DE69406773T2

DE69406773T2 - Kontrolle von Entwässerungsverfahren

Info

Publication number: DE69406773T2
Application number: DE69406773T
Authority: DE
Inventors: John Rodney Field
Original assignee: Allied Colloids Ltd
Current assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Priority date: 1993-01-22
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2014-01-22
Also published as: DK0680604T3; ZA94440B; ES2108970T3; GR3025750T3; GB9301261D0; EP0680604B1; ATE160218T1; AU5841894A; US5620609A; WO1994017394A1; DE69406773D1; EP0680604A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Verfahren zur Entwässerung von Suspensionen, insbesondere Koagulierung und/oder Flockung gefolgt von Sedimentation, als Antwort auf die Messung von Trübung.
Es sind vielfältige Systeme zur Bestimmung der Trübung einer Flüssigkeit bekannt. Viele der Systeme umfassen das Füllen einer Küvette aus Glas oder transparentem Kunststoff und das Bestimmen der optischen Eigenschaften der mit der Flüssigkeit gefüllten Küvette. Derartige Systeme, in denen optische Eigenschaften unter Verwendung einer Anordnung bestimmt werden, in der ein transparentes Material mit der Flüssigkeit in Kontakt ist, leiden alle unter dem Nachteil, daß eine Verunreinigung des transparenten Materials die Ergebnisse beeinflußt.
Ein System, das diesen Nachteil vermeidet, ist der von der Hach Company hergestellte Surface Scatter Turbidimeter SS6 (siehe US-A-3,309,956). In diesem System befinden sich ein sich nach oben erstreckender länglicher Körper, welcher eine Mittelbohrung in Längsrichtung umgrenzt und ein offenes oberes Ende aufweist, ein Zulauf, der so positioniert ist, daß er Suspension kontinuierlich unterhalb des oberen Endes in den Körper leitet, einen Sammelbehälter, der so um das obere Ende herum positioniert ist, daß er Suspension, die am oberen Ende überläuft, auffängt, während er an dem offenen oberen Ende eine Flüssigkeitsoberfläche begrenzt, eine Lichtquelle, die so positioniert ist, daß sie einen Lichtstrahl so lenkt, daß er in einem solchen Winkel auf diese Flüssigkeitsoberfläche trifft, daß Licht von ihr gestreut wird, und ein Kollektor, der so positioniert ist, daß er das gestreute Licht empfängt. Im Einsatz wird die getestete Suspension gezwungen, kontinuierlich aufwärts durch den Körper zu fließen, um eine kontinuierlich erneuerte frische Schicht an Suspension an der oberen Oberfläche bereitzustellen, die für den gesamten Suspensionskörper typisch ist, und die Streuung von Licht von dieser typischen oberen Oberfläche ist ein Maß für die Trübung der Suspension, die getestet wird. Damit meßbare Ergebnisse erzielt werden können, ist es natürlich erforderlich, daß die Suspension verdünnt ist und angemessene Lichtstreuungs- Eigenschaften aufweist. Dieses System wäre nicht betriebsfähig, wenn es mit einer Suspension verwendet würde, die keine angemessenen Lichtstreuungs- Eigenschaften aufweist.
Es gibt viele industrielle Verfahren, in denen eine Suspension z.B. durch Sedimentation, Filtration oder Zentrifugieren entwässert wird. Beispiele umfassen Klärschlamm, Dünnstoffe und Dickstoffe aus der Papierherstellung und anorganische Suspensionen. Es ist allgemein üblich, eine derartige Suspension durch eine Versorgungsleitung zu einer Entwässerungsanlage hin fließen zu lassen, in der die Suspension entwässert wird, und die Suspension vor der Entwässerung durch Zugabe von polymerem Flockungsmittel oder eines anderen chemischen Entwässerungsmodifikators mit Hilfe einer geeigneten Chemikalien-Dosierungseinrichtung zu flocken oder anderweitig chemisch zu modifizieren. Eine optimale Entwässerung hängt von der Beschaffenheit der Suspension ab, diese ist jedoch in der Regel variabel. Demzufolge wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um die Entwässerung, entweder manuell oder automatisch, als Antwort auf die Messung einer bestimmten physikalischen Eigenschaft der Suspension zu steuern.
Insbesondere ist bekannt, die Messungen der Trübung eines Flüssigkeitsüberstandes oder eines Filtrats zur Überwachung und Steuerung der Sedimentation oder anderer Entwässerungsverfahren zu verwenden, insbesondere wenn die Klarheit des Flüssigkeitsüberstandes oder Filtrats wichtig ist. Gewöhnlich wird für ein spezielles Verfahren eine optimale Trübung bestimmt, indem man Verfahrenstests in der Anlage unter verschiedenen Bedingungen, typischerweise mit unterschiedlichen Mengen oder Arten an Chemikalie für die Entwässerungs-behandlung, durchführt. Anschließend, wenn das Verfahren kommerziell betrieben wird, werden die Verfahrensbedingungen so eingestellt, daß die Trübung bei dem optimalen vorbestimmten Grad gehalten wird.
In einem typischen Verfahren fließt die zu entwässernde Suspension entlang einer herkömmlichen Versorgungsflußleitung vorbei an einem Dosierungspunkt, an dem der Suspension eine Chemikalie für die Entwässerungsbehandlung zugegeben wird, zu einer Entwässerungsanlage, an der sie absetzen gelassen wird. Das Absetzenlassen der Suspension findet gewöhnlich in einem großen Absetzbehälter statt und kann zwei Stunden oder mehr dauern. Nach dem Absetzenlassen werden Trübungsmessungen an dem Flüssigkeitsüberstand vorgenommen. Wenn dies unter Verwendung eines in den Behälter oder hinter dem Behälter eingetauchten Trübungsmessers geschieht, ist es erforderlich, das Absetzen abzuwarten, bevor sinnvolle Trübungsmessungen vorgenommen werden können. Dies bedeutet, daß das gesamte Behandlungsverfahren beträchtlich fortgeschritten ist, bevor irgendeine Änderung der Dosierung der Behandlungs-Chemikalie als Antwort auf die gemessene Trübung vorgenommen werden kann. Deshalb wird das Behandlungsverfahren möglicherweise über einen gewissen Zeitraum hinweg ineffizient betrieben und erreicht möglicherweise nie volle Effizienz.
Die Messung kann alternativ dadurch erfolgen, daß man eine Probe der Suspension aus der Rohrleitung entnimmt und sie in einen isoliert stehenden Trübungsmesser gibt, der darauf ausgelegt ist, innerhalb eines kürzeren Zeitraums ein ausreichendes Volumen an Flüssigkeitsüberstand zu erzeugen, an dem Trübungsmessungen durchgeführt werden können. Obwohl die erforderliche Absetzdauer weniger als die zwei oder mehr Stunden betragen kann, die im allgemeinen in einem Absetzbehälter erforderlich sind, ist es in der Praxis immer noch erforderlich, die Suspension über einen recht langen Zeitraum hinweg (z.B. eine halbe Stunde oder mehr) stehenzulassen, um ein ausreichendes Absetzen zu erlauben und das Durchführen aussagekräftiger Trübungsmessungen mit Hilfe verfügbarer Apparatur zu erlauben. Demzufolge ist das gesamte Behandungsverfahren immer noch fortgeschritten, bevor die Notwendigkeit, die Entwässerungsbedingungen zu ändern, ersichtlich wird, und somit ist das Verfahren ziemlich ineffizient. Die Probenentnahme aus der Versorgungsleitung in das Laboranalysegerät ist auch unbequem und macht es schwierig, eine automatische Steuerung des Verfahrens zu erreichen.
US-A-4,876,881 beschreibt ein derartiges System. In diesem System wird eine Probe der behandelten Suspension aus der Hauptversorgungsleitung entnommen. Die Prüfung erfolgt in einem Sammelbehälter Dieser wird zunächst zum Zeitpunkt T0 entleert. Dann wird er zum Zeitpunkt TI mit der Probe gefüllt. Das Füllen wird zum Zeitpunkt T2 beendet, an welchem Punkt die suspension bis zum Zeitpunkt T3 absetzen gelassen wird. Die Trübung des geklärten Wassers wird dann unter Verwendung eines Streulicht-Detektors gemessen. Vom Zeitpunkt T3 bis zum Zeitpunkt T4 wird weitere Suspension in den Sammelbehälter gepumpt. Dies wird zum Zeitpunkt T4 gestoppt und die Trübung der ungeklärten Suspension wird gemessen. Die erhaltenen Werte werden verwendet, um einen Trübungswert zu finden, der beibehalten werden soll. Dann wird das System so gesteuert, daß dieser Wert konstant gehalten wird. Infolge der zum Durchführen der Tests in dem Sammelbehälter erforderlichen Zeit ist das Verfahren unweigerlich fortgeschritten, bevor Ergebnisse erhalten werden, die zur Steuerung des Verfahrens verwendet werden können.
Viele der Suspensionen, die in Frage kommen, neigen dazu, Vorrichtungen, mit denen sie in Berührung kommen, zu verschmutzen. Wenn der Trübungsmesser (z.B. in oder hinter dem Absetzbehälter) in die Suspension getaucht ist, besteht demzufolge ein Problem darin, daß er dazu neigt zu verschmutzen, mit der Folge, daß. er häufig gereinigt werden muß und normalerweise aus dem Verfahren genommen werden muß, um eine angemessene Reinigung zu erlauben. Isoliert stehende Trübungsmesser können an Ort und Stelle gereinigt werden, doch die sorgfältige Reinigung, die erforderlich ist, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, ist unbequem.
Es wäre wünschenswert, ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung von Sedimentations- oder anderen Entwässerungsverfahren unter Verwendung von Trübungsmessungen bereitzustellen, das eine kürzere Ansprechzeit hat als Verfahren des Standes der Technik, und das deshalb eine im wesentlichen unmittelbare Änderung des Verfahrens in Abhängigkeit von den aktuellen Eigenschaften der Suspension erlaubt. Es wäre auch wünschenswert, ein Verfahren bereitzustellen, in welchem eine geringere Gefahr besteht, daß die Messungen mit dem Trübungsmesser durch Verschmutzung unzuverlässig werden. Es wäre auch wünschenswert, ein solches Verfahren bereitzustellen, welches im wesentlichen on line mit dem Versorgungsfluß an zu sedimentierender Suspension durchgeführt werden könnte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Überwachung der Entwässerung einer Suspension die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines sich nach oben erstreckenden länglichen Körpers, welcher eine Mittelbohrung in Längsrichtung umgrenzt und ein offenes oberes Ende aufweist,
Füllen des Körpers mit Suspension, bis sich eine Suspensionsoberfläche quer über das offene Ende bildet,
Herstellen des Ruhezustandes und Absetzenlassen der Suspension, um eine überstehende Schicht zu bilden,
Lenken eines Lichtstrahles, so daß er in einem solchen Winkel auf die Oberfläche trifft, daß Licht von der überstehenden Schicht gestreut wird,
Positionieren eines Kollektors, so daß er von der überstehenden Schicht gestreutes Licht empfängt,
Messen mit Hilfe des Kollektors der Änderungsrate der Streulicht-Menge, die er von der überstehenden Schicht empfängt, und
Verwenden der mit Hilfe des Kollektors gemessenen Änderungsrate der Streulicht- Menge zur Steuerung der Entwässerung der Suspension.
Das Verfahren kann äußerst schnell betrieben werden, da aussagekräftige Messungen erhalten werden können, sobald sich durch Absetzen eine dünne überstehende Schicht gebildet hat. Da die optischen Messungen an der Flüssigkeitsoberfläche statt durch eine Glasküvette durchgeführt werden, werden Ungenauigkeiten aufgrund der Verschmutzung einer die Flüssigkeit enthaltenden Küvette vermieden.
Wenn die obere Flüssigkeitsoberfläche am Anfang quer über das offene Ende gebildet wird, hat der obere Teil der Flüssigkeit die gleiche Zusammensetzung wie der Rest der Flüssigkeit in dem Körper. Gewöhnlich ist die optische Dichte der Suspension zu hoch, um in dieser Stufe aussagekräftige Trübungswerte aus dem Innern der Suspension zu liefern, und selbst wenn ein aussagekräftiger Trübungswert an der frisch gebildeten Oberfläche der Suspension erhalten werden kann, handelt es sich bei dem Wert um den der Suspension selbst. Dies ist in der Erfindung, in der die Notwendigkeit darin besteht, den Trübungswert des beim Absetzen der Suspension erhaltenen Flüssigkeitsüberstandes zu bestimmen, von geringem oder gar keinem Nutzen. Je nach der Beschaffenheit der Suspension kann das Absetzen entweder zur Bildung einer relativ klaren Schlammlinie zwischen dem Flüssigkeitsüberstand mit im wesentlichen einheitlichem Feststoffgehalt oberhalb der Linie und Sediment unterhalb der Linie führen, oder es kann zu einem Flüssigkeitsüberstand führen, durch welchen hindurch der Feststoffgehalt nach unten hin allmählich zunimmt. In jedem Fall ist der Feststoffgehalt nach dem Absetzenlassen am oberen Ende der Flüssigkeitssäule geringer als an weiter unten gelegenen Stellen.
Das Entwässerungsverfahren in der Erfindung kann entweder als Antwort auf die Beziehung zwischen Zeit und der Änderung der Trübung und gegebenenfalls auch als Antwort auf einen konstanten Trübungswert, der aufgezeichnet wird, gesteuert werden.
Licht, das auf den oberen Teil der Flüssigkeit, im allgemeinen nahe der Mitte der offenen Flüssigkeitsoberfläche, trifft, wird von den Teilchen, auf die es trifft, gestreut. Ein Kollektor wird oberhalb der abgesetzten Schicht positioniert, um Licht, das im allgemeinen in etwa rechtem Winkel zur Mitte der Oberfläche gestreut wird, zu sammeln. Vor Beginn des Absetzens wird das gesamte Licht von der nicht abgesetzten Suspension gestreut. Sobald das Absetzen begonnen hat, beruht die Streuung von Licht auf Teilchen in dem Flüssigkeitsüberstand, und wenn die überstehende Schicht dünn ist, auf der Streuung in der nicht abgesetzten Suspension (unterhalb der Schlammlinie, falls vorhanden). Mit sinkender Schlammlinie bewegt sich die Position des Streulichts, das von unterhalb der Schlammlinie gestreut wird, mit Bezug auf den Kollektor. Der Kollektor kann so positioniert werden, daß, wenn der Flüssigkeitsüberstand tief genug ist, kein von unterhalb der Schlammlinie gestreutes Licht den Kollektor erreicht. Demzufolge kann die Streulicht-Menge, die den Kollektor erreicht (und deshalb die aufgezeichnete oder sichtbare Trübung) zu Beginn aufgrund einer erheblichen Streuungsmenge von unterhalb der Schlammlinie hoch sein, sinkt jedoch auf einen im wesentlichen konstanten Wert, der allein auf der Streuung in der überstehenden abgesetzten Schicht beruht. Typischerweise wird der konstante Wert erhalten, während die Schicht noch seicht, z.B. bis zu 10 mm oder 20 mm dick, ist. Nützliche Messungen (z.B. der Änderungsrate des gesammelten Streulichts) können mit sogar noch dünneren Schichten erhalten werden.
Es ist somit ersichtlich, daß man in einigen Verfahren der Erfindung ein Absetzenlassen solange stattfinden läßt, bis die von dem Kollektor aufgezeichnete Streulicht-Menge im wesentlichen konstant ist, und dieser konstante Wert wird verwendet, um die Entwässerung der Suspension zu steuern. Dieser konstante Wert ist nur eine Funktion der suspendierten Stoffe in der überstehenden Schicht, da der Kollektor in derartigen Verfahren im wesentlichen kein Licht von der überstehenden Schicht empfängt, das von unterhalb der Schlammlinie gestreut wurde, wenn der Wert konstant ist. Wenn gewünscht wird, sich auf diesen konstanten Wert zu stützen, dann kann sich der Kollektor in einer solchen Position befinden, daß er nur Streulicht aus dem Inneren des Flüssigkeitsüberstandes zu einem gewählten Zeitpunkt nach Herstellen des Ruhezustandes empfängt und mißt, wobei diese Position derart ist, daß eine im wesentlichen konstante Streulicht-Menge von dem Kollektor empfangen wird.
Zusätzlich zu dem Stützen auf diesen konstanten Wert zur Steuerung der Entwässerung stützt man sich auf die Beziehung zwischen der von dem Kollektor gemessenen Streulicht-Menge und der Zeit nach dem Herstellen des Ruhezustandes. Zu diesem Zweck wird der Kollektor so positioniert, daß er aus dem Inneren und von unterhalb der überstehenden Schicht gestreutes Licht zu einem Zeitpunkt nach Herstellen des Ruhezustandes empfängt und mißt, und daß er gänzlich oder hauptsächiich aus dem Inneren der überstehenden Schicht gestreutes Licht zu einem späteren Zeitpunkt empfängt und mißt. Oft wird das Verfahren durchgeführt, indem man zunächst die Beziehung zwischen Zeit und Streuung aufzeichnet und anschließend den im wesentlichen konstanten Wert aufzeichnet.
Da, der konstante Wert an einer recht dünnen Schicht (z.B. Dicke unter 10 mm oder 20 mm) bestimmt werden kann, kann die Bestimmung dieses konstanten Wertes schnell nach Herstellen des Ruhezustandes erfolgen. Da aussagekräftige Messungen (und insbesondere die Änderungsrate der Streuung) an sogar noch dünneren Schichten bestimmt werden können, können aussagekräftige Ergebnisse sogar noch eher erzielt werden. Somit ist es mit Hilfe der Erfindung möglich, nach einer Absetzdauer von nur wenigen Sekunden oder Minuten Ergebnisse zu erhalten, durch die das Entwässerungsverfahren gesteuert werden kann.
Das Verfahren kann als manuelles, isoliertes Verfahren durchgeführt werden, wobei die Suspension in den Körper gegossen wird und das Messen, der Zeit und die Beobachtungen manuell erfolgen. Vorzugsweise ist jedoch ein gewisser Grad an Automatisierung vorhanden. Eine geeignete neue Vorrichtung zum Durchführen der Erfindung umfaßt
einen sich nach oben erstreckenden länglichen Körper, welcher eine Mittelbohrung in Längsrichtung umgrenzt und ein offenes oberes Ende aufweist,
einen Ventil-gesteuerten Zulauf, der so positioniert ist, daß er Suspension in den Körper leitet, und eine Einrichtung zum Schließen dieses Zulaufs,
eine Lichtquelle, die so positioniert ist, daß sie einen Lichtstrahl so lenkt, daß er in einem solchen Winkel auf die Oberfläche trifft, daß Licht von der Flüssigkeit an dem offenen oberen Ende gestreut wird,
einen Lichtkollektor, der so positioniert ist, daß er von der Flüssigkeit an dem offenen oberen Ende gestreutes Licht empfängt,
einen Zeitgeber, mit dem die Zeit zwischen dem Schließen des Ventil-gesteuerten Zulaufs und der Aufzeichnung einer oder mehrerer Streulicht-Messungen automatisch gesteuert oder aufgezeichnet wird,
eine Einrichtung zum Messen der Änderungsrate der Streulicht-Menge, und eine Signalvorrichtung zum Erzeugen eines Signals als Antwort auf die Messung der Änderungsrate der Streulicht-Menge.
Das Verfahren kann entfernt von einer Versorgungsleitung, durch welche die Suspension fließt, durchgeführt werden, um ein Signal zu erzeugen, das zu einem entfernten Entwässerungsverfahren übertragen werden kann. Die Vorrichtung kann z.B. in einem Labor, in das eine Charge der Suspension gebracht wird, verwendet werden, und sie kann verwendet werden, um eine numerische oder andere Anzeige in Form eines Ausdrucks oder eines anderen Signals zu erzeugen, die manuell verwendet werden kann, um die Sedimentation oder anderweitige Entwässerung der Suspensionsmasse, aus der die Probe entnommen wurde, zu steuern. Wenn das Verfahren nahe der Versorgungsleitung durchgeführt wird, wobei die Suspension durch einen Ventil-gesteuerten Zulauf von der Versorgungsleitung in den Körper geleitet wird, kann die Vorrichtung ähnlich eine Anzeige liefern, die die manuelle Steuerung des Entwässerungsverfahrens unterstützt. Vorzugsweise umfaßt die Vornchtung jedoch Steuerungseinrichtungen zur Steuerung des Entwässerungsverfahrens und diese Steuerungseinrichtungen sind darauf ausgelegt, als Antwort auf die von dem Kollektor gemessene Streulicht-Menge automatisch gesteuert zu werden. Somit sollte eine angemessene Signalvorrichtung vorhanden sein, um ein Signal zu erzeugen, welches die Entwässerung steuert. Suspension kann aus dem Versorgungsfluß entweder direkt in das offene obere Ende des Körpers oder in einen Behälter abgelassen werden, mit welchem die Suspension zu der Vorrichtung transportiert werden kann, oder vorzugsweise steht der Körper durch einen mit einem Sieb versehenen Ventil-gesteuerten Einlaß, der dazu geeignet ist, die Suspension von der Rohrleitung in den Körper zu leiten, mit dem Versorgungsfluß (z.B. einer Transportleitung oder Rohrleitung) in Flüssigkeitsverbindung. Demzufolge kann die Erfindung ein On-line-Verfahren zur Steuerung des Entwässerungsverfahrens bereitstellen.
Im allgemeinen fließt die Suspension ausgehend von einer Dosierungspumpe oder einer anderen Stufe, in der ein chemischer Entwässerungsmodifikator zugegeben wurde.
Vorzugsweise wird der Körper durch einen Ventil-gesteuerten Zulauf gefüllt und bequemerweise führt dieser Ventil-gesteuerte Zulauf von einer Versorgungsleitung, durch welche Suspension fließt, zu einer Entwässerungsvorrichtung. Der Ventilgesteuerte Zulauf kann in das obere Ende des Körpers einmünden, doch vorzugsweise handelt es sich um einen Ventil-gesteuerten Einlaß, der an einer Position unterhalb des offenen oberen Endes in den Körper führt. Wenn ein Zeitgeber in einer solchen Vorrichtung beinhaltet ist, werden das Leiten der Suspension in den Körper, das Herstellen des Ruhezustandes und die Streulicht- Messung vorzugsweise alle automatisch durch den Zeitgeber gesteuert.
Somit umfaßt ein typische Abfolge das Füllen des Körpers mit der Suspension, das Beenden des Füllens und dadurch Herstellen des Ruhezustandes und das Bestimmen der Streuungsmenge zu einem vorbestimmten oder gemessenen Zeitpunkt nach Beenden des Füllens.
Oft ist es bevorzugt, die Suspension ausreichend absetzen zu lassen, um eine überstehende Schicht mit ausreichender Tiefe zu ergeben und eine aussagekräftige Messung der Trübung des Flüssigkeitsüberstandes zu liefern. Demzufolge kann der Zeitgeber derart sein, daß man die Suspension über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg absetzen läßt, bevor einige Messungen vorgenommen werden. Bei diesem Zeitraum kann es sich um einen relativ willkürlichen Zeitraum handeln, von dem bekannt ist, daß er ausreicht, um die Bildung einer ausreichenden überstehenden Schicht zu erlauben, oder es kann sich um einen Zeitraum handeln, der ziemlich genau gewählt wird und unter Berücksichtigung der zu erwartenden Absetzeigenschaften der Suspension so kurz wie möglich ist.
Die von der Oberfläche der Suspension gestreute Lichtmenge kann während des gesamten vorbestimmten Zeitraume& (entweder kontinuierlich über ihn hinweg oder z.B. während der späteren Stufen desselben) oder nach dem vorbestimmten Zeitraum gemessen werden (z.B. entweder eine im wesentlichen sofortige Messung am Ende des Zeitraumes oder mehrere Messungen nach dem vorbestimmten Zeitraum).
Statt die Messung der Streuung nach einem vorbestimmten Zeitraum zu steuern, kann der Zeitgeber darauf ausgelegt sein, die Zeit festzulegen, zu der eine vorbestimmte Streulicht-Menge gemessen wird. Das Ergebnis des Verfahrens könnte z.B. anstelle eines nach einer konkreten Zeit erreichten Trübungswertes ein Zeitwert sein, der erforderlich ist, um einen konkreten Trübungsgrad zu erzielen.
In einem typischen Verfahren läßt man die Suspension über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg absetzen und die von der Oberfläche der Flüssigkeit auf den Kollektor gestreute Lichtmenge wird bis zu dem vorbestimmten Zeitpunkt oder zu oder nach diesem Zeitpunkt gemessen und die gemessene Lichtmenge wird verwendet, um das Signal zu erzeugen, das zur Steuerung des Entwässerungsverfahrens verwendet wird.
In einem anderen typischen Verfahren läßt man die Suspension über einen ausreichenden Zeitraum hinweg absetzen, um zu erlauben, daß die Änderungsrate der Streulicht-Menge einen vorbestimmten Wert erreicht. Die Streulicht-Menge wird während dieses gesamten Zeitraumes gemessen. Die Streulicht-Menge bei einem vorbestimmten Wert für die Änderungsrate und/oder der zum Erreichen dieses gewählten Wertes erforderlichen Zeit wird verwendet, um die Entwässerung der Suspension zu steuern.
Wenn die Zeit, die erforderlich ist, bis die Menge einen konkreten Wert erreicht, verwendet wird, ist es gewöhnlich bevorzugt, die Zeit, die erforderlich ist, um eine Änderung von einem vorbestimmten Wert auf einen anderen zu erzielen, zu verwenden, um die Suspension zu steuern.
Der sich nach oben erstreckende längliche Körper, der die Testsuspension enthalten soll, kann sich in senkrechter Richtung oder in einer Richtung, die einen Winkel (z.B. 200 bis 600) zur Senkrechten bildet, erstrecken. Der Körper besteht typischerweise aus Kunststoff. Er kann Abmessungen von 10 bis 50 cm in der Länge und 5 bis 20 cm in der Breite aufweisen. Das obere Ende des Körpers weist vorzugsweise eine im allgemeinen flache waagrechte Unterkante auf, die bequemerweise als Überlauf dienen kann, über den die Suspension gleichmäßig fließen kann. Demzufolge kann es zweckmäßig sein, daß das obere Ende des Körpers und oft der gesamte Körper einen quadratischen Querschnitt aufweist.
Im allgemeinen erstreckt sich der längliche Körper ausgehend von einer Basis, die als Träger dient und das untere Ende des Körpers abschließen kann, nach oben.
Der Körper kann entweder durch Pumpen oder anderweitiges Leiten des Suspensionsstromes durch einen mit einem Sieb versehenen Ventil-gesteuerten Einlaß unterhalb des oberen Endes und im allgemeinen an oder nahe seinem unteren Ende oder durch Gießen von Suspension in sein oberes Ende gefüllt werden. Das Füllen wird fortgesetzt, bis sich eine Suspensions-Oberflächenschicht an dem oberen Ende bildet.
Es ist normalerweise bevorzugt, das Füllen durchzuführen, bis die Suspension über das offene Ende fließt, und im allgemeinen sind Einrichtungen vorgesehen, um Suspension, die nach der Bildung der gewünschten Suspensions-Oberfläche an dem offenen Ende über das offene Ende fließt, aufzufangen.
Im Anschluß an das Absetzenlassen und das Messen der Trübung der abgesetzten oberen Schicht der Charge an Suspension in dem Körper wird der Körper entleert und/oder mit einer frischen Charge an Suspension gefüllt, um eine frische Messung durchzuführen. Der Körper kann durch Ablassen der Suspension durch einen Abfluß im Boden des Körpers entleert werden. Das Ablassen kann durch Anschließen an eine Vakuumpumpe beschleunigt werden. Wenn sich der Ventil-gesteuerte Einlaß im Boden des Körpers befindet, kann es sich bei dem Abfluß um die gleiche Öffnung wie den Einlaß handeln, in welchem Fall ein herkömmliches Zweiwegeventil (oder Füll- und Abziehventil) in der Öffnung vorgesehen sein kann. Alternativ kann eine separate Ausflußöffnung vorhanden sein, die während des Füllens und der Messung geschlossen ist und die geöffnet wird, um den Körper zu entleeren. Alternativ kann der Körper, wenn er tragbar ist, einfach umgedreht werden, um ihn zu entleeren.
Nach dem Entleeren kann der Körper erneut gefüllt werden, oder er kann dadurch entleert werden, daß Suspension in dem Körper durch eine nach oben strömende Flüssigkeit, die durch einen Einlaß an oder nahe dem Boden eingeleitet wurde, nach oben aus dem Körper gespült wird. Die nach oben strömende Flüssigkeit kann frische Suspension oder Wasser oder eine andere Waschflüssigkeit sein.
Es ist bequem, die Erfindung unter Verwendung der neuen Vorrichtung durchzuführen, die einen Zeitgeber umfaßt, welcher vorprogrammiert werden kann, um eine vorbestimmte Absetzdauer nach Beenden des Füllens des Körpers mit Suspension und vor dem Erzeugen des letztendlichen Signals, das zur Steuerung des Entwässerungsverfahrens verwendet wird, zu erlauben. Die Erfindung kann jedoch auch (weniger effizient) unter Verwendung einfacherer Formen von Vorrichtungen durchgeführt werden, in denen der Betreiber der Anlage z.B. das Füllen manuell beendet, eine angemessene Absetzdauer veranschlagt und dann die Lichtquelle und die Meßeinrichtung einschaltet.
Die Steuerung des Entwässerungsverfahrens umfaßt im allgemeinen das Ändern der Menge oder Art des Entwässerungsmodifikators, der verwendet wird, um die Entwässerungseigenschaften zu modifizieren, und der im allgemeinen zugegeben wird, bevor die Probe der Trübungsmessung unterzogen wird.
Bei dem chemischen Entwässerungsmodifikator kann es sich um irgendein chemisches Material handeln, das eine Wirkung auf die Entwässerungseigenschaften und insbesondere auf die Klarheit des Filtrats oder Flüssigkeitsüberstandes hat. Im allgemeinen ist die Chemikalie ein polymeres Flockungsmittel, das ein hohes Molekulargewicht (z.B. Grenzviskosität über 4 dl/g) aufweist, und von dem Typ, der gewöhnlich als Brücken-Flockungsmittel bezeichnet wird, doch falls gewünscht kann es sich bei der Chemikalie um ein stark ionisches, polymeres Flockungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht (z.B. Grenzviskosität unter 3 dl/g) handeln, das im allgemeinen genauer als Koagulierungsmittel bezeichnet wird. Andere Chemikalien, die verwendet werden können, umfassen anorganische Koagulierungsmittel, wie z.B. mehrwertige Metallsalze, natürliche Polymere, wie z.B. Stärke oder kationische Stärke, Polyethylenimin, Polyethylenoxid, und einige anorganische Materialien, wie z.B. Polykiesesäure und Derivate davon, und Blähtonarten, die im allgemeinen als Bentonite bekannt sind. Gewöhnlich wird jedoch ein polymeres Brücken- oder Koagulierungsmittel-Flockungsmittel verwendet.
Das Entwässerungsverfahren ist im allgemeinen eine Sedimentationsstufe oder kann z.B. eine Filtrations- oder Zentrifugierstufe sein. Wenn die Entwässerungs- Verfahrensbedingungen, z.B. der Filtrationsdruck oder die Zentrifugiergeschwindigkeit, veränderlich sind, können derartige Entwässerungsbedingungen anstelle oder zusätzlich zu der Steuerung der Dosierung von Chemikalien als Antwort auf die in der Erfindung erhaltene Trübungsmessung gesteuert werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind zur Verwendung an jeder Suspension geeignet, die in der Lage ist, sich in geeigneter Weise abzusetzen. Der Feststoffgehalt kann gering (z.B. unter 1 Gew.-%) sein, wenn die Suspension kolloidal und/oder organisch ist, kann jedoch viel höher sein, vorausgesetzt, die suspendierten Stoffe sind derart, daß sie sich absetzen können, um einen oberen Flüssigkeitsüberstand zu hinterlassen. Z.B. setzen sich viele anorganische Materialien auf diese Weise ab, wenn der Feststoffgehalt bis zu 20 Gew.-% oder sogar mehr beträgt. Typische Suspensionen sind unbehandeltes Abwasser (z.B. 10 bis 1000 ppm), aufbereitetes Abwasser (z.B. 500 bis 5000 ppm) und Pigmente, quellfeste Tonarten und Kohleschlichten (z.B. 1 bis 20%).
Die Erfindung wird in den begleitenden Zeichnungen erläutert, worin Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer geeigneten Vorrichtung in Flüssig keitsverbindung mit einer Versorgungsflußleitung (nicht maßstäblich) zeigt.
Figuren 2 bis 5 graphische Darstellungen sind, die Änderungen des aufgezeichneten Werts der Trübung der abgesetzten überstehenden Schicht zeigen.
Die Vorrichtung umfaßt einen geneigten zylindrischen Körper 1, der an seinem oberen Ende 2 offen ist. Eine Einlaßleitung 3, die ein Ventil 4 einschließt, stellt eine Flüssigkeitsverbindung zwischen einer Versorgungsflußleitung 5 für eine Abwasseroder andere Suspension und dem Körper 1 bereit. Ein Sammelzylinder 6 umgibt das obere Ende des Körpers und ist so positioniert, daß er die Flüssigkeit sammelt, die infolge dessen, daß der Körper durch den Einlaß 3 gefüllt wird, über das obere Ende 2 fließt. Eine Abflußleitung 7 führt vom Boden des Zylinders durch ein Rückschlagventil 8 zurück in die Versorgungsleitung. Alternativ kann sie zum Abfluß führen.
Eine Leitung 9 führt vom unteren Ende 10 des Zylinders zu einem Ventil 11, durch das die Leitung geöffnet oder geschlossen werden kann. Wenn die Leitung nur zur Entwässerung am Ende eines Verfahrens verwendet werden soll, kann es angemessen sein, daß Leitung 9 und Ventil 11 nur in die Versorgungsleitung 5 ablassen, oder sie kann zum Abfluß (nicht gezeigt) hin ablassen. Oft wird Leitung 9 jedoch zum Rückspülen des zylindrischen Körpers 1 entweder mit Wasser aus einem schematisch als 12 gezeigten Zulauf oder durch Pumpen von Suspension aus der Leitung 5 mit Hilfe einer Pumpe (nicht gezeigt) verwendet. Anstelle dessen oder zusätzlich kann eine Luftleitung 13 vorhanden sein, durch die Vakuum oder Druckluft durch die Leitung 9 geleitet werden kann. Wenn Leitung 9 darauf ausgelegt ist zu erlauben, daß Suspension von Leitung 5 durch Leitung 9 in den Körper 1 gedrückt wird, kann es zweckmäßig sein, sich auf Leitung 9 zu stützen und Leitung 3 wegzulassen.
Es ist eine Lampeneinheit 14 vorhanden, welche eine Lampe 15 und eine Linse 16 umfaßt, durch welche ein Lichtstrahl 17 auf die obere Oberfläche der Flüssigkeit in dem offenen oberen Ende 2 des Körpers 1 gerichtet werden kann. Ein Teil des Lichts, das auf die Oberfläche trifft, wird als reflektierter Strahl 18 reflektiert, ein Teil wird als gebrochener Strahl 20 gebrochen und ein Teil wird von Teilchen in der oberen Flüssigkeitsschicht als Streulicht 19 gestreut. Eine Photozelle 21 wird so positioniert, daß sie das Streulicht 19 empfängt. Anstelle der Verwendung einer Photozelle können andere herkömmliche Lichtkollektoren, wie z.B. Sekundärelektronenvervielfacher und lichtempfindliche Dioden, verwendet werden.
Eine geeignete Vorrichtung kann durch Vornehmen angemessener Änderungen, z.B. an den Ventilen und der Betriebsweise, eines von der Hach Company hergestellten Surface Scatter Turbidimeters SS6 gebaut werden.
Die gesamte Vorrichtung ist bequemerweise von einem Schutzgehäuse 22 umgeben.
Die Versorgungsleitung 5 führt typischerweise von einem Flockungsmittel- Dosierungspunkt zu einem Absetzbehälter. Es kann sich um ein offenes Rohr oder ein geschlossenes Rohr handeln und die Leitung 3 (und/oder die Leitung 9, wenn sie Flüssigkeit aus der Versorgungsleitung 5 aufnehmen soll) müssen natürlich in angemessener Weise mit der Leitung 5 verbunden sein, so daß Flüssigkeit von der Leitung 5 in den zylindrischen Körper 1 geleitet werden kann. Wenn die Leitung 5 mit Druck beaufschlagt wird, kann der Druck der Flüssigkeit in der Leitung ausreichend sein, doch andernfalls kann es erforderlich sein, geeignete Pumpen, nicht gezeigt, bereitzustellen.
Im Einsatz fließt Suspension von der Leitung 5 durch die Zuleitung 3, um den Körper 1 zu füllen und am oberen Ende 2 des Körpers in den Zylinder 6 überzufließen, von dem es durch die Ausflußöffnung 7 und das Rückschlagventil 8 zurück in die Leitung 5 abfließt. Dann wird das Ventil 4 geschlossen und man läßt die Suspension in dem Zylinder 1 über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg absetzen. Dann wird der Lichtstrahl 17 erzeugt und das Streulicht 19 wird von der Photozelle entweder zu einer vorbestimmten Zeit oder nach einem vorbestimmten Absetzgrad (wie durch die Position der Schlammlinie gezeigt) oder häufiger über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg aufgezeichnet.
Gewöhnlich ist ein automatischer Zeitgeber (nicht gezeigt) zur Steuerung der Absetzdauer (zwischen dem Schließen des Ventils 4 und dem Durchführen einer optischen Messung) und auch zur Steuerung und/oder Aufzeichnung der Zeiten von während des Absetzens derselben Charge an Suspension vorgenommenen aufeinanderfolgenden Messungen vorhanden. Es kann auch eine elektronische Verbindung (nicht gezeigt) zwischen der Photozelle 21 und der Einrichtung zur Steuerung der Dosierung an Flockungsmittel und/oder zwischen der Photozelle und der Anzeige zum Anzeigen des Ergebnisses der Messung bestehen.
Da die Abwasser- oder andere Suspension mit der optischen Einrichtung nicht in Kontakt kommt, ist das Risiko von Fehlern aufgrund einer Verschmutzung der optischen Oberflächen viel geringer als in herkömmlichen Systemen.
Es folgt ein Beispiel zur weiteren Erläuterung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung in Verwendung als ein System zur Überwachung (und Steuerung) der Sedimentation einer Suspension.

Beispiel

Die getesteten Suspensionen waren 1 % Aufschlämmungen von Kreide und Füllstoff-Ton.
300 ml jeder Aufschlämmung wurden mit unterschiedlichen Dosierungen an kationischem Polyacrylamid-Flockungsmittel (erhältlich von Allied Colloids Limited unter dem Handelsnamen Percol 63, wobei Percol ein Warenzeichen ist) in einem Liter-Meßzylinder behandelt und viermal umgedreht, um eine vollständige Mischung zu gewährleisten. Dann wurde jede verwendet, um den Meßzylinder in einem Hach Surface Scatter 6 Turbidimeter SS6 zu überfüllen. Sobald das Füllen beendet war, wurde eine Stoppuhr gestartet und die Trübung wurde in unterschiedlichen Zeitabständen festgehalten.
Der Trübungsmesser wurde so eingestellt, daß die Trübung über Zeiträume von jeweils 60 Sekunden in jedem Testdurchlauf gemittelt wurde, und somit sind die früheren Anzeigewerte in den ersten 60 Sekunden nicht aussagekräftig.
Figuren 2 und 3 sind graphische Darstellungen, die die Änderung der Trübung in Abhängigkeit von der Zeit für die in den Kreide- bzw. Tonsuspensionen verwendeten unterschiedlichen Dosierungen an Flockungsmittel zeigen.
Figuren 4 und 5 sind graphische Darstellungen, die die durchschnittliche Trübung für die in den Kreide- bzw. Tonsuspensionen verwendeten unterschiedlichen Dosierungen an Flockungsmittel zeigen.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Wirksamkeit von Flockungsmittel auf Kreide un& Ton durch Trübungsmessungen unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung vorhergesagt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Steuewng der Entwässerung einer Suspension als Antwort auf die Bestimmung der Trübung eines aus der Suspension erhaltenen Flüssigkeitsüberstandes, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Bereitstellen eines sich nach oben erstreckenden länglichen Körpers (1), welcher eine Mittelbohrung in Längsrichtung umgrenzt und ein offenes oberes Ende (2) aufweist,

Füllen des Körpers (1) mit Suspension, bis sich eine Suspensionsoberfläche quer über das offene Ende (2) bildet,

Herstellen des Ruhezustandes und Absetzenlassen der Suspension, um eine überstehende Schicht zu bilden,

Lenken eines Lichtstrahles, so daß er in einem solchen Winkel auf die Oberfläche trifft, daß Licht von der überstehenden Schicht gestreut wird, Positionieren eines Kollektors (21), so daß er von der überstehenden Schicht gestreutes Licht (15) empfängt,

Messen mit Hilfe des Kollektors (21) der Änderungsrate der Streulicht-Menge, die er von der überstehenden Schicht empfängt, und

Verwenden der mit Hilfe des Küllektors (21) gemessenen Änderungsrate der Streulicht-Menge zur Steuerung der Entwässerung der Suspension.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin man das Absetzen lassen solange stattfinden läßt, bis die mit Hilfe des Kollektors (21) aufgezeichnete Streulicht-Menge im wesentlichen konstant ist, und dieser konstante Wert verwendet wird, um die Entwässerung der Suspension zu steuern.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Kollektor (21) so positioniert ist, daß er nur Licht empfängt und mißt, das vom Inneren des Überstandes zu einem gewählten Zeitpunkt nach Herstellung des Ruhezustandes gestreut wurde, wobei der Zeitpunkt derart ist, daß von dem Kollektor (21) eine im wesentlichen konstante Streulicht-Menge empfangen wird.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Suspension eine Suspension ist, die nach Zugabe eines chemischen Entwässerungsmodifikators entwässert wird, und die Steuerung der Entwässemng durch Steuerung der Zugabe des Entwässerungsmodifikators erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin der chemische Entwässerungsmodiflkator ein polymeres Flockungsmittel ist, das der Suspension vor ihrem Einfüllen in den Körper zugegeben wird.

6. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin die Entwässerung durch Sedimentation erfolgt.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Suspension, die in den Körper gefüllt wird, aus einer Versorgungsleitung, durch die die Suspension zur Entwässerung fließt, durch einen Ventil-gesteuerten Zulauf zu dem Körper fließt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin der Ventil-gesteuerte Zulauf ein Ventilgesteuerter Einlaß ist, der an einer Stelle unterhalb des offenen oberen Endes in den Körper führt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, worin die Zufuhr der Suspension zu dem Körper, das Herstellen des Ruhezustandes und die Messung des Streulichts automatisch mit Hilfe eines Zeitgebers gesteuert werden.

10. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin die Entwässerung als Antwort auf die Messung des Streulichtes automatisch gesteuert wird.

11. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin der Körper ein geneigter Körper ist und mit der Suspension gefüllt wird, bis die Suspension am oberen Ende überläuft, und die Zugabe dann gestoppt wird&sub1; wodurch der Ruhezustand hergestellt wird.

12. Apparatur umfassend

einen sich nach oben erstreckenden länglichen Körper (1), welcher eine Mittelbohrung in Längsrichtung umgrenzt und ein offenes oberes Ende (2) aufweist,

einen Ventil-gesteuerten Zulauf (3, 4, 9, 11), der so positioniert ist, daß er die Suspension in den Körper leitet, und eine Vorrichtung (4,11) zum Schließen dieses Zulaufes,

eine Lichtquelle (14,15,16), die so positioniert ist, daß sie einen Lichtstrahl so lenkt, daß er an dem offenen oberen Ende auf eine Flüssigkeitsoberfläche trifft, und

einen Lichtkollektor (21), der so positioniert ist, daß er von der Flüssigkeit an dem offenen oberen Ende gestreutes Licht (19) empfängt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur einen Zeitgeber, mit dem die Zeit zwischen dem Schließen des Ventil-gesteuerten Zulaufes und der Aufzeichnung einer oder mehrerer Streulicht-Messungen automatisch gesteuert oder aufgezeichnet wird,

eine Vorrichtung zum Messen der Änderungsrate der Streulicht-Menge und eine Signalvorrichtung zum Erzeugen eines Signals als Antwort auf die Messung der Änderungsrate der Streulicht-Menge umfaßt.

13. Apparatur nach Anspruch 12, worin die Signalvorrichtung eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Dosierung eines chemischen Entwässerungsmodifikators als Antwort auf das Signal umfaßt.

14. Apparatur nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, umfassend eine Vorrichtung zum Verbinden des Ventil-gesteuerten Zulaufes mit einer Versorgungsleitung.

15, Apparatur nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 14, umfassend eine Vorrichtung zum Spülen abgesetzter Suspension aus dem Körper, welche nach dem Erzeugen des Signals mit Hilfe des Zeitgebers betätigt werden kann.