DE3248244A1

DE3248244A1 - Verfahren zur bestimmung des schlammspiegels, insbesondere in absetzbecken von anlagen zur reinigung von abwasser und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3248244A1
Application number: DE19823248244
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Ambrosius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-28
Filing date: 1982-12-28
Publication date: 1984-07-05
Also published as: DE3248244C2

Description

Verfahren zur Bestimmung des Schlammspiegels, insbesondere in
Absetzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Schlammspiegels, insbesondere in Absetzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In Anlagen zur Reinigung von Abwasser (Kläranlagen) werden sowohl bei der mechanischen Reinigung als auch bei der biologischen Reinigung Absetzbecken verwendet, in denen die im Abwasser vorhandenen Sinkstoffe infolge langer Verweilzeit und geringer Fließgeschwindigkeit abgeschieden und zurückgehalten werden. Die sich absetzenden Stoffe werden allgemein als Schlamm bezeichnet. Dieser weist einen Wassergehalt von mehr als 90 % auf und muß vor seiner Weiterbehandlung noch eingedickt werden. Die Weiterbehandlung erfolgt in bekannter Weise durch unterschiedliche Verfahren (z.B. Trockenbeete, anaerobe Faulung).
In allen Becken, in denen Absetzvorgänge stattfinden, muß nun die Höhe des Schlammstandes im Becken (Schlammspiegellinie) bestimmt werden, um Räum- und/oder-Abpumpvorgänge einzuleiten.
Zur Steuerung der in Abwasseranlagen vorhandenen selbsttätigen Räumvorrichtungen (z.B. Schildräumer, Kettenräumer oder Pendelschildräumer), die in hin- und hergehenden Bewegungen am Boden eines Absetzbeckens den abgesetzten Schlamm in einen Pumpensumpf schieben, von wo aus er durch Pumpen abgesaugt und weitergeführt wird, oder bei der Verwendung von Becken, in denen sich der Schlamm selbsttätig, d.h. durch Schwerkraft, an einer dafür bestimmten Stelle, z.B. einem Trichter, sammelt, von wo aus der abgepumpt wird, ist es erforderlich, die Menge des abgesetzten Schlammes, d.h. die Höhe des Schlammspiegels zu kennen. Dieser wird herkömmlicherweise mittels manueller Meßmethoden in Form von Meßstäben bzw. Meßspiegeln von einem Bediensteten der Kläranlage bestimmt. Dieses ist nicht nur umständlich und ungenau, sondern bei widrigen Witterungsumständen, insbesondere im Winter, wenn überhaupt, so nur äußerst schwierig durchzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, durch das es möglich wird, eine sehr einfache Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu verwenden, die entweder selbsttätig oder in Verbindung mit einem Prozeßrechner einer Kläranlage den Schlammspiegel bestimmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Meßkörper, dessen obere Fläche regelmäßig ausgebildet, d.h.
von definierter Größe und Form ist, kontinuierlich in eine Flüssigkeit abgesenkt wird, daß ein von einer ortsfest angeordneten Kamera aufgenommenes Bild des Meßkörpers mit dem tatsächlich zurückgelegten Weg des Meßkörpers verglichen wird, daß ein Sprung in der Größenabnahme der von der Kamera aufgenommenen Bilder ein Eintauchen des Meßkörpers in den abgesetzten Schlamm anzeigt und daß der von dem Meßkörper von der Flüssigkeitsoberfläche bis zu seinem vollständigen Verschwinden zurückgelegte Weg ein Maß für die Höhe der Flüssigkeit über dem Schlammspiegel ist. Damit läßt sich auf einfachste Weise unter Ausnutzung bekannter optischer Gesetze die Bestimmung des Schlammspiegels automatisieren und präzisieren.
Da es für dieses Meßverfahren nicht mehr notwendig ist, daß sich eine Person auf die über dem Absetzbecken befindliche Brücke zur Durchführung einer Messung begibt, lassen sich diese Messungen beliebig häufig wiederholen. Außerdem braucht der Meßkörper nur zur eigentlichen Messung in die Flüssigkeit abgesenkt werden, wodurch dessen Lebensdauer erheblich verlängert wird.
Um sowohl die Auswertung der Meßergebnisse als auch die Steuerung der Meßeinrichtung und somit der gesamten Kläranlage weiter zu vereinfachen, ist in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß das von der Kamera aufgenommene Bild in einem Rechner digitalisiert wird, daß hieraus die Größe des gemessenen Bildes berechnet wird, daß dieses Bild mit den von einem Weggeber gegebenen Informationen über den tatsächlich zurückgelegten Weg des Meßkörpers und dem hieraus errechneten Wert der erwarteten Form und Größe des Bildes in dem Rechner verglichen wird und daß der am Ausgang des Rechners anliegende Meßwert zur Auswertung bzw Steuerung der Einrichtungen zum Abpumpen des abgesetzten Schlammes weiterverarbeitet wird.
Damit läßt sich die Abpumpeinrichtung so steuern, daß die Pumpen nur so lange laufen, wie dies für die Abräumung notwendig ist, was zu einer erheblichen Energieeinsparung führt.
Um eine steuerbare, kontinuierliche Absenkung des Meßkörpers zu erreichen, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Absenkung des Meßkörpers motorisch erfolgt. Je nach gegebenen technischen Möglichkeiten kann die Absenkung allerdings auch hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.
Zweckmäßigerweise wird die Einrichtung zur Absenkung des Meßkörpers von dem Rechner gesteuert. Dabei lassen sich bei der Berechnung des Schlammspiegels vom Rechner die gleichzeitig gemessenen Umgebungseinflüsse leicht kompensieren.
Außerdem ist es möglich, daß vom Rechner eine ständige Selbstdiagnose des Meßkörpers erfolgt und eine Störung der Messung umgehend mitgeteilt wird.
Zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Schlammspiegels, insbesondere in Absetzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in einer ortsfest angeordneten Hülle, die oben geschlossen und unten offen ist, ein Meßkörper mittels einer Absenkeinrichtung lotrecht bewegbar ist, daß fest innerhalb der Hülle eine Kamera, ein Wegmesser, ein Vergleichslichtfühler und ein Rechner angeordnet sind. Eine derartige Vorrichtung ist nicht nur sehr einfach in ihrem Aufbau, sondern auch äußerst widerstandsfähig, so daß sie sich auch unter widrigen Umständen im Dauereinsatz verwenden läßt. Dadurch, daß sich der Meßkopf in seiner Ruhelage innerhalb der zylindrischen Hülle befindet, ist er gegen Umwelt- und Witterungseinflüsse geschützt, kann nach Betrieb in Ruhe trocknen und nicht von Mikroorganismen bewachsen werden, wodurch seine Funktionstüchtigkeit und Lebensdauer wesentlich erhöht wird.
Die Hülle ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zylindrisch und an ihrer Oberseite abgerundet. Damit ist die Hülle sehr kompakt und gewährt auch bei widrigen Witterungsumständen einen ausreichenden Schutz für die innerhalb der Hülle angeordnete Meßeinrichtung und läßt insbesondere Regenwasser leicht abfließen.
Zweckmäßigerweise besteht die Hülle aus einem metallischen Material. Damit ist die Hülle vollständig isolioert. Die Hülle kann aber auch aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen. Dieser ist korrosionsbeständig und gewährleistet eine lange Lebensdauer der Vorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist die der Kamera zugewandte obere Fläche des Meßkörpers regelmäßig, d.h. von bekannter Form und Größe ausgebildet.
Damit ist die von der Kamera aufgenommene Fläche und Form des Meßkörpers eindeutig definiert. Um ein gleichförmiges Absinken des Meßkörpers zu erreichen, kann der Meßkörper auch kegelig ausgebildet sein.
Außerdem kann, falls der Meßkörper nicht schon an sich schwer genug ist, an seiner Unterseite ein zusätzliches Gewicht vorgesehen sein.
Damit auch bei Becken mit unterschiedlichem Flüssigkeitsspiegel die Messungen einfach durchgeführt werden können, ist gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens an der Unterseite des Meßkörpers ein Eintauchfühler angeordnet.
In besonders einfacher Weise besteht die Absenkeinrichtung aus drei Seilen, an denen der Meßkörper befestigt ist und die über antreibbare Seiltrommeln geführt sind. Damit wird gewährleistet, daß sich der Meßkörper immer in einer waagerechten Lage befindet.
Die Seil trommeln der Absenkeinrichtung können entweder motorisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein.
Insbesondere für einen Einsatz in kalten Regionen ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung innerhalb der zylindrischen Hülle eine Heizeinrichtung vorgesehen. Damit kann die Vorrichtung im Winter nicht einfrieren und es ist gewährleistet, daß die relative Feuchte in dem unten offenen Zylinder unter der Feuchte der umgebenden Außenluft liegt.
In besonders einfacher Weise läßt sich die Hülle an einer oberhalb eines Absetzbeckens vorhandenen Brücke befestigen.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Die einzige Figur zeigt eine Prinzipskizze, aus der sich sowohl der Verfahrensablauf, als auch der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ersehen läßt.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Bestimmung des Schlammspiegels ist in einer isolierten, zylindrischen Hülle 1 angeordnet, deren Oberteil nach außen gewölbt ausgebildet ist, und die nach unten offen ist. Innerhalb der Hülle 1 ist eine Kamera 2 fest angebracht, die auf einen lotrecht bewegbaren Meßkörper 3 ausgerichtet ist. Dieser Meßkörper 3 ist in der skizzierten Darstellung plattenförmig ausgebildet; es kann jedoch auch ein kegeliger Körper verwendet werden. Auch in diesem Fall muß aber die der Kamera 2 zugewandte Oberfläche des Meßkörpers 3 regelmäßig, d.h. von bekannter ebener Form und Größe ausgebildet sein. An der Unterseite des Meßkörpers 3 ist ein zusätzliches Gewicht 4 angebracht, das ein gleichmäßiges Absenken des Meßkörpers 3 in der Flüssigkeit 5 eines nicht dargestellten Klärbeckens gewährleisten soll.
Der Meßkörper 3 ist an vorzugsweise drei Seilen 6 aufgehängt, die über Seiltrommeln 7 abgelassen werden können. Hierzu ist ein motorischer Antrieb 8 vorgesehen.
Zur Steuerung der gesamten Vorrichtung und zur Auswertung der Meßergebnisse ist ein an sich bekannter Rechner 9 ebenfalls innerhalb der zylindrischen Hülle 1 angeordnet. Sofern die Kläranlage einen eigenen Prozeßrechner hat, kann der Rechner 9 auch an diesen angeschlossen werden und lediglich als "Meßgerät" dienen, das von dem zentralen Prozeßrechner die Steuerbefehle erhält und seine Meßergebnisse an den zentralen Rechner zur Auswertung weitergibt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der zylindrischen Hülle 1 noch ein Vergleichslichtfühler 10, ein Wegmesser 11 und an der Unterseite des Meßkörpers 3 ein Eintauchfühler 12 angeordnet.
Die Vorrichtung arbeitet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt: Die aus Metall oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehende Hülle 1 ist an einer über einem Klärbecken vorhandenen, nicht dargestellten Brücke fest angebracht. Zur Bestimmung der Höhe des Schlammspiegels 13 in dem Klärbecken wird von dem Rechner 9 an den Antrieb 8 der Winden der Seiltrommeln 7 der Befehl erteilt, den an den Seilen 6 hängenden Meßkörper 3 abzusenken.
Von der Kamera 2 wird das Bild des hellfarbigen Meßkörpers 3 aufgenommen und an den Rechner 9 weitergegeben, wo es in bekannter Weise digitalisiert wird. Gleichzeitig erhält der Rechner 9 von dem Wegmesser 11 die Informationen über den tatsächlich zurückgelegten Weg des Meßkörpers 3. Von dem Vergleichslichtfühler 10 erhält der Rechner 9 die Information über den mittleren Grauwert der Oberfläche 14 des Flüssigkeit 5 (Flüssigkeitsspiegel).
Aus dem zurückgelegten Weg läßt sich nach den bekannten optischen Gesetzen berechnen, wie groß sich der Meßkörper abbilden müßte. Dieses (erwartete) Bild wird fortwährend mit dem von der Kamera aufgenommenen Bild verglichen. Sobald der Meßkörper in den Schlamm eintaucht, ergibt sich eine Abweichung der von dem Rechner 9 in Kenntnis des tatsächlich zurückgelegten Weges des Meßkörpers aufgrund der Informationen des Wegmessers 11 errechneten Größe des erwarteten Bildes von der Größe des von der Kamera 2 aufgenommenen Bildes. Diese Unstetigkeit in der Größenabnahme des von der Kamera aufgenommenen Bildes gibt die Information über die Höhe des Schlammspiegels 13.
Von dem Rechner 9 werden bei der Auswertung die Umgebungseinflüsse zur Kompensation des Meßergebnisses mit berücksichtigt.
So wird u.a. von dem Eintauchfühler 12 dem Rechner 9 das Unterschreiten des Flüssigkeitsspiegels 14 mitgeteilt. Auch erfolgt eine Selbstdiagnose des Meßkörpers 3, die sich als Folge der Verschmutzung des Meßkörpers ergibt Neben einer Steuerung der Absenkeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird von dem Rechner 9 oder, wie oben ausgeführt, von dem Prozeßrechner der Kläranlage der Betrieb der den abgesetzten Schlamm wegbefördernden Mittel, insbesondere von Pumpen, gesteuert.
Durch die definierte Ausbildung der der Kamera 2 zugewandten Oberfläche des Meßkörpers 3 und die digitale Verarbeitung des Bildes lassen sich Störquellen auf einfachste Weise eliminieren. Zur besseren Erfassung des Bildes weist der Meßkörper 3 eine helle Oberfläche auf; insbesondere eine weiße oder spiegelnde Oberfläche hat sich als besonders geeignet erwiesen.
Die von dem Rechner 9 ermittelten Meßergebnisse lassen sich entweder über einen Schreiber oder Drucker ausdrucken, direkt als Einschaltbefehl beispielsweise für eine Pumpe verwenden oder über ein Stellglied bzw den Zentralrechner der Kläranlage weiterverarbeiten.
Um auch während der Winterzeit den Betrieb der Vorrichtung aufrechthalten zu können, ist innerhalb der Hülle 1 eine Heizeinrichtung 15 vorgesehen. Diese kann aus mehreren kleinen Heizelementen bestehen, die vorzugsweise am unteren Innenrand der Hülle 1 angeordnet sind.
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Claims

Verfahren zur Bestimmung des Schlammspiegels, insbesondere in Absetzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche: .

Verfahren zur Bestimmung des Schlammspiegels, insbesondere in Absetzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßkörper, dessen obere Fläche regelmäßig ausgebildet ist, kontinuierlich in eine Flüssigkeit abgesenkt wird, daß ein von einer ortsfest angeordneten Kamera aufgenommenes Bild des Meßkörpers mit dem tatsächlich zurückgelegten Weg des Meßkörpers verglichen wird, daß ein Sprung in der Helligkeitsabnahme der von der Kamera aufgenommenen Bilder ein Eintauchen des Meßkörpers in den abgesetzten Schlamm anzeigt und daß der von dem Meßkörper von der Flüssigkeitsoberfläche bis zu seinem vollständigen Verschwinden zurückgelegte Weg ein Maß für die Höhe der Flüssigkeit über dem Schlammspiegel ist.
2 Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das von der Kamera aufgenommene Bild in einem Rechner digitalisiert wird, daß hieraus die Größe des gemessenen Bildes berechnet wird, daß dieses Bild mit den von einem Weggeber gegebenen Informationen über den tatsächlich zurückgelegten Weg des Meßkörpers und dem hieraus errechneten Wert der erwarteten Form und Größe des Bildes in dem Rechner verglichen wird, daß der am Ausgang des Rechners zur Auswertung bzw.

Steuerung der Einrichtung zum Abpumpen des abgesetzten Schlammes weiterverarbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung des Meßkörpers motorisch erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Absenkung des Meßkörpers hydraulisch erfolgt.
5.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung des Meßkörpers pneumatisch erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Absenkung des Meßkörpers von dem Rechner gesteuert wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Schlammspiegels vom Rechner unter gleichzeitiger Kompensation der Umgebungseinflüsse erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Schlammspiegels vom Rechner unter ständiger Selbstdiagnose des Meßkörpers erfolgt und eine Störung der Messung umgehend gemeldet wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Schlammspiegels, insbesondere in Absetzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ortsfest angeordneten Hülle (1), die oben geschlossen und unten offen ist, ein Meßkörper (3) mittels einer Absenkeinrichtung (6,7,8) lotrecht bewegbar ist, daß fest innerhalb der Hülle (1) eine Kamera (2), ein Wegmesser (11), ein Vergleichslichtfühler (10) und ein Rechner (9) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) zylindrisch und an ihrer Oberseite abgerundet ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) aus einem metallischen Material besteht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kamera (2) zugewandte Fläche des Meßkörpers (3) regelmäßig ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (3) kegelig ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absenkung des Meßkörpers (3) an dessen Unterseite ein Gewicht (4) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Meßkörpers (3) ein Eintauchfühler (12) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkeinrichtung aus drei Seilen (6) besteht, an denen der Meßkörper (3) befestigt ist, wobei die Seile (6) über antreibbare Seiltrommeln (7) gewickelt sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommeln (7) motorisch angetrieben sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommeln (7) hydraulisch angetrieben sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommeln (7) pneumatisch angetrieben sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der zylindrischen Hülle (1) eine Heizeinrichtung (15) vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) an einer oberhalb eines Absetzbeckens vorhandenen Brücke angebracht ist.