PL205672B1 - Sposób i urządzenie do pomiaru ilości zanieczyszczeń osadzonych na próbce - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do pomiaru przyrostu materiału biologicznego i ilości zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych na próbce oraz do dozowania środków przydatnych do regulowania przyrostu materiału biologicznego i ilości zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych. Dokładniej, wynalazek dotyczy sposobu i urządzeń do mierzenia przyrostu biologicznego materiału i zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych próbna próbce.

Podczas wielu procesów przemysłowych, takich jak wytwarzanie celulozy i papieru, na kolejnych etapach wytwarzania wykorzystywana jest woda lub inne płynne materiały. Taki płyn przemysłowy zapewnia zwykle doskonałe zaopatrzenie w węgiel i składniki pokarmowe, co przyczynia się do rozwoju bakterii. Na przykład w papierniach na stalowych powierzchniach urządzeń produkcyjnych łatwo tworzy się niepożądana błonka bakterii („biofilm”). Taka warstewka bakterii, której zwykle towarzyszą osłaniające pozakomórkowe wielocukry („szlam”), osadza się na powierzchniach styku urządzeń i strumienia wody technologicznej. Dodatkowo na tych powierzchniach często osadzają się zanieczyszczenia nieorganiczne jak węglan wapniowy („kamień”) i zanieczyszczenia organiczne. Typowe zanieczyszczenia organiczne znane są jako smoliste (np. żywica z drewna) i kleiste (np. kleje, spoiwa, taśmy i cząstki wosku).

Przyrost błonki bakterii i zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych może mieć szkodliwy wpływ zarówno na sprawność urządzeń przyczyniając się do obniżenia wydajności roboczej, jak i na obniżenie jakości produktu, a także powodować inne problemy z funkcjonowaniem urządzeń. Osadzanie się organicznych zanieczyszczeń na regulatorach konsystencji i sondach innych instrumentów może sprawić, że te urządzenia staną się nieużyteczne, a osad na sitach może zmniejszyć wydajność i zakłócić działanie maszyny. Osad moż e występować nie tylko na metalowych powierzchniach urządzenia, ale również na powierzchniach maszyny z tworzyw sztucznych i materiałów syntetycznych, takich jak sita, filcowe wkłady, folia, elementy skrzyń zasilających i skrzyni wlewowej. Powstające osady mają bezpośredni wpływ na wydajność zanieczyszczonych powierzchni powodując zmniejszenie produkcji, ale także przyczyniają się do powstawania dziur, zanieczyszczeń i innych wad arkuszy papieru, które obniżają ich jakość i przydatność do kolejnych operacji, jak powlekanie, przetwarzanie lub drukowanie.

W zwią zku z tym metody zapobiegania powstawaniu osadów na powierzchniach maszyn celulozowo-papierniczych i ich usuwania, mają dla przemysłu wielkie znaczenie. Gdy maszyna papiernicza jest wyłączana w celu wyczyszczenia, ma to niepożądany wpływ na jej wydajność. Ponadto produkty wytwarzane przed takim czyszczeniem często są kiepskiej jakości ze względu na zanieczyszczenia pochodzące z osadów, które się wykruszają i są wtrącane w wytwarzane arkusze. Konieczność usuwania osadów wynika z nieuniknionego obniżenia jakości wytwarzanych produktów. Wynika z tego, że zdecydowanie korzystniejsze jest zapobieganie osadzaniu się zanieczyszczeń, ponieważ umożliwia ciągłe wytwarzanie produktu wysokiej jakości w wydajny sposób.

Ponadto osadzanie się szlamu i innych zanieczyszczeń na metalowych powierzchniach przyczynia się zarówno do korodowania tych powierzchni, jak i do zanieczyszczania i zatykania urządzeń celulozowo-papierniczych. Zazwyczaj osady zostają wprowadzone do wytwarzanego papieru i powodują jego rozrywanie na maszynie papierniczej, a w konsekwencji do przerw w pracy maszyny i straty czasu produkcyjnego. Osady powodują również brzydkie skazy na finalnym produkcie, które są przyczyną odrzutów i odpadów produkcyjnych.

Problemy z zanieczyszczeniami przyczyniają się do szerokiego stosowania w wodzie wykorzystywanej w urządzeniach celulozowo-papierniczych środków regulujących zanieczyszczenia, takich jak biocydy. Szeroko stosowane są do tego celu takie czynniki, jak chlor, środki organo-rtęciowe, chlorofenolowe, organo-bromowe i szereg związków organo-siarkowych, które w zasadzie wszystkie używane są jako biocydy, ale każdy z nich ma szereg wad. Jak stwierdzono, kompozycje zawierające polialkohol winylowy i żelatynę, takie jak opisane w patencie USA Nr 5 536 363 dla Nguyen, szczególnie dobrze nadaje się do regulowania osadzania się organicznych zanieczyszczeń w urządzeniach celulozowo-papierniczych. Ponadto duże znaczenie mają takie warunki, jak temperatura, pH oraz obecność organicznych i nieorganicznych materiałów podczas procesu produkcyjnego, które mają wpływ na zapotrzebowanie na środki służące do niszczenia lub regulowania przyrostu materiałów odkładających się na urządzeniach produkcyjnych działających w różnorodnych warunkach.

Ze stanu techniki znane są sposoby i urządzenia do monitorowania obecności biofilmu i innych materiałów zanieczyszczających w strumieniach wody technologicznej, takie jak opisane w patentach

PL 205 672 B1

USA nr 2 090 077 (Thorne), nr 5 049 492 (Sauer i in.), nr 5 155 555 i 5 264 917 (Watergrowe i in.), nr 6 017 459 (Zeiher i in.) i nr 6 053 032 (Kraus i in.), które umożliwiają próbkowanie wody podczas procesu produkcyjnego.

Jak wynika z tych rozwiązań, znane sposoby i urządzenia oznaczania występowania zaniemczyszczeń w wodzie technologicznej obejmuje umieszczenie substratu, znanego ze stanu techniki jako próbka, w strumieniu wody technologicznej na określony czas, wyjęcie substratu ze strumienia wody i następnie poddanie próbki analizie. Taka analiza zazwyczaj obejmuje barwienie i badanie mikroskopowe, badanie wzrokowe lub przechodzenie światła. Każda z tych metod ma jednak takie wady jak konieczność wyjęcia próbki z badanego płynu i wykonania analiz przez człowieka. Ponadto jakościowy charakter pewnych sposobów, takich jak barwienie i badania mikroskopowe, sprawiają trudność z powielaniem wyników uzyskanych przy ich pomocy, gdy są częścią eksperymentalnych badań.

W zwią zku z tym istnieje zapotrzebowanie na sposób i urzą dzenie, które umoż liwią cią g łe i automatyczne ilościowe mierzenie biofilmu i osadu innych zanieczyszczeń na próbce umieszczonej w strumieniu wody technologicznej, i które pozwolą również na badanie ś rodków przydatnych do regulowania osadzania się zanieczyszczeń.

Sposób pomiaru ilości zanieczyszczeń osadzonych na próbce według wynalazku charakteryzuje się tym, że. najpierw umieszcza się próbkę w badanym płynie, potem od próbki oddziela się badany płyn, a następnie waży się próbkę, przy czym masa próbki odzwierciedla zawartość zanieczyszczeń w płynie znajdującym się w zbiorniku, a próbkę waży się bez usuwania jej ze zbiornika.

W innym wariancie sposób według przedmiotowego wynalazku obejmuje suszenie próbki przez ustalony okres przed jej ważeniem.

W jeszcze innym wariancie sposób według przedmiotowego wynalazku zawiera również czynność oddzielenia badanego płynu od próbki, obejmujące odprowadzenie badanego płynu ze zbiornika.

W kolejnym wariancie sposób według przedmiotowego wynalazku odznacza się tym, że próbkę umieszcza się w strumieniu opływającego ją badanego płynu.

W dalszym wariancie sposób wedł ug przedmiotowego wynalazku odznacza się tym, ż e próbkę waży się przed umieszczeniem jej w badanym płynie.

W korzystnym wariancie sposób wedł ug przedmiotowego wynalazku odznacza się tym, że próbkę waży się kolejno w uprzednio określonych przedziałach czasu.

W innym korzystnym wariancie sposób wedł ug przedmiotowego wynalazku odznacza się tym, że rejestruje się różnice wagi próbki uzyskiwane w kolejnych ważeniach.

W dalszym korzystnym wariancie sposobu według przedmiotowego wynalazku do źródłowego zbiornika badanego płynu dodaje się biocydy w celu kontroli osadzania się zanieczyszczeń.

W jeszcze innym korzystnym wariancie sposobu według przedmiotowego wynalazku biocydy dodaje się automatycznie do próbki płynu na podstawie wyników pomiarów wykonanych podczas etapu ważenia.

Wynalazek obejmuje również urządzenie do pomiaru ilości zanieczyszczeń osadzonych na próbce, który posiada:

- zbiornik z komorą, w której umieszcza się próbkę;

- przewód doprowadzający płyn do komory zbiornika;

- przewód odprowadzający płyn z komory zbiornika;

- element zawieszający dostosowany do zawieszania próbki wewnątrz komory zbiornika oraz

- czujnik do pomiaru ciężaru sprzężony z elementem zawieszającym próbkę, podtrzymującym próbkę zanurzoną w badanym płynie.

W korzystnym wariancie urządzenie zawiera próbkę zawieszoną na elemencie zawieszającym próbkę.

W innym korzystnym wariancie urządzenie zawiera próbkę, która ma kształt znacznie wydłużonego, płaskiego elementu.

W dalszym korzystnym wariancie urządzenie zawiera zbiornik, który posiada zawór odpływowy, służący do opróżniania komory zbiornika z badanego płynu.

W kolejnym korzystnym wariancie urządzenie zawiera sprzężony z czujnikiem do pomiaru ciężaru układ komputerowy, do przetwarzania danych otrzymanych z czujnika do wyznaczenia ciężaru próbki i biofilmu osadzającego się na niej.

W następnym korzystnym wariancie urządzenie posiada przewód pierwszego obwodu połączony ze zbiornikiem, służący do doprowadzania badanego płynu do zbiornika.

PL 205 672 B1

W dalszym korzystnym wariancie urzą dzenie posiada przewód drugiego obwodu połączony ze zbiornikiem, służący do odprowadzania badanego płynu ze zbiornika.

W innym korzystnym wariancie urządzenie posiada pompę przetaczającą badany płyn ze zbiornika źródłowego do zbiornika.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony na rysunku przedstawiającym w ujęciu schematycznym urządzenie i sposób według wynalazku.

Wynalazek umożliwia kontrolowanie przyrostu biofilmu i ilości zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych, które dalej nazywane są zanieczyszczeniami, w strumieniu wody technologicznej, a także dozowanie środków regulujących zanieczyszczenie, takich jak biocydy, które służą do regulowania osadzania się zanieczyszczeń na powierzchniach urządzeń. Zanieczyszczenia mogą, na przykład, zawierać bakterie, grzyby, drożdże, glony, okrzemki, pierwotniaki, makroglony i podobne, które bujnie rozwijają się w wodzie technologicznej stosowanej przy produkcji papieru dzięki obecnym w niej organicznym i nieorganicznym materiałom.

Zaprezentowane na rysunku urządzenie do analizy płynów 100 według wynalazku przedstawione jest jako układ pracujący w obwodzie zamkniętym 101. Próbka 102 jest podwieszona do miernika ciężaru 108 przy pomocy elementu do podwieszania 104, takiego jak sprężyna lub ramię ustalające. Próbka 102 ma taki skład, wymiary i kształt, że jest odwzorowaniem powierzchni urządzenia stosowanego w procesie produkcyjnym. Na przykład w celu zmierzenia odkładania się zanieczyszczeń na powierzchniach takich urządzeń, jakie są stosowane w przy produkcji celulozowo-papierniczej, stosuje się próbki ze stali nierdzewnej, ponieważ powierzchnie tych maszyn są zwykle wykonywane ze stali. Element zawieszający 104 próbki przenosi ciężar próbki 102 na miernik ciężaru 108, który przetwarza go na sygnał i przekazuje do komputera lub wyświetlacza (nie przedstawionego na rysunku) skojarzonego z miernikiem ciężaru 108. Przed umieszczeniem w badanym płynie próbka 102 jest ważona celem ustalenia jej bazowego ciężaru. Komputer umożliwia przetwarzanie i prezentację wyników kolejnych pomiarów.

Urządzenie 100 zawiera zbiornik 106 z wewnętrzną komorą 107, w której umieszczona jest próbka 102 i przez którą przepływa woda technologiczna 112. Zbiornik 106 składa się z cylindrycznej części 106a oraz stożkowej części 106b. Stożkowa część 106b jest dostosowana do połączenia z zaworem odprowadzającym 118, który jest zaworem jednokierunkowym. Jako miernik ciężaru 108 może być wykorzystane każde urządzenie zdolne do zmierzenia ciężaru próbki 102 i zawierające środki pozwalające na wyświetlenie uzyskanych wyników.

Próbka 102 jest zawieszona wewnątrz zbiornika 106, który jest dostosowany do napełnienia wodą technologiczną 112. Woda technologiczna 112 pobierana jest ze zbiornika źródłowego 110, który może zawierać próbkę wody technologicznej albo może być włączony w obieg wody technologicznej. Woda technologiczna 112 podawana jest przez pompę 114 poprzez przewody pierwszego obwodu 120 połączonego ze zbiornikiem 106. Zawór kontrolny 116 reguluje przepływ wody technologicznej 112. Gdy zawór odprowadzający 118 jest zamknięty, woda technologiczna 112 wypełnia zbiornik 106 i wchodzi w kontakt z zawieszoną w nim próbką 102.

Poziom płynu w zbiorniku 106 jest tak kontrolowany, aby wszystkie powierzchnie próbki 102 miały kontakt z płynem, ale żeby płyn nie przelewał się przez górną, otwartą krawędź zbiornika 106. Można to osiągnąć przez odpowiednie umieszczenie przewodu drugiego obwodu 122 połączonego ze zbiornikiem 106, przedstawionego na rysunku. Przewód drugiego obwodu 122 służy jako odpływ dla wody technologicznej, chroni zbiornik 106 przed przepełnieniem i wskazane jest umieszczenie go na takim poziomie, aby podczas pracy urządzenia próbka 102 była całkowicie zanurzona w wodzie technologicznej 112. Woda technologiczna 112 przepływa przewodem drugiego obwodu 122 i wraca do zbiornika źródłowego 110. Gdy przepływająca woda technologiczna 112 omywa próbkę 102, to zanieczyszczenia zawarte w wodzie technologicznej 112 osadzają się na próbce 102.

W zaprogramowanym czasie otwiera się zawór odpływowy 118, który zabezpiecza przed odpływem wody technologicznej 112 z górnej części zbiornika 106, ograniczonej cylindryczną ścianką 106a. Po otwarciu zaworu 118 woda technologiczna 112 wypływa ze zbiornika 106 poprzez przewód trzeciego obwodu 124. Przewód trzeciego obwodu 124 może być połączony z przewodem drugiego obwodu 122 w sposób przedstawiony na rysunku, poprzez który woda technologiczna 112 wraca do zbiornika źródłowego 110, albo może być połączony z innymi urządzeniami odbierającymi. Zbiornik 106 może być opróżniany całkowicie, albo częściowo, do poziomu, przy którym próbka 102 zostaje całkowicie odsłonięta.

PL 205 672 B1

Następnie próbka 102 jest osuszana przez określony czas, który umożliwia odparowanie nadmiaru wody znajdującej się na powierzchni próbki 102. Ponieważ zanieczyszczenia osadzające się na próbce 102 zawierają wodę, zaprogramowany czas przeznaczony na wysuszenie próbki 102 powinien być wystarczająco długi, aby woda technologiczna znajdująca się na powierzchni próbki 102 całkowicie odparowała, ale nie aż tak długi, aby odparowała woda, która stanowi naturalną części organicznego osadu na próbce 102. Dzięki temu może być wychwycony dokładny skład biofilmu i osadzających się zanieczyszczeń.

W zaprogramowanym czasie miernik ciężaru 108 waży próbkę 102 i przekazuje uzyskany wynik do skojarzonego z nim komputera (nie przedstawionego na rysunku). Od ciężaru próbki uzyskanego podczas pierwszego pomiaru odejmowany jest bazowy ciężar próbki 102. Różnica odpowiada ciężarowi zanieczyszczeń, które osadziły się na próbce 102. Następnie zawór odpływowy 118 zostaje zamknięty i pompa 114 ponownie podaje wodę przemysłową 112 poprzez przewód pierwszego obwodu 120 do zbiornika 106. Ponownie przepływająca woda technologiczna 112 omywa powierzchnię próbki 102 przez zaprogramowany czas, po którym zbiornik 106 jest opróżniany, próbka 102 jest osuszana i ważona w opisany powyżej sposób. W ten sposób szereg pomiarów ciężaru z niewielkimi różnicami pomiędzy kolejnymi pomiarami ciężaru próbki 102 odpowiada masie zanieczyszczeń, które osadzają się na próbce 102 w kolejnych przedziałach czasu.

Komputer skojarzony z miernikiem ciężaru 108 analizuje te informacje i dostarcza dokładny wynik. W ten sposób skuteczność biocydów dodawanych do wody technologicznej 112 w zbiorniku źródłowym 110 może być sprawnie oceniona. Urządzenie według wynalazku może być sterowane przez komputer a obsługa zaworu odprowadzającego 118, pompy 114 i miernika ciężaru 108 może być całkowicie zautomatyzowana. Dzięki temu urządzenie według wynalazku może być wykorzystane w procesie produkcyjnym w taki sposób, że biocydy są automatycznie dodawane do wody technologicznej 112 w zbiorniku źródłowym 110, gdy tylko zostanie wykryte nadmierne osadzanie się zanieczyszczeń. Ponadto ciągły pomiar odkładania się osadu na próbce 102 umożliwia ocenę skuteczności różnych biocydów i pozwala na ich optymalny dobór.

Dla znawcy dziedziny jest oczywiste, że wynalazek jest dobrze dostosowany do poddawania analizie próbek płynów stosowanych w procesach produkcyjnych, takich jak produkcja celulozy i papieru, jak i w doświadczalnych technikach oznaczania. Na przykład, jeśli naturalny przepływ wody sitowej 112 zapewni wystarczające ciśnienie, aby woda sitowa 112 przepłynęła przez przewód pierwszego obwodu 120 do zbiornika 106, to pompa 114 nie będzie potrzebna. W związku z tym zrozumiałe jest, że opis i rysunek wykorzystane do zaprezentowania wynalazku należy rozumieć tylko jako sposób jego zilustrowania, a nie jako jego ograniczenie. Zakres wynalazku jest określony przez następujące zastrzeżenia patentowe.

Claims (17)

1. Sposób pomiaru ilości zanieczyszczeń osadzonych na próbce, w którym najpierw umieszcza się próbkę w badanym płynie (112), potem od próbki oddziela się badany płyn (112), a następnie waży się próbkę, przy czym masa próbki odzwierciedla zawartość zanieczyszczeń w płynie znajdującym się w zbiorniku, znamienny tym, że próbkę waży się bez usuwania jej ze zbiornika (106).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że próbkę suszy się przez ustalony okres przed jej ważeniem.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynność oddzielenia badanego płynu (112) od próbki obejmuje odprowadzenie badanego płynu (112) ze zbiornika (106).

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że próbkę umieszcza się w strumieniu opływającego ją badanego płynu (112).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że próbkę waży się przed umieszczeniem jej w badanym płynie (112).

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że próbkę waży się kolejno w określonych uprzednio przedziałach czasu.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że rejestruje się różnice wagi próbki uzyskiwane w kolejnych ważeniach.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do źródłowego zbiornika badanego płynu dodaje się biocydy w celu kontroli osadzania się zanieczyszczeń.

PL 205 672 B1

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, ż e biocydy dodaje się automatycznie do próbki płynu na podstawie wyników pomiarów wykonanych podczas etapu ważenia.

10. Urządzenie do pomiaru ilości zanieczyszczeń osadzonych na próbce, znamienne tym, że posiada:

- zbiornik (106) z komorą (107), w której umieszcza się próbkę;

- przewód (120) doprowadzający płyn do komory (107) zbiornika (106);

- przewód (122) odprowadzający płyn z komory (107) zbiornika (106);

- element zawieszający (104) dostosowany do zawieszania próbki wewnątrz komory (107) zbiornika (106); oraz

- czujnik do pomiaru ciężaru (108) sprzężony z elementem zawieszającym (104) próbkę, podtrzymującym próbkę zanurzoną w badanym płynie (112).

11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zawiera próbkę zawieszoną na elemencie zawieszającym (104) próbkę.

12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że próbka ma kształt znacznie wydłużonego, płaskiego elementu.

13. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zbiornik (106) posiada zawór odpływowy (118), służący do opróżniania komory (107) zbiornika (106) z badanego płynu.

14. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zawiera sprzężony z czujnikiem do pomiaru ciężaru (108) układ komputerowy do przetwarzania danych otrzymanych z czujnika (108) do wyznaczenia ciężaru próbki i biofilmu osadzającego się na niej.

15. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że posiada przewód (120) pierwszego obwodu połączony ze zbiornikiem (106), służący do doprowadzania badanego płynu do zbiornika (106).

16. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że posiada przewód (122) drugiego obwodu połączony ze zbiornikiem (106), służący do odprowadzania badanego płynu ze zbiornika (106).

17. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że posiada pompę (114) przetaczającą badany płyn ze zbiornika źródłowego do zbiornika (106).