DE4314198A1 - Vorrichtung zur Überwachung der Oberfläche eines Gewässers auf Verschmutzungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Ober­ fläche eines Gewässers auf Luminophore enthaltende Verschmut­ zungen, insbesondere Öl, Waschmittel, Fette, Chemikalien und dgl. mit Hilfe eines Lumineszenztasters, der ein moduliertes ultraviolet­ tes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 365 nm aussendet und auf Licht gleicher Modulationsfrequenz im Wellenlängenbereich von etwa 450 bis 750 nm anspricht, wobei der Lumineszenztaster an einem auf einem Schwimmer angeordneten Gestänge befestigt und seitlich des Schwimmers mit der Optik in Richtung auf die zu über­ wachende Gewässeroberfläche gerichtet ist und wobei ein Meßgerät zur Anzeige und/oder Auswertung der Meßergebnisse des Lumines­ zenztasters vorgesehen ist, das mit dem Lumineszenztaster elek­ trisch verbunden ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art ist ein Schwimmer vor­ gesehen, der auf der zu überwachenden Oberfläche eines Gewäs­ sers schwimmt und auf dem ein senkrecht nach oben stehender Stab vorgesehen ist, von dem aus parallel zur Wasseroberfläche ein Tra­ gearm absteht, an dessen äußerem Ende ein Lumineszenztaster mit der Optik in Richtung auf die zu überwachende Wasseroberfläche befestigt ist.

Ein Lumineszenztaster sendet moduliertes ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 365 nm aus und spricht auf sichtbares Licht gleicher Modulationsfrequenz im Wellenlängenbereich von etwa 450 bis 750 nm an. Der Lumineszenztaster ist somit den Eigenschaften fluoreszierender Leuchtstoffe (Luminophore) ange­ paßt, die, von UV-Licht angeregt, längerwelliges Licht aussenden und eine Abklingzeit von weniger als 15 µs haben. Markierungen, die diese Leuchtstoffe enthalten, werden vom Lumineszenztaster auf nahezu allen Oberflächen sicher und eindeutig erkannt, auch auf optisch sehr unterschiedlichen Materialien wie Holz, oxidierten Metallen und spiegelnden Folien. Viele Stoffe enthalten Luminopho­ re, beispielsweise Fäden, Garne, Textilien, Papier, Druckfarben, Stempelfarben, Klebstoffe, Öl, Waschmittel, Fette, Chemikalien und dgl.

Luminophore sind kleine Partikel, die in unterschiedlichen Wellen­ längenbereichen und in unterschiedlicher Stärke UV-Licht in sicht­ bares Licht umwandeln. Luminophore kann man nahezu allen Sub­ stanzen beimengen. Einige Beispiele fluoreszierender Markie­ rungsmittel sind: Tagesleuchtfarben, Kalkkreide, Wachskreide, Eti­ ketten, Tinten (auch unsichtbare), Öle, Fette und dgl.

Bei der bekannten Vorrichtung hat der Lumineszenztaster einen bestimmten Abstand vom Schwimmer und eine bestimmte Entfernung von der zu überwachenden Oberfläche des Gewässers. Wenn die Gewässeroberfläche unruhig ist bzw. wenn es sich um ein fließen­ des Gewässer handelt, treten Schwierigkeiten auf, weil der Lumi­ neszenztaster keine feste Position gegenüber der zu überwachenden Wasseroberfläche hat, sondern sich der Abstand zwischen der Was­ seroberfläche und dem Lumineszenztaster ständig ändert. Hinzu kommt, daß Gewässerverschmutzungen erst ab einem bestimmten Verschmutzungsgrad meßbar sind, weil eine zuverlässige Messung erst dann erfolgen kann, wenn eine bestimmte Dichte von Lumino­ phoren vorliegt, was bei geringfügiger Wasserverschmutzung nicht gegeben ist.

Des weiteren sind zur Feststellung von Wasseroberflächenver­ schmutzungen aufwendige kontinuierlich arbeitende Analysatoren und Öl-Wasser-Detektoren bekannt, die nach dem Prinzip der elek­ trischen Leitfähigkeit arbeiten. In Regenwasserrückhaltebecken oder Kläranlagen findet man häufig Probeentnahmegeräte. Eine Auswer­ tung der durch die Probeentnahmegeräte entnommenen Proben erfolgt später im Labor. Die Probeentnahme erfolgt etwa 30 bis 40 cm unterhalb der Wasseroberfläche, so daß Oberflächenverschmut­ zungen beispielsweise in Form von Öl erst spät und auch nur bedingt erkannt werden können. Öl-Wasser-Detektoren arbeiten nur in ruhigen Gewässern, in denen sich eine definierte Öl-Wasser­ trennschicht von mindestens 3 mm bilden kann. Verschmutzungsfil­ me an der Oberfläche werden nicht erkannt. Die kontinuierliche Erfassung der qualitativen oder quantitativen Verschmutzungen sind, wenn überhaupt, nur mit erheblichem Aufwand möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein­ leitend genannten Art so zu verbessern, daß Messungen des Ver­ schmutzungsgrades der Oberfläche eines Gewässers bereits bei sehr geringer Verschmutzung und darüber hinaus auch in unruhigen, fließenden Gewässern möglich, wobei jederzeit eine kontinuierliche Dokumentierung des Verschmutzungsgrades möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein etwa senkrecht zur Wasseroberfläche fest angeordnetes Führungsrohr vorgesehen ist, entlang dem der Schwimmer mittels einer Führungs­ hülse höhenverstellbar geführt ist, daß auf dem Schwimmer eine motorisch zu betätigende Tauchvorrichtung angeordnet ist, daß in Richtung auf die zu überwachende Gewässeroberfläche vor dem Lumineszenztaster ein Tauchrohr angeordnet ist, das in die zu überwachende Gewässeroberfläche eintaucht und aus dieser wieder heraustaucht und daß das Auswertegerät mit dem Motor zu dessen Steuerung sowie mit dem Lumineszenztaster zur Anzeige der Meß­ werte elektrisch verbunden ist.

Auf diese Weise gelangt man zu einer Vorrichtung zur Überwachung der Oberfläche eines Gewässers auf Verschmutzungen, insbeson­ dere auf Öl, die eine flexible Aufstellung ermöglicht. Außerdem ist die Überwachung unruhiger, fließender Gewässer möglich. Des weiteren wird eine ungehinderte Ausbreitung der Verschmutzung an der Meßoberfläche nicht behindert. Es ist ein direkter berührungslo­ ser Zugriff an der Wasseroberfläche ohne Probeentnahme möglich. Außerdem ist eine komfortable Datenaufbereitung des Verschmut­ zungsgrades über eine speicherprogrammierbare Steuerung und eine Textanzeige mit Speichermodul und Drucker möglich. Der Ver­ schmutzungsgrad kann jederzeit kontinuierlich dokumentiert werden. Außerdem besteht je nach Verschmutzungsgrad die Möglichkeit einer Alarmfunktion bzw. Fernsignalisierung. Die Handhabung aller Parameter, wie beispielsweise Zeiten und Verschmutzungsgrad ist flexibel. Die Kosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber kontinuierlichen Analysatoren sind sehr gering.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Tauchvorrichtung aus einer auf dem Schwimmer angeordneten Vertikalstange und einer an dem freien Ende der Vertikalstange schwenkbeweglich angeordneten Horizontalstange bestehen, mit deren schwimmersei­ tigem Ende der Antriebsmotor über eine Antriebsstange verbunden ist und an deren wasserseitigem Ende der Lumineszenztaster mit dem vorgesetzten Tauchrohr befestigt ist.

Andererseits kann die Vorrichtung auch so ausgebildet sein, daß eine aus zwei parallel zueinander angeordneten Stäben bestehende Parallelogrammführung vorgesehen ist, wobei die beiden Stäbe mit den jeweiligen einen Enden mit dem Meßgerät und mit den beiden jeweiligen anderen Enden mit dem Schwimmer jeweils gelenkig ver­ bunden sind, wobei an dem schwimmerseitigen Ende des einen Parallelogrammstabes der Motor angreift.

Dabei empfiehlt es sich, die Anordnung so zu treffen, daß an dem Meßgerät eine Befestigungsplatte und an dem Schwimmer eine Auf­ hängeplatte vorgesehen ist, wobei die beiden Parallelogrammstäbe mit ihren jeweiligen geräteseitigen Enden an der Befestigungsplatte und mit ihren jeweiligen gegenüberliegenden Enden an der anderen Platte jeweils gelenkig verbunden sind, und der Motor mit seinem unteren Ende an der Parallelogrammführung angreift und mit seinem oberen Ende an der Platte befestigt ist.

Zweckmäßig ist als Antriebsmotor ein Elektromotor, insbesondere ein Spindelmotor vorgesehen.

Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß das Tauchrohr in seinem wasserseitigen Bereich zylindermantelför­ mig und in seinem tasterseitigen Bereich kegelstumpfmantelförmig ausgebildet ist.

Zweckmäßig kann vorgesehen sein, daß der Lumineszenztaster (15) und der Spindelmotor unabhängig voneinander über je eine zuge­ ordnete elektrische Leitung mit dem Auswertegerät in Verbindung stehen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß der Tauchvorgang bei nicht verschmutzter Gewässeroberfläche in längeren Zeitabständen und bei festgestellter Verschmutzung der Gewässeroberfläche in kürzeren Zeitabständen, beispielsweise im ersteren Falle stündlich und im zweiten Falle minütlich wiederholt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet breite Anwendung, bei­ spielsweise in Zu- und Abläufen von Kläranlagen, in Zu- und Abläu­ fen von Regenwasserrückhaltebecken und Regenwasserkanälen. Darüber hinaus auch bei der Überwachung von Ölabscheidern und Wasseraufbereitungsanlagen sowie bei der Überwachung von Raffi­ nerie- und Industrieabwässern sowie bei der Überwachung von Bil­ genwasser.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung ist auf dem Boden 1 eines Gewässers mit der Wasser­ oberfläche 2 eine schwere Grundplatte 3 angeordnet, mit der ein Führungsrohr 4 fest verbunden ist, das senkrecht zur Wasserober­ fläche 2 orientiert ist über die Wasseroberfläche 2 hinausragt.

An dem Führungsrohr 4 ist ein Schwimmer 5 mittels einer Führungs­ hülse 6 höhenverstellbar geführt.

Auf dem Schwimmer 5 ist eine Tauchvorrichtung 7 angeordnet, die aus einer an dem Schwimmer 5 befestigten und senkrecht nach oben weisenden Stange 8 besteht, an deren oberen Ende 9 ein Waagebal­ ken 10 angeordnet ist. Am schwimmerseitigen Ende 11 des Waage­ balkens 10 ist eine Stange 12 vorgesehen, die mit einem Spindel­ motor 13 in Verbindung steht, so daß das schwimmerseitige Ende 11 des Waagebalkens 10 über den Spindelmotor 13 gehoben und gesenkt werden kann.

Am wasserseitigen Ende 14 des Waagebalkens 10 ist ein Lumines­ zenztaster 15 befestigt, an dessen wasserseitiger Seite ein Tauch­ rohr 16 vorgesehen ist. Das Tauchrohr 16 hat einen unteren zylin­ dermantelförmigen Bereich 17 und einen darüber angeordneten kegelstumpfmantelförmigen Bereich 18. Der Lumineszenztaster 15 ist über eine elektrische Leitung 19 mit einem Auswertegerät 20 verbunden, welches über eine weitere elektrische Leitung 21 mit dem Spindelmotor 13 in Verbindung steht.

Die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Erfindung hat ein Führungsrohr 4, das mit einer schweren Bodenplatte 3 verbun­ den ist, die auf dem Boden 1 eines Gewässers mit der Gewässer­ oberfläche 2 steht. Der Schwimmer 5 hat eine Führungshülse 6, mit der der Schwimmer 5 entsprechend der Höhe der Wasseroberfläche 2 entlang dem Führungsrohr 4 nach oben oder unten gleitet.

An dem Schwimmer 5 ist eine horizontale Platte 22 und eine senk­ rechte Platte 23 vorgesehen. An der Platte 23 ist ein Klemmkasten 24 angeordnet, der über elektrische Leitungen 25 und 26 mit einem weiteren Klemmkasten 27 verbunden ist, von dem aus die zwei elek­ trischen Leitungen 19 und 21 zu dem Auswertegerät 20 führen.

Ein Spindelmotor 28 ist mit seinem oberen Ende 29 in einem Gelenk 30 an der Platte 23 schwenkbeweglich befestigt und an seinem unteren Ende 31 mit seiner Kolbenstange 32 in einem Gelenk 33 mit einem Parallelogrammführungsstab 34 gelenkig verbunden. Der Parallelogrammführungsstab 34 ist außerdem in einem Gelenk 35 mit der Platte 23 und mit einem weiteren Gelenk 36 mit der horizon­ talen Platte 22 jeweils gelenkig verbunden. Desgleichen ist der andere Parallelogrammführungsstab 37 in einem Gelenk 38 mit der Platte 23 und in einem Gelenk 39 mit der Halteplatte 40 gelenkig verbunden.

Wasserseitig vor dem Lumineszenztaster 15 ist das Tauchrohr 16 angeordnet, das im oberen Bereich 41 zylindrisch und im unteren Bereich 42 trichterförmig ausgebildet ist.

Bei Betätigung des Motors 28 bewegt sich dessen Kolbenstange 32 in Richtung des Doppelpfeiles a nach oben oder unten, je nach dem in welcher Richtung sich die Kolbenstange 32 bewegt. In Abhängig­ keit von der Bewegung der Kolbenstange 32 in Richtung des Dop­ pelpfeiles a bewegt sich der Lumineszenztaster 15 in Richtung des Doppelpfeiles b jeweils in umgekehrtem Sinne zu der Bewegung der Kolbenstange 32 in Richtung des Doppelpfeiles a.

Zur Überwachung der Oberfläche eines Gewässers auf Verschmut­ zungen wird das Führungsrohr 4 zusammen mit den anderen die erfindungsgemaße Vorrichtung bildenden Teilen an der Stelle auf den Boden 1 eines Gewässers 2 gestellt, an der sich voraussichtlich Verschmutzungen ausbreiten. Der Schwimmer 5 schwimmt am Füh­ rungsrohr 4 geführt auf der Wasseroberfläche 2. Dabei verhindert die Führungshülse 6 bei unruhiger Wasseroberfläche ein Schaukeln des gesamten Schwimmeraufbaues. Um den Schwimmer, der zweckmäßig aus Kunststoff besteht, kann sich ungehindert eine Verschmutzung bilden, da die Wasseroberfläche nicht durch Kon­ struktionen gebrochen ist.

Das Auswertegerät 20 steuert stündlich den Spindelmotor 13. Dieser taucht über eine Tauchvorrichtung 7 den Lumineszenztaster 15 mit vorgesetztem Tauchrohr 16 ins Wasser 2. Der zylindermantelförmige Teil 18 des Tauchrohres 16 verdichtet die Wasseroberfläche mit eventueller Verschmutzung und beruhigt die Wasseroberfläche 2. In diesem Zustand ist die Voraussetzung für den Lumineszenztaster 5 gegeben, die ebene und ruhige Wasseroberfläche 2 im definierten Abstand visuell, also berührungslos zu überwachen.

Der Lumineszenztaster 15 erkennt Verschmutzungen auf der Was­ seroberfläche 2, die Luminophoren enthalten, wie beispielsweise Öl, Waschmittel, Fette, Chemikalien und dgl. Je nach Verschmutzung wird über ein spannungsgeführtes analoges Ausgangssignal der festgestellte Verschmutzungsgrad dem Auswertegerät 20 mitgeteilt. Im Auswertegerät 20 wird der prozentuale Verschmutzungsgrad auf einer Textanzeige mit Speichermodul aufgezeigt. Über eine Druckerschnittstelle kann der prozentuale Verschmutzungsgrad zu jeder Zeit und kontinuierlich durch einen Drucker dokumentiert wer­ den. Weiterhin bietet das Auswertegerät 20 die Möglichkeit, Alarm­ funktionen über eine Fernsignalisierung an das Fachpersonal (Feuerwache, Pförtner und dgl.) weiterzuleiten.

Der Tauchvorgang wiederholt sich stündlich, wenn keine nennens­ werte Verschmutzung gemessen wird. Wird jedoch eine Verschmut­ zung festgestellt oder bestätigt, so wird der Tauchvorgang minuten­ weise wiederholt. Das Auswertegerät 20 gibt an bzw. berechnet auf­ grund der festgestellten Verschmutzungskonzentration, zu welcher Zeit eine Alarmfunktion ausgelöst werden soll.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Überwachung der Oberfläche eines Gewässers auf Luminophore enthaltende Verschmutzungen, insbesondere Öl, Waschmittel, Fette, Chemikalien und dgl. mit Hilfe eines Lumi­ neszenztasters, der ein moduliertes ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 365 nm aussendet und auf Licht gleicher Modulationsfrequenz im Wellenlängenbereich von etwa 450 bis 750 nm anspricht, wobei der Lumineszenztaster an einem auf einem Schwimmer angeordneten Gestänge befestigt und seitlich des Schwimmers mit der Optik in Richtung auf die zu überwa­ chende Gewässeroberfläche gerichtet ist und wobei ein Meßgerät zur Anzeige und/oder Auswertung der Meßergebnisse des Lumi­ neszenztasters vorgesehen ist, das mit dem Lumineszenztaster elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein etwa senkrecht zur Wasseroberfläche (2) fest angeordnetes Führungs­ rohr (4) vorgesehen ist, entlang dem der Schwimmer (5) mittels einer Führungshülse (6) höhenverstellbar geführt ist, daß auf dem Schwimmer (5) eine motorisch zu betätigende Tauchvorrichtung (7) angeordnet ist, daß in Richtung auf die zu überwachende Gewässeroberfläche (2) vor dem Lumineszenztaster (15) ein Tauchrohr (16) angeordnet ist, das in die zu überwachende Gewässeroberfläche (2) eintaucht und aus dieser wieder heraus­ taucht und daß das Auswertegerät (20) mit dem Motor (13) zu dessen Steuerung sowie mit dem Lumineszenztaster (15) zur Anzeige der Meßwerte elektrisch verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus zwei parallel zueinander angeordneten Stäben bestehende Parallelogrammführung vorgesehen ist, wobei die beiden Stäbe mit den jeweiligen einen Enden mit dem Meßgerät und mit den beiden jeweiligen anderen Enden mit dem Schwimmer jeweils gelenkig verbunden sind, wobei an dem schwimmerseitigen Ende des einen Parallelogrammstabes der Motor angreift.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßgerät eine Befestigungsplatte und an dem Schwimmer eine Aufhängeplatte vorgesehen ist, wobei die beiden Parallelogrammstäbe mit ihren jeweiligen geräteseitigen Enden an der Befestigungsplatte und mit ihren jeweiligen gegenüberlie­ genden Enden an der anderen Platte jeweils gelenkig verbunden sind, und der Motor mit seinem unteren Ende an der Parallelo­ grammführung angreift und mit seinem oberen Ende an der Platte befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchvorrichtung (7) aus einer auf dem Schwimmer (5) angeord­ neten Vertikalstange (8) und einer an dem freien Ende der Verti­ kalstange (8) schwenkbeweglich angeordneten Horizontalstange (10) besteht, mit deren schwimmerseitigem Ende (11) der Antriebsmotor (13) über eine Antriebsstange (12) verbunden ist und an deren wasserseitigem Ende (14) der Lumineszenztaster (15) mit dem vorgesetzten Tauchrohr (16) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (13) ein Elektromotor, insbesondere ein Spindelmotor ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (16) in seinem wasserseiti­ gen Bereich (17) zylindermantelförmig und in seinem tasterseiti­ gen Bereich (18) kegelstumpfmantelförmig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lumineszenztaster (15) und der Spin­ delmotor (13) unabhängig voneinander über je eine zugeordnete elektrische Leitung (19, 21) mit dem Auswertegerät (20) in Ver­ bindung stehen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchvorgang bei nicht verschmutzter Gewässeroberfläche (2) in längeren Zeitabständen und bei fest­ gestellter Verschmutzung der Gewässeroberfläche (2) in kürzeren Zeitabständen, beispielsweise im ersteren Falle stündlich und im zweiten Falle minütlich wiederholt wird.