FI118393B - Menetelmä ja laite vedenkäsittelykemikaalien syötön säätämiseksi käyttämällä voltametristä anturia - Google Patents

Description

118393

Menetelmä ja laite ve denkä s i 11 elykerni kaalien syötön säätämiseksi käyttämällä voltametristä anturia

Keksinnön tausta 5 Keksinnön alue Tämä keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää liuoksen kemiallisen käsittelyn säätämiseksi. Lyhyesti sanottuna keksintö koskee voltamet-risen virtamittauksen käyttöä takaisinkytkentäsignaalina 10 säätimelle, joka huolehtii veden ja jäteveden käsittelyyn tarkoitettujen kemikaalien syötön on-ei- tai annostelusää-döstä. Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 6 johdannon mukaista laitteistoa liuokseen lisättävän käsittelykemikaa-limäärän säätämiseksi.

15 Keksintöön liittyvän tekniikan kuvaus

Teollisuuden prosessi-, kattila- ja jäähdytysveteen lisätään monia erilaisia kemikaaleja käytettäviksi mikro-bisideina, korroosionestoaineina, kattilakivenestoaineina jne. Kemikaaleja lisätään vastaavasti jäteveteen samankal-20 täisiin tarkoituksiin tai puhdistusaineiksi, kuten raskas-metalleja saostaviksi aineiksi, flokkulanteiksi jne.

• ·

On olemassa muutamia syitä, miksi on toivottavaa • · · ^*. säätää näiden yhdisteiden pitoisuutta vesijärjestelmässä.

* ,* Liian suuren käsittelykemikaalimäärän lisääminen (lii- • · · *·“* 25 kasyöttö) on tuhlausta ja voi estää käsittelyohjelman kan- • * · *·’ * nattavuuden. Liikasyöttö voi aiheuttaa hyväksyttävää suu rempien käsittelykemikaalipitoisuuksien ilmaantumisen pois- • · • *·· toveteen, mikä puolestaan voi aiheuttaa ympäristövaiku- tusongelmia ja häiritä biologisten jätevedenkäsittelylai- .·)·. 30 tosten toimintaa. Liikasyöttö voi tällä tavalla aiheuttaa · · sen, että teollisuuslaitos toimii jätevesipäästölupiensa vastaisesti.

• · ·

Lisäksi käsittelykemikaalien syöttäminen liian pie-neliä nopeudella, ts. alisyöttö, aiheuttaa sen, että käsit-35 telyohjelma on tehoton. Käytettäessä mikrobisideja kemikaalia ei ehkä ole läsnä tarpeeksi mikro-organismien kasvun torjumiseksi. Kun kyseessä on jätevedenkäsittely, jossa 2 118393 käytetään niin kutsuttuja "raskasmetalleja", ts. myrkyllisiä ja jokiin, järviin tai muihin luonnonvesilähteisiin päästettyinä ympäristölle haitallisia siirtymämetalleja sa-ostavaa ainetta, saostusaineen alisyöttö mahdollistaa myr-5 kyllisten raskasmetallipitoisuuksien pääsyn ulos laitoksesta. Tällöin tavoin myös alisyöttö voi aiheuttaa sen, että teollisuuslaitos toimii jätevesipäästölupiensa vastaisesti. Niinpä epäonnistumisella vedenkäsittelykemikaalipitoisuuk-sien säädössä voi olla ilmeisiä haitallisia seuraamuksia 10 ympäristön kannalta.

On ehdotettu kahta menetelmää vedenkäsittelykemi-kaalin syötön säätämiseksi. Ensimmäisessä säätömenetelmässä käsittelykemikaalia lisätään, kunnes havaitaan pieni ylimäärä, ja kemikaalin lisäys keskeytetään sitten mahdolli-15 simman nopeasti liikasyötön minimoimiseksi. Ihannetapauk sessa ei käytettäisi ollenkaan ylimääräistä käsittelykemikaalia. Tämä menetelmä hyvin samankaltainen titrauksen kanssa. Yhdessä esimerkkitilanteessa, jossa käytetään tätä menetelmää, saostetaan lyijyä (Pb2+) tai kuparia (Cu2+) jä-:\># 20 tevesivirrasta käyttämällä natriumdimetyyliditiokarbamaat- tia. Tällöin käytettäisiin täsmälleen sitä käsittelykemi-kaalimäärää, jonka metalli-ditikarbamaattireaktion stoi- • · · kiometria vaatii, sillä merkittävää dimetyyliditiokarba- • · · * ,* maatti-ioniylimäärää ei tarvita takaamaan näiden metallien • · · 25 täydellistä poistumista jätevedestä. Koska ei ole tarpeen • * · "·* * tietää ylimääräisen käsittelykemikaalin todellista pitoi suutta vedessä, ei käsittelykemikaalin detektointiin käy- ·· • *·· tettävän menetelmän tarvitse olla kovin tarkka; laaja line- aarinen alue ei myöskään ole välttämätön. Reagointiajan .·]·, 30 täytyy kuitenkin olla hyvin lyhyt liikasyötön minimoimisek- • · · I.I si, ja menetelmän täytyy olla riittävän herkkä antamaan de- "** tektoitavissa oleva vaste pieneen käsittelykemikaaliylimää- • · räpitoisuuteen.

Toisessa ehdotetussa säätömenetelmässä vedenkäsit- • · 35 telykemikaalia lisätään, kunnes vedessä vallitsee määrätty kemikaalipitoisuus, ja kemikaalia syötetään lisää tämän pitoisuuden ylläpidon vaatimalla tavalla. Yksi esimerkki ti- 3 118393 lanteesta, jossa käytettäisiin tätä menetelmää, on mikro-bisidin lisääminen paperikoneen kiertoveteen. Mikro-organismien kasvun estämiseksi tarvitaan määrätty mikrobisidi-pitoisuus (usein korkeintaan 100 ppm), ja on välttämätöntä 5 pitää tämä pitoisuus tietyissä rajoissa. Jos mikrobisidipi-toisuus laskee liaan alhaiseksi, mikro-organismipopulaatio saattaa alkaa kasvaa tasoille, jotka häiritsevät paperikoneen toimintaa. Jos mikrobisidipitoisuus on toisaalta liian korkea, liiallinen kemikaalin käyttö on rahantuhlausta; se 10 saattaa aiheuttaa ongelmia paperinvalmistuksessa (kuten vä-rivirheitä); kemikaalia saattaa myös ilmaantua paperitehtaan jäteveteen, ja siten voi aiheutua jätevedenpois-to-ongelmia. Menetelmän, jota käytetään veden käsittelyke-mikaalipitoisuuden mittaamiseen, täytyy olla riittävän 15 tarkka, jotta saadaan tarkasti määritetyksi, onko käsitte-lykemikaalipitoisuus toivotulla alueella. Vaikka reagointi-aika ja herkkyys ovat myös tärkeitä, nämä ominaisuudet eivät yleensä ole yhtä ratkaisevia tämän tilanteen yhteydessä kuin edellä kuvatun titraustyyppisen säätömenetelmän olles-·*·., 20 sa kyseessä. Herkkyyden tarvitsee vain olla riittävän kor- kea yhdisteen määrittämiseksi tarkasti valitun käyt töpi toi-suuden kohdalla. Kun käsittelykemikaalipitoisuus on asettu- • » · nut vaaditulle tasolle järjestelmässä, pitoisuusmuutokset • ·* * ,* ovat suhteellisen hitaita, eikä nopea reagointi, jota tar- • · *·"* 25 vitaan käsittelykemikaaln lisäyksen keskeyttämiseen edellä • · · *·* * kuvatun käsittelymenetelmän yhteydessä, ole tarpeen. Sel laisten säätölaitteiden ja menetelmien suunnittelu, joita • · • *·· voidaan käyttää näiden molempien säätömenettelyjen toteut- • · · tamiseen, on tämän keksinnön yksi tärkeä päämäärä. 1 2 3 4 5 6

Kuten kuviossa 1 esitetään, minkä tahansa vedenkä- • · · 2 M sittelyprosessin, kuten raskasmetallien saostuksen jäteve- 3 • · 4 "* destä, säätäminen vaatii seuraavat kolme peruskomponenttia: 5 • ·· 1. Kemikaalisyöttölaite 102, jonka nopeutta (syöt-:\j tönopeutta) voidaan säätää sähköisesti, on välttämätön. Tä- 6 mä syöttölaite on tavallisesti pumppu nestemäisten käsitte-lykemikaalien syöttämiseksi esimerkiksi käsittelykemikaali-varastosäiliöstä 104; kiinteiden käsittelykemikaalien syöt- 4 118393 tämiseen voidaan käyttää säätömoottorilla varustettua ruu-visyötintä.

2. Ilmaisinta 106 ja oheiselektroniikkaa 108 tarvitaan järjestelmässä olevan tai järjestelmän tarvitseman kä- 5 sittelykemikaalimäärän detektointiin. Tämä ilmaisin 106 tuottaa takaisinkytkentäsignaalin, joka lähetetään sääti-melle.

3. Säädintä 110 tarvitaan (a) vertaamaan ilmaisimelta 106 tulevaa takaisinkytkentäsignaalia signaaliin, 10 joka vastaisi toivottua käsittelykemikaalipitoisuutta, ja (b) säätämään kemikaalinsyöttölaitteen 102 nopeutta, niin että vedestä detektoitu käsittelykemikaalipitoisuus vastaa haluttua.

Näiden kolmen komponentin täytyy olla läsnä jossa-15 kin muodossa, jotta pidetään yllä käytettävien vedenkäsit-telykemikaalien pitoisuuden kontrolli. Erityisesti pätee se, että takaisinkytkennän poissa ollessa ei pystytä saavuttamaan tehokasta säätöä. Joissakin tapauksissa ihminen voi täyttää yhden tai useamman komponentin tehtävän. Mah- ·*·,. 20 dollisimman yksinkertaisessa mallissa ihminen voi esimer- » kiksi ottaa vesinäytteen, analysoida sen kemiallisesti (il- • · maisimen tehtävä) , laskea ja punnita tarvittavan käsittely- φ · · kemikaalimäärän (säätimen tehtävä) ja lisätä käsittelykemi- • · · *.* kaalin käsin (kemikaalinsyöttölaitteen tehtävä). Monien • · · 25 operaatioiden kohdalla olisi kuitenkin edullista toteuttaa • · · '·* * nämä tehtävät automaattisesti. Automaatistettu säätö on mo nissa tapauksissa halvempaa kun käsin tehtävä, ja oikein t · • *·· suunnitellutta automaatistetun järjestelmän pitäisi pystyä ·»· ί.,,ί säätämään käsittelykemikaalipitoisuudet tarkemmin ja luo- ,V, 30 tettavammin kuin ihmiskäyttäjät. Tähän tarkoitukseen käyt- • · · Ϊ.Ι tökelpoiset automaattiset säät imet toteuttavat on-ei tai *" PID (proportional/integral/derivative) -säätöalgoritmeja ja · · niitä on saatavana joukolta valmistajia, kuten Honeywell, !t\j Inc., Minneapolis, Minnesota ja Fenwal, Inc., Ashland, Mas- 35 sachusetts. Tämän patentin päätavoitteena on mahdollistaa automaattinen säätö käyttämällä voltametrisiä ilmaisimia tarvittavan takaisinkytkentäsignaalinn aikaansaantiin.

5 118393

On olemassa kaksi peruslähestymistapaa, joita voidaan käyttää säätimelle menevän takaisinkytkentäsignaalin synnyttämiseen. Ensimmäisessä näistä kahdesta lähestymistavasta ilmaisin 106 reagoi suoraan vedessä läsnä olevan kä-5 sittelykemikaalin pitoisuuteen ja synnyttää käsittelykemi-kaalipitoisuuteen suoraan verrannollisen takaisinkytken-täsignaalin. Takaisinkytkentäsignaali toisin sanoen voimistuu käsittelykemikaalipitoisuuden kasvaessa. Yksi esimerkki mainitunlaisesta sovelluksesta voisi olla glutaarialdehydin 10 tai ditiokarbamaatin käyttö torjumaan mikro-organismien kasvua vedessä. Asianmukainen ilmaisin 106 reagoisi suoraan veden mikrobisidipitoisuuteen.

Toisessa lähestymistavassa ilmaisin 106 voi reagoida vedessä olevaan aineeseen, jonka kanssa käsittelykemi-15 kaalin on tarkoitus reagoida, käsittelykemikaalipitoisuuden sijasta. Tällä tavalla ilmaisin 106 synnyttäisi takaisinkytkentäsignaalin, joka on kääntäen verrannollinen käsitte-lykemikaalipitoisuuteen. Takaisinkytkentäsignaali toisin sanoen heikkenisi käsittelykemikaalipitoisuuden kasvaessa.

: ·.. 20 Yksi esimerkki mainitunlaisesta sovelluksesta voisi olla natriumdimetyyliditiokarbamaatin käyttö määrättyjen raskas- • · metallien saostamiseen jätevirrasta. Järjestelmässä, joka • · .·, : sisältää hyvin rajoitetun valikoiman metalleja, olisi mah- • '* ·’ dollista saada aikaan kutakin metallia vastaava takaisin- · · • · · !!! 25 kytkentäsignaali käyttämällä anodistrippausvoltametriaa ** * (anodic stripping voltametry). Linjassa toimivaa laitetta tämäntyyppisen mittauksen tekemiseksi myy Ionics, Inc., Wa- ' ** tertown, Massachusetts.

··« *...· Jotkut tilanteet vaativat sellaisten takaisinkyt- 30 kentäsignaalien käyttöä, jotka ovat suoraan verrannollisia • · .···. järjestelmässä vallitsevaan käsittelykemikaalipitoisuuteen.

• · *·' Yksi esimerkki tästä tapauksesta olisi edellä kuvattu mää- • · · *...* rätyn mikrobisidipitoisuuden ylläpito. Toinen esimerkki • » *.*·· olisi dimetyyliditiokarbamaattisuolan käyttö erilaisten me- 35 talli-ionien saostamiseen jätevirrasta. Tässä tapauksessa olisi tarpeetonta määrittää kunkin metalli-ionien pitoisuus jätevedessä lisättävän ditiokarbamaattimäärän säätämiseksi; 118393 e tarvitsisi vain aikaansaada ja ylläpitää ennalta määrätty ditiokarbamaattiylimääräpitoisuus jätevirrassa. Jos jätevedessä on ylimääräistä ditiokarbamaattia riittävänä pitoisuutena, voidaan olettaa, että kaikki liuenneet "raskasme-5 tallit" ovat saostuneet. Ditiokarbamaattipitoisuuden määrittäminen olisi paljon yksinkertaisempaa kuin kaikkien jätevedessä läsnä olevien raskasmetallien pitoisuuksien määrittäminen.

Tietyt tilanteet vaativat toisaalta sellaisen talo kaisinkytkentäsignaalin käyttöä, joka riippuu epäsuorasti käsittelykemikaalipitoisuudesta järjestelmässä. Tämä menetelmä on toivottava tilanteissa, joissa poistetaan myrkyllistä ainetta jätevirrasta, sillä takaisinkytkentäsignaali ei pelkästään säädä käsittelykemikaalisyöttöä vaan mittaa 15 suoraan, rekisteröitävissä olevalla tavalla myrkyllisen aineen pitoisuutta jätevirrassa. Näiden mittausten antamaa aineistoa voidaan käyttää laitoksen jätevesiluvan noudattamisen tai noudattamattomuuden dokumentointiin. Esimerkiksi sellaisen jätevedenkäsittelylaitoksen jätevesiluvassa, jos-20 sa käytetään natriumdimetyyliditiokarbamaattia raskasmetal- ·*·*· lien saostamiseen, voi olla raja dimetyyliditiokarbamaatti- • · ionipi toi suudelle, joka voi olla läsnä lopullisessa poisto- t .·. · vedessä. Ilmaisinta 106, joka reagoi suoraan jätevirrassa * ·· olevan ylimääräisen dimetyyliditiokarbamaatti-ionin pitoi- • * · UI 25 suuteen, voidaan käyttää synnyttämään takaisinkytkentäsig-* · *'* * naali ylimääräisen ditiokarbamaatti-ionin kanssa reagoivia ja sen siten saostavia rauta(II)ionieja sisältävän liuoksen : *** syötön säätämiseksi. Rekisteröity detektoitu ditiokarba- ·*· maattipitoisuus, ts. takaisinkytkentäsignaali, vahvistaa, 30 että ditiokarbamaatti-ioni on poistettu asianmukaisesti jä- • i^· ,···, tevirrasta. Kaikkia toksisia aineita, jotka tulee poistaa • Φ *V ulos menevästä jätevedestä, ei ikävä kyllä pystytä määrit- ··· :...· tämään kätevästi suorilla analyysimenetelmillä. Tämän kek- • · !,'·· sinnön yhtenä toisena tärkeänä päämääränä on tarjota käyt- 35 töön menetelmä sellaisten takaisinkytkentäsignaalien muodostamiseksi, joita voidaan käyttää vedenkäsittelykemikaa- 7 118393 lien syötön suoraan tai epäsuoraan säätöön ja jätevesiluvan noudattamisen dokumentointiin.

Tehokkaan takaisinkytkentäsignaalin muodostamiseksi ilmaisimen 106 täytyy toteuttaa prosessiveden tai jätevir-5 ran kvantitatiivinen analyysi halutun käsittelykemikaalipi-toisuuden säätämiseksi. Monia tavanomaisia laboratoriomenetelmiä on automaatistettu, niin että niitä täytyy käyttää suoriin mittauksiin. Linjassa toimivaa laitteistoa kolori-metristen analyysien tekemiseksi myy Hach Co., Loveland, 10 Colorado. Linjassa toimivaa laitteistoa turbidimetristen analyysien tekemiseksi on vastaavasti kuvattu US-patenttijulkaisussa 4 923 599.

Sähkökemialliset mittaukset soveltuvat hyvin perustaksi takaisinkytkentäsignaalin muodostamiselle muutamista 15 syistä: (1) Monet veden- ja jätevedenkäsittelyssä käytettävistä kemikaaleista voidaan määrittää käyttämällä sähkökemiallisia menetelmiä.

(2) Sähkökemiallisiin mittauksiin tarvittava lait- 20 teisto on halpa verrattuna linjassa tehtäviin kolorimetri- ;*.*· siin mittauksiin tai kromatografisiin mittauksiin (HPLC) • · .*.*♦ tarvittaviin laitteisiin.

• · * „·. · (3) Sähkökemialliset ilmaisimet ovat suhteellisen • ·· / yksinkertaisia ja tyypillisesti lujatekoisia ja luotetta- * · · 25 via. Toisin kuin linjassa tehtävien kolorimetristen ja tur- • · « bidimetristen mittausten kohdalla, jotka vaatisivat pumppuja pitämään osan prosessi- tai jätevesivirrasta virtaamassa : *·· optisten kennojen kautta, sähkökemiallisissa ilmaisimissa ·* · ί.,.ϊ ei ole liikkuvia osia, joiden häiriötodennäköisyys on suu- .V, 30 ri.

t · · (4) Sähkökemialliset ilmaisimet ovat helpompia pi- • · "* tää kunnossa kuin kolorimetriset tai turbidimetriset lait- #·· teet, jotka tarvitsevat aikaa ja työvoimaa vaativaa purka- • · !/·! mistä ja puhdistamista. Tämä piirre on tärkeä, koska altis- 35 tuminen prosessi- tai jätevesivirroille, erityisesti run saasti suspendoituneita kiintoaineksia sisältäville virroille, johtaa minkä tahansa mittauslaitteen pinnan nopeaan 8 118393 likaantumiseen. Jos sähkökemiallinen ilmaisin on saavutettavissa, saattaa yksinkertainen käsin tehtävä pyyhkiminen riittää elektrodin pitämiseen kunnossa. Saavuttamattomissa olevat ilmaisimet vaativat erilaista puhdistusmenetelmää.

5 Yksi ehdotettu menetelmä sähkökemiallisten mittaus ten tekemiseksi sisältää potentiometrisiä menetelmiä, joissa mitataan jännite, joka kehittyy elektrodin pinnalle tämän ollessa upotettuna liuokseen. Jännite mitataan vertai-luelektrodiin, kuten hopea-hopeakloridi (Ag/AgCl)-pariin 10 tai kylläiseen kalomelielektrodiin (SCE), nähden. Tämän menetelmän yhteydessä käytettävien jännitteenmittauslaittei-den täytyy vetää mahdollisimman vähän virtaa elektrodien läpi, niin ettei mittaus muuta elektrodipotentiaaleja. Toisin sanoen tulee käyttää hyvin korkeaimpedanssista mittaus-15 piiriä. Ihanteellisessa potentiometrisessä mittauksessa elektrodien läpi ei pitäisi kulkea minkäänlaista virtaa. Käytännössä yleisesti käytettävät jännitteenmittauspiirit on suunniteltu vetämään alle yhden pikoampeerin virta (1 pA eli 10'12 A) elektrodien läpi. Alhaisella femtoampeerialu- ;·, 20 eella (fA eli 10"15 A) olevia maksimitulovirtoja voidaan • ·· J. ^ saavuttaa käyttämällä nykyisin saatavissa olevia elektro- *, l metrivahvistimia, kuten AD549L-vahvistinta, jota valmistaa • ♦ · ***** Analog Devices, Inc., Norwood Massachusetts.

• · ♦ *· *; Potentiometristen mittausten käyttö takaisinkytken- 25 täsignaalin muodostamiseen säätöjärjestelmässä ei ole kui- • · · V : tenkaan antanut tyydyttäviä tuloksia. Potentiometrisessä määrityksessä mitattava jännite on ensinnäkin suoraan ver- ·*♦.. rannollinen detektoitavan aineen pitoisuuden logaritmiin.

.**·. Tämä logaritminen riippuvuus vaatii monimutkaista elektro- • · · .*, 30 nista laitteistoa, jotta saadaan näytetyksi mitattu pitoi- • · · ***** suus, esimerkiksi %, ppm jne. Potentiometrisissä mittauk- «·· * * ^ *...* sissa saatava logaritminen riippuvuus heikentää siten pi- ***** toisuumäärityksen tarkkuutta ja erotuskykyä, ja tämä ra joi- ··· : tus heikentää tarkkuutta, jolla pitoisuustasoa pystytään • · 35 säätämään. Säätöjärjestelmä ei toisin sanoen ehkä pysty de-tektoimaan käsittelykemikaalnpitoisuuden muutoksia vedessä 9 118393 eikä reagoimaan niihin, elleivät nämä muutokset ole suuria, ts. ellei muutoskerroin ole 2-3 tai suurempi.

Reaktioaika voi lisäksi olla potentiometristen mittausten yhteydessä hyvin pitkä, erityisesti ioniselektiivi-5 sillä elektrodeilla, joita käytetään hyvin pieniä analysoitavan aineen pitoisuuksia sisältävissä liuoksissa. Tämä reaktioaika voi olla minuuttien suuruusluokkaa, eikä niin pitkällä reagointiajalla saatava takaisinkytkentäsignaali ehkä anna säätimelle riittävästi aikaa reagoida pitoisuus-10 muutokseen järjestelmässä, erityisesti läpivirtausmallin ollessa kyseessä. Siihen mennessä kun mainitunlainen ilmaisin on reagoinut äkilliseen muutokseen käsittelykemikaali-tarpeessa, säätöjärjestelmän saattaisi olla liian myöhäistä säätää kemikaalinsyöttölaitten nopeutta asianmukaisen kä-15 sittelykemikaalipitoisuuden ylläpitämiseksi virrassa. Sinä aikana kun ilmaisin reagoi käsittelykemikaalitarpeen muutokseen, poistettava jätevesi on riittämättömästi käsiteltyä tai sisältää suuren ylimäärän käsittelykemikaalia. Kummassakin tapauksessa saatetaan rikkoa laitoksen jätevesilu-20 pa.

Lisäksi teollisuusympäristössä yleisten kosteuden * · tai kemiallisten epäpuhtauksien läsnäolo voi heikentää va- • · · .·/. kavasti potentiometrisiin mittauksiin tarvittavien äärim- • · · 4’.* mäisen korkeaimpedanssisten mittauspiirien toimintaa.

*;!;* 25 Mainittakoon lopuksi, että yhdistetty potentiaali- • · · mittaus, kuten hapetus-pelkistys (ORP) -määritys, on muutaman tekijän, kuten pH:n ja hapetteiden tai pelkisteiden : *·· läsnäolon, vaikutuksen nettotulos. Ei ole olemassa tapaa • · · :.,.2 erottaa toisistaan eri komponentteja, jotka määräävät mita- 30 tun potentiaalin.

• · « ··* Yhteenveto keksinnöstä • · • Tämä keksintö koskee siten säätöjärjestelmää, jolla ·· vältetään olennaisesti yksi tai useampi ongelmista, jotka aiheutuvat keksintöön liittyvän tekniikan rajoituksista ja 3 5 epäkohdi s ta.

• · 10 118393 Näiden ja muiden etujen saavuttamiseksi ja tämän keksinnön päämäärän mukaisesti, keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on sanottu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa ja laitteelle se mitä on sa-5 nottu patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa.

On ymmärrettävä, että sekä edellä oleva yleinen kuvaus että seuraava yksityiskohtainen kuvaus ovat esimerkinomaisia ja selittäviä ja ne on tarkoitettu selittämään tarkemmin patenttivaatimusten mukaista keksintöä.

10 Oheiset piirustukset sisällytetään tähän mahdollistamaan keksinnön ymmärtäminen paremmin, ne sisällytetään tähän selitykseen, muodostavat osan siitä ja valaisevat keksinnön muutamia suoritusmuotoja, ja niiden tehtävänä on yhdessä kuvauksen kanssa selittää keksinnön periaatteita.

15 Kuvioluettelo

Oheiset piirustukset, jotka sisällytetään tähän selitykseen ja muodostavat osan siitä, valaisevat keksinnön suoritusmuotoja, ja niiden tehtävänä on yhdessä kuvauksen kanssa selittää keksinnön päämääriä, etuja ja periaatteita. ·*·,. 20 Piirustuksissa t kuvio 1 on kemikaalisyöttöjärjestelmän lohkokaavio; kuvio 2 on keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mu- • · · kaisesti konstruoidun kaksielektrodisen votametriajärjes- • t * * ,* telmän piirikaavio; • · · *·*·* 25 kuvio 3 on keksinnön toisen suoritusmuodon mukai- ·· • · · *·* ’ sesti konstruoidun tasavirtapotentiostaatin piirikaavio; kuvio 4 on keksinnön kolmannen suoritusmuodon mu- • · • *· kaisesti konstruoidun elektrodinpuhdistuspiirin piirikaa- • · · : : vio; • I* ·*· 30 kuvio 5 on keksinnön neljännen suoritusmuodon mu- • * · J • · kaisesti konstruoidun, hapetus-pelkistyselektrodille tar- '"* koitetun puhdistuspiirin piirikaavio; ···

Kuvio 6 on keksinnön viidennen suoritusmuodon mu-kaisesti konstruoidun differentiaalisen tasavirtapotentios-35 taatin piirikaavio.

118393 11

Keksinnön kuvaus Järjestelmässä vedenkäsittelykemikaalien syötön säätämiseksi takaisinkytkentäsignaali voidaan määrittää tekemällä sähkökemiallisia mittauksia voltametrisin menetel-5 min, joissa syötetään jännite kahden elektrodin poikki liuoksessa ja mitataan elektrodien välillä kulkeva virta. Elektrodia, jolla haluttu hapettuminen tai pelkistyminen tapahtuu, kutsutaan työskentelyelektrodiksi, ja tämän elektrodin pinnalle syötetty potentiaali (jännite) mitataan 10 vertailuelektrodiin nähden, joka on samaa tyyppiä kuin po-tentiometrisiin mittauksiin käytettävä. Esimerkissä, jossa käytetään dimetyyliditiokarbamaatti-ioneja metalli-ionien saostamiseen jätevedestä, dimetyyliditiokarbamaatti-ionit hapetetaan työskentelyelektrodilla käyttöjännitteen ollessa 15 +300 mV Ag/AgCl:iin nähden. Työskentelyelektrodi mittaa sähkövirtaa, joka kulkee liuoksen läpi seurauksena tästä hapetusreaktiosta, joka on suoraan verrannollinen veden di-tiokarbamaatti-ionipitoisuuteen, ja joka voidaan siten vahvistaa käytettäväksi takaisinkytkentäsignaalina ditiokarba-i*.#> 20 maatti-ioneja järjestelmään syöttävän pumpun säätämiseksi.

siten voidaan vastaavasti, säätämällä käyttöjännitettä, mi- φ · tata sähkövirta, joka on verrannollinen aldehydin, kuten • · · I formaldehydin, glutaarialdehydin tai sellaisen yhdisteen **/ pitoisuuteen, joka pystyy vapauttamaan jompaa kumpaa näistä • · · '*“* 25 yhdisteistä prosessi- tai jäteveteen. Tämä virta voidaan • · · *·* * muuntaa jännitteeksi ja vahvistaa käytettäväksi takaisin kytkentäsignaalina aldehydiä järjestelmään syöttävän pumpun ·· • *·· säätämiseksi.

:***: Tasavirta (DC) -mittauslaitteisto, jota käytetään 30 edellä kuvatussa voltametrisessa menetelmässä, voi kuiten- * · * • ♦ · kin joissakin tapauksissa antaa virheellisen signaalin, mi- • · ·"* kä tekee vaikeaksi mitata ja saada aikaan tietty käsittelyksi kemikaalipitoisuus järjestelmässä. Tämän mittaussignaalin virhekäyttäytyminen johtuu näyteliuoksen liikkumisesta 35 työskentelyelektrodin pinnan ohi. Tämä liikkuminen voi johtua lämpökonvektiosta samoin kuin käsitellyn veden sekoittamisesta mekaanisella sekoittimella. Suspendoituneiden • · 12 118393 kiintoainesten läsnäolo suurena pitoisuutena käsiteltävässä vedessä, kuten savilietteen ollessa kyseessä, monimutkaistaa edelleen molempia säätömenetelmiä, koska suspendoitu-neet kiintoainekset estävät käsittelykemikaalimolekyylien 5 diffuusiota elektrodin pinnalle, mikä johtaa mittaussignaalin vaimenemiseen ajan funktiona.

Kumpaakin näistä ongelmista voidaan lievittää käyttämällä kronoamperometriaa, jossa käyttöjännite on pulssi-jono stationaarisen tasavirtajännitteen sijasta. Käyttöjän- 10 nite pidetään pulssien välissä tasolla, jolla tapahtuu vähän tai ei ollenkaan käsittelykemikaalin hapettumista tai pelkistymistä ja mitattu kennovirta on siten mitättömän pieni. Käyttöjännite siirtyy kuitenkin pulssien aikana tasolle, jolla käsittelykemikaali hapettuu tai pelkistyy.

15 Käyttöjännitepulssin aikana mitattava virta on aluksi hyvin suuri ja heikkenee nopeasti stationaaritasolle. Ajan funktiona vaimeneva signaalin komponentti on ei-faradisen va-rausvirran ja mitattavan käsittelykemikaalin pitoisuudesta riippuvan faradisen signaalin summa. Millä tahansa määrä- 20 tyllä hetkellä jännitepulssin syötön jälkeen faradinen vir- • · · I. . tasignaali on suoraan verrannollinen käsittelykemikaalin • · · *. · pitoisuuten vedessä. Ei-faradinen varausvirta heikkenee no- • · · *·*·* peasti (millisekunneissa sellaisten elektrodien ollessa ky- • · ' *. *: seessä, joiden paljas pinta ei ole muutamaa neliömillimet- * 25 riä suurempi), joten se voidaan jättää huomiotta odottamal- • ·

Vi la ennen kennovirran mittaamista muutamia millisekunteja pulssin syötön jälkeen. Kennovirta pitäisi mitata määrätyl- ·*·.. lä hetkellä jännitepulssin alkusyötön jälkeen, ja kyseisel- .··*. lä hetkellä mittava virtasignaali täytyy säilyttää, kunnes ··· #*# 30 se päivitetään seuraavan jännitepulssin aikana. Täsmällisiä • · · *·|·* ajastuspiirejä tarvitaan muodostamaan jännitepulssit ja säätämään näytteenottopiiriä, joka varastoi kennovirtamit-taustuloksen jännitepulssien välissä.

«·· .·. : Kuvio 2 esittää yhtä edullista kaksielektrodista ·· 11 • · 35 piirisuoritusmuotoa takaisinkytkentäsignaalin tuottamiseksi säätöjärjestelmässä. Virta-jännitemuuntimena, jolle negatiivinen takaisinkytkentäsignaali toimitetaan vastuksen R3 13 118393 kautta, käytetään operaatiovahvistinta Ui, kuten Analog Devices AD549:ää. Muuntimen UI antojännite on R3 kertaa päätteeseen 10 kytketyllä työskentelyelektrodilla mitattu virta. Koska mitattu virta voi pienissä voltametrisissä ken-5 noissa olla nanoampeerien luokkaa tai pienempi, täytyy käyttää operaatiovahvistinta, jonka ottovirta on pieni (edullisesti alle 1 pA). Työskentelyelektrodille syötettävä jännite mitataan suhteessa maahan, päätteeseen 12, johon vertailuelektrodi on kytketty, ja ilmenee vahvistimen UI 10 liitantänastalla 2. Koska vahvistin UI toimii negatiivisella takaisinkytkennällä, ovat liitäntänastoilla 2 ja 3 (invertoiva ja vastaavasti invertoimaton ottopääte) vallitsevat jännitteet keskenään yhtä suuret, ja ne määrää jännitteen seurantasäätimen U2, kuten Analog Devices AD707:n, 15 ulostulo. Vastukset R4, R5 ja R6 muodostavat jännitteen jakajan, jota käytetään jännitteen seurantasäätimen U2 otto-jännitteen ja siten antojännitteen valitsemiseen. Vastus R7 rajoittaa virran kulkua jännitteen seurantasäätimen U2 in-vertoimattomaan ulostuloon.

*·,, 20 Tasauspotentiometrejä Rl ja R8 käytetään nollaamaan !*.*, vahvistimelle UI ja vastaavasti jännitteen seurantasääti- • · melle U2 tuleva ero jännite. Vastukset R2 ja R9 rajoittavat • ♦ · virran kulkua vahvistimen UI ja vastaavasti jännitteen seu- • ·· * .* rantasäätimen U2 ottoerojännitteen säätöpiirien läpi. Kon- 25 densaattoreja Cl, C2, C3 ja C4 käytetään estämään virtaläh- • · · *·* * teen kohinaa ja heilahtelua.

Kuvion 2 kaksielektrodinen piiri on yksinkertainen ·· j *·· piiri, joka tuottaa tehokkaan takaisinkytkentäsignaalin päätteelle J2 säätöjärjestelmää varten.

.·)·. 30 Kun virta kulkee päätteeseen 12 kytketyn vertai- • · · luelektrodin läpi, voi tapahtua hapetus- tai pelkistysreak- • 2 *1* tio, joka muuttaa vertailuelektrodin komponentteja. Elekt- *·· ϊ.,.ϊ rodin mallista riippuen tämä muutos voi muuttaa vertai- • e J4*.J luelektrodin potentiaalia, johon nähden työskentelyelektro- 35 dille syötettävä jännite mitataan. Niinpä työskentelyelektrodille syötettävä jännite muuttuu virran kulkiessa kennon läpi, ja tämä käyttöjännitteen muutos voi muuttaa mitattua 14 118393 kennovirtaa. Tällä tavalla voi kennovirtamittaukseen voi tulla virhe, mikä puolestaan tuo virheen takaisinkytken-täsignaaliin.

Lisäksi virran kulkiessa näyteliuoksen läpi elekt-5 rodien välissä kehittyy elektrodien välille jännitehäviö, joka on verrannollinen kennovirtaan. Tämä jännitehäviö on Ohmin lain mukaan liuoksen vastus kerrottuna kennovirralla. On selvää, että tämä jännitehäviö pienentää työskentely-elektrodille syötettävää jännitettä, ja tämän pienenemisen 10 suuruus riippuu kennovirran suuruudesta. Kuten edellä on kuvattu, virhe käyttöjännitteessä merkitsee virhettä kenno-virrassa, ja siten kemikaalinsyöttölaitteen säätimelle menevään takaisinkytkentäsignaaliin ilmaantuu virhe.

Toisessa suoritusmuodossa tarjotaan käyttöön kuvion 15 3 esittämä kolmielektrodinen piiri takaisinkytkentäsignaa- lin tuottamiseksi säätöjärjestelmässä. Tässä mittauspiiris-sä (tunnetaan myös potentiostaattina) syötetään ulkoinen jännite vastaelektrodin ja työskentelyelektrodin välille, jotka esitetään kuviossa 3 liuokseen upotettuina. Ulkoista 20 jännitettä säädetään automaattisesti, niin että työskente-lyelektrodin pinnalla vallitseva potentiaali vertailuelekt-[·,·. rodin jännitteeseen nähden mitattuna on haluttu. Työskente- • » i I*. lyelektrodin läpi kulkeva virta mitataan ja sitä kutsutaan * / kennovirraksi. Kuten edellä kuvattiin, kennovirta on suo- • t · 25 raan verrannollinen työskentelyelektrodin pinnalla hapettu- • · · V * van tai pelkistyvän aineen pitoisuuteen. Työskentelyelekt rodin pinnalla vallitseva potentiaali mitataan käyttämällä ·· • *·· korkeaimpedanssista jännitteenmittauspiiriä, niin että ver- tailuelektrodin läpi päästetään kulkemaan korkeintaan yhden 30 mikorampeerin (10‘6 ampeerin) virta. Vaikka ei ole väittä- • « · *.I mätöntä käyttää potentiometrisissä mittauksissa käytettävän * · *"* piirin äärimmäisen korkeaa ottoimpedanssia, on ottoimep- ϊ^[ϊ danssi silti kyllin korkea estämään vertailuelektrodin :*·,· koostumuksen merkittävät muutokset ja tekemään liuoksessa • · 35 tapahtuvasta jännitehäviöstä mitätön. Nämä parannukset käyttöjännitteen säätötarkkuudessa oikeuttavat mittauspii-rin monimutkaisuuden lisääntymisen.

15 118393

Kuvion 3 esittämä piiri vertaa vertailu- ja työs-kentelyelektrodin välistä potentiaalieroa, jota puskuroidaan korkeaimpedanssisella jännitteen seurantasäätimellä U2, haluttuun käyttöjännitteeseen ja säätää päätteeseen J1 5 kytketylle vastaelektrodille syötettävää jännitettä, niin että päätteeseen J3 kytketyn työskentelyelektrodin ja vertai luelektrodin välille syntyy haluttu jännite. Työskentelyelektrodin potentiaali vertailuelektrodiin nähden vähennetään halutusta käyttöjännitteestä lisäämällä haluttu, 10 vastuksen R3 kautta syötettävä käyttöjännite vertailuelekt-rodin potentiaaliin, joka mitataan maapotentiaalissa pidettävään työskentelyelektrodiin nähden ja syötetään vastuksen R4 kautta. Tätä Ulin invertoivassa otossa esiintyvää erosignaalia verrataan potentiaaliin, joka vallitsee inver-15 toimattomassa otossa, joka on kytketty maahan vastuksen R5 kautta, ja UI: n avosilmukkavahvistus vahvistaa tuloksena olevan virhesignaalin asianmukaisen jännitteen syöttämiseksi vastaelektrodille. Halutun käyttöjännitteen suuruus määrätään jännitteen jakajalla Rl ja R2 ja napaisuus valitaan 20 kytkimellä SI. Kondensaattoria C3 tarvitaan estämään ope-raatiovahvistimen UI heilahtelu, sillä tätä vahvistinta • · käytetään ilman takaisinkytkentäsilmukkaa.

Il» * \ Tasauspotentiometrejä Rl, R7 ja R9 käytetään nol- t · · '* / laamaan vahvistimelle UI, U2 ja vastaavasti U3 tuleva ero- • · · *···* 25 jännite. Vastukset RIO ja Rll rajoittavat virran kulkua *»: * vahvistimen U3 ja vastaavasti UI ottoerojännitteen säätöpiirien läpi. Kondensaattoreja Cl, C2, C4, C5, C6 ja C7 • *.· käytetään estämään virtalähteen kohinaa ja heilahtelua.

Ϊ***: Voltametrisiä mittauksia voidaan tehdä veden- ja ··· 1 2 3 4 5 6 jätevedenkäsittelyjärjestelmissä käyttämällä edellä kuvat- 2 • · · 3 *.* tuja kaksi- tai kolmielektrodimenetelmiä. Työskentely- ja • · ’“·* vastaelektrodit tulisi valmistaa kemiallisesti inerteistä, 4 sähköä johtavista materiaaleista. Vastaelektrodin pinta- :**.· alan tulisi olla paljon suurempi kuin työskentelyelektro- 5 • · 6 din, niin että kennovirtaa rajoittaa ehdottomasti työsken-telyelektrodilla tapahtuva reaktio eikä vasta elektrodilla tapahtuva reaktio. Tyypillisesti käytetään platinaa, kultaa 118393 16 tai jotakin hiilen muotoa, kuten lasimaista hiiltä tai py-rolyyttistä grafiittia. Vastaelektrodina voidaan käyttää nikkeli- tai grafiittisauvaa. Pelkistyneessä muodossa olevaa rikkiä sisältävien orgaanisten yhdisteiden, kuten di-5 tiokarbamaattisuolojen, voltametriset määritykset tulisi tehdä käyttämällä hiilielektrodia työskentelyelektrodina, sillä nämä yhdisteet reagoivat usein metallielektrodien kanssa ja peittävät niiden pinnan.

Keksinnön kolmannessa suoritusmuodossa ensimmäisen 10 ja toisen suoritusmuodon mukaisessa piirissä olevat metalli- tai hiilityöskentelyelektrodit voidaan puhdistaa in situ elektrolyysin kautta. Yksi esimerkki piiristä, jota voidaan käyttää näiden elektrodien puhdistamiseen, esitetään kuviossa 4. Tässä piirissä ajastin Tl kytkee mittauselekt-15 rodit mittauspiiristä puhdistuspiiriin, joka syöttää noin 150 milliampeerin virran työskentely- ja vastaelektrodien läpi puhdistusjakson aikana. Työskentelyelektrodi kytketään päätteeseen 14 anodiksi, ja veden hapettuminen, niin että syntyy happikuplia, "keittää" pois kerrostumia sen pinnalta j\t 20 ja puhdistaa siten pinnan tehokkaasti.

*

Kuvion 4 esittämää piiriä käytetään kytkemään voi- J * tametrisen kennon työskentelyelektrodia ja vastaelektrodia • » t (kytketty päätteeseen 16) mittauspiiriin ja vettä elektro- • · 17 1 1 8393 syöttämään muutamia satoja milliampeereja elektrodien läpi halutun puhdistusvaikutuksen aikaansaamiseksi.

Keksinnön neljännessä suoritusmuodossa tarjotaan käyttöön samanlainen piiri sellaisten elektrodien puhdista-5 miseksi, joita käytetään myös hapetus-pelkistys (ORP) -mittauksiin. Kuviossa 5 esitetään yksi esimerkki tällaisesta piiristä. Tässä sovelluksessa releillä Kl - K4, joita käytetään kytkemään elektrodeja mittaus- ja puhdistuspiiri-en välillä, täytyy olla hyvin korkea eristysvastus (vähin-10 tään 1012 ohmia). Tämäntyyppisiä releitä myy Coto Wabash, Inc., Providence, Rhode Island. Koska vertailuelektrodi on maadoitettu monissa ORP-tarkkailulaitteissa ja -säätimissä, on tärkeää käyttää relettä kytkemään irti vertailuelektrodi puhdistusjakson ajaksi, jotta estetään vahingollinen virran 15 kulku sen läpi.

Kuvion 5 esittämää piiriä käytetään kytkemään hapetus -pelkistyspotentiaali (OPR) -elektrodia (yhdistetty päätteeseen 18) ja referenssielektrodia (yhdistetty päätteeseen 29) potentiometrisessä kennossa korkeaimpedanssisen 20 mittauspiirin ja vettä elektrodien pinnoilla elektrolysoi- m · 1' " van vakiovirtalähteen välillä. Elektrodien kytkemiseen käy- • · · • ·’ tetävillä releillä Kl - K4 täytyy olla äärimmäisen korkea *.·.* eristysvastus (vähintään 1011 - 1012 ohmia) , jotta estetään • · vakiovirtalähteestä tulevaa hajavuotovirtaa pääsemästä mit-25 tauspiiriin ja aiheuttamasta virheitä. Painetun piirilevyn :*·*; pinnalla ei myöskään saisi olla elektrodisignaalin etene- misteitä, vaan johdotus tulisi tehdä pisteestä pisteeseen :*. PTFE-tuille asennettujen liittimien välille. Releet Kl ja ]···. K4 kytkevät referenssi- ja vastaavasti ORP-elektrodin mit- • · T 30 tauspiiriin, kun rele K5 on demagnetoitu, ja releet K2 ja · V.: K3 yhdistävät vasta- ja vastaavasti ORP-elektrodin vakio- ··* virtalähteeseen puhdistusta varten, kun rele K5 on magne- .···. toitu. Releen K5 käämi magnetoidaan puhdistus jakson aikana • * ajastimella Tl, joka on aikaväliajastin, jossa on sekä sää- 35 dettävä toimintajakso että jakson kesto. Transistori Q1 ja vastukset Rl ja R2 muodostavat vakiovirtalähteen, joka pys- • · · 18 118393 tyy syöttämään muutamia satoja milliampeereja elektrodien läpi halutun puhdistusvaikutuksen aikaansaamiseksi.

Vaikka on usein mahdollista minimoida häiriöt vol-tametrisissä mittauksissa säätämällä käyttöjännitettä si-5 ten, etteivät häiritsevät aineet hapetu tai pelkisty, taus-tahäiriöitä voidaan vähentää edelleen mittaamalla taus-tasignaali ennen vedenkäsittelykemikaalin syöttämistä ja vähentämällä tämä taustasignaali signaalista, joka saadaan käsittelykemikaalin lisäämisen jälkeen. Jatkuvavirtauksi-10 sissa järjestelmissä taustasignaali saadaan käsittelysäili-ön sisääntulossa olevasta ryhmästä voltametrisia elektrodeja, ja toista, säiliön ulosmenossa olevaa ryhmää elektrodeja voidaan käyttää taustan ja lisätyn käsittelykemikaalin aikaansaaman kokonaissignaalin mittaamiseen. Näiden signaa-15 lien välinen ero on suoraan verrannollinen halutun käsittelykemikaalin pitoisuuteen, ja tätä erosignaalia voidaan käyttää takaisinkytkentäsignaalina käsittelykemikaalin li-säysnopeuden säätämiseksi. Erosignaali saadaan käyttämällä differentiaalista laitteistovahvistinta, kuten AD524:ää, 20 jota valmistaa Analog Devices, Inc., Norwood, Massa- • # · *. . chusetts. Yksi esimerkki piiristä, jota voidaan käyttää • · · ·' ·* muodostamaan taustakorjattu voltametrinen mittaustulos, jo- • * * *·*·* ta voidaan käyttää säätimelle menevänä takaisinkytkentäsig- Φ · *.*·: naalina, esitetään kuviossa 6. Tässä piirissä on kaksi koi- ϊ.ί.Σ 25 mielektrodista potentiostaattia, yksi käsittelysäiliön si- :T: sääntuloa ja toinen ulosmenoa varten, ja näissä potentios- taateissa olevien virta-jännitemuuntimien ulostulot syöte- j*.#< tään differentiaaliseen laitteistovahvistimeen, jonka ulos- .···. tuloa puolestaan käytetään takaisinkytkentäsignaalina. Ta- [·[ 30 kaisinkytkentäsignaali täytyy monissa tapauksissa muuntaa • · · *·*.* 4-20 milliampeerin signaaliksi, jotta se välittyisi sää- • · · :...· timelle, ja tämä muunnos voidaan tehdä käyttämällä integ- ♦ .·**. roitua piiriä AD694 (Analog Devices) . Tämä piiri voidaan : muuttaa käytettäväksi kromoamperometrisissä mittauksissa ♦♦ 35 lisäämällä (1) päätteellä J7 jono käyttöjännitesignaaleja, jotka syötetään sisääntulokennoon R21:n ja ulosmenokennoon R24:n kautta, ja (2) näytteenottopiirejä virta-jännite- 19 118393 muuntimien ulostulojen (vahvistimien U3 ja U6 liitäntänas-tat 6) ja laitteistovahvistimen + ja - sisääntulojen (vahvistimen U7 liitäntänastat 1 ja 2) väliin. Nämä näytteenot-topiirit voidaan toteuttaa käyttämällä integroituja piirejä 5 AD7569 (Analog Devices). Näytteenottopairien luku-pito- säätösignaali synkronoidaan käyttöjännitepulssijonon kanssa. Käyttöjännitepulssijonon toimintajakso pidetään kyllin lyhyenä, jotta elektrodien pinnalla oleva liuos pääsee takaisin tasapainoon jännitepulssien välissä.

10 Kuvion 6 esittämää piiriä käytetään määrittämään ero niiden voltametristen signaalien välillä, jotka mitataan prosessi- tai jätevesivirrasta ennen käsittelykemikaa-lin lisäämistä ja sen lisäämisen jälkeen. Mittaussignaalien välinen ero johtuu ainoastaan käsittelykemikaalin läsnä 15 olosta, ja signaalit, joita aiheuttavat virrassa ennen käsittelykemikaalin lisäämistä läsnä olevat häiritsevät aineet, jätetään huomiotta.

Voltametrisen kennon ollessa kyseessä sisääntulo-eli ylävirran puolella käsittelykemikaalin lisäyskohtaan 20 nähden verrataan päätteeseen J2 yhdistetyn vertailuelektro- • · *. " din ja päätteeseen J3 yhdistetyn työskentelyelektrodin vä- • · · • ·' listä potentiaalieroa, jota puskuroidaan korkeaimpedanssi- *.*.* sella jännitteen seurantasäätimellä U2, haluttuun käyttö- • » ·.*·· jännitteeseen ja jännitettä, joka syötetään päätteeseen J1 !.·.ί 25 yhdistettylle vastaelektrodille säädetään siten, että hari*: luttu käyttöjännite ilmaantuu päätteeseen J3 yhdistetyn työskentelyelektrodin ja päätteeseen J3 yhdistetyn vertai-luelektrodin välille. Työskentelyelektrodin ja vertai- • * .···. luelektrodin potentiaali vähennetään halutusta käyttöjän- • · 30 nitteestä lisäämällä haluttu, vastuksen R3 kautta syötettä-vä käyttöjännite päätteeseen J2 yhdistetyn vertailuelektro- • · · ϊ.,,: din potentiaaliin, joka mitataan maapotentiaalissa pidettä- .·*·. vään työskentelyelektrodiin nähden ja syötetään vastuksen • * "*. R4 kautta. Tätä vahvistimen UI invertoivassa otossa esiin- • · · • ·* ' ' 35 tyvää erosignaalia verrataan potentiaaliin, joka vallitsee vahvistimen UI invertoimattomassa otossa, joka on kytketty maahan vastuksen R5 kautta, ja vahvistimen UI avosilmukka- 20 118393 vahvistus vahvistaa tuloksena olevan virhesignaalin asianmukaisen jännitteen syöttämiseksi päätteeseen J1 yhdistetylle vastaelektrodille. Halutun käyttöjännitteen suuruus määrätään jännitteen jakajalla Rl ja R2 ja napaisuus vali-5 taan kytkimellä SI. Kondensaattoria C3 tarvitaan estämään operaatiovahvistimen UI heilahtelu, sillä tätä vahvistinta käytetään ilman takaisinkytkentäsilmukkaa.

Voltametrisen kennon ollessa kyseessä ulosmeno- eli alavirran puolella käsittelykemikaalin lisäyskohtaan nähden 10 verrataan päätteeseen J5 yhdistetyn vertailuelektrodin ja päätteeseen J6 yhdistetyn työskentelyelektrodin välistä potentiaalieroa, jota puskuroidaan korkeaimpedanssisella jännitteen seurantasäätimellä U5, haluttuun käyttöjännitteeseen ja jännitettä, joka syötetään päätteeseen J4 yhdiste-15 tylle vastaelektrodille säädetään siten, että haluttu käyttöjännite ilmaantuu päätteeseen J6 yhdistetyn työskentely-elektrodin ja päätteeseen J5 yhdistetyn vertailuelektrodin välille. Työskentelyelektrodin ja vertailuelektrodin potentiaali vähennetään halutusta käyttöjännitteestä lisäämällä 20 haluttu, R18:n kautta syötettävä käyttöjännite päätteeseen • · ί ** J5 yhdistetyn vertailuelektrodin potentiaaliin, joka mitä- ·· · i *.· taan maapotentiaalissa pidettävään, päätteeseen J6 yhdis- • · :.V tettyyn työskentelyelektrodiin nähden ja syötetään vastuk- sen R17 kautta. Tätä vahvistimen U4 invertoivassa otossa • t j :*; 25 esiintyvää erosignaalia verrataan potentiaaliin, joka vai- * · · litsee invertoimattomassa otossa, joka on kytketty maahan R23:n kautta, ja vahvistimen U4 avosilmukkavahvistus vah- j·. vistaa tuloksena olevan virhesignaalin asianmukaisen jän- • ♦♦ nitteen syöttämiseksi päätteeseen J4 yhdistetylle vasta- *" 30 elektrodille. Kondensaattoria C16 tarvitaan estämään ope- • · ϊ.ϊ.! raatiovahvistimen U4 heilahtelu, sillä tätä vahvistinta :"]i käytetään ilman takaisinkytkentäsilmukkaa.

t.I.t Tulo- ja menopuolen voltametristen kennojen (vah- • · vistin U3 ja vastaavasti U6) virta-jännitemuuntimien an- • · · '* *! 35 tosignaalien välinen ero määritetään yksikkövahvistuslait- teistovahvistimellä U7 ja tämän vahvistimen antojännitettä 21 118393 päätteellä J8 voidaan käyttää takaisinkytkentäsignaalina säätimelle.

Tasauspotentiometrejä R6, R7 ja R9 käytetään nollaamaan vahvistimelle UI, U2 ja vastaavasti U3 tuleva ero-5 jännite ja tasauspotentiometrejä R19, R22 ja R12 käytetään nollaamaan vahvistimelle U4, U5 ja vastaavasti U6 tuleva erojännite. Vastukset RIO ja RH rajoittavat virran kulkua vahvistimen U3 ja vastaavasti UI ottoerojännitteen säätöpiirien läpi. Vastukset R13 ja R20 rajoittavat virran kul-10 kua vahvistimen U6 ja vastaavasti U4 ottoerojännitteen säätöpiirien läpi. Tasauspotentiometrejä R15 ja R16 käytetään nollaamaan erojännitteet laitteistovahvistimen U7 kohdalla. Kondensaattoreja Cl, C2 ja C4 - C15 käytetään estämään virtalähteen kohinaa ja heilahtelua.

15 Ammattimiehille lienee ilmeistä, että tähän keksin töön voidaan tehdä erilaisia modifikaatioita ja variaatioita joutumatta keksinnön hengen tai suoja-alan ulkopuolelle. Niinpä tarkoituksena on, että tämä keksintö kattaa keksinnön modifikaatiot ja variaatiot sillä edellytykellä, että „ 20 ne ovat liitteenä olevien patenttivaatimusten ja niiden • · • 1' vastineiden suoja-alan puitteissa.

• 1 · * · • · • · « · · • · « • · • « • · · • ·· • 1 • · · • · ♦ ·1· ··· • · · • · · 9 ·· • 1 • ·· # ··» • » • · i·· • « • · · • 1 · • · ··· • · • · • · · *·· • t • » ··· 9 919 • 99 * ·

Claims (8)

118393

1. Menetelmä liuoksen kemiallisen käsittelyn säätämiseksi, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 5 (a) käsittelykemikaalin syöttäminen liuokseen,- (b) ulkoisen jännitteen syöttäminen voltametrisen ilmaisimen vertailuelektrodin ja työskentelyelektrodin poikki elektrodien ollessa upotettuina liuokseen; (c) työskentelyelektrodin läpi kulkevan virran mit-10 taaminen; (d) mitatun virran muuntaminen takaisinkytkentäsig-naaliksi, joka ilmaisee aineen pitoisuuden liuoksessa; (e) takaisinkytkentäsignaalin käyttäminen säätämään käsittelykemikaalin syöttönopeutta vaiheessa (a), 15 tunnettu siitä, että mitataan taustasignaali ennen käsittelykemikaalin syöttämistä liuokseen; ja vähennetään taustasignaali takaisinkytkentäsig- naalista sen jälkeen kun liuokseen on syötetty käsittelyke- :*. 20 mikaalia. • ·· t •V.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun- • · nettu siitä, että jännitteensyöttövaiheessa (b) syötetään • · · *. tasavirtajännite.

· · *· / 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun- • · · **··' 25 nettu siitä, että jännitteensyöttövaiheessa (b) syötetään V ! jännitepulssijono.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tun-j nettu siitä, että virranmittausvaiheessa (c) mitataan vir- ·*“: ta, sen jälkeen kun on syötetty pulssijonon jännitepulssi, M· 1 niin että mahdollistetaan ei-faradinen varautuminen.

• · · • * * *.* 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun- *·;·* nettu siitä, että se käsittää lisäksi seuraavan vaiheen: :*!*: riittävän virran syöttäminen työskentelyelektrodil- ·*·.: le kerrostumien poistamiseksi elektrodilta. « · 23 1 1 8393

6. Laitteisto liuokseen lisättävän käsittelykemi-kaalimäärän säätämiseksi, joka laitteisto käsittää välineet käsittelykemikaalin syöttämiseksi liuokseen; 5 voltametrisen ilmaisimen, joka sisältää vertailuelektrodin, työskentelyelektrodin, välineet jännitteen syöttämiseksi vertailuelektrodin ja työskentelyelektrodin poikki näiden ollessa upotet-10 tuina liuokseen, välineet työskentelyelektrodin läpi kulkevan virran mittaamiseksi ja välineet mitatun virran muuntamiseksi takaisinkyt-kentäsignaaliksi, joka ilmaisee aineen pitoisuuden liuok-15 sessa; välineet takaisinkytkentäsignaalin syöttämiseksi syöttövälineille ja siten käsittelykemikaalin syöttönopeu-den säätämiseksi, tunnettu 20 välineistä taustasignaalin mittaamiseksi ennen kä- • · • " sittelykemikaalin syöttämistä liuokseen; ja J *.* välineistä taustasignaalin vähentämiseksi takaisin- • · V,· kytkentäsignaalista, sen jälkeen kun liuokseen on syötetty ϊ/·! käsittelykemikaalia. : 25

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tun- ··· ·*·*j nettu siitä, että se käsittää lisäksi välineet riittävän virran syöttämiseksi työskentelyelektrodille kerrostumien ··, poistamiseksi työskentelyelektrodilta.

• ·· *... 8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tun- • · "* 30 nettu siitä, että se käsittää lisäksi • * i.V vastaelektrodin, välineet ulkoisen jännitteen syöttämiseksi vasta- ,·ϊ·, elektrodin ja työskentelyelektrodin poikki näiden ollessa • · Γ*. upotettuina liuokseen. • · · • et • · 118393