DE2429832C3 - Vorrichtung zum optischen Messen des Verunreinigungsgrades von Abwässern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Messen des Verunreinigungsgrades von Abwässern, mit einer Meßkammer, in welcher mittels einer an eine Zuführkammer für das Abwasser an deren Boden angeschlossenen Düse ein Flüssigkeitsfreistrahl gebildet wird, auf den der Meßstrahl eines optischen Meßgerätes gerichtet ist.

Solche Vorrichtungen können zum Erfassen und Messen der Zusammensetzungen von Verunreinigungen im Abwasser dienen, das von Schiffen, verschiedenen Anlagen und Fabriken abgegeben wird. Bekanntlich ist Fluß- und Meerwasser in verschiedenen Ländern erheblich durch öl, Chemikalien und dergleichen verunreinigt. Schwere ölbestandteile im Abwasser können dadurch erfaßt werden, daß Schwerölkomponenten im allgemeinen fluoreszieren, wenn sie mit ultravioletten Strahlen bestrahlt werden. Andere ölbestandteile, die nicht fluoreszieren, wie beispielsweise Benzol, Toluol und Xylol, sowie feste Bestandteile im Abwasser können über die Absorption von ultravioletten und infraroten Strahlen erfaßt werden. Die Menge an absorbiertem infraroten Licht ist nahezu proportional zu den festen Bestandteilen. Daher lassen sich die nicht fluoreszierenden ölbestandteile dadurch ermit- ho teln, daß man den Absorptionsgrad von infrarotem Licht von dem Absorptionsgrad ultravioletten Lichtes abzieht. Dies kann mittels eines Analog- oder Digitalrechners durchgeführt werden.

Für solche Messungen ist es gemäß den eingangs <>s erwähnten Merkmalen bekannt, den Meßstrahl eines entsprechenden optischen Meßgerätes auf einen mittels einer Düse gebildeten Flüssigkeitsfreistrahl zu richten.

Der Vorteil der Messung an einem Freistrahl besteht darin, daß das Meßergebnis nicht durch Verunreinigungen an festen Begrenzungswänden des Meßstromes beeinträchtigt werden kann. Bei der bekannten Vorrichtung (US-PS 35 81 085) isi der Freistrahl ein Rundstrahl, der jedoch verhältnismäßig leicht instabil werden kann, so daß Turbulenzen wenigstens an den Grenzflächen des Strahles gebildet werden, an welchen der Meßstrahl unkontrolliert reflektiert wird, so daß hierdurch das Meßergebnis verfälscht werden kann. Turbulenzen können bei der bekannten Vorrichtung überdies leicht durch Erschütterung und einen ungleichmäßigen Zufluß des zu beobachtenden Flüssigkeitsstromes zu der den Freistrahl bildenden Düse induziert werden.

Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß M-jßwertverfälschungen durch unkontrollierte Reflexionen an den Grenzflächen des Freistrahles weitestgehend vermieden sind.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zuführkammer als Standrohr mit einem dessen Flüssigkeitsstand bestimmenden Überlauf ausgestattet ist und die Düse als einen laminaren Flachstrahl bildende Schlitzdüse ausgebildet ist.

Durch das erfindungsgemäße Standrohr, dessen Flüssigkeitsstand durch den Überlauf konstant gehalten wird, ist auch der Auspreßdruck an der Düsenmündung konstant und weitgehend unabhängig von auf die Vorrichtung einwirkenden Erschütterungen, Außerdem ist der durch die erfindungsgemäße Schlitzdüse gebildete Flachstrahl verhältnismäßig stabil, so daß durch entsprechende Abstimmung des Düsenquerschnitts auf den Querschnitt des Standrohres ein laminarer Strömungszustand in dem Flachstrahl erreicht werden kann und dadurch Turbulenzen an den Grenzflächen des Strahles vermieden sind, wobei auch eine definierte Durchgangsdicke für den Meßstrahl durch den Flachstrahl vorhanden ist. Insgesamt sind somit Meßwertverfälschungen weitgehend vermieden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schlitzdüse mit über ihre Mündung hinausstehenden, den Flachstrahl seitlich begrenzenden Seitenführungen mit einander zugewendeten Längsnuten ausgestattet. Durch die genuteten Seitenführungen wird im Zusammenwirken mit der Adhäsion und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit der Flachstrahl an seinen Seitenrandbereichen ausgebreitet gehalten und so weit stabilisiert, daß auch wesentliche Vibrationen nicht zu einer Dickenänderung des Flachstrahls oder einer Änderung des laminaren Strömungszustandes führen. Hierdurch läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Beeinträchtigung des Meßergebnisses in der Umgebung von Vibrationen erzeugenden Maschinen und elektrischen Motoren an Land, insbesondere aber auch auf Schiffen betreiben, die bekanntlich Wellenvibrationen und durch die Schiffsmaschine erzeugten Vibrationen unterworfen sind, andererseits eine typische Abwasserquelle darstellen, deren Abwasser besonders stark verunreinigt sein kann.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 5.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Leitungsanordnung für Abwasser und einer optischen Meßvorrichtung zum Messen des Verunreinigungsgrades des Abwassers,

Fig.2 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Meßvorrichtung aus F i g. 1,

Fig.3 eine Vorderansicht der in Fig.2 gezeigten Düse und

F i g. 4 einen Längsschnitt durch die in F i p. 3 gezeigte Düse.

In F i g. 1 wird das Abwasser, wie beispielsweise das Bilgewasser eines Schiffes, aus einera Abflußrohr 1 abgegeben und einem öl-Wasser-Abscheidebehälter 2 zugeführt Danach wird es nach außen über ein Hauptabflußrohr 8, einen Ventilmechanismus 18 und eine Auslaßö'finung 19 geleitet Für die Messung ist ein Bypass-Rolsr 3 parallel zum Hauptabflußrohr 8 angeordnet, so daß ein Teil des Abwassers abgezweigt wird Das Bypass-Rohr 3 enthält eine Pumpe 4 und einen Rührmechanismus 5, wodurch ein Teil des Abwassers umgerührt, gemischt und dann einer Abgabeöffnung 6 zugeführt wird, um abwärts zu strömen. Am Einlaß des Bypass-Rohres 3 ist eine mehretagige Einlaßeinrichtung 43 angeordnet, durch die das Abwasser aus verschiedenen Querschnittsbereichen des Rohres 8 gleichförmig abgezweigt wird. Eine als Standrohr 9 ausgebildete Zuführkammer für die Meßflüssigkeit ist unterhalb der Abgabeöffnung 6 angeordnet, wobei das obere Ende des Standrohres 9 von einem ringförmigen Element 7 umgeben wird, um überströmendes Wasser zu sammeln, so daß dieses wieder in das Hauptabflußrohr 8 zurückgeleitet werden kann. Das untere Ende des Standrohres 9 für die Meßflüssigkeit wird durch eine Schlitzdüse 15 gebildet, die so konstruiert ist, daß ein laminarer Flachstrahl 10 bestimmter Dicke entsteht. Der laminare Flachstrahl 10 wird von einem Aufnehmer 16 aufgenommen und dem Hauptrohr 8 wieder zugeleitet. Somit wird der durch die Düse 15 gebildete laminare Flachstrahl 10 als Meßbereich verwendet, wobei die Strömung unter einem konstanten statischen Druckgefälle, bestimmt durch die Höhe des Standrohres 9, selbst dann steht, wenn die Menge an homogenisiertem vom Rührmechanismus 5 angegebenen Wasser sich ändert. Mit anderen Worten werden die Dicke und der Durchsatz für den laminaren Flachstrahl 10 stets bei konstanten Werten gehalten, wobei dies unabhängig von den durch die Pumpe 4 und durch eine am Abflußrohr 1 angeschlossene nicht gezeigte Absaugpumpe geschaffenen Flüssigkeitsdrücken ist. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß das Wasser niemals aus der Düse 15 unter einem nennenswerten Druck ausgestoßen wird, da die laminare Strömung vollständig unabhängig vom Flüssigkeitsdruck ist und der Flüssigkeitsdruck aufgrund des konstanten statischen Gefälles nicht sehr hoch ist. Vielmehr fließt das Wasser zur Bildung des laminaren Flachstrahls auf natürliche Weise nach unten, so daß die Genauigkeit der optischen Messung in der Meßzone erhöht werden kann; dies wird nachfolgend beschrieben. Der optische Detektor umfaßt Lichtquellen 11 und 13, wobei erstere infrarote Strahlen aussendet und letztere eine Quecksilberlampe oder dergleichen ist, die Licht aussendet, welches eine Fluoreszenz durch den schweren ölbestandteil im Abwasser bedingt. Die erhaltene Fluoreszenz wird durch einen unterhalb der Quelle 13 angeordneten Lichtempfänger 14 empfangen. Die infraroten Strahlen von der Quelle 11, die nicht in dem Flachstrahl 10 absorbiert werden, werden durch einen an der Rückseite des Flachstrahls angeordneten Lichtempfänger 21 aufgenommen, während die ultravioletten Strahlen durch den Lichtempfänger 22 erfaßt werden, der ebenfalls an der Rückseite des Flachstrahls

angeordnet ist Jeder Lichtempfänger 14,21 und 22 kann ein bekanntes fotoelektrisches Element aufweisen, und die Ausgänge der betreffenden Lichtempfänger werden über elektrische Leitungen 24,25 und 26 einem Rechner 17 zugeführt Im Rechner Yl werden die Ausgänge in zweckmäßiger Weise behandelt, um die fluoreszierende ölkomponente, den Gesamtöibestandteil und die gesamten Verunreinigungen zu messen und aufzuzeichnen. Der Rechner 17 ist mit einem Ausgangsbetätigungsschaltkreis 23 versehen, um ein Schaltventil 18 immer dann zu betätigen, wenn eine der gemessenen Komponenten oder das Betriebsergebnis einen bestimmten Wert überschreitet, wodurch das durch das Hauptabflußrohr 8 zur Auslaßöffnung 19 fließende Abwasser über ein Rückflußrohr 20 zurück zum Öl-Wasser-Abscheider 2 geleitet wird. Weiter ist es möglich, durch den Arbeitsschaltkreis 23 eine nicht dargestellte passende Alarmeinrichtung immer dann zu betätigen, wenn der Grad an Verunreinigungen einen bestimmten Wert überschreitet.

F i g. 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Schlitzdüse, die auf einem Schiff oder dergleichen angeordnet werden kann, um eine genaue Messung der Verunreinigung des Abwassers vorzunehmen. Wie dargestellt, ist ein Verbindungsstück 30 auf der oberen Fläche eines Gehäuses 35 mit der Abgabeöffnung 6 nach F i g. 1 verbunden, so daß das durch die Pumpe 4 dem Rührwerk 5 zugeführte Wasser in das Gehäuse 35 abgegeben wird. Ein geneigter Filter 27 ist unterhalb des Verbindungsstückes 30 angeordnet, wobei der Filter aus einem metallischen Drahtnetz gebildet ist und durch einen Elektromotor 28 gedreht wird. Auf diese Weise wird stets ein noch nicht verwendeter Teil des Filters 27 in eine Betriebsstellung unterhalb des Verbindungsstükkes 30 gebracht, um gröbere Bestandteile an Verunreinigungen, wie beispielsweise Sand, Schlamm und Gewebe- und Holzspäne, auszufiltern. Die aufgefangenen gröberen Bestandteile werden durch einen an einer Seite des Filters 27 angeordneten Ablaßkanal 29 nach außen geführt. In Fällen, wo auch die Menge an solchen gröberen Bestandteilen gemessen werden muß, wird eine passende Meßeinrichtung vorgesehen. Die gröberen, auf dem Filter 27 abgelagerten Bestandteile können durch eine Vakuumsaugdüse 42 entfernt werden, die an der Außenseite des Gehäuses 35 angeordnet ist.

Das durch den Filter 27 hindurchgelangte Abwasser, welches ölbestandteile und/oder feine Partikeln noch enthält, wird dem Standrohr 9 für die Meßflüssigkeit zugeführt, das unterhalb des Filters angeordnet ist. Ein Überlaufrohr 37 bestimmt den Flüssigkeitsstand 40 im Standrohr, so daß ein Überschuß an Wasser in der gleichen Weise wie bei F i g. 1 überströmen kann. Ein L-förmiges Schlitzdüsenelement 31 ist mit dem unteren Ende des Standrohres 9 über einen Anschluß 34 verbunden. Wie in F i g. 3 und 4 gezeigt, hat das Schlitzdüsenelement 31 eine flache rechteckförmige Passage 35. Die mit dieser Passage verbundene Schlitzdüse 15 ist mit sich nach unten erstreckenden Seitenführungen 32 mit einander zugewendeten Längsnuten 33 gleicher Breite wie die Düse 15 versehen. Die unteren Ränder 41 der Schlitzdüse 15 sind mit den seitlichen Rändern der Seitenführungen 32 über bogenförmige oder gekrümmte Übergangsbereiche 37 verbunden, wodurch die durch die Düse gebildete lamimre Strömung stabilisiert wird. Das Düsenelement 31 ist mit dem Anschlußstück 34 über eine Schraube 36a verbunden, während das Anschlußstück 34 mit dem Standrohr 9 durch Schrauben 36 eekuDDelt ist. Bei dem

Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 wird das längs des Oberlaufs 31 und das durch die Schlitzdüse 15 abströmende Wasser am unteren Ende des Gehäuses 35 gesammelt und über ein Abflußrohr 39 zurück in das HauptabfluBrohr 8 geleitet. Diese Anordnung beeinträchtigt selbstverständlich nicht den gewünschten Meß- und Erfassungsvorgang. In dergleichen Weise wie bei Fig. 1 sind Lichtquellen 11 und 13 und Lichtempfänger 14, 21 und 22 an entgegengesetzten Seiten des Flachstrahls angeordnet.

Bei der in F i g. 2 bis 4 gezeigten Bauweise bildet das durch die Schlitzdüse 15 nach unten fließenden Abwasser einen laminaren Flachstrahl mit einer bevorzugten definierten Gestalt, da die beiden Seitenränder des Fiachstrahls durch die Haftkraft des Wassers an den genuteten Seitenführungen 32 auseinandergezogen werden, wobei dieser Vorgang durch die Oberflächenspannung des Wassers begünstigt wird. Aus diesem Grund wird in der Meßvorrichtung eine stabile laminare Strömung gebildet, die durch wiederholte Roll- und

- Stampfbewegungen des Schiffes nicht beeinträchtigt wird. Dadurch wird eine genaue Messung unter konstanten Bedingungen gewährleistet, gleichgültig, ob die Messung mittels durch die laminare Strömung hindurchgeleitetem oder an der laminaren Strömung

ι ο reflektierten Lichtes erfolgt. Obschon der größte Teil an gröberen Partikeln im Abwasser durch den Filter 27 entfernt wurde, kann das Düsenelement 31 verstopft werden. Das Düsenelement 31 läßt sich jedoch in einfacher Weise dadurch reinigen, indem man es durch

·,', Lösen der Schraube 36a und der Schrauben 36 abmontiert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum optischen Messen des Verunreinigungsgrades von Abwässern, mit einer Meßkammer, in welcher mittels einer an eine Zuführkammer für das Abwasser an deren Boden angeschlossenen Düse ein Flüssigkeitsfreistrahl gebildet wird, auf den der Meßstrahl eines optischen Meßgerätes gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkammer als Standrohr (9) mit einem dessen Flüssigkeitsstand (40) bestimmenden Überlauf (37) ausgestattet ist und die Düse als einen laminaren Flachstrahl (10) bildende Schlitzdüse (15) ausgebildet ist. ,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzdüse (15) mit über ihre Mündung hinausstehenden, den Flachstrahl (10) seitlich begrenzenden Seitenführungen (32) miteinander zugewendeten Längsnuten (33) ausgestattet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang von den Rändern der Düsenmündung zu den Seitenführungen (32) bogenförmige Übergangsbereiche (37) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlitzdüsenelement (31) im Längsschnitt L-förmig ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlitzdüsenelement (31) über eine Schraubverbindung (36, 36a) an dem Standrohr (9) lösbar befestigt ist.