Bildverarbeitung

Aquen

Kameragestützte Erfassung und Bewertung von Flockungs- und Schlammentwässerungseigenschaften

21.05.2015 -

Klärwerke finden wir in unserer unmittelbaren Nachbarschaft. Nach der Aufreinigung unserer Abwässer folgt stets als letzter Prozessschritt die Trennung des Klärschlammes vom Wasser. Je besser die Trennung ist, desto geringer sind die Entsorgungskosten bzw. desto optimaler ist die Verbrennung des Klärschlammes.

Die Entwässerbarkeit eines polymergestützt geflockten Mediums kann qualitativ nur anhand des Flockenbildes nach Zugabe von Polymeren (Flockungsmitteln) bewertet werden. Ein chemisch gestütztes Sensorsystem mit verlässlicher Aussagekraft zur online-Bewertung und -regelung von geflockten Partikelsystemen (Flocken) vor dem eigentlichen Entwässerungsaggregat (Dekanter oder Kammerfilterpressen) steht allerdings nicht zur Verfügung. Somit war eine Überwachung und Regelung zur Optimierung von Entwässerungsprozessen bisher nicht bzw. nur schwer realisierbar.

Worauf es ankommt
Zur Beurteilung der Flockengüte sind hauptsächlich folgende Kriterien interessant:
- Die Flockengrößenverteilung und deren zeitliche Änderung.
- Die Scherstabilität der Flocken (Kompaktheit).
Die Flockengüte (Flockenausprägung) hat wiederum Auswirkung auf:
- Die Effektivität (Menge und Qualität) von Flockungshilfsmitteln (Einfluss auf die Flockenbildung).
- Die Entwässerbarkeit der konditionierten Schlämme (Erhöhung der Trockensubstanz TS und der Entwässerungsgeschwindigkeit)
- Die Trennqualität der nachgeschalteten Entwässerungsstufe (zur Minimierung der Restschwebstoffe im Trennwasser).
Folglich ist mit Kenntnis der Flockengüte (Größenverteilung, zeitliche Änderung und Dichte) vor der Entwässerungsstufe eine höhere Entwässerungsleistung bei reduziertem Polymereinsatz sicher möglich und auch regelbar.
Die vorgenannten Ausprägungen können chemisch sehr schlecht, optisch aber gut ermittelt werden. Das wird gestützt durch die Erfahrungswerte von Klärwerksmeistern, die das Flockenbild gut einschätzen (Abb. 1).

Aufbau des Flockungssensors
Der Flockungssensor arbeitet als Reflexionsmessgerät, wobei die Messfläche durch ein Auflichtverfahren beleuchtet wird (Abb. 2). Der fließende Klärschlamm wird durch ein Sichtfenster aus Quarzglas aufgenommen. Eine handelsübliche CCD-Zeilenkamera mit hoher Abtastrate misst das Partikelsystem aufrecht und quer zur Strömungsrichtung. Die Bildaufnahme erfolgt mit 2.048 Bildpunkten eindimensional durch das Fenster und die Auswertung sehnenlängenorientiert, ohne Kontakt zum Klärschlamm (Abb. 3). Der Messbereich für die Flockengröße erstreckt sich von 50 μm bis 2,9 cm.
Wenn das Sichtfenster (Abb. 4) in bestimmten Abständen durch einen gegenüberliegenden Sprühstrahl sauber gehalten wird, ist das Verfahren sehr robust und wenig störanfällig. Die Berechnung von spezifischen Merkmalen basiert auf der Sehnenlängenanzahldichte und -summenverteilungen. Diese werden durch das Messsystem sehr schnell in hoher Zahl berechnet, so dass außerordentlich zeitnah statistisch abgesicherte Partikel- bzw. Strukturmerkmale vorliegen.
Aus den Rohdaten des Sensors werden in einer nachgeschalteten Recheneinheit die relevanten Prozessgrößen berechnet und normierte Werte können an Steuerungs- und Regelungssysteme übergeben werden (Abb. 5).
Abbildung 6 zeigt einen Screenshot mit einer vom Sensor registrierten und dargestellten zeitlichen Größenverteilung in 3 Clustern, aufgenommen in einem Zeitraum von 18:49 Uhr bis 19:05 Uhr.
Eine Änderung in der Polymerzuführung zum Zeitpunkt 18:50 führt zu einer drastischen Verschlechterung der bisher optimal eingestellten Flockung (rot = große Flocken, grün = mittlere Flockengröße, blau = Kleinstflocken).
In zeitnaher Kenntnis dieser Messwerte kann bei einem geregelten Zuführsystem die Polymermenge und -einmischung in den Schlamm in den optimalen Bereich nachgeregelt werden.
Die aus der Auswertung des Kamerabildes errechneten Werte (Summenbildung, Clusterung) sind prozessspezifisch umsetzbar und können für jeden speziellen Anwendungsfall kalibriert werden.
Anhand von Installationen ließ sich nachweisen, dass ein kameragestützter optischer Flockungssensor die Güte der Konditionierung für die im weiteren Prozess optimale Entwässerungsfähigkeit des behandelten Schlamms ermitteln kann. Die Korrelation der Sensorberechnungen mit den tatsächlich erreichten Entwässerungskennwerten liegt bei > 0,95 und hat somit eine hohe Vorhersagekraft.
Das Messsystem ist sowohl für die stationäre Anwendung im Prozess wie auch als Laborapplikation verfügbar.

Vielfältiger Einsatz
Im stationären Einbau arbeitet der Sensor in situ, er kann sowohl direkt in eine bestehende Förderleitung bzw. Förderung eingebaut als auch im Bypass betrieben werden. Für diesen Einsatzfall sind Betriebsdrücke bis max. 65 bar zulässig.
Weitere Anwendungen sind überall dort denkbar, wo geflockt wird. Beispielhaft seien hier aufgeführt: Papierindustrie, Fruchtsaftherstellung, Abwasserbehandlungen, Schlammaufbereitungen (bspw. Bohrschlämme) und Eindickungen.

Kontakt

aquen aqua- engineering GmbH

Lange Str. 53
38685 Langelsheim

05326/92977-0
05326/92977-10

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