NO176496B - Fremgangsmåte ved analyse av gass i væskeformede media og anordning for fremgangsmåtens utförelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å analysere innholdet av gasskomponenter i væskeformede media. Fremgangsmåten omfatter uttagning av væskeprøver. Oppfinnelsen vedrører videre utstyr omfattende en anordning for prøvetaking av væske og en gassanalysator for utførelse av fremgangsmåten.

Den giftige gassen H2S blir ofte dannet i kloakk- og avløpsvann, og forskjellige fremgangsmåter for fjerning og/eller forebygging av H2S-dannelse er kjent. Imidlertid avhenger de optimale effekter av disse fremgangsmåtene i stor grad av pålitelig kontroll og analyse av H2S. En annen giftig gass som kan være tilstede i væskeformede media og som krever nøyaktig analyse er hydrogencyanid (HCN). Det er viktig at kostnadene ved fremgangsmåten og utstyret som benyttes for å utføre pålitelige analyser av disse giftige gassene, er akseptable. Prøvetakingen utgjør et spesifikt område innen dette konseptet som kan forårsake store problemer. Groing og tilstopping av prøvetakerutstyret vil impilsitt komplisere den etterfølgende analyse.

Det finnes mange fremgangsmåter for analyse av hydrogensulfid, og valg av fremgangsmåte kommer i stor grad an på tilstedeværelsen av andre komponenter i prøven som skal analyseres. Fra US-A-4.380.586 er det kjent en fremgangsmåte og apparatur for fotometrisk kontroll av lavt konsentrasjonsnivå av hydrogensulfid i alkanolamin. Denne fremgangsmåten omfatter isolering av en første referanseprøve fra strømmen, og fjerning av hydrogen-sulfidet fra denne referanseprøven til en lavere forhåndsbestemt konsentrasjon, hvilket gir en andre referanseprøve. Deretter blir den første referanseprøven analysert fotometrisk, og referansesignalet som er representativt for de ultrafiolette strålings - absorbsjonskatakteristika av den første referanseprøven frem-kommer. Referansesignalet blir videre brukt i den fotometriske analysen av den andre prøven for å frembringe et signaluttrykk av bare hydrogensulfidkonsentrasjonen i den andre prøven. Hydrogen-sulfidet kan fjernes fra referanseprøven ved utdrivning ved bruk av hydrogenklorid.

For lave konsentrasjoner i alkanolamin er denne metoden brukbar, men komplisert. Patentet beskriver ingenting om hvordan fremgangsmåten kan anvendes for andre H2S-holdige væsker. Videre er det ingen omtale av problemene som er erfart ved prøvetaking av kloakk og liknende væsker.

Fra DE-A1-2.902.876 er det kjent å bestemme nitrat-N i vandige løsninger ved at en vandig løsning reageres med sulfaminsyre. Nitratet reduseres til nitrogen, som kan fjernes ved stripping og deretter analyseres. Dette patentskrift angir ikke noe om hvorvidt metoden vil egne seg for partikkelholdige løsninger. Metoden består av en kjemisk reaksjon, som utføres ved hjelp av dyre kjemikalier, og ble derfor ansett som lite egnet for løsning av foreliggende problem.

Fra DE-Al-3.842.068 er det kjent å bestemme NH4-N innhold i vandige systemer. En prøve buffres til en forhåndsbestemt pH for å drive ut og strippe NH3 fra prøven. Ammoniakken løses deretter i en deionisert løsning, hvor NH4-N bestemmes ved hjelp av måling av elektrisk ledningsevne i væsken. Blandingen av prøve og buffer, pH justering og stripping utføres i en relativt komplisert og oppvarmet beholder.

I JP-A-1.185.425 er det beskrevet en appatatur som analyserer vannkvalitet i en suspensjon. Suspensjonen suges sakte opp i en beholder hvor partiklene sedimenterer og returnerer til utgangs-suspensjonen. Vannsamlingen skjer i en kontinuerlig prosess. Også for andre gasskomponenter i væskeformede media er pålitelig analyse svært nødvendig. Eksempler på slike komponenter er hydrogencyanid, karbondioksid og ammonium eller ammoniakk.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å utvikle en pålitelig og enkel fremgangsmåte for analyse av gasskomponenter i væskeformede media såsom kloakk, avløpsvann osv. ved bruk av robust utstyr.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å utvikle en fremgangsmåte som kan analysere H2S og HCN i representative prøver tatt kontinuerlig eller periodevis.

Et ytterligere formål er å bli i stand til å analysere innholdet av ammonium og/eller ammoniakk i væskeformede media.

Oppfinneren var opptatt av å finne en fremgangsmåte der robust, enkelt og billig utstyr kunne benyttes og likevel gi pålitelige resultater. Metoden skulle også være fleksibel med hensyn til konsentrasjonsområde av gasskomponenter som hydrogensulfid, hydrogrncyanid osv. I lys av disse vilkårene bestemte man seg for å analysere komponentene i gassfase.

I den forbindelse ble det bestemt å overføre H2S, HCN, ammonium osv. fra væskeprøven til en bæregass som skulle analyseres med hensyn på disse gassene. Det ble da funnet at H2S, HCN, ammonium osv. kunne fjernes fra væskeprøven ved å justere dens pH tilstrekkelig til at gassen ble frigitt. For H2S og HCN kunne dette lett oppnås ved å tilsette en billig syre til væskeprøven. En mineralsyre som svovelsyre, viste seg å være mest hensikts-messig. Tilsettingen av syre sikrer også ønsket pH i prøvene uavhengig av pH i de væskef ormede media. Videre ble luft blandet inn i den væskeformede blandingen av syre og prøve fra kloakk osv., for å sikre fullstendig fjerning av H2S eller HCN og få et passende konsentrasjonsområde av den giftige gassen. I tillegg til å oppnå kraftig blanding, reduserer denne lufta risikoen for groing eller tilstopping av utstyret. Luft sammen med utskilt H2S og HCN kunne da fjernes fra væsken og føres inn i en gassanalysator. Den mest hensiktsmessige gassanalyseteknikk omfatter anvendelse av en elektrokjemisk gassdetektor. Utstyr for slik analyse var lett å kalibrere, og kunne opereres kontinuerlig, periodevis eller med kontrollenhet. Nøyaktigheten var omtrent 10% av fullskala, og måleområdet var minimum 0-5 mg H2S/1 og maksimum 0-50 mg H2S/1. Tilsvarende måleområder kunne anvendes for HCN. I det tilfellet ble samme prosedyre brukt, men H2S-gassanalysatoren ble byttet ut med en HCN-gassanalysator eller målecelle. Analyse av HCN vil spesielt være nyttig for avløpsvann fra forniklings-anlegg.

Det samme prinsippet kunne benyttes for å strippe gasser som NH3 og C02 fra væskeformede media, med i disse tilfellene måtte pH i væsken økes. Billige baser som NaOH-løsninger, er anvendbare i slike tilfeller. Også i disse tilfellene vil målecellen være spesialkonstruert for den gassen som skal analyseres.

I forbindelse med utviklingen av analysemetoden ble det også funnet at det var helt essensielt å ha en pålitelig fremgangsmåte og utstyr for å kunne tilføre analysatoren representative prøver av væsken som skal analyseres.

Et problem som ofte ble erfart med slike væsker som oppfinnelsen befatter seg med, er tilstedeværelsen av partikulært materiale som faste partikler osv. Det skulle også være lett å overføre prøven fra prøvetakingstedet til analysatoren. Først ble det bestemt å anvende gass under trykk (luft) og vakuum for å ta ut og transportere prøvene. Disse betraktningene førte til utvikling av en fremgangsmåte og utstyr omfattende følgende: Utsuging av prøve til en beholder der store faste partikler kan sedimentere før væsken i den øvre del av beholderen overføres med trykkluft til en prøvemottaker som er plassert på en analysator i anlegget eller i et laboratorium. Resten av prøven som er forurenset med de sedimenterte partiklene kan tilbakeføres til kloakken eller prosessanlegget med trykkluft før oppsamlingen av en ny prøve starter. Avstanden mellom prøvetakingspunktet og prøvemottakeren kan være så stor som 100 m og løftehøyden opptil 30 m. Før prøven blir tilført analysesystemet passerer den fortrinnsvis gjennom et filter for ytterligere fjerning av faste partikler og slam. Dette filteret kan plasseres i nærheten av prøvemottakeren og være selvrensende, dvs. luft kan periodevis blåses gjennom filteret.

Oppfinnelsens omfang er slik det er definert i de tilknyttede krav.

Oppfinnelsen er nærmere forklart i forbindelse med beskrivelsen av tegningene (Fig. 1 og 2).

Fig. 1 viser et flytskjema av analysesystemet.

Fig. 2 viser et system og utstyr for å tilføre analysesystemet

prøver.

I Fig. 1 er det vist et system for utførelse av analysemetoden. En væskeprøve som inneholder gasskomponenter såsom H2S, HCN, NH4, NH3, C02 osv. blir matet inn i en pumpe 4 gjennom rør 1 for til-førsel av væskeprøve. Syre, fortrinnsvis svovelsyre, blir matet inn i pumpe 4 gjennom rør 2 for tilførsel av syre eller base.

Hvis en base benyttes for pH-justering, blir denne tilført gjennom røret 2 istedenfor syra. Bæregass, fortrinnsvis luft, blir også matet inn i pumpe 4 gjennom rør 3 for tilførsel av bæregass. De to væ ske st rømmene og luft blir så pumpet gjennom en blander 5 for sammenblanding, og blir videre overført gjennom et rør 6 og blandet med luft tilført gjennom rør 3' der det er en strømningsmåler 18 for regulering av mengde utskilt gass. Denne blandingen blir matet gjennom tilførselsrør 7 til utskillings-kolonne 8. Væske 9 blir sugd fra kolonnen 8 og overført til en tømmebeholder 11 og derfra tilbakeført gjennom rør 12 til væsken hvorfra prøven ble sugd. Gassblandingen (luft og gass som skal analyseres, H2S osv.) strippet fra prøven blir matet inn i en gassanalysator 10 som er spesialkonstruert for den aktuelle gass som er strippet fra væskeprøven.

I Fig. 2 er det vist et foretrukket system og utstyr for å tilføre prøver til gassanalysesystem A (Fig. l) . Prøver fra kloakken som skal analyseres blir sugd ved hjelp av vakuum i rør 25, inn i en beholder 14 gjennom rør 13 for oppsuging av væske. Et selvrensende filter 23 kan plasseres i rør 13. Denne prøve-takingsoperasjonen blir kontrollert av en ventil VI som drives av trykkluft/vakuum. Luft blir tilført fra kompressoren 19 og sugingen oppnås ved hjelp av vakuumkilden 20 og rør 25. Prøven blir holdt i oppsamlings-/sedimenteringsbeholderen 14 i tilstrekkelig tid til at de store faste partiklene blir sedimentert. Væsken i den øvre del (h) av beholderen 14 blir så overført gjennom rør 15 til en prøvemottaker 16. Prøven blir overført ved hjelp av trykkluft som er kontrollert med ventilen V2. Prøven blir så overført fra prøvemottakeren 16 gjennom et filter 17 til rør 1. Dette røret 1 tilsvarer rør 1 i Fig. 1. Filteret 17 kan periodevis renses med trykkluft tilført gjennom rør 21.

Deler av prøven i mottakeren 16 flyter gjennom et siderør 22 og utløpsrør 12 tilbake til væskestrømmen i prosessanlegget. Den nedre væskedelen i mottakeren 16 kan ledes gjennom ventil V3 til rør 12.

VY1-VY3 regulerer de respektive ventilene V1-V3, ved hjelp av t rykklu f t/vakuum.

Fremgangsmåten for gassanalyse i henhold til oppfinnelsen gir en nøyaktig og pålitelig analyse som er representativ for konsentra-sjonen av gasser såsom H2S, HCN, NH3, C02 og liknende, i væske, kloakk, avløpsvann osv. Fremgangsmåten tillater bruk av enkelt og robust utstyr som kan opereres kontinuerlig, periodevis eller med en kontrollenhet. Fremgangsmåten er fleksibel med hensyn på måle-område. Deteksjonsgrenser kan for eksempel for H2S og HCN være henholdsvis under 0.1 mg H2S/1 eller 0.1 mg HCN/1. De eneste kjemikalier som er nødvendig er en billig syre, fortrinnsvis H2S04, eller en base og bæregass, fortrinnsvis luft. For å skifte fra for eksempel H2S- til HCN-analyse, er kun utbytting av gassmålecella nødvendig.

Representative væskeprøver kan enkelt og sikkert tilføres analysesystemet ved hjelp av trykkluft/vakuum. Hvis væsken som skal analyseres inneholder faste partikler eller slam, vil ikke dette forårsake problemer ettersom det vil bli fjernet fra prøven ved sedimentering og selvrensende filter. De fjernede partikler og slam blir tilbakeført til væsken for analyse. Væskeprøven vil aldri være i direkte kontakt med gassanalysatoren. Slam eller partikler i væsken som skal analyseres vil på samme måte ikke forårsake skade på selve analysatoren eller forstyrre analysen. Prøven kan tas langt unna analysesystemet og likevel løftes til høyder på omtrent 30 m. Det foretrukkede prøvetakingsystem er holdbart, robust og trenger lite vedlikehold og kan renses med trykkluft en gang pr. prøvesyklus. Prøvesekvensen kan lett endres. En fullstendig prøvetakingsekvens vil være på omtrent 2 minutter, avhengig av distansen mellom prøvetakingspunktet og prøvemottakeren.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for analyse av innholdet av gasskomponenter i væskeformede media som inneholder partikler, omfattende uttagning av væskeprøver, karakterisert ved at væskeprøven (1) suges gjennom et rør (13) for oppsuging av væskeprøve inn i en oppsamlings-/sedimenteringsbeholder (14) der store faste partikler fjernes ved sedimentering, og der den rensede væskeprøven i den øvre delen av beholderen (14) overføres gjennom et rør (15) for overføring av væskeprøve ved hjelp av trykkluft til en prøvemottaker (16) hvorfra væskeprøven pumpes til en blander (5) hvor den blandes med en syre eller base (2) for justering av pH i tilstrekkelig grad for å frigi gass-komponentene, idet en bæregass (3) tilføres til nevnte blanding og den frigitte gassen blandes med ytterligere mengder bæregass (3') som så strippes fra væskefasen, hvoretter den strippede gassen overføres til en gassanalysator (10) og væskefasen fortrinnsvis tilbakeføres til de væskeformede media.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væskeprøven (1) blandes med mineralsyre (2), fortrinnsvis svovelsyre, for å frigi hydrogensulfid eller hydrogencyanid fra væskeprøven.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at luft anvendes som bæregass (3,3') og at deler av lufta tilføres væskeblandingen ved eller i en pumpe (4) som plasseres foran blanderen (5) for blanding av syre eller base, væskeprøve og luft.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en elektrokjemisk gassdetektor (10) anvendes for analyse av hydrogensulfid eller hydrogencyanid.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væskeprøven (1) blandes med en base (2) , fortrinnsvis fortynnet natriumhydroksid, for å frigi ammonium og/eller ammoniakk, og at den frigitte og strippede gassen analyseres i en ammoniakk-analysator (10) .

6. Utstyr for prøvetaking av en væske som skal analyseres ifølge fremgangsmåten i krav 1, karakterisert ved at utstyret omfatter en oppsamlings-/sedimenteringsbeholder (14) med et rør (13) for oppsuging av væskeprøve ved hjelp av vakuum fra en vakuumkilde (20) via et rør (25), en prøvemottaker (16) med et rør (15) for overføring av væskeprøve fra beholderen (14) ved hjelp av trykkluft fra en kompressor (19) som er tilkoblet beholderen, og en pumpe (4) plassert foran en blander (5), idet pumpen er tilkoblet et rør (1) for tilførsel av væskeprøve fra mottakeren (16), et rør (2) for tilførsel av syre eller base, samt et rør (3) for tilførsel av bæregass.

7. Utstyr ifølge krav 6, karakterisert ved at det mellom prøvemottakeren (16) og røret (1) for tilførsel av væskeprøve er plassert et selvrensende filter (17) som periodevis kan renses ved hjelp av trykkluft.

8. Utstyr ifølge krav 6, karakterisert ved at røret (13) for oppsuging av væskeprøve er anordnet for tilbake-føring til de væskeformede media av fast stoff som er sedimentert i oppsamlings-/sedimenteringsbeholderen (14).

9. Utstyr ifølge krav 6, karakterisert ved at et selvrensende filter (23) er plassert under oppsamlings-/ sedimenteringsbeholderen (14) i røret (13) for oppsuging av væskeprøve.