DE3143825C2 - Flockungstestgerät - Google Patents

Abstract

Flockungstestgerät zur Bestimmung des optimalen Flockungsmittelbedarfs für die Aufbereitung trüben Wassers, bei dem Wasser mit konstantem Volumen fließt, ein Flockungsmittel mit veränderbarer Zugabe dosiert wird, Polyelektrolyt als Flockungshilfsmittel nach 10 bis 50 s Vorreaktor nach der Flockungsmittelzugabe dosiert wird, die Flockenbildung ohne Anwendung von Rührern oder Einbauten in einem durchflossenen Rohr erfolgt (Rohrflockung), dessen Ende durchsichtig ist, wobei eine Laseranordnung, welches das zur Rohrflockung dienende Rohr im Bereich seines Endes in Querrichtung durchstrahlt, eine Photodiode mit einer Grenzfrequenz von mehr als 1 kHz, die so angeordnet ist, daß sie den von der Laseranordnung ausgesandten Laserstrahl jenseits des Rohres auffängt, und einer an sich bekannten Verstärkereinrichtung für das elektrische Signal der Photodiode, die auf kurzzeitige Unterbrechungen des elektrischen Stroms, verursacht durch Unterbrechungen des Laserstrahls infolge vorbeifließender Flocken, nur geringfügig reagiert.

Description

tigt werden.

Eine geometrische Betrachtung zeigt nun allerdings, daß ein Streulichtverfahren in diesem Zusammenhang nur wesentlich ungenauer arbeiten kann als das Transmissionsverfahren gemäß der Erfindung. Dabei ist zu beachten, daß bei der Erfassung des Streulichtanteils der dispergierte Anteil des einfallenden Lichtes einen Weg zurücklegt, der schräg zur optischen Achse gerichtet ist (vgL DE-OS 21 58 007 Fig. 1 und US 33 10 680, F i g. 1 bis 4). Die --cflektierten Lichtstrahlen durchlaufen dabei Flüssigkeitszonen, welche sich außerhalb des Querschnitts des vom Laserstrahl durchleuchteten Lichtweges befinden und treffen dabei auf weitere Flokken, welche den Lichtweg unterbrechen bzw. eine zusätzliche Streuung herbeiführen. Damit wird das reflektierte Licht nicht nur von denjenigen Flocken getroffen, welche sich im Bereich des direkt einfallenden Lichtes befinden, sondern auch von solchen, die sich in dem sich ausbildenden Reflexionskegel aufhalten. Auf diese Weise wird das von dem reflektierten Licht abgeleitete Signal von der größeren Anzahl von Flocken beeinträchtigi, die im gesamten Streuiichlkegei anzutreffen ist und — wegen deren Vielzahl — im Endeffekt einen Gleichanteil mit einer Verschiebung des Grundpegels -erzeugen. Die Folge ist eine wesentliche Signalverfälschung.

Im Gegensatz dazu wird bei der Transmissionsmessung das auf der Empfängerseite aus der Flüssigkeit austretende Licht lediglich von denjenigen Flocken beeinträchtigt, welche eine direkte Abschattung hervorrufen. Deren Zahl läßt sich — bei entsprechender Bemessung der Blende — derart einschränken, daß die Unterdrückung mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen tatsächlich für einzelne Flocken jeweils entsprechend kurzzeitig erfolgt, so daß der Grundpegel nahezu exakt erhalten bleibt und somit eine Lösung gefunden werden konnte, welche den gestellten hohen Anforderungen an die Meßgenauigkeit gerecht wird. Dazu kommt, daß bei der Transmissionsmessung eine einzelne Flocke sich beim Durchqueren des Strahlengangs nur kurzfristig innerhalb des Lichtwegs befindet und diesen beeinflußt. Bei der Reflexionsmessung dagegen beeinflußt eine einzelne Flocke die auf den Photoempfänger auftreffende Strahlung während des gesamten Wegs durch den gesamten Streulichtkegel, so daß eine Anordnung, welche auf »kurzzeitige Unterbrechungen entsprechend den Unterbrechungen des Laserstrahls durch vorbeifließende Flocken« anspricht, nicht oder nur unzureichend funktionieren würde.

Zur Ausführung der Erfindung wird am Ende einer Rohrflockung in der für EntStabilisierung und Agglomeration der Trübstoffe nur eiwa 100 s erforderlich sind, mit einem Laserstrahl, das fließende Wasser durchleuchtet. Der Lichtstrahl wird mit einer schnell reagierenden Photodiode aufgefangen. Es wird nur das elektrische Signal für den jeweils höchsten Lichteinfall ausgewertet, weil er der Extinktion des Wassers zwischen den Flocken entspricht.

Der gesuchte optimale Wert für der Flockungsmittelbedarf ist dann gefunden, wenn man durch eine weitere Erhöhung des Zusatzes die Extinktion nur noch um einen kleinen vernachlässigbaren Betrag verringern kann. Da der Meßwert asymptotisch einem besten Wert zustrebt, ist es erforderlich, einen Toleranzwert Tgegenüber der Klarheit des Wassers bei maximaler Dosierung festzulegen, z. B- einen Wert, der etwa dem Ablauf eines Fleckers entsprich!. ήί.Ό etwa eine Formazin-Einheit nach den deutschen F.inheitsvcifahren (Verlag Chemie. Wcinhcim/BcrgstralJe. Ringouchausgabc). Um diesen Wert darf die Resttrübung zwischen den Flocken bei optimaler Dosierung schlechter sein als bei maximaler Dosierung. ¹Jm die Effizienz des Flockungsmittels zu verbessern, ist in die Rohrflockung vorzugsweise ein Kiesfilter eingesetzt, das von unten angeströmt wird, fluidisiert wird und das als Wirbelbett der vollständigen Vermischung des dosierten Flockungsmittels dient. Zur Vermeidung von Kondenswassertropfen an der Durchtrittsstelle des Laserstrahls ist dieser Teil des Rohres

to von der Außenluft abgekapselt. Die Luft um das Rohr wird mit Silikagel getrocknet

Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Flockungstestgeräts ist in der Zeichnung skizziert. Es zeigt
Bild 1 ein schematisches Prinzipschaubild und

Bild 2 Extinktionskurven, die mit dem Flockungstestgerät gemäß Bild 1 gemessen wurden.

Die in Bild 1 wiedergegebene Ausführung der Meßanordnung bedient sich der bekannten Rohrflockung gemäß DE-GM 79 12 978. Das Wasser fließt kontinuierlieh durch dip Apparatur. Es tritt bei dem Zulauf 1 ein. Für Versuchszwecke kann ein Modell·, ./lloid zudosiert werden, z. B. Quarzmehi, Huminate, A-Kohiepuder, Milchsuspension usw. Das Flockungsmittel wird an der Stelle 2 zudosiert Dahinter befindet sich ein von unten angeströmtes, fluidisiertes Kiesbett 3. An den höchsten Stellen dw Rohrschlange befinden sich Entlüftungsschrauben 4.

Die Agglomeration wird durch hochmolekulare Flokkungshilfsmittel unterstützt, die mittels einer entsprechenden Vorrichtung 5 dosiert und im Mischer 6 mit dem Wasser vermischt werden. Es folgt eine Rohrstrekke 7 in der sich aufgrund des Durchmessers des Rohrs und des Volumenstroms des Wassers ein mittlerer Geschwindigkeitsgradieni von 50 bis 80 s~' einstellt, so daß die Flocken in der turbulenten Strömung wachsen können. Am Ende der Rohrstrecke befindet sich die Photometeranordnung 8. Es wird z. B. ein handelsüblicher Laser mit einer Wellenlänge von 680 nm verwendet. An der Stelle, an der der Lichtstrahl das Rohr durchleychtet, besteht das Rohr ζ. B. aus Quarzglas mit optischen Fenstern. Die optische Auswertung des Laserlichtes bezüglic.r Polarisation. Intensitätsschwankungen. Reflexionen und Interferenzen entspricht dem Stand des Wissens.

Der Laserstrahl trifft hinter dem Rohr auf eine schnell reagierende Photodiode mit einer Grenzfrequenz höher als 1 kHz. Von dem hier gebildeten elektrischen Signal wird unabhängig von kurzfristigen Schwankungen nur die jeweils höchste Stromstärke registriert, die dem aufgrund der Resttrübe zwischen den Flocken geschwächten Licht entspricht. Fällt der Laserstrahl für kurze Zeit aus. weil er durch vorbeifließende Flocken unterbrochen wird, so wird das elektrische Signal kurzfristig durch ei.'e elektronische Schaltung auf konstantem Niveau gehalten. Ist die Flocke vorbei und der Lichtstrahl wird für einen kurze.* Augenblick freigegeben, dann muß die Photodiode mit einer Zeitverzögerung von weniger als IO"^Js das der Lichtintensität analoge Signal liefern. Das Verhalten der Diode und Verstärkerschaltung entspricht damit dem des menschlichen Auges, das z. B. bei Schneefall sehr wohl beurteilen kann, ob die Luft zwischen den Schneeflocken klar ist oder djrch Nebel getrübt wird.

Die in Bild 2 dargestellten Extinkiionskiirven wurden

h5 mit dem Flockungstesi»erät gemäß Bild I und mit Huminat-Lösung als Modclikolloid gemessen. Die Zugabe an Flockungsmitteln wurde kontinuierlich erhöht. ]e höher der Hiiminat-Anteil im Rohrwasser ist. desto höher

ist der ermittelte Bedarf, um einen Toleranzwert der
Restrübe zu unterschreiten. Im Beispiel ist die Toleranz
gleich 10% bzw. 5% der Differenz zwischen Anfangs-
und Endtrübe gesetzt worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

in

JO

40

50

60

65

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Flockungstestgerät zur Bestimmung des optimalen Flockungsmittelbedarfs für die Aufbereitung trüben Wassers, wie Oberflächenwasser oder Abwasser, mit

(1) einer Durchflußleitung für einen konstanten Volumenstrom des zu untersuchenden Wassers,

(2) einer ersten Dosiereinrichtung zum Einbringen eines Flockungsmittels in die Leitung,

(3) einer zweiten Dosiereinrichtung zum Einbringen eines Polyelektrolyten als Flockungshilfsmittel, die in einem derartigen Abstand von der ersten Dosiereinrichtung angeordnet ist, daß eine Vorreaktion des Wassers mit dem Flokkungsmittel von 10 bis 50s stattfinden kann,

(4) einem an die Durchflußleitung anschließenden Rohr, in dem sich aufgrund seines Durchraessers und des Volumenstroms des Wassers eine turbukrye Strömung ausbildet (Rohrflockungsstrecke) und

(5) einer nachgeschalteten Trübungsmeßeinrichtung,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Trübungsmeßeinrichtung folgende Merkmale aufweist:

(a) eine Laseranordnung, weiche das zur Rohrflokkung dienende Rohr im Bereich seines Endes in Querrichtung duroiistrahlw

(b) eine Photodiode mit einer Grenzfrequenz von mehr als 1 kHz, die so ang ordnet ist, daß sie den von der Laseranordnung ausgesandten Laserstrahl jenseits des Rohi es auffängt,

(c) und einer Verstärkereinrichtung für das elektrische Signal der Photodiode, die auf kurzzeitige Unterbrechungen des elektrischen Stroms, verursacht durch Unterbrechungen des Laserstrahls infolge vorbeifließender Flocken, nur geringfügig reagiert.

2. Flockungstestgerät nach Anspruch I, gekennzeichnet durch

(d) ein der ersten Dosiereinrichtung nachgeschalte tes von unten angeströmtes, fluidisiertes Kies bett (3).

Die Erfindung betrifft ein Flockungstestgerät zur Bestimmung des optimalen Flockungsmittelbedarfs für die Aufbereitung trüben Wassers, wie Oberflächenwasser oder Abwasser, mit den weiteren Merkmalen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gewöhnlich enthalten Rohrwässer wie Oberflächenwasser. Klärwcrksablauf. Abwasser aus Galvanikbctncben u. a. Trübstoffe, die durch negative Obcrflächcnladung gegen eine Agglomeration stabilisiert sind. Zur Ermittlung des optimalen Flockungsmittelbedarfs für ein Rohrwasser. das durch Flockung. Sedimentation oder Filtration von Trübstoffen und kolloidalen Partikeln gereinigt werden soll, ist es notwendig. Flockungsmittel wie ζ. B. Eisenchlorid oder Aluminiumsulfat, zum Wasser zu dosieren, mit ihm zu vermischen und auf diese Weise so mit den Trübstoffen reagieren zu lassen, daß agglomerierfähige Partikel entstehen. Sie wachsen zu Rocken, die durch Sedimentation oder Rotation oder Ritration vom Wasser abgetrennt werden können. Es liegt auf der Hand, daß man versucht, in Rockungstests den_Mindestbedarf an Flockungsmitteln zu ermitteln, um Überdosierungen zu vermeiden.

ίο Hierzu dienen Becherglasversuche oder Ji,r-Tests (aus engL jar = Becherglas), für die es eine große Anzahl von Versuchen gibt (vgl. Hudson Jr. und Wagner E. G, Conduct and Uses of jar Tests, Journal Am. Water Wkss, 73, S. 218—223 1981). Sie liefern zwar das ge wünschte Ergebnis, haben aber den Nachtei', daß sie 5ehr zeit- und arbeitsaufwendig sind und sich nur mit großem materiellen Aufwand automatisieren lassen. Wesentlich einfacher kann der Prozeß der Flockenbildung durchgeführt werden, wenn man sich einer Rohr- flockung bedien. (DE-GM 79 12 978). Um die Effektivität der Rockungsmittel zu bewerten, ist es jedoch nötig, die gebildeten Flocken durch Sedimentation vom Wasser abzutrennen. Danach kann die Resttrübe im Wasser gemessen werden. Die Zeit zwischen Dosierung des Flockungsmittels und dem Meßergebnis ist immer noch sehr lang.

Eine Vorrichtung für eine automatische Ermittlung des RockungsmitteLSedarfs wurde von Overath veröffentlicht (Trübungsdifferenzmessung als Schnelltest zur Bestimmung der Flockungsfähigkeit von Rohrwassern, Korr. Abwasser. 24, S. 141 -147, 1977). Ihr liegt der Effekt zugrunde, daß 1 bis 2 Minuten nach der Flockungsmittelzugabe die Trübung des Wassers + Flockungsmittel mit Erhöhung des Zusatzes zunächst ansteigt, je-

doch beim Überschreiten eines bestimmten Wertes, der mit dem optimalen Wert korreliert, wieder abfällt. Da dieser Effekt stark mit der Säurekapazität des Wassers korreliert, wird angenommen, da3 die Trübungsabnahme bei einem ungünstig tiefen pH-Wert beginnt, der durch die saure Wirkung des Flockungsmittels bewirkt wird und der zu einer teilweisen Auflösung des dosierten Flockungsmittels führt.

Der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatisierbare Vorrich tung anzugeben, die bezüglich des Flockungsmittelbe darfs mit den Becherglas-Versuchen vergleichbare Ergebnisse in kurzer Zeit liefert, ohne daß die Ergebnisse mit einem pH-Fehler behaftet sind.

Optische Trübungsmesser für ein Durchflußverfah- - 50 ren bei denen ein Laserstrahl quer zur Durchflußrichtung angeordnet ist, sind bereits aus der DE-OS 21 58 007 bekannt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird jedoch die bisher verwendete Streuliehtmessung durch eine Transmissionsmessung ersetzt.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß es bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung darauf ankommt, den optimalen Wert für den Flokkungsbedarf zu finden, welcher dann erreicht ist, wenn man durch eine weitere Erhöhung des Zusatzes von Flockungsmittel die Extinktion nur noch um einen kleinen, vernachlassigbaren Betrag verringern kann. Mit anderen Worten wird hier ein äußersl genau arbeitendes Meßverfahren gefordert, welches durch die im Wasser vorhandenen Flocken nicht oder höchstens in vernachlässigbarem Maße beeinflußt wird. Insbesondere soll der Grundwert (Gleichanteil) der Extinktion auch bei einer relativ großen Flocken/.ahl nicht beeintriich-