"Inrichting voor het continu meten en/of bewaken van de verontreinigingsgraad van water" "Inrichting voor het continu meten en/of bewaken van de verontreinigingsgraad van water".
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het continu meten en/of bewaken van de verontreinigingsgraad van water, in het bijzonder afvalwater.
Bij de moderne industrie, in het bijzonder bij de olie- en chemische industrie heeft men veelvuldig te maken met het probleem van lozing van afvalwater. In de olie- en chemische industrie wordt bijvoorbeeld rivierwater als koelwater gebruikt, dat naderhand weer moet worden afgevoerd. Ook bij de winning van aardolie komt bij het oppompen veel water mee, dat naderhand is af te voeren. Ook bij opslagbedrijven van spijsoliën, alsmede chemische en koolwaterstoffabrieken heeft men te maken met afvalwater.
Bij het terugpompen van gebruikt koelwater en ander afvalwater mag op grond van de nieuwe wet op de oppervlaktewaterverontreiniging niet meer dan 30 ppm verontreiniging aanwezig zijn. Ditzelfde geldt ook voor het verwijderen van het water uit de grondprodukten. Teneinde deze problemen onder controle te krijgen, is het noodzakelijk om bij het af te voeren afvalwater regelmatig de concentratie aan verontreinigingen te meten, alvorens dit water wordt teruggegeven aan de omgeving.
Tot nog toe was er geen doelmatig systeem beschikbaar om dit op continu wijze te doen, en moest men zijn toevlucht nemen tot periodieke steekproeven aan afvalwatermonsters.
Dit is evenwel tamelijk arbeidsintensief, aangezien steeds afzonderlijke monsters afzonderlijk moeten worden geanalyseerd, en houdt bovendien een zeker risico in, in het bijzonder, wanneer er kort na een monstername of serie monsternames een abrupte verandering in de verontreinigingsgraad van het gebruikte water optreedt, waardoor toch water met een ongewenste verontreinigingsgraad tijdelijk zou worden afgevoerd.
Dergelijke problemen zouden er niet zijn, indien men de beschikking had over een meetapparatuur, die in staat is snel en continu metingen te verrichten. Een dergelijk systeem zou aan de volgende specifikaties moeten voldoen :
1) het moet te gebruiken zijn in gevaarlijke omgevingen, bijvoorbeeld in omgevingen, waar waterstof kan optreden;
2) er moet een grote hoeveelheid vloeistof in korte tijd kunnen worden gemeten;
3) het systeem moet zeer snel reageren, bijvoorbeeld binnen 1/4 seconde;
4) de apparatuur moet desgewenst op elk moment op eenvoudige wijze kunnen worden geijkt; en
5) bij voorkeur moet het meetsysteem zodanig zijn, dat tegelijk binnenkomend en af te voeren water te meten zijn.
Tot nog toe bleek er geen enkel meetsysteem te voldoen, en was men derhalve genoodzaakt aan het systeem van periodieke monstering vast te houden.
Als voorbereiding van de onderhavige uitvinding werd getracht continue waterverontreinigingsmetingen uit te voeren met behulp van momenteel op de markt verkrijgbare, zeer gevoelige ionisatiemeetcellen, waarbij verrassend werd gevonden, dat, indien men het te meten water door een afge-sloten ruimte liet stromen, terwijl er op het oppervlak van het water een geringe overdruk werd uitgeoefend, een continue meting van de verontreinigingsgraad mogelijk werd gemaakt.
Op basis van dit gegeven werd volgens de uitvinding een inrichting, zoals in de aanhef omschreven ontwikkeld, welke is gekenmerkt door een meetsysteem, omvattende ten minste één gesloten meetkamer, waarop een toevoerleiding en een afvoerleiding aangesloten zijn, de laatste zodanig, dat bij doorstroming van vloeistof door de meetkamer een vastgesteld vloeistofniveau in de meetkamer gehandhaafd blijft, een overdrukleiding, aangesloten op de meetkamer, welke zorgt voor een instelbare, geringe overdruk in de meetkamer tijdens het meten, en een ionisatiemeetcel, waarvan de van een afblaasinrichting voorziene enkelvoudige of meervoudige meetkop op de ionisatiekamer aangesloten is, en die verontreiniging in het damp/gasmengsel boven het water in de meetkamer continu detecteert, en in afhankelijkheid daarvan een elektrisch detectiesignaal afgeeft.
Dankzij de grote gevoeligheid en hoge meetsnelheid van de moderne ionisatiemeetcellen is de responsie op variaties
in het te meten verontreinigingsniveau bijzonder groot. Met het oog op vergelijkbare en reproductieve waarden verdient het aanbeveling, dat de toevoerleiding naar de meetkamer voorzien is van een stroommeter en een regelkraan, opdat de doorstroomsnelheid in de meetkamer volledig is bepaald. Bij de uitvinding kan het vloeistofniveau in de meetkamer betrekkelijk gering gehouden worden, bijvoorbeeld een paar centimeter, waarbij de gunstigste meetomstandigheden empirisch moeten worden vastgesteld. Voor het instellen van een juist vloeistofniveau in de meetkamer kan de uitvoering zodanig zijn, dat de afvoerleiding op de bodem van de meetkamer aangesloten is via een niveau-instelorgaan.
Aangezien de gevoeligheid van de ionisatiemeetcel onder meer afhangt van het soort van verontreiniging (bijvoorbeeld een of andere koolwaterstof, chloor, enz.) heeft het de voorkeur, dat een goede ijkmogelijkheid in het systeem is ingebouwd. Daartoe voorziet de uitvinding erin, dat
op de toevoerleiding naar de meetkamer een injectiesysteem is aangesloten voor het injecteren van een ijkverontreiniging. Op deze wijze kan een operator de gevoeligheid van de apparatuur instellen op een veronderstelde in het afvalwater aanwezige verontreiniging.
Aangezien de ionisatiemeetcel in afhankelijkheid van de meting een elektrisch detectiesignaal afgeeft, kan dit doelmatig worden benut voor verdere signaalverwerking. Daartoe is bij de uitvinding het ionisatiemeetstel aangesloten op een elektronische verwerkingsschakeling, die weer aangesloten is op een analoog en/of digitaal indicatorsysteem. Met het oog op continue registratie kan de verwerkingsschakeling tevens zijn aangesloten op een recorder.
Met het oog op een doelmatige bewaking verdient het verder de voorkeur, dat de elektronische verwerkingsschakeling is aangesloten op een alarmsignaalbesturing, opdat instantaan de afvalwaterlozing vanuit een procesleiding kan worden stopgezet.
Hoewel de inrichting volgens de uitvinding in principe mogelijk is met één enkele meetkamer, waarvan de toevoerleiding kan zijn afgetakt van een procesleiding voor afvalwater, kan een meer doelmatig meetsysteem worden verkregen met een inrichting, die twee separate meetsystemen heeft, waarvan het tweede een referentiesysteem is, dat een referentievloeistof meet. Daarbij kan de referentievloeistof bestaan uit water met een vastgesteld, toelaatbaar verontreinigingsniveau, bij voorkeur van hetzelfde soort, als de verontreiniging, aanwezig in het te meten afvalwater, maar zeer doelmatig, kan ook als referentievloeistof dienen het water, dat bijvoorbeeld uit een rivier gepompt is, en dat gebruikt wordt bij het proces, waarvan het afvalwater moet worden gemeten en bewaakt.
In dat geval is de toevoerleiding van het meetsysteem afgetakt van de procesleiding voor afvalwater, terwijl de toevoerleiding van het referentiesysteem is afgetakt van de procesleiding voor toevoerwater.
Bij dergelijke uitvoeringsvormen kunnen de ionisatiemeetstellen van het meet- en het referentiesysteem doelmatig zijn aangesloten op een gemeenschappelijke elektronische verwerkingsschakeling, die de ingevoerde meet- en referentiesignalen van elkaar aftrekt, en de differentiaalsignalen afgeeft aan het indicatorsysteem en/of de recorder.
Het is bovendien mogelijk de inrichting zodanig uit te voeren, dat het indicatorsysteem en/of de recorder een dubbelsysteem is, waarop de signalen van de elektronische verwerkingsschakeling zowel differentieel als afzonderlijk kunnen worden afgelezen. Bij het bovenbeschreven dubbelsysteem kunnen het meetsysteem en het referentiesysteem geheel van elkaar gescheiden zijn. Bij een doelmatige compacte uitvoering verdient het evenwel de voorkeur, dat de meetkamers van het meetsysteem en het referentiesysteem deelruimtes zijn van een gemeenschappelijke, van een longitudinale scheidingswand voorziene kamer.
Een meetinrichting, zoals boven omschreven, bezit de volgende eigenschappen :
1) gemeten kan worden de concentratie van de in water opgeloste of met water vermengde stoffen (brandbaar en/of nietbrandbaar);
2) de meting van deze concentratie geschiedt continu, waarbij veranderingen van concentraties in zeer korte tijd kunnen worden waargenomen;
3) de mogelijkheid bestaat om meerdere onbekende stoffen door middel van een meer-meetkoppensysteem, bijvoorbeeld een vijf-meetkoppensysteem te herkennen. Een dergelijk systeem beschikt over vijf verschillende meetcellen, die ieder hun eigen meetgebied hebben en kunnen worden omgeschakeld;
4) aan het patroon van de kromme, die de recorder registreert, kan men dé concentratie van de te meten vloeistof en de tijdsduur van deze nauwkeurig bepalen;
5) het meetgebied ligt tussen 1 en 5000 ppm en wordt gekozen in afhankelijkheid van de te meten stof door afstemming van de meetcel hierop, hetgeen met behulp van ijking kan geschieden;
6) het meetsysteem heeft een resolutie kleiner dan 1 sec.;
7) het meetsysteem is geschikt voor differentiaalmeting, waarbij één van de te meten vloeistoffen als referentie dient;
8) aangezien niet in de vloeistoffase, maar in de dampfase wordt gemeten, moet rekening gehouden worden met het logisch
<EMI ID=1.1>
<EMI ID=2.1>
waarbij 22,4 het molair volume in liter is van een gas bij 0[deg.]C en 1013 m bar, en T de absolute temperatuur.
Indien men de temperatuurafhankelijkheid buiten beschouwing laat, kan deze formule worden vereenvoudigd tot
<EMI ID=3.1>
De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont :
figuur 1 een schematische weergave van een uitvoerings-voorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding;
en figuur 2 een bovenaanzicht op de meetkamer.
In figuur 1 is op schematische wijze een uitvoeringsvorm getoond van een meetinrichting volgens de uitvinding. Zo-
<EMI ID=4.1>
voerleiding 2, en een afvoerleiding 3 zijn aangesloten. De toevoerleiding 2 takt af van een leiding 4, welke een procesleiding is voor afvalwater van een afvalwater-gevend proces. De toevoerleiding 2 bevat een stroommeter 5, alsmede een regelkraan 6, teneinde de toegelaten stroom nauwkeurig in te kunnen stellen.
Op de meetkamer 1 is verder een overdrukleiding 7 aangesloten, welke voorzien is van een manometer 8 en een regelorgaan 9.
Op de meetkamer 1 is verder een meetkop 10 aangesloten van een ionisatiemeetcel (verder niet getoond), waarmee de feitelijke meting wordt verricht. Op de toevoerleiding 2 is verder een ijktoestel 11 aangesloten via een leiding 12, welke een naaldafsluiter 13 bevat.
Teneinde er voor te zorgen, dat een constant vloeistofpeil in de meetkamer tijdens het meten wordt ingesteld, is de afvoerleiding 3 aangesloten op een niveau-instelnippel 14, welke er voor zorgt, dat een bepaald vloeistofniveau 15
in de meetkamer 1 gehandhaafd blijft.
Behalve dit meetsysteem, bevat de inrichting volgens de uitvinding nog een overeenkomstig referentiesysteem, waarvan overeenkomstige onderdelen met overeenkomstige verwijzingscijfers in accentvorm zijn aangegeven. De uitgangen van de meetkoppen 10 en 10' zijn aangesloten op een elektronische verwerkingsschakeling 16, waarvan de uitgang is verbonden met een dubbele indicator 17 alsmede met een alarmeringssignaalbesturing 18 en een dubbele recorder 19.
De bovenbeschreven inrichting werkt als volgt. Afvalwater, dat stroomt door de procesleiding 4, wordt afgetakt via de toevoerleiding 2 van de meetkamer 1, waarbij de stroom nauwkeurig wordt ingesteld met behulp van de stroommeter 5 en de instelkraan 6. Door instelling van het niveau-instelorgaan 14 stelt zich in de meetkamer 1 een vastgesteld vloeistofniveau in, van ongeveer 4 cm, terwijl de overstroom via de afvoerleiding 3 weer wordt afgevoerd.
Tijdens het doorstromen van de vloeistof door de gesloten meetkamer 1 wordt met behulp van de overdrukregeling 7, 8,
9 gezorgd voor een geringe luchtoverdruk in de meetkamer. Het damp-luchtmengsel boven het waterniveau 15 dringt door in de meetkop 10 van de ionisatiemeetcel, welke doelmatig voorzien is van een afblaasinrichting (niet getoond), welke zorgt voor een continue verversing en gewenste luchtdampinstelling in het te ioniseren mengsel.
Ten gevolge van ionisatie vindt een detectie plaats van verontreiniging, die in het afvalwater is opgenomen, en zich tevens bevindt in de damp boven de vloeistof in de meetkamer. Door een juiste instelling van de geringe luchtoverdruk boven de vloeistof blijkt een zodanige vloeistofverdamping te ontstaan, dat de in de damp aanwezige verontreiniging goed meetbaar is.
In de getoonde uitvoering is de meetkop enkelvoudig getoond, maar in de praktijk kunnen er meerdere meetkoppen zijn, waarvan de meetgevoeligheid verschillend is ingesteld, teneinde verschillende verontreinigingen te kunnen detecteren. Voor het ijken van zo'n meetkop dient het ijktoestel 11, via hetwelk een bekende verontreiniging in bekende dosering aan de vloeistof kan worden toegevoegd, teneinde de instelling van zo'n meetkop te verifiëren.
Een dergelijke meting vindt inmiddels ook plaats in het referentiesysteem (aangegeven met '), waarin een referentievloeistof via leiding 2', en in een vastgestelde mate, bepaald door stroommeter 5' en instelkraan 6' op dezelfde
<EMI ID=5.1>
afvoerleiding 3'. De detectie-uitgangen van de meetkoppen
10 en 10' zijn aangesloten op twee ingangen van de elektronische verwerkingsschakeling 16, welke deze twee signalen van elkaar aftrekt, en het verschilsignaal doorgeeft aan de aanwijsinrichting, terwijl verder in afhankelijkheid van het overschrijden van een bepaalde toegestane drempel de alarmeringsschakeling 18 wordt ingeschakeld, teneinde, indien noodzakelijk, de afvoer door de procesleiding 4 tijdelijk te stoppen. Op de recorder 19 wordt continu de uitslag geregistreerd.
Op doelmatige wijze kan in het geval, dat het proces gebruik maakt van bijvoorbeeld rivierwater, dat eerst wordt ingepompt en na gebruik wordt geloosd via procesleiding 4, de toevoerleiding 2' van de referentiemeetkamer 15' zijn aangesloten op de toevoerprocesleiding van dit aangevoerde rivierwater. Op deze wijze kan men direkt vastestellen, of het af te voeren water een verontreinigingsniveau heeft direkt in vergelijking met het oorspronkelijk ingevoerde waardepunt.
In de getoonde uitvoering is het indicatororgaan 17, dat zowel digitaal als analoog kan zijn, getoond als een dubbelinstrument, teneinde ook afzonderlijk de in meet- en referentiesysteem vastgestelde verontreinigingsniveaus te kunnen aangeven, terwijl ook de recorder 19 op een dergelijke wijze dubbel is uitgevoerd. Naar wens kan men aldus zowel de afzonderlijke uitlezingen nemen, alsook de differentiaaluitlezingen van de beide metingen.
Zoals in figuur 2 te zien is, maken de meetkamer 1 en de
<EMI ID=6.1>
schappelijke meetkamer, die in lengterichting is onderverdeeld via een scheidingstussenwand 20. Hierdoor kan een doelmatige compacte uitvoering van het meetkamersysteem worden verkregen.
Met de beschreven inrichting kunnen tal van verontreinigingen met uitzondering van zeer zware produkten zoals stook- en smeerolie, tussen 4[deg.]C en hoger zonder verdere voorzieningen continu worden gemeten met een nauwkeurigheid van de orde van 1 ppm, waarbij tussen 1 en 5000 ppm kan worden gemeten. Hierdoor is het mogelijk om continu
te controleren, of het te meten afvalwater een voldoende laag verontreinigingsgehalte heeft, om het zonder meer
te kunnen lozen.
Bijzonder doelmatig is het ijkinjectiesysteem 11, 12, 13, dat in de toevoerleiding in de te meten vloeistof uitmondt, waardoor automatisch een zuigende werking ontstaat, die afhankelijk is van de stroomsnelheid door de toevoerleiding. Op deze wijze kan een nauwkeurige dosering plaatsvinden.
Hoewel de uitvinding in het bovenstaande is beschreven aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, zal het duidelijk zijn, dat veranderingen en modificaties mogelijk zijn. De meet- en referentiekamers behoeven niet via een tussenwand met elkaar verbonden te zijn en ook aan de andere onderdelen zijn tal van variaties mogelijk.
Behalve voor allerlei soorten afvalwater, is de inrichting verder ook goed te gebruiken voor andere systemen, waarbij zuiverheidsvereisten aan watertoestellen zijn. Voor drinkwatercontrole is het in principe mogelijk een inrichting volgens de uitvinding toe te passen, die in dat geval bijvoorbeeld enkelvoudig, dat wil zeggen uitsluitend met een meet-, en zonder een referentiesysteem kan zijn uitgevoerd.
Verdere modificaties zullen de deskundigen na kennisname van het bovenstaande duidelijk zijn.