DE202011105808U1

DE202011105808U1 - Vorrichtung zur normgerechten Bestimmung eines Schlammvolumens

Info

Publication number: DE202011105808U1
Application number: DE201120105808
Authority: DE
Original assignee: Endress and Hauser Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2021-09-20

Abstract

Vorrichtung (10) zur normgerechten, automatischen Bestimmung eines abgesetzten Schlammvolumens einer Belebtschlammprobe aus einem Belebungsbecken einer Kläranlage, welche Vorrichtung (10) – einen zylindrischen Tauchbehälter (12) mit einem Innendurchmesser größer 100 mm; – ein unteres Rückschlagventil (30) zum Befüllen des Tauchbehälters (12); – wenigstens eine Leitung zum Einleiten von Druckluft in den Tauchbehälter (12); – wenigstens eine Leitung zum Entleeren des Tauchbehälters (12); – eine Entlüftungseinrichtung; – eine Durchlichtschranke (18) zur Erfassung des abgesetzten Schlammvolumens, die mittels elektrischer Leitungen mit einer Auswerteeinheit verbindbar ist; und – einen die Leitung zum Entleeren des Tauchbehälters (12) und die Durchlichtschranke (18) umgreifenden Schwimmer (20) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur normgerechten, automatischen Bestimmung eines abgesetzten Schlammvolumens einer Belebtschlammprobe aus einem Belebungsbecken einer Kläranlage.
In biologischen Kläranlagen ist die Bestimmung des Schlammvolumens bei Belebtschlamm ein wichtiger Parameter, der zur Regelung und Steuerung z. B. von Rücklaufschlamm und Überschussschlamm verwendet.
Im Labor wird das Schlammvolumen nach DIN 38414 Teil 10 bestimmt. Hierzu wird eine Belebtschlammprobe aus dem Belebungsbecken, dessen Schlammvolumen bestimmt werden soll, entnommen und in einen Standzylinder mit 1000 ml Volumen gefüllt. Nach einer Absetzzeit von 30 min wird die Trennzone zwischen Wasser und Belebtschlamm abgelesen und daraus das Schlammvolumen in ml/l bestimmt.
Da sich bei höheren Schlammvolumen größer 250 ml/l Schlammflocken in einem engen Standzylinders mit einem Durchmesser kleiner gleich 60 mm gegenseitig am Absetzen behindern, wird in der Praxis bei Schlammvolumen größer 250 ml/l der Belebtschlamm mit Wasser aus einem Ablauf der Kläranlage im Verhältnis 1:1 verdünnt bis sich ein Ablesewert kleiner 250 ml/l ergibt. Das Ergebnis wird mit dem Verdünnungsfaktor multipliziert.
Aus der Druckschrift EP 1 013 326-A2 ist eine automatische Vorrichtung zur Bestimmung des Feststoffanteils in Klärwasser bekannt, die einen doppelt kegelig ausgebildeten Sedimentations-Tauchbehälter aufweist, der im Klärbecken derart montiert ist, dass er in das Klärwasser eintaucht. Für ein ventilgesteuertes Befüllen des Tauchbehälters mit dem zu untersuchenden Klärwasser als auch für seine Entleerung ist vorzugsweise eine gemeinsame bodenseitige Öffnung im Tauchbehälter vorgesehen. Ein Volumen des im Tauchbehälter abgesetzten Feststoffanteils wird optisch mittels einer sogenannten Zeilenkamera oder durch eine Ultraschall-Meßanordnung erfasst.
Der doppelt kegelig ausgebildete Tauchbehälter nach der EP 1 013 326-A2 hat sich in Verbindung mit der bodenseitigen gemeinsamen Befüll- und Entleerungsöffnung als nachteilig erwiesen. Eine für eine Reinigung der Messvorrichtung und der Innenwand des Tauchbehälter bei der EP 1 013 326-A2 vorgesehene Ultraschall-Reinigungseinrichtung ist zudem aufwendig und nicht befriedigend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine einfache, betriebssichere Messvorrichtung zur normgerechten, automatischen Bestimmung eines abgesetzten Schlammvolumens einer Belebtschlammprobe aus einem Belebungsbecken einer Kläranlage zu schaffen, mit der das gesuchte Schlammvolumen ohne Verdünnung der Belebtschlammprobe sicher bestimmt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur normgerechten, automatischen Bestimmung eines abgesetzten Schlammvolumens einer Belebtschlammprobe aus einem Belebungsbecken einer Kläranlage, welche Vorrichtung

– einen zylindrischen Tauchbehälter aus Edelstahl mit einem Innendurchmesser größer 100 mm;
– ein Rückschlagventil zum Befüllen des Tauchbehälters;
– wenigstens eine Leitung zum Einleiten von Druckluft in den Tauchbehälter; wenigstens eine Leitung zum Entleeren des Tauchbehälters;
– eine Entlüftungseinrichtung;
– eine Durchlichtschranke zur Erfassung des abgesetzten Schlammvolumens, die mittels elektrischer Leitungen mit einer Auswerteeinheit verbindbar ist; und
– einen die Leitung zum Entleeren des Tauchbehälters und die Durchlichtschranke umgreifenden Schwimmer

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Tauchbehälter aus Edelstahl, der in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung innen elektro-poliert ist und eine Oberflächenrauhigkeit kleiner 0,3 μm aufweist.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass sie mit einer starren, einfach zu Lösenden Halterung am Belebungsbecken montierbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Durchlichtschranke einen Sendebalken und eine Empfangszeile.
Bei einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst sie zwei Leitungen zum Entleeren des Tauchbehälters, die zusammen mit dem Sendebalken und der Empfangszeile der Durchlichtschranke und einer Bodenplatte und einer oberen Abschlussplatte einen Messeinsatz für den Tauchbehälter bilden.
In noch anderer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet die Durchlichtschranke im Infrarot-Bereich.
Zusätzlich kann der Schwimmer eine Reinigungseinrichtung umfassen, mittels der die Durchlichtschranke bei Auf- und Abwärtsbewegung des Schwimmers im Tauchbehälter gereinigt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, dass in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:
1: eine skizzenhafte, perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
2: eine skizzenhafte, perspektivische Seitenansicht eines Messeinsatzes eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur normgerechten, automatischen Bestimmung eines abgesetzten Schlammvolumens einer Belebtschlammprobe aus einem Belebungsbecken einer Kläranlage dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst einen zylindrischen, im Wesentlichen becherförmigen Tauchbehälter 12 aus Edelstahl mit einem Innendurchmesser größer 100 mm, dessen Innenwandung vorzugsweise durch Elektro-Politur behandelt ist, um eine Oberflächenrauhigkeit kleiner 0,3 μm zu erreichen. Eine solche Elektro-Politur ist aus der Lebensmittelindustrie bekannt und dient dazu ein Anhaften des zu untersuchenden Schlammes zu verhindern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit einer starren einfach zu lösenden Halterung, vorzugsweise ein an der Vorrichtung 10 befestigtes Rohr 14, am hier zur Vereinfachung nicht dargestellten Becken, dessen Schlammvolumen bestimmt werden soll, montiert. Die starre Montage verhindert dass durch Strömung im Becken entstehende Vibrationen das Absetzen des zu bestimmenden Schlammes beeinflusst.
Die Vorrichtung 10 ist erfindungsgemäß zweiteilig aufgebaut. Sie besteht im Wesentlichen aus dem Edelstahl-Tauchbehälter 12 und einem Messeinsatz 16, der wie durch 2 veranschaulicht, zwei Steigrohre 28a und 28b, eine Durchlichtschranke 18, einem Schwimmer 20 und einer Bodenplatte 22. Der Messeinsatz 16 wird oben durch eine Abschlussplatte 24 abgeschlossen, in der auch die mechanische Halterungen für die zwei Steigrohre 28a und 28b und die Durchlichtschranke 18 vorgesehen sind. Auf der Abschlussplatte 24 ist auch das Rohr 14 befestigt. Die Durchlichtschranke 18 umfasst einen Sendebalken 18a und eine Empfangszeile 18b, die beide in transparenten Röhrchen stecken und im Infrarot-Bereich arbeiten. Die Durchlichtschranke 18 und die beiden Steigrohre 28a, 28b sind erfindungsgemäß so angeordnet und ausgestaltet, dass ihre Anordnung als Führung für den Schwimmer 20 dient.
Wenn der Messeinsatz 16, wie in 1 illustriert, in den Tauchbehälter 12 gesteckt ist, wird die Abschlussplatte 24 mit einem oberen Rand 26 des Tauchbehälters 12 abgedichtet verbunden. Vorzugsweise wird dies über eine hier nicht dargestellte Klemmflanschverbindung realisiert, mit der die Abschlussplatte 24 auf dem Rand 26 unter Zuhilfenahme einer geeigneten Dichtung festgeklemmt wird.
Ein Befüllen und Entleeren des Edelstahl-Tauchbehälters 12 mit der zu untersuchenden Belebtschlammprobe erfolgt ausschließlich über Kugelrückschlagventile und Beaufschlagung mit Druckluft.
Der Edelstahl-Tauchbehälter 12 wird dazu im Becken soweit unter der Wasser- bzw. Schlammoberfläche installiert, dass sich der Tauchbehälter 12 über die Druckdifferenz zwischen der auflastenden Wassersäule und der Atmosphäre über ein unteres Kugelrückschlagventil 30 im Tauchbehälter 12 mit wässrigen Belebtschlammprobe füllt. Der Druckausgleich erfolgt über eine Schlauchverbindung mit der Atmosphäre. Der Schwimmer 20 ist dazu so ausgestaltet, dass sein Durchmesser nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Tauchbehälters 12 ist. Sein Gewicht ist so austariert, dass er genau 50% des Gewichtes seiner Wasserverdrängung aufweist.
Nach dem Befüllen bleibt die Schlammprobe für eine vorgegebene Zeit zur Messung des sich absetzenden Schlammvolumens in Ruhe.
Am Ende des Messzyklus wird der Tauchbehälter 12 über die Standrohre mit Druckluft beaufschlagt, wodurch der Schwimmer 20 im Tauchbehälter nach unten gedrückt wird. Dadurch wird das Schlamm-Wassergemisch über die beiden Steigrohre 28a, 28b, die kurz über der Bodenplatte 22 des Messeinsatzes 16 im Tauchbehälter 12 enden, über zwei Kugelrückschlagventile 32a, 32b, in die die beiden Steigrohre 28a, 28b oben münden, zurück ins Becken gefördert. Vorzugsweise sind die beiden Steigrohre 28a, 28b im Messeinsatz 16 um 90 Grad versetzt zur Durchlichtschranke 18 angeordnet. Da sich das das untere Rückschlagventil 20 im Boden des Tauchbehälters 12 nur ins Innere des Tauchbehälters 12 öffnet, bleibt es beim Entleeren des Tauchbehälters 12 geschlossen. Die beiden oberen Rückschlagventile 32a, 32b auf den beiden Steigrohren 28a, 28b, die zur Entleerung des Tauchbehälters 12 dienen, sind hingegen so eingebaut, dass sie nur eine Fließrichtung vom Edelstahl-Tauchbehälter 12 zum Becken zulassen.
Die Aufwärtsbewegung des Schwimmers 20 beim Befüllen des Edelstahl-Tauchbehälters 12 und seine Abwärtsbewegung beim Entleeren wird erfindungsgemäß dazu genutzt, um über einen Wischer der am Schwimmer 20 angebracht ist, die Röhrchen, in denen die beiden Teile der messenden Durchlichtschranke 18, der Sendebalken 18a und die Empfangszeile 18b, sich befinden, zu reinigen. Vorzugsweise umfasst der Wischer zwei Dichtungsring-ähnliche Einsätze 34a, 34b im Schwimmer 20, die, wie in 2 veranschaulicht, die Röhrchen des Sendebalkens 18a und der Empfangszeile 18b umgreifen. Dies erlaubt sehr lange Wartungsintervalle, da die messende Durchlichtschranke 18 durch die in den Tauchbehälter 12 einströmende und daraus ausströmende Belebtschlammprobe nicht verschmutzt.
Erfindungsgemäß wird die Trennzone des Schlamm-Wassergemisches, also das abgesetzte Schlammvolumen im Tauchbehälter 12 über ein Infrarot-Durchlichtverfahren exakt erfasst. Dies hat im Gegensatz zu bekannten Systemen den Vorteil, dass Farbunterschiede keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Der gemessene Wert des abgesetzten Schlammvolumens wird über eine frei programmierbare Steuerung, mit der die Vorrichtung 10 nach der Erfindung über geeignete elektrische Verbindungsleitungen verbunden ist, ausgewertet. Sinnvollerweise werden immer zwei Messwerte für das ermittelte Schlammvolumen ausgegeben: Ein Wert für die gerade laufende Messung, der zweite Wert für den jeweils zuletzt ermittelten Messwert. Die Messwerte werden als Analogsignal (4–20 mA) oder als Profibussignal an eine Messwarte weitergegeben.
Die Erfindung zeichnet sich durch einfache Handhabung, ein einfaches Messverfahren und eine exakte Bestimmung des Absetzverhaltens und Schlammvolumens in Anlehnung an DIN 38414 Teil 10 aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1013326 A2 [0005, 0006, 0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 38414 Teil 10 [0003]
DIN 38414 Teil 10 [0028]

Claims

Vorrichtung (10) zur normgerechten, automatischen Bestimmung eines abgesetzten Schlammvolumens einer Belebtschlammprobe aus einem Belebungsbecken einer Kläranlage, welche Vorrichtung (10) – einen zylindrischen Tauchbehälter (12) mit einem Innendurchmesser größer 100 mm; – ein unteres Rückschlagventil (30) zum Befüllen des Tauchbehälters (12); – wenigstens eine Leitung zum Einleiten von Druckluft in den Tauchbehälter (12); – wenigstens eine Leitung zum Entleeren des Tauchbehälters (12); – eine Entlüftungseinrichtung; – eine Durchlichtschranke (18) zur Erfassung des abgesetzten Schlammvolumens, die mittels elektrischer Leitungen mit einer Auswerteeinheit verbindbar ist; und – einen die Leitung zum Entleeren des Tauchbehälters (12) und die Durchlichtschranke (18) umgreifenden Schwimmer (20) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchbehälter (12) aus Edelstahl besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchbehälter (12) innen elektro-poliert ist und eine Oberflächenrauhigkeit kleiner 0,3 μm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer starren, einfach zu lösenden Halterung am Belebungsbecken montierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlichtschranke (18) einen Sendebalken (18a) und eine Empfangszeile (18b) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Leitungen zum Entleeren des Tauchbehälters (12) umfasst, die zusammen mit dem Sendebalken (18a) und der Empfangszeile (18b) der Durchlichtschranke (18), einer Bodenplatte (22) und einer oberen Abschlussplatte (24) einen Messeinsatz (16) für den Tauchbehälter (12) bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlichtschranke (18) im Infrarot-Bereich arbeitet.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (20) eine Reinigungseinrichtung (34a, 34b) umfasst, mittels der die Durchlichtschranke (18) bei Auf- und Abwärtsbewegung des Schwimmers (20) im Tauchbehälter (12) gereinigt wird.