Als laatste stap in waterbehandeling werd in de in 1999 nieuwgebouwde Heidelberger Schlossquell brouwerij een volautomatische neutralisatieinstallatie gerealiseerd. De neutralisatie van het afvalwater wordt hierbij bewerkstelligd door optimaal op elkaar afgestemde componenten van een regelkring.
In 1999 werd de Heidelberger Schlossquell brouwerij van het stadscentrum naar de infrastructurele gunstig liggende rand van Heidelberg verplaatst en tegelijkertijd aanzienlijk gemoderniseerd. Met een kernafzetgebied van ca. 50 km rondom de brouwerij, is de Heidelberger Schlossquell brouwerij nog steeds een typische regionale middelgrootte brouwerij.
Het belangrijkste deel van het afvalwater komt uit de regeneratie van de brouwerij afvalwaterbehandeling en uit de CIP-installatie. De CIP-reiniging omvat voornamelijk de brouwtanks, pijpleidingen en een filtratieinstallatie. Hiervoor worden als reinigingsmiddelen achtereenvolgens 2% natronloog met additieven en zure reinigingsmiddelen gebruikt. Het regeneratie-afvalwater van uit de brouwerij afvalwaterbehandeling is daarentegen uitsluitend zoutzuur. Tezamen met het voorspoelwater en het proceswater van de productie bereikt dit afvalwater de neutralisatieinstallatie. De specifieke afvalwaterstroom kan tot 10 m³/uur bedragen.
Neutralisatieinstallatie
De taak van de neutralisatieinstallatie is de tijdelijk sterk variërende pH waarde tussen 2 en 12 van het afvalwater naar de toegestane pH waarde (pH 6,5 tot 9,5) te stabiliseren. Om eerst van een tweeledige voorneutralisatie van het zure en alkalische afvalwater gebruik te maken en tegelijkertijd een afstemming van de afvalwaterstromen te bereiken, worden de verschillende stromen in een externe 15 m³ roestvrijstalen tank geleid. Na de voorneutralisatie kan de pH nog steeds variëren tussen pH 4 en pH 12. Vanuit de tank kan de uitstroom bij een reguliere werkwijze door een overloop, die zich bij ca. 7 m³ niveau bevindt, in de daadwerkelijke tank worden gebracht. De tank is gemaakt van polypropyleen en heeft een capaciteit van 2 m³. Als het vulniveau de overstroom niet bereikt, volgt de verdere uitstroom door middel van een excentrische wormpomp (8m³/uur). De tank wordt tezamen met alle noodzakelijke componenten voor de neutralisatieregeling in een container geplaatst. Een snellopend roerwerk zorgt voor een homogene vermenging van de gedoseerde neutralisatievloeistoffen met het afvalwater. Om een daling van de pH-waarde te bereiken, wordt geconcentreerd salpeterzuur (53%) gebruikt. Een verhoging van de pH-waarde wordt bereikt met een 15% natronloogoplossing.
De regeling wordt tot stand gebracht door een pH-waarde meting in de homogene vermengingszone van de neutralisatietank. De meetwaarde wordt ingebracht in een regelaar met PID-regeling die lokaal geïnstalleerd wordt. De ingestelde drempelwaardes van de pH-regeling liggen bij pH 6,8 en pH 9,2 met een neutrale zone tussen de drempelwaardes. Afhankelijk van de meetwaarde wordt één van de twee doseerpompen aangestuurd om neutralisatievloeistoffen te doseren. Bij de afvoerpijp van de neutralisatietank vindt met een tweede pH- en temperatuurmeetpunt een controlemeting plaats, die het verloop van de neutralisatie bewaakt. Alle meetsignalen en alle bedrijfssituaties worden naar de centrale controlekamer van de brouwerij geleid. In geval van extreme pH-waardes bij een hoge doorstroomsnelheid van het afvalwater, vormt de geïntegreerde doorstroombesturing een extra zekerheid voor een goede neutralisatie. In kritische gevallen; de beperking van de doorstroom via de overloop wordt dit bereikt door middel van MID en aansturing van een regelventiel via een in de PLC geïntegreerde regelaar.
Om de hoogste betrouwbaarheid en onderhoudsvrije werking van de doseer-regelkring mogelijk te maken, worden er betrouwbare en optimaal op elkaar afgestemde componenten van één en dezelfde producent ingezet.
Meetwaardeopnemer
De sensor die wordt gebruikt voor pH-regeling en controle is een pH-elektrode, type PHEX 112 SE. Deze kan worden ingezet in een meetbereik tussen pH 1 en pH 12 , tot een temperatuur van 100° C met een maximale druk van 6 bar. De elektrode heeft een groot open ringdiafragma en een gel-elektrolyte. Daarmee heeft de elektrode een zeer lange levensduur, zelfs bij vervuild afvalwater. De optioneel beschikbare, direct monteerbare meetomvormer PHV1 zet het primaire spanningssignaal om in het 4-20 mA standaardsignaal, dat door middel van 2-draads signaaloverdracht eenvoudig aangesloten kan worden op klemmen. Het speciale voordeel van deze 2-draadstechniek is, zoals bekend, de storingsvrije overdracht van het signaal, zelfs bij gedurende lange afstanden.
Regelaars
Het regelapparaat type D1Ca gebruikt in de regelkring maakt de volgende functies mogelijk:
- verwerking, uitlezing en analyse van het 4-20 mA standaardsignaal
- PID-regeling
- aansturing van twee doseerpompen
- programmering van één alarm- en twee grenswaarderelais
- 2 vrij programmeerbare 0/4-20 mA uitgangssignalen
- stuuringang "pauze" voor in- en uitschakeling van de totale regeling
- aansluiting van een aanvullende D1Ca regelaar (zie pH-eindcontrole)
Doseerpompen
De neutralisatievloeistoffen (53% salpeterzuur en 15% natronloogoplossing) stellen hoge eisen aan de chemische resistentie van de materialen die in aanraking komen met het medium. Voor nauwkeurige en onderhoudsvrije continue dosering worden membraandoseerpompen van het type Beta 4 en Beta 5 met speciale materialen voor doseerkop en dichtingen ingezet. Beide pompen zijn uitgerust met een automatische ontluchting voor het uitgassen van doseermedia, een storingsmeldrelais (afvallend) en variabele zuiglanzen met twee-traps niveauschakelaar (PVDF).
pH-eindcontrole
De sensoren voor de pH-eindcontrole bestaat uit de bovengenoemde pH-elektrode, type PHEX 112 SE en een Pt 100 temperatuursensor. Beide meetwaardeschrijvers worden aan het meetapparaat D1Ca aangesloten, dat in tegenstelling tot de bovengenoemde D1Ca regelaar geen uitgangen voor de pompenaansturing heeft. Daarentegen is met dit apparaat de compensatie van de temperatuurinvloed op de pH-waarde op basis van de gemeten temperatuur mogelijk. Door verbinding van de twee D1Ca apparaten kan de temperatuurinvloed op de pH-meting gecompenseerd worden.
Samenvatting
De voorgestelde regeling van een neutralisatie laat als voorbeeld het ontwerp van een regelkring voor het doseren van vloeistoffen met optimaal op elkaar afgestemde componenten zien, die zijn aangepast aan de applicatie. De juiste samenstelling en uitvoering van de gebruikte componenten is in overeenstemming met de knowhow van de installatiebouwer en is voor de betrouwbare en onderhoudsvrije werking evenzo belangrijk als de hoogste kwaliteit van de componenten zelf. Het voordeel voor de klant is altijd het belangrijkste doel van alle inspanningen, zoals in het onderhavige voorbeeld de directe afvoer van het geneutraliseerde brouwerij afvalwater in het publieke afvalwatersysteem.