DE3305557C2

DE3305557C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen des Ölgehaltes von Wasser

Info

Publication number: DE3305557C2
Application number: DE19833305557
Authority: DE
Inventors: Bernd 4100 Duisburg Eichhorn; Peter Ing.(grad.) 6200 Wiesbaden Gottschalk
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE3305557A1

Abstract

Bei einem Prozeßsystem zum kontinuierlichen Messen des Ölgehaltes von Wasser, bei dem ein Lösungsmittel und Probenwasser von zwei Dosierpumpen gefördert, das Öl aus dem Probenwasserstrom mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert, das Wasser von einem, insbesondere hydrophoben, Filter abgetrennt, das ölbeladene Lösungsmittel in einem, insbesondere als Infrarot-Meßgerät arbeitenden, Analysator analysiert, das Lösungsmittel nachfolgend von dem Öl getrennt und im Kreislauf wiederverwendet sowie das abgetrennte Wasser über eine Reinigungsstufe abgeführt wird, wird ein exaktes Messen auch über längere, wartungsfreie Zeiträume auch unabhängig von sich ändernden Dosierverhältnissen und -mengen dadurch erreicht, daß das Lösungsmittel und das Probenwasser gemeinsam durch ein Ventil mit einem federbelasteten Ventilkörper und einem eine Engstelle bildenden Ventilsitz geleitet und von dort unmittelbar dem Filter zugeführt werden.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Ölgehaltes von Wasser, bei dem ein Lösungsmittel und Probenwasser von zwei Dosierpumpen gefördert, das öl aus dem Probenwasserstrom mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert, das Wasser in einem, insbesondere hydrophoben Filter abgetrennt, das ölbeladene Lösungsmittel in einem, insbesondere als Infrarot-Meßgerät arbeitenden, Analysator analysiert, das Lösungsmittel nachfolgend von dem öl getrennt und im Kreislauf wiederverwendet sowie das abgetrennte Wasser über eine Reinigungsstufe abgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Derartige Verfahren dienen der Überwachung öffentlicher Gewässer, die der Gefahr einer unzuträgli- eo chen Belastung mit Kohlenwasserstoffen ausgesetzt sind, wie z. B. die Entwässerungskanäle von Flugplätzen, oder sie dienen der Überwachung von Milchprodukten, der Überwachung der Kreislaufflüssigkeiten von öl/ Wasserwärmeaustauschern, der Kontrolle bei der Schneidölaufbereitung oder der Trinkwasserüberwachung. Ein solches Verfahren muß in der Lage sein bis 1000DDm Kohlenwasserstoffe in Wasser kontinuierlich

messen zu können.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits auf dem Markt erhältlich (Werbeschrift der Firma Horiba GmbH, Steinbach/Taunus). Bei dem bekannten Verfahren werden reines Lösungsmittel und Probenwasser getrennt voneinander von je einer Pumpenkammer einer Doppelkopf-Membranpumpe gefördert und einem Extraktor mit Rühreinrichtung zugeführt In diesem Extraktor werden die beiden Phasen gemischt, wooei das öl des Probenwassers in die Lösungsmittelphase übergeht Das entstehende Zweiphasengemisch aus Wasser und ölbeladenem Lösungsmittel wird anschließend einem hydrophoben Filter zugeführt und in der eingangs beschriebenen Weise weiterbehandelt Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil einer relativ langsamen Ansprechzeit aufgrund des großen Totvolumens im Extraktor, der zudem nur unter ganz besonderen Bedingungen eine einwandfreie Extraktion zuläßt; diese Bedingungen sind aber bei sich änderndem Dosierverhältnis von Lösungsmittel und Probenwassr sowie sich ändernden Dosiennengen nicht mehr gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem ein besonders exaktes Messen auch über längere wartungsfreie Zeiträume und unabhängig von sich ändernden Dosierverhältnissen und -mengen möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß das Lösungsmittel und das Probenwasser gemeinsam durch ein Ventil mit einem federbelasteten Ventilkörper und einem eine Engstelle bildenden Ventilsitz geleitet und von dort unmittelbar dem Filter zugeführt werden. — Als Ventil kommt jedes beliebige Druckregelventil in Frage; die Ventilkörper haben insbesondere Kugel- oder Kegelgestalt; in der Engstelle kommt es zu einer erheblichen Flüssigkeitsbeschleunigung, so daß fast eine ideal kritische Düse realisiert wird. Die Erfindung beruht demnach auf dem Grundgedanken, das Lösungsmittel und das Probenwasser unter Wegfall des bekannten ;~:;traktionsgefäßes in einer Düse zu mischen, dabei die ölextraktion durchzuführen und den Düsenquerschnitt selbsttätig den aktuellen Druckverhältnissen anzupassen. Hierdurch wird erreicht, daß unabhängig vom Dosierverhältnis und von der Dosiermenge das in das Filter eintretende Medium besonders homogen und gründlich extrahiert wird und etwaige Ablagerungen im Bereich der Engstelle durch selbsttätiges weiteres öffnen des Ventils ausgeglichen werden; außerdem wird ein besonders kleines Totvolumen beim Extrahieren erreicht und damit eine geringere Ansprechzeit.

Als Lösungsmitte! kommen insbesondere organische nicht polare Lösungsmittel aus halogeniertem Kohlenwasserstoff, z. B.Tetrachlorkohlenstoff, in Frage und als Öle im Wasser vor allem: Mineralöle und deren Produkte aber auch tierische und pflanzliche öle.

Zum Wiedergewinnen bzw. Regenerieren des verwendeten Lösungsmittels sind Aktivkohlefilter bekannt, die beim Trennen von Lösungsmittel und öl allerdings nur sehr beschränkt zur ölaufnahme fähig sind, so daß bei sich ändernden Dosierverhältnissen und -mengen nicht vorhergesehen werden kann, wann das Aktivkohlefilter gewechselt werden muß. Dieser Nachteil läßt sich durch destillatives Trennen von Öl und Lösungsmittel vermeiden, so daß auch absolut messende, also F.in-Strahl-IR-Analysatoren zu verwenden sind. Beim Überwachen der Gehalte von Leichtbenzinen u. dgl. in Wasser sollte das destillierte Lösungsmittel auch noch über eine Aktivkohleschicht geleitet werden.

Das Verfahren läßt sich mit einer Vorrichtung realisieren, die Zulaufleitungen für das Probenwasser und das organische Lösungsmittel aufweist, die zu einer Extraktionseinrichtung führen, der sich ein Filter anschließt, von welchem die wasserfreie Lösungsmittel-/ölflüssigkeit in ein Infrarot-Meßgerät und nach der Meßwertnahme zum Regenerieren des Lösungsmittels ebenso wie das im Filter abgetrennte Wasser zum Reinigen in ein nachgoordnetes Schwerkraft-Abscheidegefäß gelangt, wobei erfindunsgemäß zwischen einer Doppelkopfmembran-Pumpe und einem Filter ein Ventil mit einem vederbelasteten Ventilkörper und einem eine Engstelle bildenden Ventilsitz angeordnet wird. Neben Membranpumpen mit Kugelventüen sind insbesondere auch die bisher schon verwendeten gleichphasig arbeitenden Doppelkopf-Membranpumpen gut geeignet, bei denen die eine Pumpenkammer reines Lösungsmittel und die andere Pumpenkammer das Probenwasser fördert, diese nachfolgend zusammengeführt und in dem Ventil extrahiert sowie gemeinsam dem Filter zugeführt werden.

Ein hang-up in der das Probenwasser führenden Dosierpumpe wird durch von Zeit zu Zeit automatisch eingelegte Spülzyklen mit dem Lösungsmittel vermieden.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Kombination Hegt in der verkürzten Ansprechzeit des Verfahrens, welche nach dem Stand der Technik zweieinhalb bis fünf Minuten, nach der Erfindung jedoch weniger als eine Minute beträgt.

Das Probenwasser sollte der Dosierpumpe mit einem konstanten Überdruck zugeführt werden und die Probenwasserentnahmestelle im Bereich einer gleichmäßig durchströmten Bypassleitung zu der zu analysierenden Flüssigkeit liegen.

Aus dem die Dosierpumpe verlassenden Medium muß das Wasser vor der Analyse vollständig entfernt werden, da die Anwesenheit von Wasser, z. B. in einem der gebräuchlichen Infrarot-Analysatoren, zu einem stellen Anstieg des Meßwertes führt und somit die vermehrte Anwesenheit von öl vortäuscht. Es werden daher bevorzugt ein oder mehrere hintereinander angeordnete Membranfilter mit hydrophoben Membranen, insbesondere aus Teflon, verwendet, und es wird sichergestellt, daß das Totvolumen dieses zweistufigen Filters so gering wie möglich ist. Das in der ersten Filterstufe vorentwässerte Medium wird in der zweiten Filterstufe nachentwässert, und alle Wasserausgänge werden mit der Reinigungsstufe verbunden.

Um absolute Wasserfreiheit der zu analysierenden Lösung aus Lösungsmittel und Öl auch bei sich ändernden Dosierverhältnissen und -mengen zu gewährleisten, weist der Hüter in allen Auslaßleitungen Druckregelvcntile auf, so daß eine einmal herausgefundene optimal Druckdifferenz am Filter, bei der die beste Wasserabscheidung erreicht wird, ohne erneute Einstellarbeit eingehalten wird. Hierdurch werden auch Einflüsse von Druckstößen der Dosierpumpen auf das Meßergebnis unterdrückt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Fließschemas einer Vorrichtung zum Messen des ölgchaltes von Wasser.

Die Vorrichtung besteht aus einem Überlauf 1, einer gleichphasig arbeitenden Doppelkopfmembran·Dosierpumpe 2. einem zweistufigen hydrophoben Filter 3, einem Zwcislrahl Ir-Analy&ator 4, einem Schwerkraftabschcidcgefäß 5, einem Öl/Lösungsmitteltrenngefäß (Destillationsapparat) 6, sowie gegebenenfalls einem mechanischen Vorfilter 7 stromauf des Schwerkraftabscheidegefäßes und arbeitet folgendermaßen:

Die für den Analysenbetrieb notwendige Probenwassermenge beträgt drei bis sechs Liter pro Stunde. Dem Probennahme-Überiauf 1 wird aber ein erheblich größerer Probenwasserstrom über eine Zulaufleitung 8 zugeführt. Aus einer vorgegebenen Höhe unterhalb eines Überlaufrandes 9 der Zulaufleitung 8 wird Probenwasser durch eine Probenwasserleitung 10 entnommen. Übergelaufenes Wasser strömt über eine Ablaufleitüng 11 zurück.

Ein erster Pumpenkopf 12 der Doppelkopfmembran-Dosierpumpe 2 saugt im Kreislauf geführtes Lösungsmittel über eine Leitung 13 aus dem Destillationsapparat 6 durch eine Referenzkammer 14 des IR-Analysators 4 und eine nachfolgende Leitung 15 an. Hinter dem ersten Pumpenkopf 12 vereinigt sich der Lösungsmittelstrom — aus zum Beispiel Tetrachlorkohlenstoff — der Leitung 16 mit dem Probenwasser avr. der Probenwasserleitung 10 nachdem, dieses über e:r. Ventil 17 durch den zweiten Pumpenkopf 18 gefördert worden ist. Der vereinigte Flüssigkeitsstrom gelangt durch ein an sich bekanntes, als Extraktor wirkendes, nicht näher dargestelltes Druckregelventil 19 mit einem federbelasteten Kugel-Ventilkörper und einem eine Engstelle bildenden Ventilsitz in die erste Filterkammer 20 des Zweistufenfilters 3. Dort abgetrenntes, noch Lösungsmittel/Ölreste sowie Schmutz enthaltendes Wasser wird über eine Leitung 21 dem Schwerkraftabscheidegefäß 5 zugeführt. Das vorgereinigte Medium wird in einer zweiten Filterkammer 22 von eventuell vorhandenen Resten an Wasser befreit und gelangt über eine Leitung 23 in eine Meßkammer 24 des Infrarot-Analysators 4. Das Wasser aus der zweiten Filterkammer 22 gelangt über eine Leitung 25 ebenfalls in das Schwerkraftabscheidegefäß 5. Von der Meßkammer 24 gelangt die Lösung aus Lösungsmittel und öl über eine Leitung 26 ebenfalls in das Schwerkraftabscheidegefäß 5 und den Destillationsapparat 6 sowie über dessen bodenseitige Entnahmeöffnur.^ 27 in die Leitung 13, von wo das Lösungsmittel wieder angesaugt werden kann oder über eine Leitung 28 — mit einem Ventil 29 — in den zweiten Pumpenkopf 18 zur Nullpunktsbestimmung für das Lösungsmittel bzw. zu periodischen Spülzyklen gelangt. Ebenso kann über eine Leitung 30 und ein Ventil 31 reines Wasser zur Nullpunktsbestimmung dem zweiten Pumpenkopf 18 zugeführt werden.

Alle Auslaßleitungen des Filters 3 besitzen einstellbare Druckregelventile 32 bis 35, wobei der Lösungsmittel/Öl-Ausgang das Ventil 35 erst stromab der Meßkammer 24 aufweist, um auch dort einen konstanten Druck zn gewährleisten. Eine mit dem Ventil 34 ausgerüstete, die Filtratkammer 36 des Filters 3 verlassende Leitung 37 dient dem Abführen etwa vorhandener Gasblasen und vermeidet Fehlmessungen des IR-Analysators 4.

Mit Hilfe elektronischer Meß- und Steuereinrichtungen ist es möglich, die einzelnen Baugruppen des Prozeßsystems zu üoerwachen und nötigenfalls einen Alarm auszulösen. Insbesondere können auch automatische Kalibrierzyklen für reines Wasser und reines Lösungsmittel von Zeit zu Zeit automatisch durchgeführt werden.
Als Kohlenwasserstoff-Analysator wurde in dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ein handelsübliches Gerät mit einem Meßbereich bis 1000 ppm CoHm eingesetzt.
Bei einer Küvettenlänge von 10 mm kann die Mes-

sung von Ö\ in Wasser im Bereich zwischen 0 und 20 ppm erfolgen. Dabei beträgt das Dosierverhältnis von Probenwasser und Lösungsmittel 1:1.

Als hydrophobes Filtermaterial empfiehlt sich ein rundes Teflon-Membranfilter, das üblicherweise durch 5 eine Gitterstruktur abgestützt wird.

Der Meßbereich des Prozeßsystems richtet sich in erster Linie nach dem Dosierverhältnis, wobei mit der erwähnten 10 mm-Küvette die aus der nachfolgenden Tabelle sich ergebenden Bereiche erzielt werden kön- io nen:

Teile Teile Meßbereich

Probenwasser Lösungsmittel Pro/.eß-Geräl _|5

1 1 0- 20 ppm

2 1 0- 10 ppm 4 I 0— 5 ppm

10 1 0- 2 ppm 20

1 2 0— 40 ppm

1 5 0—100 ppm

Beschränkt wird die Anwendung durch die höchst zulässige DurchfluBgeschwindigkeit des Lösungsmitteis 25 durch die Meß- und Referenzküvette. durch die Abscheidekapazität des hydrophoben Filters sowie die Schmutzstoffbelastung des Probenwassers. Letzteres kann durch Vorfilter — bevor die Messung erfolgt — wenigstens teilweis, verringert werden. Als Vorfilter 30 zum Entfernen feiner Schmutzpartikel kann eine leicht auswechselbare Glasfaserpatrone dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 35

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Ölgehaltes von Wasser, bei dem ein Losungsmittel und Probenwasser vor. zwei Dosierpumpen gefördert, das öl aus dem Probenwasserstrom mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert, das Wasser in einem, insbesondere hydrophoben Filter abgetrennt, das ölbeladene Lösungsmittel in einem, insbesondere als Infrarot-Meßgerät arbeitenden. Analysator analysiert, das Lösungsmittel nachfolgend von dem öl getrennt und im Kreislauf wiederverwendet sowie das abgetrennte Wasser über eine Reinigungsstufe abgeführt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß das Lösungsmittel und das Probenwasser gemeinsam durch ein Ventil (19) mit einem federbelasteten Ventilkörper und einem eine Engstelle bildenden Ventilsitz geleitet und von dort unmittelbar dem Filter ($> zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel durch Destillieren vom Öl getrennt wird.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit Zulaufleitungen (10,15) für das Probenwasser und das organische Lösungsmittel, die zu einer Extraktionseinrichtung (19) führen, der sich ein Filter (3) anschließt, von welchem die wasserfreie Lösungsmittel-/Ölflüssigkeit in ein Infrarot-Meßgerät (4) und nach der Meßwertnahme zum Regenei.iren des Lösungsmittels ebenso wie das im Filter (3) abgetrennte Wasser zum Reinigen in ein nachgeordnetes Schwerkraftabscheidegefäß (5) gelangt, gekennzeichnet durch ςϊη zwischen einer Doppelkopfmembran-Pumpe (2) und dem Filter (3) angeordnetes Ventil (19) mit einem federbelasteten Ventilkörper und einem eine Engstelle bildenden Ventilsitz.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3) an allen Auslaßleitungen (21,25,26,37) Druckregelventile (32 bis 35) aufweist.