DD216802A1

DD216802A1 - Verfahren zur ermittlung der lokalen verteilung von partikeln in ruhenden suspensionen

Info

Publication number: DD216802A1
Application number: DD24867883A
Authority: DD
Inventors: Andreas Geisenheiner; Holger Kad; Martin Wyrwich; Dieter Petrak; Alfred Hoffmann
Original assignee: Wtz Zellstoff Papierind
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1984-12-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach einer bekannten Vorrichtung zur kontinuierlichen Erfassung der Konzentration, Groesse sowie der lokalen Verteilung von Partikeln in ruhenden Suspensionen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein kontinuierliches Messen der lokalen Verteilung von Partikeln in ruhenden Suspensionen ohne Veraenderung des lokalen Suspensionszustandes zu ermoeglichen, um die automatisierte Kontrolle und Steuerung von industriellen und wasserwirtschaftlichen Anlagen im Interesse des Umweltschutzes zu erreichen. Das wird erreicht, indem man die zu einer Tauchsonde konstruktiv umgestaltete Vorrichtung in einer Suspension bewegt und in der Bewegung das von den Partikeln verursachte Messignal aufgenommen und zur Weiterverarbeitung abgeleitet wird, ohne dass durch die Bewegung und gleichzeitige Messung der lokale Suspensionszustand im Messraum veraendert wird.

Description

Verfahren zur Ermittlung der lokalen Verteilung von Partikeln in ruhenden Suspensionen ·

Anwendungsgebiet .der Erfindung , . '·-.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer nach

\yrjP. 142 473 bzw. WT Λ'ζ>0 ZCO bekannten Vorrich- tung zur kontinuierlichen Erfassung der Koazentration, Größe sowie der lokalen Verteilung von Partikeln in ruhenden Suspensionen. In Großraumbehältern, Absetz-und Speicherbecken (Talsperren) sowie natürlichen stehenden Gewässern treten vor allem unter dein Einfluß der Schwerkraft Konzentrations- und Größenverteilungen von organischen und/oder anorganischen Partikeln sowie Organismen auf. Zur Sauberhaltung, Kontrolle und Erforschung der natürlichen Gewässer, zur Steuerung der V/asser- und Abwasseraufbereitung in industriellen und wasserwirtschaftlichen Anlagen sowie zur Überwachung der Sedimentation und Koagu-'._| lation in Großraumbehältern und Becken ist die Kenntnis und Registratur des Verteilungszustandes dispergierter ^v Substanzen von Bedeutung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ·

Die Maßverfahren zur Ermittlung der Verteilung von Partikeln in ruhenden Suspensionen können in folgende Gruppen eingeteilt werden: ' .

Meßverfahren mit Probenahme und Meßverfahren ohne 'Probenahme.' Bei den Meßverfahren mit Probenahme wird ein konstantes

Probevoluraan aus der Suspension mit einem Gefäß oder einer Gefäßsonda entnommen. Handelt es sich dabei um Suspensionen aus leicht zerstörbaren Flocken, genügen geringe laminare' Scherkräfte' beim Einfließen der Suspensionsprobe in das Probönahrnagef&a odar in dia Gafäflaonde, um den Vert'öilungazustand hinsichtlich Größe und Konzentration der Flocken zu verändern. Im allgemeinen bleiben daher die Meßverfahren mit Probenahme auf bestimmte Sonderfälle beschränkt. Die Meßverfahren ohne Probenahme untergliedern sich in integrale Meßverfahren und lokale Meßverfahren. Die integralen Meßverfahren basieren auf der i. a. horizontalen Durchstrahlung einer in einem Becken, Behälter oder Speicher eingeschlossenen ruhenden Suspension mittels optischer oder radioaktiver Quellen und den zugehörigen Sensoren. Das Meßsignal wird dabei je nach Konzentration dar dispersen Phase im Fluid gedämpft. Ungleichförmige Phasenverteilungen über die Meßachse werden dabei verwischt. .',',' '. ·- ' Bekannt ist ein Durchsichtigkeitsmesser, dessen Wirkprinzip auf der Schwächung eines Lichtstrahles über eine Meßstrecke von 10 ... 100 cm bei Wassertiefen bis zu . 300 m beruht. Ein kontinuierliches Aufmessen der lokalen Verteilung von Partikeln in Suspensionen in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe ist mit diesem Gerät nicht möglich. Die Meßstrecke liefert schon bei dem geringstmöglichen Abstand von 10 cm zwischen Geber und Sensor ein integrales Trübungssignal. . ' ^; ·... , Dan gleichen'¹ Nachteil weist der Trübungsmesser M101 auf, dessen Ivleßstrecke ebenfalls 10 cm beträgt bei maximalen Eintauchtiefen von 15m. Auch sein Meßprinzip beruht auf der".Schwächung der Lichtdurchlässig-keit- zwischen 0. ...^ 100 % Beim Trübungsmeßgerät ΜΞΧ-2 wird die Messung dar Konzen-' tration ^lüber die Messung der Trübung nach dem Vierstrahl- ^echsellichtvarfahren vorgenommen. Die Meßstrecke kann hierbei.zwar'auf 30 mm reduziert sein; das Maßsignal wird durch das Verfahren jedoch au3 den Trübungswerten von vier

Durchstrahlung3achsen unterschiedlicher Längs gebildet. Dadurch sind die di3persen Eigenschaften, wie z. B. Plockengröße und -anzahl der Suspension im Maßraum- zu einem integralen Wert zusammengefaßt· Eine Ermittlung der lokalen Konzentration und Partikolgröße ist mit diesen Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich.

Lokale Meßverfahren für ruhende Suspensionen, bei denen der Meßrautn in der Größenordnung der zu messenden Partikel ausgebildet ist, sind nicht bekannt·

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein kontinuierliches Hessen der lokalen Verteilung von Partikeln in ruhendan . Suspensionen ohne Veränderung des lokalen Suspensiönszustandes mit vertretbarem technischen und ökonomischen Aufwand zu ermöglichen, um die automatisierte Kontrolle und Steuerung von industriellen und wasserwirtschaftlichen.' Anlagen im Interesse des Umweltschutzes und der Produktenqualität zu erreichen· , ' ,

'Darlegung de3 Wesens der Erfindung;

Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem in einer beliebigen ruhenden Suspension die vor allem durch die Schwerkraft hervorgerufene ortsabhängige Verteilung der Konzentration und Größe von Partikeln gemessen v/erden kann, ohne daß dabei eine Veränderung des lokalen Suspensionszustandes hervorgerufen wird. Dsr dazu notwendige meßtechnische und apparative 'Aufwand soll in vertretbaren technischen und ökonomischen Grenzen gehalten werden*

Srfindüngsgeniäß v/ird die Aufgabe dadurch gelöst,, daß mit einer Tauchspnde mehrere Verfahrensschritte realisiert werden, dia sich daraus ableiten, daß ruhende Suspensionen'

unter dem Einfluß einer Feldkraft in Abhängigkeit von der Zeit eine zunehmende Schichtung annehmen und infolge Fehlens laminarer oder turbulenter Scherkräfte spezifische Partikaistrukturen (Aggregationen, Flocken etc·) ausbilden. Diese Aggregationen, Flocken etc. lassen unter dam Einfluß der Feldkraft der Erde vom Wasserspiegel abwärts eine Klarwasserzone., eine Sedimentationszone, eine Übergangszone und am Boden eine Kompressionszone entstehen. Je nach Stoffsystem Fluid/disperse Phase sind.diese Zonen durch unterschiedliche Masseanteile und Größenverteilungen gekennzeichnet;

Es war nicht zu vermieten, daß sich als Tauchsonde eine zwar modifizierte, jedoch nach WV 142 473 -bzw· W? AkO ZOO bekannte Vorrichtung eignet, weil diese, für Mehrphasenströmungen entwickelt worden ist und an diesen ätationäikangebracht wird. In solchen Mehrphasenströmungen ist durch die vorhandenen laminaren und turbulenten Scherkräfte die Größe und Existenz spezieller Sedimentationsaggregationen wie sie in ruhenden Suspensionen vorkommen eingeschränkt. Auch die in ruhenden Suspensionen auftretende horizontale,Schichtung tritt· in Llehrphasenströmungea nicht, bzw. nur in besonderer Art als Ablagerung auf der Sohle horizontaler Leitungen bei niederen F.ördergeschwindigkeiten auf. Im ersten Verfahrensschritt wird' diei zu einer Tauchsonde konstruktiv umge-· staltete bekannte Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit v. in die Klarwasserzone eingefahren. Beim Eintauchen in· die Sedimentationszone werden durch die dort vorhandenen Partikel Im, Sondenspalt Absorptionsimpulse ausgelöst. Die mit dem Auftreten dieser Impulse erreichte Tauchtiefe wird ,signalisiert'Und registriert. Im zweiten Verfahrensschritt wird die Absenkgeschwindigkeit der Tauchaonde von v. auf ν2 herabgesetzt (Vp^..). Die Signale werden in diesem Verfahransschritt über die Tiefen der Sedimeatationszone, Übergangs- und Kompressionszone auf einem Schreibstraifen registriert' und damit für eine Auswertung nach der YLonzen-

tration und Größe der Partikel bereitgestellt. Nach Durchfahren der Komprsssionszone wird im dritten Verfahrensschritt die Tauchsonde angehalten und anachließend mit der Geschwindigkeit ^2 angehoben, um die Reproduzierbarkait das Maftargobaiaaaä unabhängig von dar Richtung der Sondenbewegung nachzuweisen.

Ausführungabeia-piel .

Wie das Verfahren im einzelnen angewendet und wie die zu. seiner Durchführung benötigte Tauchaonde beschaffen sein kann, ergibt aich aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Auaführungabeispiel dargestellt wird.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Pig. 1: die in ein Klärbecken eingesetzte Tauchsonde, Pig. 2 und 3:< die Gestaltung des optischen Meßquerschnittes

der Sonde,

Pig, 4: das Schema für die Schaltung der Meßeinrichtung. In ein Klärbecken 1, in dem sich eine Klarwasaerzone 2, eine Sedimentationszone 3» eine Übergangszone 4 und eine Kompressionszone 5 ausgebildet haben, wird eine Tauchsonde, eingefahren. Sie ist zu diesem Zweck an einem Tragseil 7 befestigt. Mit Hilfe des Hub-/Senktriebes 8 und der Seil-' trommel 9 durchfährt die Tauchaonde 6 mit der Senkge- . schwindigkeit 10 das Klärbecken 1 bis zu seinem Boden. Mit Hilfe des Grenzlagenschalters 11 wird die Umschaltung vom Senk- auf den Hubbetrieb vorgenommen, so daß die Tauchsonde 6 bei Erreichen des Grenzlagenschalters 11 ihren oberen Ausgangspunkt wiedereinnimmt. Durch Anordnung des Keßraumes 13 und durch die strömungsgünstige Ausbildung, der Ließ flanken 15 und 16 sowie der Sensorträger 14 cer Tauchsondä 6 wird bei Senkbetrieb mit einer geeigneten Senkgeschwindigkait 10 erreicht, daß im Ließraum 13 ein durch das Heßverfahren nicht beeinflußter Zustand des Sedimentationsprozesses erfaßt wird. Der üeßraum 13, der

durch die Spaltweitθ 20 und die Große der optischen Wirkungsfläche 17 gageben ist, erhält über das geberseitige Lichtl'eitbündel 26 einen Lichtstrahl. 18. Daa Licht geht von'der Lichtquelle 28 aus, 'die über das kombinierte Versorgungsund Signalkabel 12 von der Spannungsversorgung 32 gespeist wird«' Dieser Lichtstrahl .18 wird bei gleichmäßiger Vorbeibewegung der Meßflanken 15 und 16 an den Hakroflocken 24

.-in seiner Intensität stark beeinflußt, so daß an der optischen Wirkungsfläche 17 der empfängerseitigen Meßflanke ''

' '16 durch Lichtabsorption der Makroflocken 24 ein. Lichtimpuls auftritt· Dieser wird über das empfängerseitige Lichtleitbündel'27 an den opto-elektronischen Wandler 29 weitergegeben, dessen elektrisches Signal über den elektronischen Vorverstärker 30,. das kombinierte Versorgungsund Signalkabel 12 an die Versorgungs- und Verstärkung^ einheit 21 weitergeleitet wird. Von dem dort installierten Signalverstärker 31 erhält ein y-t-Schreiber 22 sein' zu registrierendes Signal· Der Lichtabsorptionsimpuls, erscheint am y-tfSchreiber 22 als Schreiberausschlag, wobei infolge der gleichmäßigen Senkgeschwindigkeit 10 auf dem' Diagrammstreifen eine ,Zuordnung"des Meß'signals zur Tauchtiefe der Tauchsonde 6 getroffen werden kann. Durch Anpassung der Größe der optischen Wirkungsfläche 17» der Spaltweite 20' und der Sinzeldurchmesssr der Glasfasern, 19 'wird erreicht,' daß das Heßsignal insbesondere den Vorbeigang der Tauchsonde 6 an den Makroflocken 24 anzeigt, während Mikroflocken 23 sowie kolloidal und molekular in Wasser gelöste Substanzen nicht registriert werden· · . .·

Claims

Erfind tmgaanapruch . - _

1. Verfahren zur Ermittlung der lokalen Verteilung von Partikeln in ruhenden Suspensionen mit einer nach WP-142 bekannten Vorrichtung, dadurch gakaanaaichnat, daß die zu einer Tauchsonde (6) konstruktiv umgestaltete Vorrichtung in einer Suspension bewegt und in der Bewegung das von den. Partikeln verursachte Meßsignal aufgenommen und zur Weiterverarbeitung abgeleitet wird, ohne daß durch ' die Bewegung und gleichzeitige Messung der lokale Suspensionszustand im Meßraum (13) verändert v/ird und der Meßraum (13·) in der Größenordnung der zu messenden Partikel ausgebildet ist. '
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelkonzentration und Partikelgröße in Abhängigkeit von der Senkgeschwindigkeit (10) und den Raum-

·' koordinaten der Tauchsonde (6) im Klärbecken (1) von einem y-t-Schreiber (22) aufgezeichnet werden,
3. Verfahren nach Purpri; 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Senkgeschwindigkeit (10) in Abhängigkeit von der Konzentration und/oder Partikelgröße geändert wird.

.Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.'