Projekt 15988/01

Phasendetektion bei flüssigen Abfällen

Projektträger

Institut für Entsorgung und Umwelttechnik (IFEU) gGmbH
Kalkofen 6
58638 Iserlohn
Telefon: 02371/9593-13

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Allein in Nordrhein-Westfalen fallen jährlich ca. 500.000 t flüssige Abfälle an, die zur Beseitigung bzw. Verwertung chemisch-physikalischen Behandlungsanlagen zugeführt werden. Die Abfälle bestehen zumeist aus mehreren Phasen (z. B. Wasser, Schlamm und Organik). Um eine gezielte Trennung der einzelnen Phasen vornehmen zu können, ist es notwendig, die Grenzschichten der Phasen möglichst genau zu erkennen. Die für diese Aufgabenstellung erforderliche Sensorik bzw. geeignete Messsysteme sind derzeit nicht verfügbar. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines für den rauhen Betrieb tauglichen und wirtschaftlich einsetzbaren Sensor- bzw. Messsystems, das die Erfassung von Phasenübergängen erlaubt. Die Technik muss möglichst mobil einsetzbar sein.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenInnerhalb des Projektes waren folgende Arbeitsschritte vorgesehen:
· Auswahl möglicher Messprinzipien;
· Auswahl und Bewertung geeigneter Sensorik;
· Eignungstests für die Sensorik im Rahmen von Labor- und Betriebsversuchen;
· Konzeption, Bau und Test einer Prototypeinrichtung;
· Erstellung eines Pflichtenheftes für Konstruktion und Bau des Sensor- und Messsystems.
Ziel dieser Arbeitsschritte war es, neben der Definition des Messprinzips einen geeigneten Hersteller/Entwickler für das Messsystem zu finden. Die Arbeitsschritte 1 - 4 wurden in Zusammenarbeit mit dem Institut für Allgemeine Physik der Technischen Universität Wien u. a. im Rahmen einer Diplomarbeit durchgeführt.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse der Laborversuche an typischen Abfällen favorisierten die Messung der Ultraschallgeschwindigkeit als das geeigneteste Messverfahren. Für eine automatische Bestimmung der Eintauchtiefe wurde ein am Markt verfügbarer Radarsensor ausgewählt. Für Erprobungen im Technikummaßstab wurde ein Prototyp erstellt bestehend aus Ultraschallsensor, Radarsensor sowie einer Auswerteeinheit. Die Technikumsversuche wurden an realen Abfallproben im Originalmaßstab mit Erfolg durchgeführt. Messgenauigkeit: Die Genauigkeit der Erkennung der Phasengrenze wird durch die Eintauchgeschwindigkeit und die Abtastrate der Messwerte durch die Auswerteeinheit bestimmt. Auf Grund der gewählten Eintauchgeschwindigkeit von 2 cm/s und der Abtastrate der Messwerte von 1/s ergibt sich für die Ein-tauchtiefe eine Auflösung von 2 cm. Insgesamt kann davon ausgegangen werden, dass die mit der gewählten Messmethode erzielten Ergebnisse für die Praxis hinreichend genaue Aussagen über Lage der Phasengrenzen erlauben.
Einflüsse durch Verschmutzungen/Sedimente: Eine Verschlechterung der Messergebnisse für die Bereiche Öl und Emulsion war auch bei wiederholten Messungen ohne zwischenzeitlicher Reinigung nicht zu erkennen. Bei Lösemitteln und ähnlichen Stoffen treten praktisch keine Verschmutzungen auf. Erhöhte Verschmutzungen mit Einfluss auf die Messgenauigkeit werden sich bei Vorhandensein von Sedimenten einstellen. Allgemeingültige Aussagen können wegen der großen Vielfalt an möglichen Abfallstoffen hier nicht gemacht werden.
Temperatureinfluss: Die Schallgeschwindigkeit ist stoff- und temperatur-abhängig. Die Temperaturkoeffizienten zweier aneinandergrenzender Stoffe können unterschiedlich groß sein und unterschiedliche Vorzeichen besitzen. Dies kann dazu führen, dass bei einer bestimmten Temperatur die Schallgeschwindigkeiten gleich sind und somit die Phasengrenze nicht erkannt wird. Obwohl dieser Effekt bei den durchgeführten Versuchen im Falle einer Öl/Emulsion-Phasengrenze beobachtet wurde, dürfte die Bedeutung dieser Zusammenhänge für die Praxis gering sein.
Messung der Eintauchtiefe: Die Technikumversuche haben für die Messung der Eintauchtiefe mit der Radarsmessung in allen Fällen genaue Werte geliefert. Bei Ölen zeigte sich, dass mit abnehmender Ölschichthöhe die Messung der Eintauchtiefe ungenauer wird. Nach Angaben des Herstellers liegt dies an Interferenzen der Radarwellen, die jedoch bei der Messung geringerer Ölschichthöhen mit dem Einsatz eines höherfrequenteren Radargerätes vermieden werden können.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Kurzfristig ist die Vorstellung des vorhandenen Prototypen des Phasendetektors für einen größeren Interessentenkreis geplant mit dem Ziel, betriebliche Einsätze zu definieren und zu realisieren. In den VDI-Nachrichten vom 20.04.2001 wurde in der Rubrik Umwelt ein Artikel Neuer Detektor erkennt mittels Ultraschall Phasengrenzen zwischen wässrigen und nicht-wässrigen Abfällen veröffentlicht.


Fazit

Bei einer Projektpräsentation am 24.04.2001 in Iserlohn und der offenen Diskussion mit Entsorgungsbetrieben (RWE Umwelt, Bramsche, Lobbe) und Geräteherstellern ( Fa. Senso Tech aus Magdeburg) wurden die vorgestellten Ergebnisse positiv bewertet.
Das Messverfahren Vus = f(r) ist durch Kombination mit der Radarentfernungsmessung hinreichend genau für die zuverlässige in situ Bestimmung und Lokalisierung von Phasengrenzen. Über den Ultraschallsensor lässt sich die Dichte und damit die Stoffverteilung in Behältern einfach ermitteln. Mit den Entsor-gungsbetrieben wurden weitere Praxisversuche außerhalb des Förderprojektes vereinbart. Umweltentlastungspotenzial ergibt sich für die Entsorgungswirtschaft aus der möglichen zielgerichteten und energetisch optimalen Stoffstrombewirtschaftung beginnend mit der Logistik (ASF-Behälter/Phasentrennung beim Ablassen von Behältern). Beim Abfallerzeuger (chemische Industrie u. ä.) bietet das Verfahren zur Phasendetektion prozessintegrierte Möglichkeiten zur Qualitätsverbesserung und Kreislaufschließung bzw. Abfallvermeidung.
Voraussetzung für eine breite Markteinführung ist die Umsetzung der verfahrenstechnischen und organisatorischen Möglichkeiten in der Entsorgungsbranche. Erst wenn hier die wirtschaftlichen Vorteile erkannt und genutzt werden, bietet sich für Gerätehersteller ein interessanter Markt.

Übersicht

Fördersumme

36.741,95 €

Förderzeitraum

01.03.2000 - 07.05.2001

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Ressourcenschonung
Umwelttechnik