DE2713621B2

DE2713621B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wasserüberwachung

Info

Publication number: DE2713621B2
Application number: DE19772713621
Authority: DE
Inventors: Peter Von Dipl.-Ing. 2070 Schmalenbek Windau
Original assignee: Preussag AG Feuerschutz
Current assignee: Preussag AG Feuerschutz
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2713621A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wasserüberwachung, bei dem kontinuierlich ein Teilstrom des zu untersuchenden Wassers als Wasserprobe durch ein Extraktionsgefäß geleitet wird und die dem Wasser durch Extraktion entnommenen Verunreinigungen mit Hilfe des Extraktionsmittels ständig einer kontinuierlich arbeitenden Meßstation zwecks Erfassung zugeführt werden.

Aus der DE-OS 18 10 604 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung von ölen in flüssigen oder gasförmigen Medien bekannt, bei dem aus dem zu untersuchenden Medium kontinuierlich eine mengenmäßig genau bestimmte Probe entnommen wird, die kontinuierlich mit einem in dem zu untersuchenden Medium nicht lösbaren Lösungsmittel in Form von Tetrachlorkohlenstoff innig vermengt wird. Das auf diese Weise mit Hilfe des Tetrachlorkohlenstoffes i^ri extrahierte öl wird dann von dem zu untersuchenden Medium getrennt und mittels Infrarotstrahlen auf den gelösten ölanteii untersucht

Das bekannte Verfahren ist speziell auf die quantitative Bestimmung von ölen in flüssigen oder gasförmigen Medien ausgelegt und setzt ein in dem flüssigen oder gasförmigen Medium nicht lösbares flüssiges Lösungsmittel voraus.

Das aus der DE-OS 17 73 510 bekannte Verfahren zur Bestimmung von in Wasser gelösten Kohlenwasserstof-2^r> fen und Halogenwasserstoffen verwendet die sogenannte gaschromatische Dampfraumanalyse. Hierzu wird ein Teilstrom der zu untersuchenden Flüssigkeit durch einen Behälter geleitet, der oberhalb der zu untersuchenden Flüssigkeit einen beispielsweise mit Stickstoff K) gefüllten Dampfraum aufweist, dem von Zeit zu Zeit Gasproben entnommen werden, die anschließend einem Gaschromatografen zugeführt werden.

Dieses Verfahren arbeitet verhältnismäßig langsam,

da zur Messung der Verunreinigungen der Flüssigkeit

κ der Dampf dieser Verunreinigungen erst in den

Dampfraum gelangen muß, um gemessen werden zu

können. Hierzu ist es außerdem notwendig, einen sich einstellenden Gleichgewichtszustand zwischen der gasförmigen Phase der Verunreinigung in dem Dampf raum und der in der zu untersuchenden Flüssigkeit gelösten Verunreinigung abzuwarten, ehe eine Probe aus dem Dampfraum entnommen werden kann. Da auch der ais Meßstation nachgeschaltete Gaschromatograf nur chargenweise arbeitet, ergibt sich eine langsame

und stark diskontinuierliche Überprüfung der zu überwachenden Flüssigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine selektive automatische und kontinuierliche Überwachung von ^w Frischwasser, Abwasser oder Prozeßwasser auf flüssige gas- und dampfförmige Schadstoffe ermöglicht, wobei die Anzeige möglichst verzögerungsfrei erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren

der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Extraktionsmittel ein kontinuierlich durch die Wasserprobe perlendes Trägergas verwendet wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem zu untersuchenden Wasser durchströmter Kanal über eine Entnahmerohrleitung an ein gasdichtes Extraktionsgefäß mit einer Abflußrohrleitung angeschlossen ist, das eine sich bis in deren Bodennähe erstreckende, mit dem Trägergas beaufschlagbare Belüftungsrohrleitung auf-^M weist und das über eine Entlüftungsrohrleitung mit einer Meßkammer verbunden ist, in der die Meßstation angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine

kontinuierliche, automatische Überwachung von Wasser, so daß eine Verschmutzung oder Vergiftung des Wassers innerhalb weniger Sekunden erkennbar ist Durch die Wahl eines optimalen Artwitspunktes der Halbleiter-Meßzelle ist eine selektive Überwachung von Frischwasser. Abwasser oder Kühlwasser möglich. Durch die richtige Temperaturwahl beim Halbleiter kann die Empfindlichkeit des Messung etwa proportional zur Toxizität bzw. Agressivität etwaiger Verunreinigungen gehalten werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Wasserüberwachung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig.2 die Empfindlichkeitsfunktion der Halbleiter-Meßzelle der Vorrichtung nach F i g. 1 in Abhängigkeit von der Temperatur für zwei verschiedene Gase und

F i g. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Gaskonzentration in der Meßkammer der Vorrichtung nach F i g. 1 und dem Ausschlag des Anzeigeinstrumentes der Vorrichtung nach Fig. 1.

An einem von dem zu untersuchenden Frischwasser, Kühlwasser, Prozeßwasser oder Abwasser durchströmten Wasserkanal 1 ist über eine Entnahmerohrleitung 3 ein Extraktionsgefäß 5 (»Stripper«) angesch ossen, das über eine Abflußrohrleitung 6 mit einem als U-Rohr ausgebildeten Gasverschluß 7 derart entleerbar ist, daß der Wasserpegel in dem Extraktionsgefäß 5 konstant bleibt. Das Extraktionsgefäß 5 ist so angeordnet, daß ein konstanter Wasserstrom aus dem Wasserkanal 1 entnommen wird und durch das Extraktionsgefäß 5 hindurchströmt Die Strömungsgeschwindigkeit hängt dabei im wesentlichen von den Rohrdurchmessern und den sich durch die geometrische Anordnung ergebenden Druckverhältnissen ab. Selbstverständlich kann eine Wasserströmung durch das Extraktionsgefäß 5 auch mittels einer Pumpe aufrecht erhalten werden.

Die Wandung 8 des Extraktionsgefäßes 5 ragt bis über die Höhe des Wasserpegels hinaus, so daß zwischen dem Wasserspiegel und einem Verschlußdekkel 9 des Extraktionsgefäßes 5 ein Gasmischraum IO gebildet ist. Durch den Verschlußdeckel 9 ragt eine Belüftungsrohrleitung 11 bis in die Nähe des Bodens des mit Wasser gefüllten Extraktionsgefäßes S sowie eine Entlüftungsrohrleitung 15 bis in den oberen Teil des Gasmischraumes 10. Ein Trägergas, beispielsweise synthetische Luft oder Stickstoff, strömt unter Druck durch die Belüftungsrohrleitung 11 in das in dem Extraktionsgefäß 5 enthaltene Wasser und steigt in Blasen 13 in den Gasmischraum 10, aus dem es über die Entlüftungsrohrleitung 15 in eine Meßkammer 17 gelangt Der Trägergasstrom wird durch eine Saugpumpe 19 aufrechterhalten und gelangt über eine Rohrleitung 21 ins Freie. Statt der Anordnung einer Saugpumpe 19 in der Entlüftungsrohrleitung 15 oder in der Rohrleitung 21 strömungsabwärts der Meßkammer 17 kann auch eine strömungsaufwärts in der Belüftungsrohrleitung 11 angeordnete Druckpumpe Verwendung finden.

Beim Durchströmen des Trägergases durch das in dem Extraktionsgefäß 5 enthaltene Wasser reichert sich das Trägergas während des Flüssigkeits-Gas-Kontaktes aufgrund der stattfindenden Austauschprozesse mit den aus dem Wasser entweichenden Verunreinigungen an. Die aus dem Wasser desurbierten oder ausgewaschenen, gasförmigen oder dampfförmigen Stoffe gelangen

ι ο

in den Gasmischraum 10 und von dort über die Entlüftungsrohrleitung 15 in die Meßkammer 17. Das gasgespülte Wasser verläßt über die Abflußrohrleitung 6 und den Gasverschluß 7 das Extraktionsgefäß 5, so daß neues, mit Verunreinigungen angereichertes Wasser in das Extraktionsgefäß 5 gelangen kann. Um die bei dem Flüssigkeits-Gas-Kontakt stattfindenden Austauschprozesse zu beschleunigen und die Moßgenauigkeit zu erhöhen, können in dem Extraktionsgefäß 5 auch Belüftungsrohrleitungen 11 mit einer Vielzahl geeignet angeordneter Düsen und eine Temperaturregeleinrichtung vorgesehen sein.

Das in die Meßkammer 17 gelangende beladene Trägergas wird auf seine chemische Zusammensetzung oder auf luft- und wasserdampffremde Stoffe mit Hilfe einer Halbleiter-Meßzelle 23 untersucht Die Gasanalyse beruht dabei darauf, daß sich der Widerstand der Halbleiter-Meßzelle 23 in Abhängigkeit von der Konzentration und der Art der in dem beladenen Trägergas enthaltenen Gase und Dämpfe ändert Die Widerstandsänderung wird von der unterschiedlichen Wärmeleitung in Abhängigkeit von der Gasart und dem jeweiligen Partialdruck des vorhandenen Gases sowie von dem unterschiedlichen Verhalten der Gasmoleküle beim Eindringen in die Oberfläche des Halbleiters 23 verursacht. Die durch Chemosorption vom Halbleiter 23 sorbierten Gasmoleküle werden mit Hilfe einer Freibrenneinrichtung wieder aus dem Halbleiter 23 entfernt, so daß eine gleichbleibende Empfindlichkeit und Stabilität des Nullpunktes sowie eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer der Halbleiter-Meßzelle 23 erreicht wird. Die Freibrenneinrichtung besteht aus einem einstellbaren, einen pulsierenden Heizstrom liefernden Impulsgenerator 25, der an die beiden Enden der Heizwicklung der Halbleiter-Meßzelle 23 angeschlossen ist. Bei niedrigen Freibrenn-Frequenzen kann die Widerstandsmessung zur Zeit der Freibrenn-Impulse kurz selbsttätig unterbrochen werden. Bei hohen Frequenzen ist dies zwar nicht notwendig.

Der Widerstand der Halbleiter-Meßzelle 23 wird mit Hilfe einer Wheatstone'schen Meßbrücke 27 bestimmt, wobei der Nullpunkt der abgleichbaren Meßbrücke 27 und der die Halbleiter-Meßzelle 23 aufheizende Strom einstellbar sind. Der Ausgang der Meßbrücke 27 ist an einen Verstärker 29 angeschlossen, dessen Verstärkungsgrad ebenfalls einstellbar ist, so daß die Empfindlichkeit der Gasanalyse den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden kann. An dem Ausgang des Verstärkers 29 sind ein Alarmgeber 33 und ein Anzeigemeßinstrument 31 angeschlossen. Das Anzeigeinstrument 31 zeigt die jeweilige in der Meßkammer 17 vorhandene Gaskonzentration an, die ein unmittelbares Maß für den Verschmutzungsgrad des das Extraktionsgefäß 5 durchlaufenden Wassers aus dem Wasserkanal 1 ist. Mit Hilfe einstellbarer Schwellenwertschalter des Alarmgf bers 33 können beim Überschreiten einer kritischen Verschmutzung des Wassers ein Alarm sowie weitere Maßnahmen ausgelöst werden.

Dadurch, daß die Temperatur der Halbleiter-Meßzelle 23 durch Verändern des Heiz- und Meßstromes einstellbar ist, kann der Arbeitspunkt der Halbleiter-Meßzelle 23 den jeweils zu messenden Gasen angepaßt werden, um eine möglichst hohe Empfindlichkeit und Selektivität bei der Messung zu erhalten.

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Empfindlichkeit oder der relativen Widerstandsänderung pro Konzentrationseinheit der Halbleiter-Meßzelle 23 von deren Temperatur für zwei Gase A und B. Dem Kurvenverlauf

kann unmittelbar entnommen werden, daß für die Temperatur 7} für beide Gase A und B eine gleiche, mittlere Empfindlichkeit erhalten wird und beide Gase den Widerstand der Halbleiter-Meßzelle 23 in der gleichen Weise beeinflussen. Bei den Temperaturen T\ > und Tz ist jedoch eine gewisse Selektivität vorhanden. Bei der Temperatur Ti ist die Einwirkung des Gases A auf den Widerstand der Meßzelle 23 größer als die Einwirkung des Gases B während bei der Temperatur T3 die Chemosorption an der Halbleiter-Meßzelle 23 zu 1» einer besonders ausgeprägten Empfindlichkeit für das Gas B führt, wobei die Halbleiter-Meßzelle 23 jedoch für das Gas A eine gewisse Querempfindlichkeit beibehält.

Die F i g. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der in ! der Meßkammer 17 vorhandenen Gaskonzentration und dem Ausschlag des Anzeigeinstrumentes 31, wobei die beiden dargestellten Kurven für die Gase A und B jeweils in Abwesenheit des zweiten Gases gelten. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, kann der Verlauf der beiden in F i g. 3 dargestellten Funktionen durch Veränderung der Temperatur der Halbleiter-Meßzelle 23 verändert werden, so daß einem bestimmten Skalenwert de Meßinstrumentes 31 ein Schwellenwert zugeordne werden kann, der der höchstzulässigen Konzentrator der Gase A und B entspricht.

Dadurch, daß die Analyse des zur Untersuchung de; Wassers verwendeten Trägergases mit Hilfe eine Halbleiter-Meßzelle 23 und unter Ausnutzung der at ihrer Oberfläche stattfindenden reversiblen Chemo sorption vorgenommen wird, ist es möglich, das Wassei automatisch und kontinuierlich zu überwachen. Da: elektrische Ausgangssignal der Meßbrücke 27 mit dei Halbleiter-Meßzelle 23 läßt sich auf einfache Weis« aufzeichnen, an einen entfernt liegenden Ort übertrager oder für eine automatische Steuerung verwenden Fremdstoffe werden innerhalb weniger Sekunde! automatisch erkannt, und beim Überschreiten vorgege bener Alarmschwellenwerte können die jeweils not wendigen Maßnahmen ohne Verzögerung eingeleite werden. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäßi Vorrichtung auch zur überwachung anderer Flüssigkei ten als Wasser eingesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wasserüberwachung, bei dem kontinuierlich ein Teilstrom des zu untersuchenden Wassers als Wasserprobe durch ein Extraktionsgefäß geleitet wird und die dem Wasser durch Extraktion entnommenen Verunreinigungen mit Hilfe des Extraktionsmittels ständig einer kontinuierlich arbeitenden Meßstation zwecks Erfassung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel ein kontinuierlich durch die Wasserprobe perlendes Trägergas verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kontinuierlich arbeitende Meßstation eine Halbleiter-Meßzelle verwendet wird, deren Widerstand bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Halbleiter-Meßzelle entsprechend den zu messenden Verunreinigungen des Wassers eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Wasser extrahierten, an der Halbleiter-Meßzelle chemosorbierten Verunreinigungen durch Heizen der Halbleiter-Meßzelle desorbiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas synthetisch erzeugte Luft verwendet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem zu untersuchenden Wasser durchströmter Kanal (1) über eine Entnahmerohrleitung (3) an ein gasdichtes Extraktionsgefäß (5) mit einer Abflußrohrleitung (6) angeschlossen ist, das eine sich bis in deren Bodennähe erstreckende, mit dem Trägergas beaufschlagbare Belüftungsrohrleitung (11) aufweist und das über eine Entlüftungsrohrleitung (15) mit einer Meßkammer (17) verbunden ist, in der die Meßstation angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstation eine Halbleiter-Meßzelle (23) aufweist, die in einer Widerstandsmeßbriikke (27) mit einer Anzeigevorrichtung (31, 33) liegt und daß die Temperatur der Halbleiter-Meßzelle (23) entsprechend den zu messenden Verunreinigungen einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Meßzelle (23) an eine einen einstellbaren, pulsierenden Heizstrom liefernde Freibrenneinrichtung (25) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkammer (17) eine Förderpumpe (19) zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußrohrleitung (6) einen Gasverschluß (7) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmeßbrücke (27) an ein Anzeigeinstrument (31) und einen Alarmgeber (33) angeschlossen ist.