DE3103126A1

DE3103126A1 - "verfahren und vorrichtung zur steuerung von aufbereitungsmassnahmen von waessern"

Info

Publication number: DE3103126A1
Application number: DE19813103126
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Mrs Electronic & Co KG GmbH; Corvinus and Roth GmbH
Current assignee: Mrs Electronic & Co KG GmbH; Corvinus and Roth GmbH
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1982-10-14
Also published as: DE3103126C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Aufbereitungsmaßnahmen von Wässern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von Äufbereitungsmaßnahmen von Trinkwasser, Badewasser, Klärwasser oder dergleichen, insbesondere zur Steuerung der Flockung, Filterung, Desinfektion durch Oxidation (Ozonung und/oder Chlorung) sowie der Zugabe bestimmter Aufbereitungschemikalien und Füllwasser, bei welchem den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierende Parameter gemessen und aus den Meßwerten Steuersignale zur Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen abgeleitet werden=

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Aufbereitung von Trinkwasser, Badewasser und Klärwasser oder dergleichen, insbesondere zur Steuerung der Flockung, Filterung, Desinfektion durch Oxidation (Ozonung und/oder Chlorung) sowie Zugabe bestimmter Aufbereitungschemikalien und Füllwasser, mit wenigstens einer Meß- und Regeleinrichtung mit Sollwertgeber, Istwertfühler und Vergleicher zur Messung von den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierenden Parametern soxffie Erzeugung von von der Sollwert-Istwert-Differenz-abhängigen Steuersignalen zur Steuerung von Aufbereitungseinrichtungen ,

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In einer Vielzahl wäßriger Medien der oben genannten Art ist es erforderlich, deren Gehalt an hygienisch bedenklichen Stoffen zu bestimmen. Diese hygienisch bedenklichen Stoffe müssen entfernt oder "neutralisiert" werden, damit die an die gereinigten Wasser gestellten Anforderungen erfüllt werden. So müssen z.B. Klärwässer ausreichend gereinigt sein, damit sie bedenkenlos dem Vorfluter zugeleitet werden können. Besonders hohe Anforderungen sind an die Reinheit von Trinkwasser zu stellen. Gleiches gilt für private, insbesondere aber für öffentliche Schwimmbäder.

Denn Schwimmbäder sollen der Freizeitgestaltung und der sportlichen, körperlichen Ertüchtigung dienen und insbesondere hierdurch zur Erhaltung der Gesundheit beitragen. Dieses Ziel würde aber zumindest teilweise dann vereitelt, wenn das Schwimmbeckenwasser nicht bestimmten hygienischen Anforderungen genügt. Diese hygienischen Anforderungen sollen sicherstellen, daß die Badenden im Beckenwasser - und in den den Bädern zugehörigen Einrichtungen, wie Duschen, Toiletten, usw. - keinem nachteiligen Einfluß auf ihre Gesundheit unterliegen, beispielsweise durch übertragung von Krankheitserregern. Um negative Einflüsse dieser Art zu vermeiden, sind der Bau und der Betrieb ausreichend großer und funktionsfähiger sowie funktionsgerechter Badewasseraufbereichtungsanlagen erforderlich.

In früheren Jahren - noch vor 19 72 - war es üblich, die Aufbereitungsanlage z.B. eines öffentlichen Bades nur in den Tagesstunden oder sogar nur während der Badezeit in Betrieb zu halten. Eine derartige Verfahrensweise ist bei den gestiegenen Anforderungen an die Badewassergüte und an die technische Konzeption der Anlage nicht mehr möglich, da die badefreien Stunden, z.B. von 21^oo bis 7°° Uhr, für die Aufbereitung der durch die Badenden eingetragenen Schmutzstoffe erforderlich sind. So kann man davon ausgehen , daß im Mittel etwa 4 g Schmutzstoffe pro Person ins Badewasser eingetragen werden, worunter sich etwa 0,8 g Trübstoffe und 3,2 g gelöste organische Substanzen

finden. Die gelösten organischen Substanzen sind zum Teil ausflockbar. ^

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Das Badewasser wird zur Steuerung von dessen Aufbereituna im Hinblick auf verschiedene hygienische Hilfsparameteri- z„ B. freies/gebundenes Chlor, oxidierbare Substanzen, Redoxpotential und/oder pH-Wert, vermessen. Aufgrund der ermittelten Werte werden dann die Aufbereitungsmaßnahmen gezielt gesteuert. So werden z.B. von den Badegästen und aus der Umgebung eingebrachte Mikroorganismen durch ein dem Beckenwasser zugesetztes oxidierendes Desinfektionsmittel abgetötet. Ziel jeder Beckenwasseraufbereitung ist eine möglichst vollständige Entfernung von nicht abgetöteten Mikroorganismen und von den Badegästen abgegebenen echt oder kolloidal gelösten organischen Verunreinigungen, wie auch sonstigen Verunreinigungen (z.B. Stäube). Hierzu werden Kombinationen der Verfahren Flockung, Filterung, Oxidieren und/oder Adsorbieren angewendet. Das Verteilen des Desinfektionsmittels zum Schaffen und Erhalten einer ausreichenden Desinfektionsmittelkapazität an allen Stellen eines Beckens, insbesondere an seiner Wasseroberfläche, und das Abführen nicht abgetöteter Mikroorganismen und der Verunreinigungen in die Aufbereitungsanlage wird durch die Beckendurchströmung bewirkt.

Sie wird durch die Zufuhr von Reinwasser in das Becken und die Abfuhr von Rohwasser aus dem Becken erreicht. Hierbei werden Vermischungs- und Transportvorgänge ausgelöst, die eine Verteilung des Desinfektionsmittels im Beckenwasser sowie den Austrag o.g» Mikroorganismen und Verunreinigunaan, insbesondere der Schwimm- und Schwebstoffe, bewirken.

Das verbrauchte Beckenwasser (das Wasser im Schwimmbecken) wird im Kreislauf geführt. Dabei wird zunächst ein Flockungsmittel hinzugegeben, um ausflockbare Substanzen durch eine nachgeschaltete Filteranlage zu entfernen. Durch die Flockung werden Kolloide und ein Teil der echt gelösten Stoffe in eine filtrierbare Form überführt» Geeignete Flockungsmittel sind z.B. Aluminiumsulfat, Watriumaluminat, Aluminiumchlorid-hexahydrat, Alurainiumhydroxidchlorid, Eisen(III)-chlorid-hexahydrat, Eisenchloridsulfatlösung und Eisen(III)-sulfat. Als Filter werden separate Einrichtungen vorgesehen, die mit einem inerten Filtermaterial, z.B. Quarzkies, ^ gefüllt sind.

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Von den echt gelösten sowie kolloidalen Stoffen, jedoch nicht ausflockbaren Stoffen, die beide im Filter nicht zurückgehalten werden, wird ein Teil durch oxidierend wirkende Desinfektionsmittel oxidiert. Das kann teilweise durch eine Ozonung geschehen, die der Filterung vorzugsweise vorgeschaltet ist. Andererseits erfolgt jedoch eine derartige Oxidation auch durch eine Desinfektionsmittelzugabe nach der Filterung. Dabei kommen im wesentlichen Chlorgas, Chlor-Chlordioxid, Natriumhypochlorit, Calciumhypochlorit, Natriumhypochlorit sowie Chlorgas aus einer Natriumchlorid-Elektrolyse am Verwendungsort in Frage. Wird eine Ozonisierung durchgeführt, so ist das Restozon vor Einleiten des Reinwassers (das aufbereitete Wasser nach Einmischung eines Desinfektionsmittels) in das Schwimmbecken durch geeignete Maßnahmen zu vernichten, wobei zweckmäßigerweise seine Vernichtung innerhalb der Filterschicht erfolgt.

Die Anreicherung der Oxidationsprodukte und der im Filter nicht zurückgehaltenen Stoffe wird durch den Austausch von Beckenwasser mit Füllwasser -(das zur Erst-und Nachfüllung benutzte Wasser) in Grenzen gehalten. Das Füllwasser soll stets seuchen- und allgemsinhvqienisch Trinkwassereigenschaften aufweisen. Anderenfalls ist es durch Aufbereitungsmaßnahmen in getrennten Anlagen in diesen Zustand zu versetzen. Bei Meer- und Mineralwasser sowie Sole bleibt der natürliche Salzgehalt unbedenklich. Eine Aufbereitung des zur Füllung verwendeten Wassers in einer getrennten Anlage ist besonders dann zu prüfen, wenn in diesem folgende Werte überschritten werden: 0,1 mg/1 Eisen, 0,05 mg/1 Mangan und 2 mg/1 Ammonium.

Während der Aufbereitung kann es erforderlich sein, einen veränderten pH-Wert auf den pH-Soll-Wert einzustellen. Dazu können folgende Substanzen herabgezogen werden: Natronlauge, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumhydrogensulfat, Salzsäure, Schwefelsäure und Kohlendioxid. Ferner ist es zweckmäßig, innerhalb geeigneter Zeitabstände, Mittel zur 5 Algenbekämpfung in den Aufbereitungszyklus einzuführen. Hierzu kommt beispielsweise Kupfersulfat in Frage.

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Von besonderer Bedeutung bei der Bewertung von Badewasser ist dessen mikrobiologische Beschaffenheit«, Durch die bei den mikrobiologischen Untersuchungen erforderliche Bebrütungszeit entnommener Wasserproben kommt jedoch der · Befund stets (einige Tage) "zu spät", d„h„ ein etwaiger mikrobiologischer Mißstand wird immer erst dann entdeckt, wenn die prekäre Situation bereits der Vergangenheit .angehört „

Um die erforderliche mikrobiologische Beschaffenheit gewähr-10-leisten zu können, sind bei sonst einwandfreier physikalischer

und chemischer- Badewasserbeschaffenheit etwa 0,3 bis 0,6 mg/1 an freiem wirksamem Chlor am Beckenablauf als notwendig anzusehen» Das beinhaltet die Notwendigkeit, am Beckenzulauf die Chlorung so einzustellen, daß über Berücksichtigung der Anzahl

.15 der Badegäste und anderer Einflüsse, z„B<, Sonneneinstrahlung .in ■ Freibädern, - selbst bei Beckenwasser-Belastungsspitzen - am Becken-'ablauf (und auch in allen übrigen Beckenteilen) der vorgenannte Chlorüberschuß eingehalten xferden kann, um ausreichende Desinfektion zu gexfährleisten und dadurch jegliches Infektionsrisiko zu vermeiden-

So ist es ZoBo aus der DE-OS 2 420 327 bekannt,, den Anteil eines jeweils eingesetzten Desinfektionsmittels, z.B. Chlor, im Wasser eines Schwimmbeckens dadurch zu ermitteln, daß ein Teil des vom Becken abgezogenen Wassers abgezweigt und unter Zugabe eines Indikators in einer Meßzelle entsprechend gemessen wird, wobei die Messung mittels einer durchsichtigen Meßzelle durch Ermittlung der jeweiligen Lichtdurchlässigkeit der Meßzelle, einschließlich des in ihr befindlichen Wassers erfolgt. Die notwendige Zugabe an Desinfektionsmitteln erfolgt aufgrund·einer durch Vergleich des Soll- und des Istwertes erhaltenen Größe, über x^elche die erforderliche Regeneration des Badewassers eingeleitet wird. Der Sollwert ist dabei regelmäßig so hoch angesetzt, daß nahezu jegliches Risiko ausgeschlossen ist= Es bleibt allerdings unberücksichtigt, daß dieser Wert häufig den tatsächlichen Erfor- · dernissen nicht gerecht wird und zu einer außergewöhnlichen über-"-'"" ,-chlorung führen kann, was nicht nur kostspielig ist, sondern auch von den Badenden aufgrund der schleimhautreizenden Wirkung von Chlor als störend empfunden wird und ihre i Badefreude beeinträchtigt.

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Die Messung der oxidierbaren Substanzen liefert nur indirekte Aussagen und darüberhinaus nur grobe Anhaltspunkte über die Menge der hygienisch bedenklichen Stoffe im Badewasser. Die oxidierbaren Substanzen werden nach den derzeit herangezogenen Verfahren analytisch durch den Verbrauch von Kalium-• 5 permanganat ermittelt. Insbesondere ist mittels oben genannter Messung eine qualitative und/oder quantitative Angabe über die im Wasser vorhandenen organischen Substanzen nicht möglich; erst recht nicht für solche organischen Substanzen, die als Keimträger dienen. Denn mittels des KMnO.-Verfahrens werden sämtliche - aber auch nur solche — Substanzen erfaßt, die mittels KMnO. oxidierbar sind. Faßt man das Becken nebst nachgeschaltetem Aufbereitungszyklus als Reaktor auf, dann gelangt man zur Erkenntnis, daß in die Messung einerseits auch die in das Wasser zum Zwecke der Aufbereitung eingegebenen Substanzen und sonstige hygienisch unbedenkliche - aber durch KMnO. oxidierbare - Substanzen eingehen, andererseits solche hygienisch bedenklichen Substanzen nicht erfaßt werden, die im 'Reaktor" zuvor in eine durch KMnO. nicht-oxidierbare Form überführt worden sind.

Das "Kaliumpermanganat-Verfahren" hat neben dem bereits erwähnten noch weitere Nachteile. Diese bestehen insbesondere darin, daß die Zeit zur Erfassung der oxidierbaren Substanzen mindestens 25 min beträgt, so daß die letztlich beurteilte Badewasserbeschaffenheit schon in der Vergangenheit liegt; die Badenden sich demnach eine relativ lange Zeit in dem nicht Ginwandfreien Beckenwasser aufhalten, da die erforderlichen Aufbereitungsmaßnahmen erst verspätet, nämlich frühestens nach 25 min, eingeleitet werden können.

Um diesen Nachteil des Kaliumpermanganat-Verfahrens auszuschliessen, ist zwar gelegentlich vorgeschlagen worden, nach der Flokkung Trübungsmessungen durchzuführen, um damit gewisse Aussagen über den Gehalt ausflockbarer und abfiltrierbarer organischer Substanzen im Rohwasser bzw. nach der Filterung im Reinwasser zu machen. Diese Trübungsmessungen lassen sich auch relativ schnell und kontinuierlich durchführen. Nicht erfaßt werden jedoch nach diesem Verfahren molekular- oder auch kolloidal gelöste Substanzen, die auch nach der Filterung, im Reinwasser ver-

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blieben sind und häufig zu einem erheblichen Anteil gefährliche Keimträger für schädliche Mikroorganisitien sind. Das bedeutet, daß ein physikalisch einwandfreies/ insbesondere optisch klares "Reinwasser" den zu stellenden mikrobiologischen Anforderungen möglicherweise nicht genügt- Um den Risiken, die sich dadurch aufzeigen , zu begegnen, wird häufig die Maßnahme einer überhöhten Chlorung ergriffen,, um eine ausreichende Desinfektionsmittelkapazität an allen Stellen des Schwimmbeckens zu erhalten ' - wiederum verbunden mit den in diesem Zusammenhang bereits geschilderten Nachteilen»

Die Messung des Redoxpotentials liefert lediglich eine Aussage über die Differenz zwischen dem resultierenden Potential aller reduzierenden Stoffe im Beckemtfasser und dem resultierenden Potential aller oxidierenden Stoffe im Beckenwasser= Als oxidierende Substanzen kommen beispielsweise frei wirksames und gebundenes Chlor, als reduzierende Substanzen unter anderem organische Substanzen in Betracht. Ist demnach mittels Messung des Redoxpotentials bereits eine Angabe über die Menge der reduzierenden Substanzen nicht möglich, so gilt dies erst recht für eine Angabe über die Art der reduzierenden Substanzen» Das Redoxpotential des Rohwassers (das der Aufbereitung zugeführte Wasser) und des Reinwassers gibt jedoch gewisse Anhaltspunkte über die Reinheit des Wassers, wenn es dem Redoxpotential des Füllitfassers gegenübergestellt wird.

Im übrigen läßt sich das Redoxpotential an verschiedenen Stellen des Wasserkreislaufes ermitteln» So kann das vor und nach der Filterung geschehen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Filtersystems bzw«, des gesamten Aufbereitungssystems beurteilt werden kann.

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I UJ I C U

Es sind auch Vorrichtungen zur selbsttätigen Durchführung vorstehend beschriebener Meß- und Steuerverfahren bekannt, mit welchen der Gehalt an freiem und/oder gebundenem Chlor gemessen, der Meßwert mit einem Sollwert verglichen und aus der Differenz zwischen Meß- bzw. Ist- und Sollwert ein Fehlersignal, das Steuersignal, zur Steuerung der Chlorzugabe abgeleitet wird. Ferner sind Vorrichtungen bekannt, die anstelle oder zusätzlich zurChlor-Meß-und Regeleinrichtung Steuersignale aus der Messung des Redoxpotentials und/oder des pH-Wertes erzeugen.

All diese Vorrichtungen haben den beachtlichen Vorteil, daß sie mit vergleichsweise geringem Aufwand eine selbsttätige Durchführung der eingangs genannten Steuerverfahren ermöglichen. Sie haben jedoch die gleichen Nachteile wie die vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren zur iiessung und Steuerung von den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierenden Parametern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren unter weitestgehender Beibehaltung seiner bisherigen Vorteile derart weiterzuentwickeln, daß eine vergleichsweise genaue Steuerung von den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierenden Parametern ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Parameter organische Substanzen unmittelbar und verzögerungsfrei partiell gemessen werden.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung unter weitestgehender Beibehaltung ihrer bisherigen Vorteile derart weiterzuentwickeln, daß mit ihr insbesondere das erfindungsgemäße Steuerverfahren durchführbar ist und die Aufbereitungseinrichtungen vergleichsweise gezielt steuerbar sind.

ErfindungsgemäBwird diese Aufgabe durch eine erste Meß- und Regeleinrichtung mit einem zur unmittelbaren _t und verzögerungsfreien "partiellen Messung ' organischer Substanzen ausgelegten Meßfühler gelöst.

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Sowohl in verfahrensmäßiger wie auch in vorrichtungsmäßiger Hinsicht zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung dadurch aus, daß sie - in Abkehr von den bisherigen Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des hygienischen Reinheitsgrades .von Wassern wesentlich auf eine direkte Messung organischer Substanzen abstellt und hierdurch- gegenüber der Messung des Redoxpotentials,des KMnO.-Verbrauches und/oder des Chlorgehalts - eine genaue- Bestimmung von unter hygienischem Gesichtspunkt bedenklichen Substanzen ermöglicht. Demgemäß lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch die Aufbereitungsmaßnahmen gezielter steuern« Auch die eingangs genannten Zeitverzögerungen der Steuermaßnahmen treten nicht mehr ein, da die organischen Substanzen verzögerungsfrei gemessen werden und wie Untersuchungen ergeben haben - die erfindungsgemäß gemessenen organischen Substanzen bereits einen ausreichend genauen Rückschluß auf den hygienischen Reinheitsgrad des Wassers ermöglichen.

Werden zusätzlich noch oxidierende Substanzen, vorzugsweise freies und/oder gebundenes Chlor (Ansprüche 2, 23}, das Redoxpotential, vorzugsweise vor und nach der Aufbereitung {Ansprüche 3, 24) und/oder der pH-Wert (Ansprüche 4,25 ) gemessen, so ergeben sich weitere Aufschlüsse über die im Wasser vorhandenen Substanzen und gegebenenfalls dort ablaufenden Reaktionen. Der Wasserbehälter, beispielsweise also das Schwimmbecken, ".wird hierbei als Reaktor betrachtet . Da die organischen Substanzen im Wasser in der Regel als reduzierende Substanzen bzw= oxidierbare Substanzen angesehen x^erden können, läßt sich durch eine Messung der organischen Substanzen, der oxidierenden Substanzen und und des Redoxpotentials eine vergleichsweise genaue Energiebilanz aufstellen. Die Ableitung von Steuersignalen aus den vorstehend genannten Meßwerten im Wege eines Vergleiches von Soll- und Istwerten ermöglicht eine im hohen Maße gezielte und auch bei Spitzenbelastungen des Wassers beherrschbare Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen,

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U.O IZ

Überraschenderweise ist festgestellt worden, daß sich mittels des UV-Bestimmungsverfahrens bei Wellenlängen zwischen etwa 250 und 290 nm und/oder mittels der Streulichtmessung bei Wellenlängen zwischen etwa 400 und 650nm eingestrahlter Laserstrahlen-im Gegensatz zum KMnO₄ Verfahren - gerade die biologisch bedenklichen (das Wachstum von Mikroorganismen fördernden) Verbindungen sehr schnell und genau erfassen lassen. Insbesondere lassen sich mittels dieser Verfahren die stickstoffhaltigen organischen Substanzen Harnsäure, Harnstoff, Urin, Aminosäuren und Peptide erfassen. Spektroskopisch läßt sich bei einer Wellenlänge von 257,4 nm Phenylalanin, bei einer Wellenlänge von 274,6 nm Thyrosin und bei einer Wellenlänge von 279,8 nm Tryptophan erfassen (Ansprüche 5, 6, 7, 19, 20).

Die Erfassung obiger Substanzen kann in größeren Zeitabständen erfolgen, um auf diese Weise empirisch die Belastung des Schwimmbeckenwassers durch o.g. .Verbindungen festzustellen und ihnen die erforderlichen Desinfektionsmittelzugabemengen zuzuordnen. Bei starken Schwankungen der Schwimmbeckenwasserbelastung empfiehlt sich jedoch eine kontinuierliche Erfassung der den hygienischen Reinheitsgrad des Wassers repräsentierenden Parameter und eine dementsprechend kontinuierliche Steuerung (Anspruch 8).

Mittels Einstrahlung von Laserstrahlen einer konstanten Wellenlänge innerhalb eines Bereiches von etwa 250 bis 650 nm (Ansprüche 9,10,21) lassen sich einzelne hygienisch bedenkliche Substanzen oder Gruppen davon selektiv erfassen. Gleiches gilt für die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart, daß der Winkel zwischen dem Einfalls-Laserstrahl und dem die Intensität des Streustrahls messenden Elementes, vorzugsweise eines Photomultipliers, veränderbar ist (Ansprüche 11, 22 ) .

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung einer Laserwellenlänge von 632,8 nm und ein Winkel zwischen Einfalls-Laserstrahl und dem die Intensität des Streustrahls messenden Elementes von 31° (Ansprüche 10, 12, 21).

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Eine gezielte Steuerung der Aufbereitungsmaßnahinen wird dadurch ermöglicht ,daß die organischen Substanzen des ungefilterten Rohwassers, des gefilterten Rohwassers und/oder des aufbereiteten Wassers gemessen werden (Anspruch 13) _ Diese Maßnahme ermöglicht zugleich eine Aussage über die Leistungsfähigkeit der Steuervorrichtung, insbesondere deren Flockungsmittelsteuerung und Filterfähigkeit. Hierzu ist die Meß- und Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit (einem) entsprechenden Istwertfühler (η), drei Komparatoren und drei Steuerausgängen bestückt, wobei der erste Steuerausgang die Flockungsmittelzugabe steuert, während der zweite und/oder der dritte Steuerausgang die. CKidationsmittelzugabe steuert(regelt! .und/oder der zweite Steuerausgang zusätzlich noch die Flockungsmittelzugabe regelt (Anspruch 15). Mittels einer der Meß- und Regeleinrichtung vorgeschalteten Meßstellenuitischaltung, welche ein uro dieselbe Meßwaserzelle alternierend mit dem Rohwasserzulauf, dem Filterausgang und dem Reinwassereingang verbindet, ist es möglich, die Messung der ühtschiedlichen- Äufbereitungsstadien mit ein und derselben Meßeinrichtung durchzuführen= Dies bedeutet nicht nur eine erhebliche Vereinfachung der Meßeinrichtung, sondern darüber hinaus eine beachtliche Erhöhung der Meßgenauigkeit - letzteres deswegen, xffeil liegen der Verx»;endung des gleichen Meßgerätes insoweit stets gleiche Meßbedingungen vorliegen (Anspruch 16)-

Eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit ist dadurch erzielbar_? daß die Meßwasserzelle zur Aufnahme des zu messenden Wassers mit einer Frischwasserzufuhr verbunden ist und die Meßstellenumschaltsteuerung derart x^eitergebildet ist, daß sie die Verbindung zwischen Fr isclrwass er zufuhr raid Meßx-jasserzelle nach jeder Füllung der Meßwasserzelle mit Rohwasser, gefiltertem Wasser oder Reinwasser freigibt* Die Meßwasserzelle wird durch diese Maßnahme stets von den Resten des Wassers der vorangegangenen Messung befreit, so daß diese nicht störend auf das Meßergebnis einwirken können (Anspruch 17") .

Darüber hinaus ermöglicht diese Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die ständige Entnahme von Vergleichswerten aus dem Frischwasser. ^

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Da« erfindungngemäße Vorfahren und die orfindungsgomäße Vorrichtung ermöglichen also insbesondere die selektive Erfassung stickstoffhaltiger organischer Verbindungen, und zwar eines bestimmten Anteils der gesamten im Wasser enthaltenen stickstoffhaltigen organischen Verbindungen. Messungen haben ergeben, daß dieser Anteil direkt proportional zum

1. Gesamtgehalt an stickstoffhaltigen organischen Ve rb in dun gen,

2. zum Gesamtgehalt an organischen Substanzen und

3. zum organisch gebundenen Kohlenstoff, d.h. sowohl gelöst als auch ungelöst,

ist.

Überraschenderweise werden mittels des im Anspruch 5 bzw. Anspruch 20 näher angegebenen UV-Spektroskopie-und/oder Laserstreustrahl-Meßverfahrens hygienisch unbedenkliche organische Substanzen nicht erfaßt, sondern lediglich gewisse stickstoffhaltige organische Verbindungen, die als Indikator für die schädlichen Substanzen angesehen werden können. Aufgrund dieser Messung kann eine sehr genaue, schnelle und gezielte Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen, insbesondere der Flokkung und/oder Zugabe von Desinfektionsmitteln, d.h. insbesondere Chlorung und/oder Ozonung, durchgeführt werden. Durch vorstehende Maßnahmen läßt sich nicht nur die hygienisch relevante Beschaffenheit des Wassers eines Schwimmbeckens in wenigen Sekunden erfassen, sondern darüber hinaus auch mit einem minimalen Aufwand an Aufbereitungschemikalien gezielt steuern. Dies bedeutet einen nicht unerheblichen Kostenvorteil verbunden mit dem Vorteil einer geringeren Belästigung der Badenden durch chemische Zusatzstoffe. Dies gilt insbesondere für den Zusatzstoff Chlor.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematisehen Zeichnungen noch näher erläutert.

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- 19 In den Zeichnungen zeigen:

Fig_o 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen des Wassers eines Schwimmbeckens?

Fig. 2 ein weiteres Blockschaltbild einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine graphische Wiedergabe von Vergleichsversuchen.

In Fig. 1 ist ein stark vereinfachter Kreislauf des Wassers eines Schwimmbeckens 1 dargestellt» An das Schwimmbecken 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung angeschlossen,

Das Wasser gelangt über einen Beckenauslauf 1_O zu einem Filter 6, in welchem es von ungelösten Bestandteilen oberhalb einer bestimmten Partikelgröße gereinigt wird. Das gefilterte Wasser wird dann über einen Wärmetauscher 7 zum Beckeneinlauf 1j_ des Schwimmbeckens 1 zurückgeleitet. Im Wärmetauscher 7 wird das gefilterte Wasser auf die gewünschte Einlauftemperatur gebracht»

Eine erste Meßwasserentnahme findet an einem dem Beckenauslauf 1 nachgeschalteten Rohwasser-Abzweigungspunkt 2 statt. Das

hier entnommene Wasser gelangt über eine erste Meßwasserlei- ;

tung ML- zum Einlaufstutzen 17. einer Meßstellenumschalt- ;

Steuerung 17. Von dort wird es über eine Sammelleitung 25 ;

einer zur Messung organischer Substanzen ausgelegten Meß- ι

und Regeleinrichtung 16 zugeführt. Die Meß- und Regeleinrich- |

tung 16 mißt den Istwert bestimmter organischer Substanzen j

im Rohwasser, d.h, am Rohwasser-Abzweigungspunkt 2. Dieser I

Istwert wird in an sich bekannter Weise mit einem vorgegebenen J

Sollwert verglichen und aus dem Vergleichswert ein Steuersig- ι

nal zur Steuerung der Zugabe eines Flockungsmittels zum Roh- ί

wasser abgeleitet. Hierzu ist der Steuerausgang der Meß- und '

Regeleinrichtung 16 über eine Leitung 16 bzw. 222_Q (Fig. 2) ^: mit dem Steuereingang eines Regelventils 5 verbunden. Das ^,

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Regelventil 5 steuert die Dosierung des Flockungsmittel aus einem Flockungsmittelbehälter 4 in das Rohwasser. Im Ergebnis wird hierdurch eine Ausflockung organischer Stoffe, insbesondere Aminosäuren bewirkt. Die ausgeflockten organischen Stoffe werden dann im Filter 6 zurückgehalten.

Vom filtrierten Rohwasser wird ebenfalls Meßwasser abgeleitet, und zwar an einem dem Filter 6 nachgeschalteten Filterausgang-Abzweigungspunkt 6'. Über eine zweite Meßwasserleitung ML2 wird Meßwasser vom Abzweigungspunkt 6' einem weiteren Einlaufstutzen 17. der Meßstellenumschalt-Steuerung 17 zugeführt. Das Meßwasser wird von der Meßstellenumschalt-Steuerung 17 wiederum über die Sammelleitung 25 der auf organische Substanzen ansprechenden Meß- und Regeleinrichtung 16 zugeleitet. Der Istwert des gefilterten Rohwassers wird wiederum mit einem Sollwert verglichen und in an sich bekannter Weise aus dem Vergleichssignal ein Steuersignal zur Steuerung der Zugabe von Chlor abgeleitet. Hierzu ist der Steuerausgang der wfeß- und Pageleinrichtung über die Leitung 16_O bzw. 212_O (Fig. 2) mit dem Steuereingang eines Steuerventils 8 verbunden. Das Steuerventil 8 steuert die Dosierung von Chlor aus einem Chlorbehälter 9 in das gefilterte Wasser.

Vorzugsweise wird gleichzeitig aus dem'Vergleichssignal des Ist- und Sollwertes für das gefilterte Rohwasser ein Steuersignal zur Korrektur der Flockungsmittelzugabe abgeleitet und über die Leitung 16_O bzw. 212_O zusätzlich dem Regelventil 5 zugeführt. InsowBit handelt es sich um einen echten Regelkreis bezüglich der Flockungsmittelregelung mit vorgeschalteter Steuerkette, wobei die Steuerung mittels der ungefilterten Rohwassermessung und die Regelung mittels der gefilterten Rohwassermessung, jeweils mit Sollwertvergleich, durchgeführt wird.

Eine weitere MeßWasserentnahme findet unmittelbar vor dem Beckeneinlauf 1. statt. Hierzu ist ein Reinwasser-Abzweigungspunkt 3 über eine dritte Meßwasserleitung ML₃ mit einem weiteren Einlaufstutzen 17. der Meßstellen-Umschaltsteuerung 17 verbunden. Das im Reinwasser-Abzweigungspunkt 3 entnommene, d.h. das aufbereitete Wasser wird wiederum über die Sammellei-

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tung 25 von der Meßstellen-Umschaltsteuerung 17 zur Meß- und ■

Regeleinrichtung 16 weitergeleitet» Dort wird es im Hinblick ;

auf seinen Gehalt an organischen Substanzen gemessen, das
Meßergebnis mit einem Sollwert verglichen und aus der so erhal- ; tenen Differenz ein Steuersignal abgeleitet. Das so erhaltene

Steuersignal wird über den Steuerausgang 16 bzw. die Steuer- _: leitung 232_q (Fig. 2) dem Steuereingang des Regelventils 8
zur Steuerung der Chlorzugabe zugeführt. Durch diese Ansteuerung des Regelventils 8 wird wiederum ein Regelkreis gebil-, det, dem eine Steuerkette vorgeschaltet ist. Die Steuerkette
spricht hierbei auf den am Filterausgang-Abzweigungspunkt 6¹
gemessenen Istwert,, der Regelkreis dagegen auf den am Reinwasser-Äbzweigungspunkt 3 gemessenen Istwert an.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Schaltung auch
als reine Steuerkette bezüglich der Flockungsmittelzugabe
und bezüglich der Chlorzugabe ausgelegt sein. In diesem Fall
entfallen die Verbindung der Steuerleitung 212 mit dem Regelventil 5 - nicht dagegen deren Verbindung mit dem Regelven-

til 8 -und die Steuerleitung 232 _o

Die mittels der Meß- und Regeleinrichtung 16 zur Messung organischer Substanzen im Beckenwasser gemessenen Istwerte werden
vorzugsweise numerisch auf einer Meßuhr 16M angegeben und :

gleichzeitig auf einem Schreiber 16S aufgezeichnet. Der j

Schreiber 16S kann als Mehrkanalschreiber ausgelegt sein und
hierbei phasenrichtig die den drei. Abzweigung'spunkten, d.h. dem | Rohwasser-Abzweigungspunkt 2„ dem Filterausgang-Abzweigungs- I

punkt 6° und dem Reinwasser-Abzweigungspunkt 3 entsprechenden )

Meßwerte nebeneinander aufzeichnen. j

Die phasenrichtige Aufzeichnung dreier zeitlich nacheinander ! entnommener Meßwerte ist durch entsprechende Verzögerungsein- j richtungen, beispielsweise Schieberegister oder dergleichen, i zwischen dem Meßausgang und dem Schreiber an sich bekannt. j Auch ein durch gegebenenfalls räumlich hintereinander angeordnete Schreibfedern bedingter Zeitversatz läßt sich durch ent- ' sprechende Verzögerungseinrichtungen ausgleichen. Hierzu wird J

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I UO

beispielsweise auf auf dem Markt befindliche Mehrkanalcardiographen hingewiesen (vgl. z.B. DE-AS 28 51 000.1). Die gleichzeitige phasengenaue Aufzeichnung der Istwerte an den drei genannten Abzweigungspunkten liefert ein hervorragendes Mittel zur Beurteilung der Leistungsfähigkeiten des beschriebenen Steuersystems, da die Meßpunkte in Strcraungsrichtung hintereinander liegen und hierdurch die Wirkung der jeweils den einzelnen Abzweigungspunkten nachgeschalteten Aufbereitungseinrichtungen sehr genau bestimmbar ist.

Eine Frischwasserzufuhr 18 ist über einen weiteren Einlaufstutzen 17^ mit der Meßstellen-ümschaltsteuerung 17 verbunden. Auch das Frischwasser wird wiederum über die Sammelleitung 25 der Meß- und Regeleinrichtung 16 zugeführt. Die Istwerte des Frischwassers bezüglich seines Gehaltes an organischen Substanzen werden ebenfalls in der Meß- und Regeleinrichtung 16 gemessen. Sie werden jedoch nicht mit Sollwerten verglichen.

Vielmehr können die so erhaltenen Istwerte als Sollwerte mit den an den Abzweigungspunkten 2, 6' und 3 gemessenen Istwerten verglichen werden, insbesondere dann, wenn pro Abzweigungspunkt je ein Istwertfühler und Vergleicher vorgesehen ist. Eine gleichzeitige Aufzeichnung der dem Frischwasser 18 zugeordneten Kurve auf dem Mehrkanalschreiber 16S liefert eine Aussage über die Qualität des Reinwassers bezogen auf Frischwasser.

Die in Fig. 1 vorgesehene weitere Meß- und Regeleinrichtung dient zur Messung des Gehalts an freiem und/oder gebundenem Chlor im Wasser. Im einzelnen ist hierbei der Einlaufstutzen 12^ der Meß- und Regeleinrichtung 12 mit dem Filterausgang-Abzweigungspunkt 6'·verbunden. Die Meßergebnisse der Meß- und Regeleinrichtung 12 zur Messung des Chlorgehalts werden numerisch an der Meßuhr 12M angezeigt und gleichzeitig auf einem Schreiber 12S aufgezeichnet. Für den Fall, daß unter Zuhilfenahme der Meß- und Regeleinrichtung 12 regelnd in den Aufbereitungszyklus eingegriffen werden soll, ist deren Steuerausgangsleitung 12_Q mit dem Regelventil 8. zur Dosierung der Chlorzugabe verbunden. In diesem Fall bedarf es der Verbindung der Steuerleitung 212_Q der Meß- und Regeleinrichtung 16 mit dem Regelventil 8 grundsätzlich nicht mehr. Die erfindungsgeraäße Vorrichtung

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. ermöglicht demnach die Steuerung der Chlorzugabe alternativ
durch die Chlor-Meß- und Regeleinrichtung 12 oder die zur
Messung der organischen Substanzen ausgelegte Meß- und Regeleinrichtung 16. -

Des weiteren ist eine Meßeinrichtung 14 zur Messung des Redox- :
potentials am Beckenauslauf 1 vorgesehen„ Hierzu ist der
Rohwasser-Abzweigungspunkt 2 über die Meßwasserleitung ML.,
mit dem Einlaufstutzen 14. der Redox-Meßeinrichtung 14 verbunden= Der Meßeinrichtung 14 ist wiederum eine Meßuhr 14M
und ein Schreiber 14S zur numerischen Wiedergabe und Aufzeichnung der Meßwerte nachgeschaltet„ _:

Zur Kontrolle des aufbereiteten Wassers ist eine weitere ;

Redox-Meßeinrichtung 15 vorgesehen, deren Einlaufstutzen 15.
über die Meßwasserleitung ML^ mit dem Reinwasser-Abzweigungspunkt 3 verbunden ist. Auch der letztgenannten Redox-Meßeinrichtung 15 ist wiederum eine Meßuhr 15M und ein Schreiber
15S nachgeschaltet= Eine weitere Hilfsgröße zur Beurteilung
des Wassers stellt dessen pH-Wert dar. Hierzu ist eine Meß- j

und Regeleinrichtung 13 zur Messung des pH-Wertes vorgesehen. !

Der Einfüllstutzen 13. der Meß- und Regeleinrichtung 13 ist
über die Meßleitung ML- mit dem Filterausgang-Abζ^eigungs- ;

punkt 6" verbunden» Des weiteren sind der Meß- und Regelein- j

ι richtung 13 wiederum eine Meßuhr 13M und ein Schreiber 13S I

nachgeschaltet. In der Meß- und Regeleinrichtung 13 wird der j

am Filterauslauf-Abzweigungspunkt 6 ° gemessene Istwert mit ?

einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Aus dem Vergleichs- ,

ergebnis wird ein Steuersignal abgeleitet* das über den j

Steuerausgang 13 der Meß- und Regeleinrichtung 13 mit dem ;

Steuereingang eines Regelventils 10 verbunden ist. Das Regel- ;

ventil 10 steuert die Zufuhr eines pH-Wertkorrekturmittels j

aus einem pH-Wertkorrekturmittelspeicher 11 zum gefilterten ■ j

Rohwasserο . j

Pat 186/1-80Ch

JIUJIZO

Da die erste Redox-Meßeinrichtung 14 und der eine Einlaufstutzen 17. der Meßstellen-Umschaltsteuerung 17 über ein und dieselbe Meßleitung ML₁ mit dem Rohwasser-Abzweigungspunkt 2 verbunden sind, werden das Redoxpotential und der Gehalt an organischen Stoffen an ein und demselben Punkt, nämlich dem Rohwasser-Abzweigungspunkt 2, gemessen und aufgezeichnet. Entsprechendes gilt für die Verbindung des Reinwasser-Abzweigungspunkts 3 über die Meßwasserleitung MLo mit einem weiteren Einlaufstutzen 17. der Meßstellen-Umschaltsteuerung 17 und der zweiten Redox-Meßeinrichtung 15. Hierdurch wird an jedem

dor Meßpunkte die gleichzeitige Messung des Redoxpotentials ,und der ."!enge an organischen Substanzen ira Wasser gewährleistet und damit eine Aussage über das Verhältnis von Redoxpotential zum Gehalt an organischen Substanzen an diesen Meßpunkten möglich.

Auch die Chlor-Meß- und Regeleinrichtung 12, die pH-Wert-Meß- und Regeleinrichtung 13 und die Meß- und Regeleinrichtung 16 zur Messung organischer Substanzen sind über die Meßwasserleitung ML~ mit ein und demselben Abzweigungspunkt, nämlich dem Filterausgang-Abzweigungspunkt 6* verbunden. Hierdurch wird eine gleichzeitige Messung des Chlorgehalts, des pH-Wertes und des Gehalts a±i organischen Substanzen an ein und demselben Punkt ermöglicht, so daß mittels der letztgenannten Verbindung wiederum eine Aussage des gegenseitigen Verhältnisses von Chlorgehalt, pH-Wert und Gehalt an organischen Substanzen an ein und demselben Meßpunkt getroffen werden kann.

Vorstehend genannte Leitungsverbindungen ermöglichen nicht nur eine genaue Aussage über die Leistungsfähigkeit der Steuereinrichtung - und daraus resultierend die gezielte Einleitung von Aufbereitungsmaßnahmen -, sondern darüber hinaus auch detaillierte Angaben über die chemischen Reaktionen innerhalb des als Reaktor auffaßbaren Schwimmbeckens nebst nachgeschaltetem Wasserkreislauf.

Pat 186/1-80Ch ψ J

Das gemessene Redoxpotential kann als Indikator dafür verwendet werden, ob ein genügend großer Überschuß an Oxidationsmitteln im Beckenwasser vorhanden ist. Entsprechendes gilt für die Messung des Chlors. Der Gehalt an hygienisch bedenkliehen Substanzen wird mittels der zur Messung organischer Substanzen ausgelegten Meß- und Regeleinrichtung 16 angezeigt. Werden vorgegebene Grenzwerte überschritten, kann zusätzlich noch eine Einrichtung zur Auslösung eines Alarms, verbunden mit der Markierung, welcher Grenzwert jeweils überschritten worden ist, vorgesehen sein.

In Fig„ 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Meßstellen-Umschaltsteuerung 17 nebst nachgeordneter Meß- und Regeleinrichtung 16 dargestellt.

Die Meßstellen-Umschaltsteuerung 17 weist zunächst die Sammelleitung 25 auf, die über Regelventile 241, 211, 221 und 231 mit den vier Einfüllstutzen 17 . verbunden ist. Hierbei ist mittels des Regelventils 241 die Frischwasserzufuhr 18 bzw. 40, mittels des Regelventils 211 die Zufuhr des gefilterten Rohwassers, mittels des Regelventils 221 die Zufuhr des ungefilterten Rohwassers und mittels des Regelventils 231 die Re inwa s s er zufuhr zur Sammelleitung 25 steuerbar. Die Meßwasserzufuhrleitungen vom Frischwasserbehälter und den Meßwasser-Abzweigungspunkten 6\ 2 und 3 zur Sammelleitung 25 sind in Strömungsrichtung in der vorstehend angegebenen Reihenfolge angeordnet. Wesentlich ist hierbei, daß in Strömungsrichtung die Frischwasserzufuhrleitung zur Sammelleitung 25 allen weiteren Zufuhrleitungen vorangestellt ist. Am stromabwärtigen Ende der Sammelleitung 25 ist eine einzige Meßwasserzelle 21 angeschlossen. Das Wasser wird mittels einer der Meßwasserzelle-21 nachgeschalteten Saugpumpe 24 in die Meßwasserzelle 21 gezogen.

Ist an allen zum System gehörenden Meßstellen 40, 6', 2 und 3 genügend überdruck vorhanden, kann die Saugpumpe 24 entfallen«

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31U312Ö

Eine Zeitmultiplexsteuerung 23 ist mit ihren Steuerausgängen mit den Regelventilen 241, 211, 221 und 231, mit der gegebenenfalls vorgesehenen Saugpumpe 24,mit einem .,innerhalb der Meß- und Regeleinrichtung 16 vorgesehenen Istwertfühler 22 und mit Kurzzeitspeicher-Schaltungen 242, 212, 222 und 232 verbunden. Hierbei sind das Regelventil 241 und die Kurzzeitspeicher-Sehaltung 242, das Regelventil 21*1 und die Kurzzeitspeicher-Sehaltung 212, das Regelventil 221 und die Kurzzeitspeicher-Sehaltung 222 sowie das Regelventil 231 und die Kurzzeitspeicher-Schaltung 232 jeweils paarweise mit jeweils einem Steuerausgang der Zeitmultiplexsteuerung 23 verbunden.

Die Steuerschaltung 23 gibt im Zeitmultiplexbetrieb paarweise die jeweils einander zugehörigen oben genannte Paare von Regelventilen 241, 211, 221 und 231 und· Kurζzeitspeicher-Schaltungen 242, 212, 222, 232 frei. Der Ausdruck "freigeben" bedeutet im Hinblick auf die Kurzzeitspeicher-Sehaltung 242, 212, 222 und 232 ein Halten des nach einer Freigabe in der Kurzzeitspeicher-Schaltung gespeicherten Wertes bis zur nächsten Freigabe und Übernahme des neuen Wertes nach der nächsten Freigabe. In den Kurzzeitspeicher-Schaltungen werden demnach die Meßwerte so lange gehalten, bis jeweils ein neuer Meßwert für die entsprechende Rurzzeitspeicher-Schaltung bzw. im Kanal I, II, III und IV vorliegt. Die in den Kurzzeitspeicher-Schaltungen 242, 212, 222 und 232 gespeicherten Werte werden mittels Meßuhren 243, 213, 223 und 233 angezeigt sowie mittels der Schreiber 24 4, 214, 224 und 234 aufgezeichnet.

In den Kurzzeitspeicher-Schaltungen 212, 222 und 232 ist zusätzlich noch ein Vergleicher K integriert. In diesem Vergleicher werden der jeweils gespeicherte Istwert mit einem Sollwert verglichen und daraus die Steuersignale zur Steuerung der Regelventile 5 bzw. 8 erzeugt. Im einzelnen ist hierbei das Regelventil 8 mit der Steuerleitung 212 der Kurzzeitspeicher-Sehaltung 212 bzw. der Steuerleitung 232 der Kurzzeitspeicher-Sehaltung 232 und das Regelventil 5 mit

der Steuerleitung 222_Q der Kurzzeitspeicher-Sehaltung 222,ggf. noch mit der Steuerleitung 212o der Kurzzeitspeicher-Sehaltung 212 ver-Pat 186/1-80Ch

bunden. Im Bedarfsfall kann zur Sollwertvorgabe in den Vergleichern K der Ausgang der Kurzzeitspeicher-Schaltung 24 2 zusätzlich mit den Eingängen der Sollwertgeber in den Vergleichern K verbunden sein. Hierzu sind die Leitungen REF vorgesehen» Anstelle dieser selbsttätigen Sollwertvorgabe können die bei der Frischwassermessung erhaltenen Meßwerte auch zur Nullpunktseichung des Istwertfühlers 22 herangezogen werden= Hierzu ist die Leitung REF_Q vorgesehen.

Die Zeitmultiplexsteuerung 23 ist nun so ausgelegt, daß sie nach jedem Steuersignal für einen der drei Meßkanäle I, II und III ein Steuersignal zur Freigabe des Regelventils 41 und damit zur Freigabe der Kurzzeitspeicher-Schaltung 24 2 erzeugt. Hierdurch wird zwischen jede Meßphase des aufzubereitenden Wassers jeweils eine Reinigungsphase geschoben. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Sammelleitung 25 und die Meßzelle 21 von Rückständen aus der vorangegangenen Messung zumindest weitgehend gereinigt wird, insoweit also systematische Meßfehler ausgeschlossen werden= Das Schaltschema gemäß Fig= 2 hat den zusätzlichen Vorteil, daß sämtliche Messungen mit ein und derselben Meßzelle ausführbar sind und auch insoweit systematische Meßfehler, die von der Verwendung verschiedener Meßgeräte herrühren, ausgeschlossen werden=

Da sowohl UV-Spektrometer als auch Streustrahl-Photometer an sich bekannt sind, braucht auf die konkrete Ausgestaltung der Meßeinrichtung, d.h. insbesondere des Istwertfühlers 22 der Meß- und Regeleinrichtung 16 als UV-Spektrometer und/oder Streustrahl-Photometer nicht näher eingegangen warden» Gleiches gilt auch für den Fall, daß in den o=g= Meßgeräten ein Laser als Lichquelle vorgesehen ist, der vorzugsweise linear polarisiertes Licht ausstrahlt.

Anhand der Fig. 3 sei noch auf einige Ergebnisse eingegangen^ die mittels eines Laser-Streustrahl-Photometers gewonnen \mrden_y in welchem der Streustrahlwinkel mit 31° festgelegt und als Laser ein linear polarisierter He-Ne-Laser eingesetzt wurde. Die Intensität des gestreuten Lichtes wurde mit einem Photomultipler gemessen. Als Meßwasser wurde Duschwasser mit

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- 28 einer Temperatur von 28⁰C verwendet.

In Fig. 3 zeigen die gestrichelten Kurven die mit dem Laser-Streustrahl-Photometer erhaltenen Werte, die durchgezogenen Linien dagegen die mittels einer Messung des KMnO₄-Verbrauches erhaltenen Werte.

Aus den durch Messung des KMnO^Verbrauches des unfiltrierten und filtrierten Rohwassers erhaltenen Kurven a und b ergibt • sich, daß in den KMnO₄-Verbrauch auch Meßänteile eingehen, die von ohne Flockungsmittelzugabe abfiltrierbaren Substanzen herrühren. Demnach stellt das bisher häufig verwendete Verfahren zur Steuerung der Flockungsmittelzugabe durch Messung des KMnO4~Verbrauches kein besonders zweckmäßiges Steuerverfahren dar.

Demgegenüber zeigen die mittels des Laser-Streustrahl-Photometers erhaltenen Meßkurven c und d für unfiltriertes und filtriertes Rohwasser, daß bei den angegebenen Versuchsbedingungen mittels des Laser-Streustrahl-Photometers offensichtlich solche Substanzen nicht erfaßt werden, die ohnehin bereits ohne Flockungsmittelzugabe abfiltrierbar sind. Denn die Kurven c und d stimmen annähernd miteinander überein - während die Kurven a und b deutlich unterschiedliche Werte zeigen, zumindest dann, wenn mehr als 25 ml Wasser vermessen werden.

Die Kurven e und f zeigen jeweils Meßwerte für filtriertes und gechlortes (10 mg/1; Einwirkungszeit 2 h) Meßwasser.

Beide Kurven geben die Wirkung der Aufbereitungsmaßnahmen, in diesem Fall der Chlorzugabe wieder. Die Differenz zwischen den Kurven c, d einerseits und der Kurve f andererseits zeigt deutlich die Selektivität des Ansprechverhaltens der erfindungsgemäßen Meßanordnung auf solche organischen Substanzen, die einer Aufbereitung nicht unterworfen worden sind, .und solche organischen Substanzen, die einer Aufbereitung unterworfen wurden. Die Aufbereitung war in diesem Fall eine Chlorung.

Pat 186/1-80Ch ~<\

Claims

GEYER, HAGEMANN & PARTNER ■ f | *i ":' \

PATENTANWÄLTE "

PROFESSIONAL RtPRtSrNTATlV[S BtFORF THf FUROPEAN PATENT OFFICE

hesstraße 60 · Postfach 400745 · 8000 München 40 Telefon 089.304071" -Telex 5-216136 hage d -Telegramm hageypatent -Telekopiercr 089-304071

-1-

Pat 186/1-80Ch München, den

Dr.H/vS/3,6/gms ³⁰° ^{Januar 1981}

Patentansprüche

1 ο Verfahren zur Steuerung von Aufbereitungsmaßnahmen von Trinkwasser, Badewasser, Klärwasser oder dergleichen,, insbesondere zur Steuerung der Flockung, Filterung, Desinfektion durch Oxidation (Ozonung und/oder Chlorung) sowie Zugabe bestimmter . Aufbereitungschemikalien und Füllwasser, bei welchem den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierende Parameter gemessen und aus den Meßwerten Steuersignale zur Steuerung der Aufberei- :

tungsmaßnahmen abgeleitet werden, j

dadurch gekennze ichnet, daß als Parameter organische '

Substanzen unmittelbar und verzögerungsfrei partiell gemessen werden, j

2= Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter j

in an sich bekannter Weise zusätzlich oxidierende Substanzen, vorzugsweise J

freies und/oder gebundenes Chlor,, gemessen werden.

3 ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter in an sich bekannter Weise zusätzlich aas Redox-Potential,-vorzugsweise vor und/oder nach der Aufbereitung gemessen wird·

4 ο Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter in an sich bekannter Weise zusätzlich der pH-Wert gemessen wird.

,.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Substanzen über deren Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung in einem Bereich von etwa 250 bis 650 nm, vorzugsweise mittels Laserstrahlen, gemessen werden, insbesondere durch

a) UV-Spektroskopie bei einer Wellenlänge zwischen etwa 250 und 290 nm und/oder

b) Streulicht-Messung bei einer Wellenlänge zwischen etwa 400 und 650 nm.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stickstoffhaltige organische Substanzen, insbesondere Harnstoff, Harnsäure, Urin, Aminosäuren und/oder Peptide gemessen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die aromatischen Aminosäuren, vorzugsweise Phenylalanin (257,4 nm) , Thyrosin (274,6 nm) und/oder Tryptophan (279,8 nm) gemessen werden.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierenden Parameter kontinuierlich gemessen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Laser-Strahlen einer konstanten Wellenlänge eingestrahlt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Laser-Strahlen einer Wellenlänge von 632,8 nm eingestrahlt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der gestreuten Laser-Strahlen innerhalb eines Streuwinkels von etwa 15 bis 45° gemessen wird.

Pat 186/1-80Ch

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Streulichtintensität bei einem Streuwinkel von 31°

gemessen wird. . '

13= Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Substanzen !

des Rohwassers, des gefilterten Rohwassers und/oder des aufberei- . teten Wassers gemessen werden.

14„ Vorrichtung zur Steuerung der Aufbereitung von Trinkwasser, Badewasser, Klärwasser oder dergleichen, insbesondere zur Steuerung der Flockung, Filterung, Desinfektion durch Oxidation (Ozonung und/oder chlorung) soxfie Zugabe bestimmter Aufbereitungschemikalien und Füllwasser, mit wenigstens einer Meß- und Regeleinrichtung (12, 13, 14, 16, 22) mit Sollwertgeber, Istwertfühler (22) und Vergleicher (K) zur Messung von den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierenden Parametern sowie Erzeugung von von der Sollwert-Istwert-Differenz-abhängigen Steuersignalen zur Steuerung von Aufbereitungseinrich-

tungen (4,5,8,9,10,11), j

gekennzeichnet durch i

eine erste Meß- und Regeleinrichtung (16) mit einem zur unmittelbaren ^!

und verzögerungsfreien, partiellen Messung organischer Substanzen ausgelegten Meßfühler (22)..

15ο Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste : Meß- und Regeleinrichtung (16) aufweist

a) einen in einer zur Messung des Rohwassers vorgesehenen ersten Meßwasserzelle (21) angeordneten ersten Istwertfühler (22), einen Sollwertgeber und Vergleicher (K) sowie einen hierzu korrespondierenden mit einem Steuereingang der Flockungsmittelzugabe-Steuerung (4,5) verbundenen ersten Steuerausgang (222o) und/oder

b) einen in einer dem Filter (6) nachgeordneten, zweiten Meßwasserzelle

(21) angeordneten zweiten Istwertgeber (22) ,einen Sollwertgeber und

! Vergleicher (K) sowie einen hierzu korrespondierenden mit einem Steuer- j eingang der Qxidationsmittelzugabe-Steuerung (8,9) und/oder Flockungs- I mittelzugabe-Steuerung (4,5) verbundenen zweiten Steuerausgang (212o) |

und/oder , ,

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O IUO IZO

c) einen in einer allen Aufbereitungseinrichtungen (4,5,6,7,8/9,10,11) nachgeschalteten dritten Meßwasserzelle (21) angeordneten dritten Istwertfühler (22), einen Sollwertgeber und Vergleicher (K) sowie einen hierzu korrespondierenden mit einem Steuereingang der Qxidationsmittelzugabe-Steuerung (8,9) verbundener, dritter. Steuerausgang (232o).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als erste, zweite und dritte Meßwasserzelle (21) ein und dieselbe Meßwasserzelle (21) sowie als erster, zweiter und dritter Istwertfühler (22) ein und derselbe Istwertfühler (22) vorgesehen ist und der ersten Meß-und Regeleinrichtung (16) eine Meßstellenumschalt-Steuerung (17) vorgeschaltet ist, welche die Meßwasserzelle (21) alternierend mit einem Rohwasser-Abzwei— gungspunkt (2\ einem Filterausgang-Abzweigungspunkt (6') und einem Reinwasser-Abiwei gungspunkt (3) verbindet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwasserzelle(21)mit einer Frischwasserzufuhr(18,40) verbindbar ist und die Meßstellenumschalt-Steuerung (17) die Meßwasserzelle(21)nach jeder Meßwasserfüllung mit der Frischwasserzufuhr (18,40)verbindet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischwasserzufuhr (18,40), der Rohwasser-Abzweigungspunkt (2), der Filterausgang-Abzweigungspunkt (6¹) und ^der Reinwasser-Abzweigungspunkt (3) über eine gemeinsame Sammelleitung (25) mit der Meliwasserzelle (21) verbunden sind und hierbei die Meßwasserzelle (21) am stromabwärtigen Ende und die Frischwasserzufuhr (18>40) am stromaufwärtigen Ende der Sammelleitung (25) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die für die organischen Substanzen vorgesehene erste Meß- und Regeleinrichtung(16)zur Messung stickstoffhaltiger Substanzen, insbesondereHarnstoff, Harnsäure, Urin, Aminosäuren und/oder Peptide ausgelegt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, Pat 186/1-80Ch

daß die für die organischen Substantial vorgesehene erste Meß- und Regeleinrichtung (16) eine Meßeinrichtung zur Messung der Wechselwirkung der organischen Substanzen mit elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung, die insbesondere als UV-Spektrometer für eine Wellenlänge zwisehen ca. 250 bis 290 nm und/oder als Iaser-Streustrafel-Photometer für ca. 400 bis 650 nm ausgelegt ist.

21, Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Laser-Streustrahl-Photometer einen kontinuierlich durchstimmbaren Laser oder einen laser mit konstanter Ausgangswellenlänge von 632,8 nm (He-Ne-Lasta:) aufweist=

22„ Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Änderung des Winkels zwischen dem Einfalls-Laserstrahl und dem die Intensität des Streustrahls messenden, vorzugsweise als Vhotomultiplier ausgelegten ELe- *c mentes_o

23„ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, gekennzeichnet durch eine zur Messung oxidierender Substanzen, insbesondere freies und/oder" gebundenes Chlor ausgelegte zweite Meß- und Regeleinrichtung (12]*, deren Meßeingang (12i) vorzugsweise mit dem Filterausgangs-Abzweiguagspurikt (6') verbunden ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23„

gekennzeichnet durch wenigstens eine, vorzugsweise zwei an !

sich bekannte dritte Meß- und Regeleinrichtungen (14,15) zur Messung des !

Redoxpotentials, wobei der Ileßeingang (14i) der einen Redoxpotential-Meß- und Regel- j einrichtung (Ή mit dem Rohwasser- Abzweigungspunkt (2) und der j

Meßeingang (15i) der anderen Redoxpotential-Meß- und Regeleinrichtung (15) mit dem Reinwasser- Abzweigungspunkt (3) verbunden ist =

25„ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, 3Q gekennzeichnet durch eine an· sich bekannte vierte Meß- und Regeleinrichtung (13) zur pH-Wert-Messung und Steuerung, deren Meßeingang (13i) mit einem, vorzugsweise dem den Filter (6) nachgeschalteten Meßwasser-Abzweigungspunkt und ^:

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IU-J I Z. U

deren Steuerausgang (13o)mit einer pH-Wert-Korrektureinrichtung (10 ,11) verbunden ist.

Pat 186/1-80Ch < Jß\