DE3248244C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Schlamm­ spiegels, insbesondere in Absetzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser, wobei ein Meßkörper kontinuierlich in eine Flüssig­ keit abgesenkt wird und der von dem Meßkörper von der Flüssig­ keitsoberfläche bis zu seinem Eintauchen in den abgesetzten Schlamm zurückgelegte Weg ein Maß für die Höhe der Flüssigkeit über dem Schlammspiegel ist, sowie eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.

In Anlagen zur Reinigung von Abwasser (Kläranlagen) werden sowohl bei der mechanischen Reinigung als auch bei der biolo­ gischen Reinigung Absetzbecken verwendet, in denen die im Ab­ wasser 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 einge­ dickt werden. Die Weiterbehandlung erfolgt in bekannter Weise durch unterschiedliche Verfahren (z.B. Trockenbeete, anaerobe Faulung).

In allen Becken, in denen Absetzvorgänge stattfinden, muß die Höhe des Schlammstandes im Becken (Schlammspiegellinie) be­ stimmt werden, um Räum- und/oder Abpumpvorgänge einzuleiten.

Zur Steuerung der in Abwasseranlagen vorhandenen selbsttätigen Räumvorrichtungen (z.B. Schildräumer, Kettenräumer oder Pendel­ schildräumer), die in hin- und hergehenden Bewegungen am Boden eines Absetzbeckens den abgesetzten Schlamm in einen Pumpen­ sumpf 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 er 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 Witterungsum­ ständen, 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 Ver­ fahrens zu verwenden, die entweder selbsttätig oder in Ver­ bindung mit einem Prozeßrechner einer Kläranlage den Schlamm­ spiegel bestimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein von einer ortsfest angeordneten Kamera aufgenommenes Bild des Meß­ körpers mit dem tatsächlich zurückgelegten Weg des Meßkörpers verglichen wird und daß ein Sprung in der Helligkeitsabnahme der von der Kamera aufgenommenen Bilder ein Eintauchen des Meßkörpers in den abgesetzten Schlamm anzeigt. 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 notwen­ dig 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 Steue­ rung der Meßeinrichtung und somit der gesamten Kläranlage weiter zu vereinfachen, ist in Weiterbildung des Erfindungs­ gedankens 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 not­ wendig ist, was zu einer erheblichen Energieeinsparung führt.

Zweckmäßigerweise wird die Einrichtung zur Absenkung des Meß­ körpers 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 Schlamm­ spiegels, insbesondere in Absetzbecken von Anlagen zur Reini­ gung von Abwasser, bei denen ein Meßkörper mittels einer Absenkeinrichtung lotrecht bewegbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in einer ortsfest angeordneten Hülle, die oben geschlossen und unten offen ist, der Meßkörper eine Kamera, ein Wegmesser, ein Vergleichslichtfühler und ein Rechner an­ geordnet sind. Eine derartige Vorrichtung ist nicht nur sehr einfach in ihrem Aufbau, sondern auch äußerst widerstands­ fähig, so daß sie sich auch unter widrigen Umständen im Dauer­ einsatz 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.

Aus dem DE-GM 73 29 766 ist eine Füllstand-Meßvorrichtung be­ kannt, mit der die Oberfläche des Füllgutes bestimmt werden soll, ohne daß das Seil, an dem die Meßsonde befestigt ist, wegen starker Überschüttung reißt und die Meßsonde verlustig gehen kann. Die Oberfläche in einem Absetzbecken einer Kläran­ lage braucht nicht bestimmt zu werden, da sie normalerweise konstant ist und eine Abweichung durch eine Markierung an dem Absetzbecken leicht erkannt werden kann. Mit der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung soll dagegen eine innerhalb der Flüssigkeit, beispielsweise dem Abwasser einer Kläranlage, befindliche Schicht bestimmt werden. Hierzu ist die bekannte Meßvorrich­ tung weder bestimmt noch geeignet.

Bei der aus der DE-OS 28 33 414 bekannten Vorrichtung zur Be­ stimmung eines Pegels kann eine Zwischenschicht zwischen zwei Flüssigkeiten verschiedener Dichte bestimmt werden. Dies setzt aber "verschiedene Dichten" zwischen den Flüssigkeiten voraus.

Die aus einer Kette bestehende bekannte Vorrichtung, die an einem oberen Ende an einem Mechanismus aufgehängt ist, der so ausgelegt ist, daß er das obere Ende der Kette hebt und senkt, ist nicht zur Bestimmung des Schlammspiegels in Kläranlagen geeignet, da der Schlamm in einem Absetzbecken einer Kläran­ lage kein Feststoff wie z.B. Sand ist, wovon die Vorrichtung gemäß der DE-OS 28 33 414 ausgeht, sondern eine Flüssigkeit mit einem Wassergehalt von über 90%.

Mit dem elektromechanischen Füllstandmeßgerät der DE-OS 29 03 096 soll die Oberfläche einer Flüssigkeit bestimmt werden, wobei eine Berührung zwischen einem Tastgewicht und dem Füll­ gut erfolgt und durch die Belastungsänderungen des Elektro­ motors auftretende Änderungen der elektrischen Eingangsgröße des Elektromotors durch eine Überwachungsschaltung feststell­ bar sind, wodurch der Elektromotor zur Drehrichtungsumkehr veranlaßt wird. Eine "Berührung" zwischen einem Tastgewicht und dem Schlammspiegel, der mit der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung bestimmt werden soll, ist aber nicht möglich.

Auch durch die Füllstandmeßvorrichtung des DE-GM 70 31 884 soll die Oberfläche eines Füllgutes durch Verwendung eines an einem Meßseil aufgehängten Tastgewichtes bestimmt werden. Die Umschaltung des Antriebsmotors bei Auftreffen des Tastgewich­ tes auf die Oberfläche des Füllgutes erfolgt mittels einer Umschaltwaage. Eine Bestimmung des Schlammspiegels, insbeson­ dere in Absetzbecken von Kläranlagen ist auch damit nicht möglich.

Beim erfindungsgemäßen Gegenstand ist die Hülle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zylin­ drisch 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 angeord­ nete Meßeinrichtung und läßt insbesondere Regenwasser leicht abfließen.

Zweckmäßigerweise besteht die Hülle aus einem metallischen Material. Damit ist die Hülle vollständig isoliert. Die Hülle kann aber auch aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff be­ stehen. 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 zu­ sätzliches Gewicht vorgesehen sein.

Damit auch bei Becken mit unterschiedlichem Flüssigkeitsspie­ gel 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 gewährlei­ stet, daß sich der Meßkörper immer in einer waagerechten Lage befindet.

Die Seiltrommeln der Absenkeinrichtung können entweder moto­ risch, 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 Vorrich­ tung 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 gleich­ mäßiges 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 "Meß­ gerät" dienen, das von dem zentralen Prozeßrechner die Steuer­ befehle erhält und seine Meßergebnisse an den zentralen Rech­ ner 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 Ein­ tauchfühler 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 vor­ handenen, 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 Seil­ trommeln 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 der Flüssigkeit 5 (Flüssigkeitsspiegel).

Aus dem zurückgelegten Weg läßt sich nach den bekannten op­ tischen Gesetzen berechnen, wie groß sich der Meßkörper abbil­ den müßte. Dieses (erwartete) Bild wird fortwährend mit dem von der Kamera aufgenommenen Bild verglichen. Sobald der Meßkörper in den Schlamm eintaucht, ergibt sich eine Abwei­ chung der von dem Rechner 9 in Kenntnis des tatsächlich zu­ rückgelegten 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 aufge­ nommenen Bildes gibt die Information über die Höhe des Schlamm­ spiegels 13.

Von dem Rechner 9 werden bei der Auswertung die Umgebungsein­ flüsse 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 erfindungs­ gemäßen Vorrichtung wird von dem Rechner 9 oder, wie oben ausgeführt, von dem Prozeßrechner der Kläranlage der Betrieb der den abgesetzten Schlamm wegbefördernden Mittel, insbeson­ dere 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 eliminie­ ren. Zur besseren Erfassung des Bildes weist der Meßkörper 3 eine helle Oberfläche auf; insbesondere eine weiße oder spie­ gelnde 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 Kläranla­ ge 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.

Claims (19)

1. Verfahren zur Bestimmung des Schlammspiegels, insbesondere in Absatzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser, wobei ein Meßkörper kontinuierlich in eine Flüssigkeit abgesenkt wird und der von dem Meßkörper von der Flüssigkeitsoberfläche bis zu seinem Eintauchen in den abgesetzten Schlamm zurückgelegte Weg ein Maß für die Höhe der Flüssigkeit über dem Schlammspie­ gel ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer ortsfest angeordneten Kamera aufgenommenes Bild des Meßkörpers mit dem tatsächlich zurückgelegten Weg des Meßkörpers verglichen wird und daß ein Sprung in der Helligkeitsabnahme der von der Kamera aufgenommenen Bilder ein Eintauchen des Meßkörpers in den abgesetzten Schlamm anzeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Kamera aufgenommene Bild in einem Rechner digitali­ siert wird, daß hieraus die Größe des gemessenen Bildes be­ rechnet wird, daß dieses Bild mit den von einem Weggeber ge­ gebenen 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 weiterver­ arbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Absenkung des Meßkörpers von dem Rechner ge­ steuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Schlammspiegels vom Rechner unter gleichzeitiger Kompensation der Umgebungseinflüsse erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Berechnung des Schlammspiegels vom Rech­ ner unter ständiger Selbstdiagnose des Meßkörpers erfolgt und eine Störung der Messung umgehend gemeldet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Schlammspiegels, insbesondere in Absetzbecken von Anlagen zur Reinigung von Abwasser, wobei ein Meßkörper mittels einer Absenkeinrichtung lotrecht bewegbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß in einer ortsfest angeordneten Hülle (1), die oben geschlossen und unten offen ist, der Meßkörper (3), eine Kamera (2), ein Wegmesser (11), ein Vergleichslichtfühler (10) und ein Rechner (9) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1) zylindrisch und an ihrer Oberseite abgerundet ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) aus einem metallischen Material besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kamera (2) zugewandte Fläche des Meßkörpers (3) regel­ mäßig ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (3) kegelig ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 10 oder 11, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Meßkörpers (3) ein Gewicht (4) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Meßkörpers (3) ein Eintauchfühler (12) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 10 bis 13, 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) ge­ wickelt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommeln (7) motorisch angetrieben sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommeln (7) hydraulisch angetrieben sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommeln (7) pneumatisch angetrieben sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der zylindrischen Hülle (1) eine Heizeinrichtung (15) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) an einer oberhalb eines Absetzbeckens vorhandenen Brücke angebracht ist.