-
Gerät zur Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs beim Abbau
von organischen Stoffen im Abwasser.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Bestimmung
des biochemischen Sauerstoffbedarfs beim Abbau von organischen Stoffen im Abwasser
mit einer Wank die eine Anordnung zur Aufnahme einer Anzahl Probenbehältern enthält
und mit einer die Proben auf einer bestimmt.en Temperatur haltenden Flüssigkeit
füllbar ist.
-
Beim Betrieb von biologischen Kläranlagen wird versucht, die natürlichen
Abbauprozesse unter möglichst günstigen Bedingungen (große Organismenzahl und genügend
Sauerstoff) durchzuführen.
-
Um eine Abwasserreinigungsanlage richtig dimensionieren zu können,
ist es deshalb notwendig, den Sauerstoffbedarf der betreffenden Anlage zu kennen.
Auch zur Ermittlung der Reinigungsleistung bestehender Anlagen ist es zweckmäßig,
den Sauerstoffbedarf als eine der wichtigsten Komponenten bei der Abwasserklärung
überprüfen zu können.
-
Die Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs erfolgt meistens
anhand eines bestimmten Verdünnungsverhältnisses in Bezug auf das anfallende Rohwasser.
Dabei wird einer bestimmten RohHwas.sermenge eine gewisse Menge sauerstoffges'ättigtes
Reinwasser zugesetzt und der Sauerstoffverbrauch bei einer Testdauer von beispielsweise
5 Tagen bei 20 0C gemessen. Um das für ein bestimmtes Abwasser erforderliche Verdünnungsverhältnis
zu
ermitteln, ist es notwendig, jeweils eine Probenserie mit.
-
unterschiedlichen Verdünnungen genau gleichen Prüfbedingungen zu unterwerfen.
Ein Erfordernis zur Erzielung von einigermaßen reproduzierfähigen Resultaten ist
dabei, einen möglichst homogenen Anteil der Untersuchungsflüssigkeit (abzubauende
organische Stoffe) für jede Verdünnungsprobe anzusetzen. Um die mit großen Fehlermöglichkeiten
behaftete, arbeitsaufwendige Verdünnungsmethode zu ersetzen, wurden verschiedene
Meßmethoden, unter Umgehung der Verdünnung, ermittelt. Bei allen diesen Methoden
ist es allerdings unumgänglich, die Untersuchungsflüssigkeit in Bewegung zu halten,
um in der Probe sowohl stationäre Ansammlungen von Stoffpartikeln zu vermeiden,
als auch eine intensive Luft-Wasser-Berührung für die notwendige Sauerstoffaufnahme
zu erzielen, sowie die erforderliche Meßtemperatur von 20°C einzuhalten.
-
Es sind bei verschiedenen bekannten Geräten zur Bestimmung des biochemischen
Sauerstoffbedarfs beim Abbau von organisctien Stoffen im Abwasser Rührvorrichtungen
verschiedener Art mit unterschiedlichem Erfolg verwendet worden. Die Schwierigkeiten
bei den Rvihrvorrichtungen bekannter Geräte sind vor allem darauf zurückzuführen,
daß die Gefäße zur Aufnahme der Testflüssigkeit dicht verschließbar sein müssen,
um eine einwandfreie Sauerstoffbedarfsmessung durchxeführen zu können. Die Testflüssigkeit
muß somit in Bewegung gesetzt werden, ohne daß am Gefäß oder an dessen Deckel z.B
eine Wellendurchführung für ein Rührwerk notwendig ist. Dies geschieht bei einem
bekannt gewordenen Gerät durch eine Vibrationseinrichtung, durch die die Gefäße
einer Probenreihe in gleicher Weise in Schwingung versetzt werden, bei einem anderen
Gerät durch ein magnetisch gekuppeltes Rührwerk, wobei ein unterhalb des Gefäßbodens
angeordneter rotierender Dauermagnet eine im Gefäß vorhandene Rührer einrichtung
antreibt, Indessen bedingt die Anwendung des Vibrierens der Proben Maßnahmen, durch
die eine Schwinqunqsübertragung auf empfindliche Meßgeräte vermieden werden, während
Maqnetkupplungen der genannten Art meist unzuverlässig arbeiten;
zudem
kann bei allen diesen Geräten die Neßtemperatur - ohne klimatisierten Raum - nicht
eingehalten werden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs
genannten Art zu schaffen, durch das die angeführten Mängel eliminierbar sind.
-
Das erfindungsgemäße Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder
einzelnen, in der Wanne vorgesehenen Probenbehälter-Einsatzstelle unterhalb des
Wannenbodens angeordnete Mittel einer Vorrichtung zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Drehfeldes zugeordnet sind, um einen auf dem Boden des bezüglichen Probenbehälters
frei drehbaren Rührer antutreiben, und daß die genannte Vorrichtung ein magnetisches
Zentrierglied aufweist,. um die Drehachse des Rührers auf das Zentrum des Drehfeldes
auszurichten, und eine Schaltung für die Anspeisung der genannten Mittel enthält.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes
sind die genannten Mittel paarweise um ein Drehzentrum gleichmäßig verteilt angeordnete
Elektromagnete, deren Spulen auf mit einer ferromagnetischen Tragplatte verbundenen
Magnetkernen sitzen, wobei der Rührer vorzugsweise ein längsmagnetisierter Permanentmagnetstab
ist, und auf seiner Längsmitte ein dessen Umfang wenigestens teilweise umgreifendes
Distanzglied trägt, welches den Rührer vom Probengefäßboden im Abstand hältO Das
magnetische Zentrierglied kann sowohl ein in Achsrichtung des Drehfeldes magnetischer
Permanentmagnet, als auch ein Elektromagnet sein.
-
Ein Ausfiihrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend
anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt: Fig. 1 ein erindungsgemäßes Gerät im
Längsschnitt, wobei aus Gründen der Übersicht-lichkeit -eine einzige Einsatzstelle
für
ein Probengefäß und zur Vermeidung mehrerer gleicher tarstellungsdetails
das Gerät gekürzt gezeigt ist, Fig. 2 eine Grundrißdarstellung einer in einer Ecke
des Gerätes nach Fig. 1 liegenden Einsatzstelle für ein Probengefäß, Fig. 3 das
Blockschema eines synchronen Rührerantriebes, und Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung
der Bewegungssteuerung bei einem Rührerantrieb nach dem Schema gemäß Fig. 3.
-
In Figur 1 ist zu 1 allgemein ein Gehäuse bezeichnet, das innerhalb
einer Umfassungswand 2 eine Wanne 3 zur Aufnahme von Probengefäßen 4 (eines davon
dargestellt) und einer die Gefäße bis zu einer bestimmten Höhe umgebenden Flüssigkeit
5 enthält. Letztere dient dazu, die in den Gefäßen 4 eingeschlossene Probenflüssigkeit
auf einer bestimmten Temperatur zu halten.
-
Hierfür geeignete Heiz- und/oder Kühleinrichtungen sind nicht gezeigt.
Auf der Oberseite des Wannenbodens 3' sind Zentriernocken 6 vorgesehen, die ein
ortsrichtiges Aufstellen der Probengefäße 4 sicherstellen. Zur Abstützung des Gehäuses
1 auf einer Unterlage dienen auf der Unterseite des Wannenbodens 3' angeordnete
Füße 7, von denen zwei gezeigt sind. Um in der Wanne 3 einen gleichbleibenden Flüssigkeitsstand
zu erzielen, ist diese mit einem (nicht gezeigten) Zuleitungsrohr und einem Ablaufrohr
8 mit einem in der Höhe verstellbaren Überlaufrohr 9 ausgerüstet.
-
Das Umrühren der Probenflüssigkeit in den Probengefäßen, die zusammen
mit dem erfindungsgemäßen Gerät zu vewenden sind, erfolgt mittels eines einfach
auf den Gefäßboden aufsetzbaren Rührers 10, wobei weder am Gefäßboden noch am Rührer
rt selbst Mittel für eine mechanische Zentrierung in Bezug auf den Gefäß grundriß
vorhanden sind. Der im vorliegenden Fall stabförmige, als längsmaqnetisierter Permanentmagnet
gestaltete Rührer
besitzt lediglich in seiner Längenmitte ein z.B.
den Stab ringförmig umschließendes Dístanzglied 112 welches den Stab im Abstand
vom Gefäßboden hält. Der Rührer 10 ist zweckmäßig mit einem gegen Korrosion schützenden
Kunststoffüberzug versehen und wird mittels eines unter dem Wannenboden 3' montierten,
allgemein mit 12 bezeichneten Antriebsaggregats in nachstehend beschriebener Weise
angetriebene Die Zentrierung des Rührers erfolgt durch einen längsmagnbtisierten
Permanentmagneten 13, dessen Längsachse durch das in der Längenmitte des stabförmigen
Rührers 10 liegende Drehzentrum geht0 Der Permanentmagnet 13 ist im f Antriebsaggregat
12 eingebaut Es versteht sicht daß anstelle des Permanentmagneten 13 auch ein Elektromagnet
verwendet werden kanne Das Antriebsaggregat 12 enthält eine Anzahl elektromagnetischer
Spulen 141 die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind. Bei dem nachstehend
beschriebenen Antriebsverfahren sind wenigstens zwei gpulendpaare notwendige um
eine zwangsläufige Rotation des Rührer 10 herbeizuführene Die Spulen sitzen auf
Magnetkernen 16, die auf einer gemeinsamen Rückschlußplatte 15' aufgesetzt sind
und deren Köpie unmittelbar an der Unterseite des Wannenbodens 39 liegen. Im Zentrum
des Teiiireises, auf welchem die Spulen- bzw. Magnetkernachsen liegen, ist der bereits
erwähnte Zentriermagnet 13 angeordnete Das Antriebs aggregat 12 sitzt -auf einem
Bügel 17, mittels welchem es an der Unterseite des Wannenbodens 3' aufgehängt ist.
Gleiche Antriebsaggregate sind selbstverständlich unter jeder Einsetzstelle für
ein Probengefäß vorgesehen.
-
Damit der Wannenboden 3' nicht zu stark von den Stromwärmeverlusten
der Spulen 14 aufgeheizt wird, ist für eine angmessene Luftzirkulation im Raum unterhalb
des Wannenbodens gesorgt.
-
Zu diesem Zwecke stehen die Auflageenden der Füße 7 etwas über das
Niveau des unteren Endes der Umfassungswand 2 vor,und in der Bodenverschalung 18
sind Luftdurchtrittsöffnungen 19 für den Zutritt von Frischluft vorgesehen. Die
erwärmte Luft fließt
über den Hohlraum 20 zwischen Umfassungswand
2 und den Seitenwänden der Wanne 3 durch Offnungen 21 ab. Solche Öffnungen sind
wenigstens auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Umfassungswand 2 angebracht und
können, wie in Fig. 1 gezeigt, als Traggrifföffnungen gestaltet sein. Sofern notwendig,
kann zur Kühlung der Spulen 14 ein (nicht gezeigtes) Lüfteraggregat vorgesehen werden.
-
In der Grundrißdarstellung nach Fig. 2, die einen Eckausschnitt des
Gehäuses gemäß Fig. 1 zeigt, ist eine beispielsweise Anordnung der Zentriernocken
62 sowie die Lage der Spulen 14.1 bis 14.4 (14 in Fig. 1) dund des Zentriermagneten
13 unterhalb des Wannenbodens ersichtlich. Andere Zentriernockenformen sowie eine
andere Verteilung derselben sind selbstverständlich möglich. Ebenso können die Spulen
14 in anderen Stellungen bezüglich der Hauptachsen des Gehäuses angeordnet sein.
-
Wie bereits früher erwähnt, ist es zur Erzielung vergleichsfähiger
Testreihen notwendig, daß alle Proben die gleiche Behandlung erfahren. Da im vorliegenden
Fall das nicht einfach zu lösende Problem des Umrührens der Probenflüssigkeit interessiert,
wird nachstehend anhand der Fig. 3 und 4 ein Beispiel eines Rührerantriebes beschrieben,
das die an Geräte zur Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs beim Abbau
von organischen Stoffen in Abwässern gestellten Anforderungen zu erfüllen vermag.
-
Der anhand Fig. 3 und 4 zu erläuternde Rührerantrieb bewirkt prinzipiell
eine synchrone Drehbewegung des in der Form eines stabförmigen Permanentmagneten
vorliegenden Rührers 10 (Fig. 1) um die Längsachse des Gefäßes 4. Unter dem Wannenboden
3' sind pro Gefäß zwei Spulenpaare 14.1, 14.2; 14.3, 14.4 (Fig. 2) vorgesehen, die
von einer für alle Antriebsaggregate 12 gemeinsamen
Antriebsquelle
gemäß dem Schema nach Fig0 3 gespeist sind und im erregten Zustand in gesteuerter
Reihenfolge abwechslungsweise N- und S-Pole und somit ein Drehfeld liefern.
-
Im Blockschema nach Fig. 3 ist mit 31 ein Impulsgenerator mit variabler
Frequenz bezeichnete Die Frequenzeinstellung wird durch ein Drehzahleinstellglied
n vorgenommen, durch welches auch die Anfangsgeschwindigkeit Null einstellbar ist,
sofern hierfür nicht ganz allgemein eine Anfahrautomatik 32 verwendet wird, welche
vor allem dazu dient, den Impulsgenerator 31 nach einem Netz aus fall auf die Frequenz
Null zurückzustellen und hierauf allmählich wieder auf den Soll-Eins tel lwert hochzufahren.
Dies ist deshalb notwendig, weil der Permanentmagnet-Rührer 10 nicht asynchron anlaufen
kann. Der Impulsgenerator 31 speist einen Taktgeber 33 in der Form eines Flip-Flops.
-
Die vom Taktgeber gelieferten Taktimpulse gelangen über Verbindungen
I, II an die Polarisationswähler I bzw. II, welche ebenfalls als Flip-Flops ausgelegt
sein können. In den Polarisationswählern wird festgelegt, welche magnetische Polarisation
in einem bestimmten Zeitpunkt die Schenkel bzw. Spulen der Polpaare I und II aufweisen
sollen. Schließlich werden die von den Polarisationswählern 34, 35 gelieferten Signale
in den zugeordneten Verstärkern 36, 37 verstärkt und deren Ausgangssignale den Polpaaren
I bzw. II zugeleitet. Der Vollständig keit halber ist in Fig. 3 auch der zur Speisung
der chalt-, Steuer- und Verstärkerglieder erforderliche Netzteil 38 angeführt.
-
Setzt man ein mit einem Rührer 10 versehenes Probengefäß 4 bei entregten
Spulen in eine der Einsatzstellen, so stellt sich der permanentmagnetische Rührer
10 sofort auf das nächstliegende Polpaar ein und bleibt nach erfolgter Zentrierung
durch den Zentriermagneten 13- stehen. Wenn beim Einschalten der Antriebanspeisung
der Impulsgenerator 31 entweder durch die Anfahrautomatik 32 oder den Drehzahlwähler
n auf die Frequenz
Null eingestellt ist, so liefert er kein Signal
an den Taktgeber 33. Somit bleiben auch die Spulen der Polpaare I und II weiterhin
unerregt. Diesen Startzustand zeigt die Darstellung A in Fig. 4, wobei angenommen
wird, daß sich der Rührer 10 auf das Spulenpaar I' - I" ausgerichtet hat. Wird nun
der Drehzahlwähler aus der Stellung Null herausbewegt und das Spulenpaar 1' - It"
zufällig so erregt, daß die Enden des Rührers entgegengesetzt polarisierten Magnetfeldern
des Spulenpaares I' - I" gegenüberstehen, so findet zunächst keine Rührerbewegung
statt.
-
In diesem Fall liegt der folgende Polarisierungszustand an den Magnetschenkeln
vor: I'=N, I"=S, w N und IIt'=S. Liegt jedoch ein anderer Drehfeldzustand vor oder
ändert sich dieser aufgrund der Arbeitsweise des Taktgebers 33 und der Polarisationswähler
34 und 35 beispielsweise so, daß gemäß der Darstellung B in Fig. 4 der Polarisierungszustand
I'BS, IIt N, I"=N und II"=S folgt, so verschwenkt sich der Rührer zunächst in die
Zwischenstellung B, um anschließend in die Stellung C weiterzudrehen. Der Rührer
wäre in entgegengesetzter Richtung angelaufen, wefln entweder seine den Schenkeln
I' und I" zugewandten Enden entgegengesetzt zur Darstellung A polarisiert gewesen
wären, oder wenn die Schenkelmagnetisierung gemäß der Darstellung E initial erfolgt
wäre (zyklische Vertauschung). Es brauchen somit nicht alle Rührer 10 im gleichen
Drehsinn zu laufen.
-
Sobald der Rührer die in der Darstellung C gezeigte Stellung erreicht
hat, wechselt das Polpaar II', II", gesteuert vom Polarisationswähler 35, seine
Polarität (das Polpaar I', lt' bleibt unverändert polarisiert), so daß der Rührer
in die neue Zwis-chenstellung D weiterdreht und hierauf in die Stellung E gelangt.
Nun wechseltdas Polpaar I', 1", gesteuert vom Polarisationswähler 34, seine Polarität
(das Polpaar II', II" bleibt unverändert polarisiert), und der Rührer gelangt über
eine (nicht gezeigt Zwischenstellung in die darauffolgende Stellung F. Dann wechselt
das Polpaar II', II" wieder seine Polarität, während die Polarität des Polpaares
I', 1" gleich
bleibt, und der Rührer dreht indLe Stellung nach
G. Er hat nun eine volle Drehung um seine tängenmitte ausgeführt und befindet sich
in der gleichen Stellung, die er bereits beim Start eingenommen hat. Nach erneutem
Wechsel der Polarität am Polpaar I', Z" dreht sich der Rührer um eine Viertelsdrehung
weiter in die Stellung H, welche derjenigen von C entspricht usw.
-
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wechselt nach Jeder
Viertelsdrehung des Rührers eines der beiden Polpaare seine Polarität, so daß ein
kontinuierliches Drehfeld entsteht, das den permanentmagnetischen Rührer synchron
mitnimmt. Die Möglichkeit, dank den Verstärkern 36, 37 in den Polpaaren I und 11
ein starkes Magnetfeld aufbauen zu können, läßt die Gefahr des Außertritt-Pallens
weitgehend eliminieren. Weil außer Tritt gefallene Rührer spätestens in der nkchstfolgenden
Vierteisstellung stillstehen, und nicht mehr vom Drehfeld mitgenommen werden, kann
es zur Vermeidung von Probenausfällen zweckmäßig sein, eine Umlaufüberwachungsschaltung
vorzusehen., die hier aber nicht beschrieben werden soll.
-
Obschon nur eine Anordnung mit synchron anlaufendem Rührer beschrieben
wurde, ist es verständlich, daß auch Anordnungen mit asynchron anlaufenden Rührern
möglich sind. Andererseits versteht es sich, daß zur Erzielung einer bei allen Proben
gleichmäßigen Rührwirkung mindestens ein angenäherter Gleichlauf aller Rührer notwendig
ist. Diese Aufgabe vermag ein Synchronantrieb mit relativ einfachen Mitteln zu lösen.
Außer der gezeigten Schaltung ist selbstverständlich auch eine Drehstromschaltung
verwendbar, die mit oder ohne Frequenz- und damit Drehzahlregelung arbeitet.
-
Patentansprüche