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Die Erfindung betrifft die Messung
der Dichte oder des Feststoffgehalts von Schlamm, wie Abwasserschlamm,
Aufschlämmung
mit geringem Feststoffgehalt oder ähnlichem Material, enthaltend
Gasbläschen.
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Die Behandlung von Abwasserschlamm oder ähnlichen
Aufschlämmungen
beinhaltet allgemein ein Entvrässerungsverfahren.
Um dieses Verfahren zu unterstützen,
ist es normale Praxis, dem Schlamm ein Material zuzusetzen, um die
Trennung der Feststoffe von der Flüssigkeit zu erleichtern, wobei
solche Additive beispielsweise synthetische Flockungsmittel, Polyelektrolyte
und Polymere sind. Die für
diese Additive erforderliche Dosis hängt normalerweise direkt zusammen
mit dem Feststoffgehalt des Schlammes. Daraus folgt, dass für eine optimale
Behandlung des Schlammes daher eine genaue Messung des Feststoffgehaltes
des Schlammes notwendig ist.
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Bekannte Methoden zur Bestimmung
des Feststoffgehaltes von Schlamm umfassen die Messung der Schlammmassenströmung, beispielsweise von
einem Schlammschüttgutlagerbehälter, und Messen
des flüssigen
Trägermassestroms,
von welchem die Masseströmung
der Feststoffe wie folgt berechnet werden kann: Feststoffmassestrom
= Schlammmassestrom – flüssiger Trägermassestrom
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Ein Problem bei dieser Art von Messung
besteht darin, dass beispielsweise aufgrund des Schlammdigeatierprozesses
oder natürlicher
Fermentation viele Arten von Schlamm gelöstes Gas, eingefangene Gasbläschen oder
beides enthalten. Das Vorliegen dieses Gases kann die Messung der Schlammdichte
oder des Feststoffgehaltes ernsthaft beeinträchtigen. Auf Ultraschall oder
Mikrowellen basierende Detektoren "sehen" Gasbläschen als Teilchen mit hohem
Feststoffgehalt, wohingegen für
solche Messgeräte,
welche die Schlammdichte aufgrund radiometrischer oder Coriolis-Prinzipien
messen, das Vorliegen von Gasbläschen
die Wirkung hat, für
die Dichte eine verringerte Ablesung zu erzeugen. Darüber hinaus
ist es sehr wahrscheinlich, dass der Gasgehalt von Schlamm variiert,
so dass es nicht möglich
ist, eine; einigermaßen
zuverlässige
Standard-Kompensation für
den Gasgehalt bei der Berechnung des Feststoffgehalts vorzusehen.
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Um mit diesem Problem fertig zu werden, wurden
Entgaser der Hauptschlammleitung angepasst. Während diese bis zu einem gewissen
Ausmaß hilfreich
sind, wurde gefunden, dass in der Praxis eine genaue Online-Messung
der Schlammdichte nicht möglich
ist. Es wurde deshalb vorgeschlagen, ein Bypass-System mit einem
Feststoff/Dichte-Messgerät
vorzusehen, durch welches eine Probe des Schlamms aus der Hauptschlammzuführungsleitung unter
kontrollierten Bedingungen geführt
wird. Nachdem die Messung durchgeführt worden ist, kann die Probe
zu der Hauptschlammleitung rückgeführt werden,
dem Schlammschüttgutlagerungstank
rückgeführt werden
oder einfach abgelassen werden. In manchen Fällen wird die Probe erhöhtem Druck
ausgesetzt, um zu versuchen, die Wirkung der Gasbläschen in
dem. Schlamm auf die Feststoff/Dichte-Messung zu verringern. Es
gibt jedoch einige Schlämme, deren
Gasgehalt zu hoch ist und/oder zu sehr variiert, um mit diessen
Vorschlägen
zuverlässige
Ergebnisse zu erzielen.
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Die vorliegende Erfindung wurde bewerkstelligt,
um mit diesen Schwierigkeiten fertig zu werden.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren
vorgesehen, bei dem eine Schlammbehandlungsstufe in Rückantwort
auf die Dichte oder den Feststoffgehalt des Schlammes reguliert
wird, umfassend
Strömenlassen
von Schlamm entlang einer Strömungsleitung
zu der Behandlungsstufe,
Entnehmen einer Probe aus der Strömungsleitung,
Entgasen
der Probe, um eine entgaste Probe zu erzeugen,
Messen der Dichte
oder des Feststoffgehalts der entgasten Probe, und
Verwenden
der gemessenen entgasten Dichte oder des Feststoffgehalts der entgasten
Probe zur Regulierung der Behandlungsstufe.
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Die Entgasung der Probe kann durchgeführt werden
durch kontinuierliches Zyklisieren der Probe absatzweise bzw. als
Charge durch die Entgasungsvorrichtung. Während eines solchen Zyklisierens
umfasst die Entgasung das Zuführen
der Probe in einen ersten Tank und Herabströmenlassen der Probe auf einer
geneigten Ebene in einen zweiten Tank. Die entgaste Probe kann erzeugt
werden durch Weiterführen
des Entgasungschritts des Verfahrens bis ein im wesentlichen konstanter
Wert für
den Feststoffgehalt gemessen wird. Alternativ kann die entgaste
Probe erzeugt werden durch Weiterführen des Entgasungsschritts über einen
vorbestimmten Zeitraum.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird
die Probe aus der Strömungsleitung
durch ein Zuführrohr
entnommen und zur Hauptkammer eines Doppelkammertanks durch ein
Ventil gelassen. Als ein Ergebnis hiervon steigt der Spiegel des Schlamms
in der Hauptkammer an, bis er einen Sensor erreicht, der mit einem
Schalter ausgestattet ist, welcher die Schlammzufuhr in die Hauptkammer durch
Schließen
des Ventils beendigt. Schlamm wird aus der Hauptkammer durch ein
zweites Ventil, beispielsweise durch Saugen mittels einer Pumpe,
abgezogen. Die Dichte oder der Feststoffgehalt des Schlamms wird
durch eine oder mehrere Online-Dichte- oder Feststoffgehalt-Messeinrichtungen gemessen,
wobei während
der Messung ein positiver Druck auf den Schlamm durch die Pumpe
beibehalten wird. Dieser Druck wird vorzugsweise bei einem konstanten
Wert während
der Messung gehalten, beispielsweise mittels eines Rückdruckventils.
Nach der Messung wird der Schlamm zu der anderen Kammer des Doppelkammertanks
geführt,
von welchem er über
einen Überlauf
und eine geneigte Ebene hinab in die Hauptkammer strömt. Schlamm
wird entweder rezirkuliert durch das System oder aus der Hauptkammer
entfernt durch Ventilmittel, und zu einem Lagertank überführt, oder
in die Strömungsleitung
zurückgeführt. Falls
erwünscht,
kann der Doppelkammertank mit frischem Schlamm aus der Strömungsleitung
gespült
werden. bevor eine Entgasung durchgeführt wird.
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Die Erfindung kann insobesondere
auf die Schlammbehandlung angewandt werden, welche die Behandlung
mit Flockungsmittel und/oder Koagulationsmittel umfasst. Die Behandlung
kann eine Entwässerung
umfassen, um einen Kuchen zu erzeugen.
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Die Erfindung sieht ebenso eine Vorrichtung zum
Entgasen von Schlamm vor, umfassend
Mittel zum Extrahieren
von Schlamm aus einer Strömungsleitung,
und
einen Entgasungskreislauf, umfassend
einen Entgasungstank,
Mittel
zum Ahziehen von Schlamm aus dem Entgasungstank, eine oder mehrere
Online-Dichte oder -Feststoffgehalt-Messeinrichtungen,
Mittel
zum Übertragen
von Schlamm aus dem Entgasungstank zu der einen oder den mehreren
Dichte- oder Feststoffgehalt-Messeinrichtungen,
Mittel zum
erneuten Richten des Schlamms zurück zu dem Entgasungstank aus
der einen oder den mehreren Dichte- oder Feststoffgehalt-Messeirrichtungen,
und
Mittel zum Ableiten von entgastem Schlamm aus dem Entgasungstank.
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Von dem Entgasungstanke abgeleiteter Schlamm,
beispielsweise über
ein Auslassventil, kann der Strömungsleitung
rückgeführt werden
oder zur Schüttgutablagerung übertragen
werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ein Zuleitungsrohr vorgesehen, um Schlamm aus der Strömungsleitung
zu entnehmen, wobei ein Ventil zur Regulierung der Strömung des
Schlamms durch das Zuleitungsrohr vorgesehen ist. Ein Doppelkammer-Entgasungstank nimmt
den Schlamm aus dem Zuleitungsrohr auf. Der Entgasungstank besitzt
eine erste und eine zweite Kammer, die durch einen Überlauf
und eine geneigte Ebene getrennt sind, sowie einen Sensor zur Bestimmung
des Spiegels des Schlamms in dem Entgasungstank und zur Regulierung
des Zulaufs von frischem Schlamm zu dem Entgasungstank. In dem Entgasungstank
ist ein Auslassventil vorgesehen, um Schlamm zu der einen oder den
mehreren Messeinrichtungen zu übertragen,
und eine Pumpe, welche gegen ein Rückdruckventil wirkt, sieht
einen positiven Druck vor, der auf den Schlamm auszuüben ist,
während
er der Dichte- oder Feststoffgehaltmessung unterzogen wird.
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In der vorliegenden Beschreibung
bedeutet der Ausdruck "entgast" nicht notwendigerweise,
dass eine gesamte Entfernung von Gas aus dem Schlamm stattfindet,
sondern dass die Gasmenge in dem Schlamm auf einen Wert verringert
worden ist, bei dem stabile Dichte- und Feststoffgehaltmessungen möglich sind.
Bezugnahmen auf "Entgasen" des Schlamms sind
in der gleichen Weise zu verstehen.
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Eine spezifische Ausführungsform
der Erfindung wird nunmehr im Wege eines Beispiels mit Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, welche schematisch ein
System zum Entgasen einer Schlammprobe und zum Messen der Dichte oder
des Feststoffgehalts der entgasten Probe zeigt.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung
wird Schlamm aus einem Schüttgutlagertank 25 über eine Hauptschlammströmungsleitung
1 zur Behandlungsstufe 24 geführt. Ein Zuleitungsrohr 2 führt von
der Strömungsleitung 1 weg,
um Schlamm in den Tank abzulagern. Ein Ventil 3 reguliert
die Strömung
des Schlamms durch das Zuleitungsrohr 2. Der Tank 5 besitzt
zwei Kammern, eine Hauptkammer 5a und eine zweite Kammer 12 mit
einem Überlauf 12a,
an welchem eine geneigte Flutplatte 13 befestigt ist, welche
sich nach unten in die Kammer 5a erstreckt. Obwohl in der
Zeichnung nicht gezeigt, ist der Neigungswinkel der Flutplatte vorzugsweise
einstellbar. Am oberen Teil der Kammer 5a und unterhalb
des Auslasses des Zuleitungsrohrs 2 ist ein Grobfilterkorb
angeordnet. Ein Hochstandsschalter 17 ist in der Seitenwand
der Kammer 5a vorgesehen. Der Schalter reguliert den Betrieb
des Ventils 3 und reguliert somit die Einspeisung des Schlamms
aus dem Zuleitungsrohr 2 zu der Kammer 5a.
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Der Boden der Kammer 5a besitzt
die Form eines umgekehrten Konus, um Sedimentation zu verhindern.
Am Scheitel des Konus befindet sich ein Auslass 14, welcher über ein
Ventil 15 zu einer Pumpe 6 führt. Der Auslass von der Pumpe 6 wird über Leitung 6a zu
einer Dichte/Feststoff-Messeinrichtung 8 geführt, von
welcher Schlamm über
Leitung 8a und Kammer 12 zu der Kammer 5a rückgeführt wird.
Ein Rückdruckventil 9 ist
in der Leitung 8a zwischen der Messeinrichtung 8 und
der Kammer 12 angeordnet. Die Kammer 12 kann ebenso
einen Schrägboden aufweisen,
um Sedimentation zu verhindern. Bei der veranschaulichten Ausführungsform
ist das Ventil 9 ein solches vom luftbetriebenen Nichtblockierungs-Typ,
wobei eine Druckluftzufuhr 11 auf das Ventil 9 bei
einem Druck aufgelegt wird, der durch das Messgerät 10 gemessen
werden kann. Der in der Messeinrichtung 8 und den Leitungen 6a und 8a durch
das Ventil 9 und die Pumpe 6 erzeugte und beibehaltene
Rückdruck
kann durch das Druckmessgerät 7 bestimmt
werden.
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Ein Lüftungsrohr 22, dessen
Zweck später erklärt wird,
ist stromaufwärts
der Pumpe 6 vorgesehen. Das Rohr 22 ist mit einem
kleinen Puffer 20 ausgestattet, so dass Luft nicht in das
System über
das Lüftungsrohr
eingezogen wird. Ein Ventil 21 ist vorgesehen, um das Lüftungsrohr 22 vom
Rest des Systems zu isolieren. Es ist ebenfalls zu bemerken, dass die
Spitze des Lüftungsrohrs
auf einer Höhe
oberhalb des maximal möglichen
Spiegels des Schlamms in der Kammer 5a sein sollte. Bei
der veranschaulichten Ausführungsform
ist der maximale Spiegel des Schlamms in der Kammer 5a definiert
durch die Überströmungsleitung 16 in
der Seitenwand der Kammer 5a. Das Vorsehen des Lüftungsrohrs 22, Puffers 20 und
Ventils 21 ist nicht wesentlich, jedoch hilfreich, wenn
der Schlamm, welchem die Probe entnommen wird, einen hohen Gasgehalt
aufweist.
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Eine Dränageleitung 18a erstreckt
sich durch die Seitenwand der Kammer 5a in Richtung deren Boden
und führt über das
Dränageventil 18 zum
Ablauf 19. Falls erwünscht,
kann der Ablauf durch eine Pumpe zur Rückführung des abgezogenen Schlamms
durch Leitung 18a zu der Strömungsleitung 1 oder
dem Schüttgutlagertank 25 ersetzt
werden.
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Das System arbeitet wie folgt. Ventil 15 bleibt während der
ganzen Zeit offen, ausgenommen wenn das System zu Wartungszwecken
heruntergefahren wird. Das Ventil 18 wird geschlossen und
das Ventil 3 geöffnet.
Schlamm aus der Strömungsleitung 1 wird über das
Zuführrohr 2 der
Kammer 5a zugeleitet. Wenn der Spiegel des Schlamms in
der Kammer 5a den Hochstandschalter 17 erreicht,
wird das Ventil 3 geschlossen und die Schlammzufuhr unterbrochen. Vom
Boden der Kammer 5a durch Pumpe 6 abgezogener
Schlamm wird durch die Dichte/ Feststoff-Messeinrichtung 8 zu
der Kammer 12 zirkuliert, läuft über den Überlauf 12a und strömt die Flutplatte 13 hinab, zurück in die
Kammer 5a. Vorzugsweise sollte eine gleichmäßige Strömung des
Schlamms über
die Flutplatte in Form eines dünnen
Films stattfinden, wobei dies erzielt wird durch Einstellung des
Neigungswinkels der Platte und, falls notwendig, durch Einstellung der
Anordnung des Tanks 5, beispielsweise durch einstellbare
Füße (nicht
gezeigt). Wie bereits beschrieben, wird Druck auf den Schlamm ausgeübt, während er
der Messung durch die Einrichtung 8 unterzogen wird. Für optimale
Ergebnisse sollte dieser Druck konstant sein.
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Wenn der Schlamm zuerst in die Kammer 5a eingeführt wird,
werden irgendwelche größeren Taschen
aus mitgeführtem
Gas an die Atmosphäre
freigesetzt; tatsächlich
wird während
der gesamten Zeit, in der sich Schlamm in der Kammer 5a befindet,
Gas an die Atmosphäre
freigesetzt. Sowie Schlamm in den Auslass 14 abgezogen
wird, tritt einen Zunahme der Geschwindigkeit auf, was einen kleinen
lokalisierten Druckabfall verursacht, welcher wiederum bewirkt,
dass Entgasen stattfindet. Bei dieser Stufe freigesetztes Gas kann
in die Atmosphäre
aus dem System über
das Lüftungsrohr 22 entkommen.
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Nach Passieren des Rückdruckventils 9 erfährt der
Schlamm einen scharfen Druckabfall, was ebenso das Entgasen fördert. In ähnlicher
Weise, so wie der Schlamm über
den Überlauf 12a läuft, kommt es
zu einer Geschwindigkeitszunahme, die einen lokalen Druckabfall
verursacht, der weiteres Entgasen fördert.
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Mikrogasbläschen neigen dazu, in dem Schlamm
aufgrund dessen Viskosität
mitgerissen zu werden. Unter normalen Umständen kann es eine lange Zeit
dauern, bis diese Mikrobläschen
an die Oberfläche
wandern und in die Atmosphäre
entkommen. Durch Herabströmenlassen
des Schlamms an der Flutplatte in Form eines dünnen Films, können mitgeschleppte
Mikrobläschen
leichter an die Oberfläche
aufsteigen.
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Das System wird kontinuierlich betrieben, wodurch
eine progressive Entgasung resultiert, bis im wesentlichen stabile
Ablesungen von der Messeinrichtung 8 erzielt werden. Dies
kann etwa 10 bis 15 Minuten dauern, was jedoch in der Praxis von
der Gasmenge in dem Schlamm abhängt.
Der Mittelwert der im wesentlichen stabilen Ablesungen, etwa die Ablesungen
während
den letzten zwei Minuten, können
dann verwendet werden, um die Dosierung von Additiven bei der Behandlungsstufe 24 zu
regulieren.
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Nun wird das Ventil 18 geöffnet und
der Schlamm aus dem Tank 5 abgelassen. Falls erwünscht, kann
die Kammer 5a mit frischem Schlamm gespült werden, wonach der Betriebszyklus
von neuem mit einer frischen Probe beginnt. Normalerweise ist die Änderungsrate
an Feststoffen, wie vom Schüttgutlager
abgezogen, ziemlich gering, so dass ein Zeitintervall von 10 bis
15 Minuten zwischen Messungen aufeinanderfolgender Schlammproben
eine vernünftige
Regulierung der Dosis nicht nachteilig beeinträchtigt.
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Das soeben beschriebene System kann durch
einen PLC 23, einen Computer oder durch eine fest verdrahtete Überwachungstafel
mittels Signalprozessoren reguliert werden.
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Es ist ersichtlich, dass mit dem
erfindungsgemäßen System
Schlammdichte/ Feststoffgehalt nahezu kontinuierlich überwacht
und Feineinstellungen für
Dosierungen bei der Behandlungsstufe gemacht werden können, um
Variationen bei der Schlammdichte/Feststoff-Messungen zu berücksichtigen.
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Anstelle des Betriebs des Systems
mit einer Probe bis stabile Ablesungen erhalten werden, ist es möglich, die
Entgasungsprozedur für
eine Probe auf eine vorbestimmte Zeit zu beschränken.