Projekt 19180/01

Bau und Erprobung eines verkleinerten Prototypen eines laserunterstützten optischen Abwassermengenmessgerätes auf Basis der Ergebnisse des Projektes AZ 05807/01-/03

Projektträger

Fachhochschule MünsterFB Elektrotechnik und Informatik
Stegerwaldstr. 39
48565 Steinfurt
Telefon: 02551/962261

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Messung von Abwassermengen wird bei steigenden Kosten der Aufbereitung und höheren Anforderungen an Leitungssysteme immer wichtiger. In dem von der DBU geförderten Projekt 05807/01 - 03 Entwicklung eines Verfahrens zur Messung der Abwassermenge in teilgefüllten Gerinnen und Freispiegelleitungen konnten nicht alle Auflagen erfüllt werden. Bedingt durch eine Geschäftsumorientierung nahm die Jüke Systemtechnik GmbH als rechtliche Nachfolgerin der ursprünglichen Antragstellerin Fa.meta GmbH in Altenberge Abstand davon, das Projekt fortzusetzen. Nach Diskussionen mit Fachleuten der Abwassertechnik stellte sich jedoch heraus, dass durchaus ein Interesse besteht, ein Gerät, das nach dem berührungslosen Laser-Korrelationsverfahren arbeitet, zu entwickeln. Zwischenzeitlich durchgeführte Versuche und Überlegungen führten zu einem deutlich verbesserten, leichter anwendbaren Konzept.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas neue System sollte wie bisher mit zwei durch Strahlteilung erzeugten, parallelen Laserstrahlen - allerdings mit etwas geringerem Abstand und vergrößerter Leistung - arbeiten. Die beiden Fokuspunkte sollten mit einem einzigem Objektiv auf zwei Detektoren abgebildet werden. Außerdem wurde jetzt eine Beobachtungsrichtung gewählt, deren Projektion senkrecht zur Fließrichtung sein sollte. Ein konstanter Abstand zur Oberfläche sollte mit Hilfe eines Schwimmers erzielt werden.
Arbeitsschritte:
1. Beschaffung Stromversorgung, Messwerterfassung und PC
2. Spezifikation Feinmechanik / Optik
3. Spezifikation Elektronik
4. Beschaffung Laser und feinmechanische Komponenten
5. Erstellung Feinmechanik / Optik
6. Erstellung Elektronik
7. Inbetriebnahme, Justierung und Test
8. Funktionserprobung an einem offenen Gerinne
9. Erstellung des Abschlussberichtes
10. Expertengespräch


Ergebnisse und Diskussion

Um eine ökologisch wirksame Abwasserwirtschaft zu ermöglichen, muss unter anderem möglichst genau bekannt sein, wie groß das jeweilige Abwasseraufkommen ist. Hierbei sind besonders die räumliche Verteilung (möglichst viele Messstellen) und der genaue zeitliche Verlauf des Durchflusses von Interesse. Bisher wird in den meisten Klärwerken lediglich das geklärte Abwasser mengenmäßig bestimmt. Diese Messung besitzt jedoch den Nachteil, dass der zeitliche Verlauf des Durchflusses durch den Klärwerksprozess gepuffert ist. Belastungsspitzen werden auf diese Weise geglättet. Um eine bessere Ausnutzung der Klärwerkskapazität und Leitungssysteme sicherzustellen, ist auch eine Messung am Zulauf wünschenswert. Das gleiche gilt für Direkteinleiter. Wegen des an dieser Stelle sehr stark schwankenden Aufkommens muss das eingesetzte Messgerät eine sehr hohe Dynamik besitzen und sollte unabhängig von der Beschaffenheit des Abwassers sein. Das vorgestellte Verfahren weist diese Eigenschaften auf. Es ist daher möglich, durch Einsatz des untersuchten Verfahrens folgende ökologischen und ökonomischen Vorteile zu erzielen:
- verbesserte Kontrolle und Optimierung des Klärwerksprozesses;
- vertiefte Kenntnis des zeitlichen Verlaufs des Abwasseraufkommens;
- Messung des Durchflusses bei Direkteinleitern mit stark schwankendem Aufkommen;
- Messung des Durchflusses an geeigneten Stellen im Kanalsystem und dadurch ermöglichte Optimierung von Baumaßnahmen;
- Messung des Durchflusses bei unterschiedlichen Abflussarten (Nachtabfluss, Trockenwetterabfluss, etc.);
- wirtschaftlichere Dimensionierung von Abwasseranlagen (Investitionskosten, Betriebskosten).
Da bei dem Korrelationsverfahren keine exotische Technik zur Anwendung kommt, dürfte der Herstellungspreis eines Gerätes nach dem vorgeschlagenen Verfahren vergleichbar zu den bekannten Messgeräten sein. Der Aufwand für verbesserte Messmöglichkeiten lohnt sich unbedingt, da hierdurch genauere, objektive Grundlagen für eine wirtschaftliche und ökonomische Planung geschaffen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse wurden gezielt vorgestellt
- Einigen Anwendern (Klärwerke)
- Fertigungs- und Vertriebsfirmen (Jüke Systemtechnik Altenberge, Axel Zangenberg Messsysteme)
Veröffentlichungen:
- Veröffentlichung im Internet über Homepage FH Münster- Veröffentlichung in einer Fachzeitschrift (voraussichtlich in tm Technisches Messen)
- Daneben ist die Vorstellung des Verfahrens auf einer Messe / Fachausstellung geplant.
Expertengespräch:
Als abschließender Arbeitspunkt des Projektes fand am 4. 4. 2003 ein Expertengespräch statt. Dabei wurden die Ergebnisse in der Fachhochschule Münster präsentiert, gefolgt von einer Demonstration im Klärwerk Loddenbach (südlich der Stadt Münster).


Fazit

Es konnte gezeigt werden, dass das Korrelationsverfahren zur Messung der Abwassermenge grundsätzlich geeignet ist. Dies gilt sowohl für die Messung im Zulauf als auch im Auslauf. Dabei sind folgende positiven Eigenschaften hervorzuheben:
- berührungslose Messung
- großer Dynamikbereich
- hohe Genauigkeit der Messung der Strömungsgeschwindigkeit und des Durchflusses
- variabler Messquerschnitt.
Die zu Beginn des Projektes genannte Zielvorstellung .. ohne größere bauliche Eingriffe messen zu können, muss allerdings relativiert werden. Zur Messung ist auch beim Korrelationsverfahren eine halbwegs gleichgerichtete, zur Messanordnung parallele Strömung, frei von großvolumigen Wirbeln, erforderlich. Um dies zu erreichen, sollte das Gerinne über eine Strecke von etwa fünf- bis zehnfacher Gerinnebreite gerade und ohne Querschnittsveränderung ausgeführt sein. In einer für den Dauerbetrieb geeigneten Ausführung sollte anstelle des Schwimmers eine automatische Höhennachführung verwendet werden. Dabei steht dann auch die aktuelle Füllhöhe als Messwert zur Verfügung, so dass auch die jeweils aktuelle Strömungsquerschnittsfläche recht genau bestimmt werden kann. Das tatsächliche Strömungsprofil über den Querschnitt wird mit Hilfe eines Modells, in das die Gerinneabmessungen und die Beschaffenheit der Begrenzungsflächen eingeht, berechnet.