erfolgt über einem offenen Becken — ein Schöpfgefäß am Stiel verwenden, sich nicht über den Rand beugen, eine Absturzsicherung gemäß der Betriebsanweisung der Anlage anwenden.
• In Kanälen und geschlossenen Kammern können sich Schwefelwasserstoff und Methan ansammeln, und die Sauerstoffkonzentration ist bisweilen herabgesetzt — solche Orte betritt man ausschließlich im Rahmen einer Verfahrensanweisung für Arbeiten in engen Räumen, mit Messung der Atmosphäre und Sicherungsposten.
• Den Schlamm aus der Probe nach Abschluss der Bestimmung in den Prozess zurückführen oder als Abfall entsorgen — nicht in den Laborausguss gießen, wo er Siphons verstopft und die Installation besiedelt.
• Ein mit Suspension gefüllter 1000-ml-Zylinder ist schwer und kippanfällig — ihn auf der Arbeitsplatte fern von der Kante und von Durchgangsstellen aufstellen, denn ein Anstoßen unterbricht die Bestimmung und verschüttet infektiöses Material.

Häufige Fragen