Irrigation Flow Measurement

8/9/2019 Irrigation Flow Measurement

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I N T E R N A T I O N A L U N I O N O FP U R E A N D A P P L I E D C H E M I S T R Y

D I V I S I O N O F A P P L I E D C H E M I S T R YS E C T I O N F O R W A T E R , S E W A G E A N DI N D U S T R I A L W A S T E S

A G U I D E T O F L O W M E A S U R E M E N TA N D S A M P L I N G W I T H S P E C I A LR E F E R E N C E T O P U L P A N DP A P E R M I L L W A S T EW A T E R S Y S T E M S

A R e p o r t p r e p a r e d b yH . 0 . B O U V E N G

T h e S w e d i s h W a t e r a n d A i r P o l l u t i o n R e s e a r c h L a b o r a t o r y ,S t o c k h o l m

L O N D O NB U T T E R W O R T H S


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C O N T E N T S1 . I n t r o d u c t i o n 2 7 1

2 . F l o w m e a s u r e m e n t 2 7 22 . 1 W e i r m e a s u r e m e n t 2 7 22 . 1 . 1 P r i n c i p l e 2 7 22 . 1 . 2 C o n s t r u c t i o n a n d i n s t a l l a t i o n 2 7 22 . 1 . 3 T y p e s o f w e i r ; f o r m u l a e 2 7 32 . 1 . 4 G a u g e s 2 7 52 . 1 . 5 C o m m e n t s o n w e i r m e a s u r e m e n t 2 7 62 . 2 M e a s u r e m e n t w i t h o r i f i c e p l a t e s , f l o w n o z z l e s , V e n t u r i t u b e s a n d r o t a -m e t e r s 2 7 72 . 2 . 1 P r i n c i p l e 2 7 72 . 2 . 2 O r i f i c e p l a t e s 2 7 82 . 2 . 3 V e n t u r i t u b e s 2 7 92 . 2 . 4 F l o w n o z z l e s 2 7 92 . 2 . 5 I n s t a l l a t i o n 2 7 92 . 2 . 6 R o t a m e t e r s 2 8 02 . 3 M a g n e t i c m e a s u r e m e n t o f f l o w 2 8 02 . 4 M e a s u r e m e n t w i t h V e n t u r i a n d P a r s h a l l f l u m e s 2 8 12 . 4 . 1 P r i n c i p l e 2 8 12 . 4 . 2 V e n t u r i f l u m e s 2 8 12 . 4 . 3 P a r s h a l l f l u m e s 2 8 12 . 4 . 4 I n s t a l l a t i o n a n d u s e 2 8 22 . 5 M e a s u r e m e n t b y d i l u t i o n m e t h o d s 2 8 32 . 6 M e a s u r e m e n t o f f l o w v e l o c i t y 2 8 42 . 6 . 1 M e a s u r e m e n t w i t h a v e l o c i t y - i n d i c a t i n g i n s t r u m e n t 2 8 42 . 6 . 2 M e a s u r e m e n t o f t i m e o f p a s s a g e 2 8 52 . 7 M i s c e l l a n e o u s m e a s u r i n g m e t h o d s 2 8 53 . S a m p l i n g 2 8 63 . 1 P l a n n i n g o f s a m p l i n g s t a t i o n s 2 8 63 . 2 S a m p l i n g m e t h o d s 2 8 63 . 2 . 1 G e n e r a l c o n s i d e r a t i o n s 2 8 63 . 2 . 2 S a m p l i n g i n f l u m e s a n d c h a n n e l s 2 8 63 . 2 . 3 S a m p l i n g f r o m a t u b e 2 8 83 . 2 . 4 S i z e o f s a m p l e 2 8 83 . 2 . 5 T i m e - a n d q u a n t i t y - d e p e n d e n t s a m p l i n g a t i n t e r v a l s d e p e n d i n go n t h e f l o w 2 8 83 . 3 I n s t a l l a t i o n a n d o p e r a t i o n o f s a m p l e r 2 8 83 . 3 . 1 I n s t a l l a t i o n 2 8 83 . 3 . 2 S a m p l i n g p e r i o d 2 8 93 . 3 . 3 S a m p l i n g i n t e r v a l 2 8 93 . 4 D i r e c t m e a s u r e m e n t o f p H a n d c o n d u c t i v i t y 2 8 9

4 . A d d i t i o n a l m e a s u r e s 2 9 05 . R e f e r e n c e s 2 9 0

2 6 9


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D I V I S I O N O F A P P L I E D C H E M I S T R YS E C T I O N F O R W A T E R , S E W A G E A N DI N D U S T R I A L W A S T E S

A G U I D E T O F L O W M E A S U R E M E N T A N D S A M P L I N GW I T H S P E C I A L R E F E R E N C E T O P U L P A N DP A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M S1 . I N T R O D U C T I O N

A c o r r e c t c o n t r o l o f a w a s t e w a t e r w i t h r e f e r e n c e t o i t s p o l l u t i n g c a p a c i t ys h o u l d i n c l u d e b o t h f l o w m e a s u r e m e n t a n d s a m p l i n g f o r a n a l y s i s . A t t e n t i o ns h o u l d b e p a i d n o t o n l y t o t h e t o t a l d i s c h a r g e o f m a t e r i a l t h a t m a y p o l l u t e t h er e c e i v i n g w a t e r c o u r s e b u t a l s o t o s u c h c o n s t i t u e n t s o f t h e w a s t e w a t e r , f o ri n s t a n c e r e c o v e r a b l e c h e m i c a l s a n d f i b r e s , t h a t h a v e t h e c h a r a c t e r o f l o s s e s .T h e m e t h o d c h o s e n f o r t h e f l o w m e a s u r e m e n t w i l l d e p e n d o n t h e t y p e o fs e w e r ( c h a n n e l , p i p e , e t c . ) , t h e a c c e s s i b i l i t y f o r i n s t a l l a t i o n o f m e a s u r i n ge q u i p m e n t a n d t h e p r o p e r t i e s o f t h e e f f l u e n t , e s p e c i a l l y c o r r o s i v e n e s s a n dt h e p r e s e n c e o f s u s p e n d e d s o l i d s .I n t h i s g u i d e a n o u t l i n e i s g i v e n o f m e t h o d s f o r f l o w m e a s u r e m e n t i nw a s t e - w a t e r s y s t e m s t o g e t h e r w i t h r e c o m m e n d a t i o n s f o r s a m p l i n g a n ds a m p l i n g e q u i p m e n t . S p e c i a l a t t e n t i o n i s p a i d t o t h e p a r t i c u l a r p r o b l e m sp r e s e n t e d b y p u l p a n d p a p e r m i l l e f f l u e n t s . T h e f o r m u l a e a n d r e c o m m e n -d a t i o n s g i v e n i n s e c t i o n 2 a r e i n t e n d e d a s a g u i d e : ( i ) i n a s s e s s i n g w h e t h e rm e a s u r i n g e q u i p m e n t a l r e a d y i n s t a l l e d i s i n f a c t s u i t a b l e a n d i s f u n c t i o n i n gs a t i s f a c t o r i l y ; ( i i ) i n t h e c h o i c e o f t y p e a n d d i m e n s i o n s o f e q u i p m e n t f o ri n s t a l l a t i o n i n a n e x i s t i n g p l a n t ; ( i i i ) i n p r o v i d i n g a s a t i s f a c t o r y c o n t r o ls y s t e m o n t h e o u t l e t s i d e o f a n e w p l a n t ; ( i v ) t o f l o w m e a s u r e m e n t i n t e m p o -r a r y i n s t a l l a t i o n s .E q u i p m e n t f o r f l o w m e a s u r e m e n t a n d s a m p l i n g s h o u l d b e i n s t a l l e d i n t h ef i r s t p l a c e a t a l l o u t l e t s t o t h e w a t e r c o u r s e , a n d s e c o n d l y a t i n t e r n a l s e w e r sf r o m p r o d u c t i o n u n i t s i s s u i n g w a t e r w i t h a h i g h p o l l u t a n t p o t e n t i a l . I n t h ec a s e o f p e r m a n e n t i n s t a l l a t i o n , c o n t i n u o u s l y r e c o r d e d f l o w m e a s u r e m e n t a n da u t o m a t i c s a m p l i n g i s e s s e n t i a l .W h e n t h e w a s t e - w a t e r s y s t e m i n a m i l l i s t o b e m a p p e d d o w n , m e a s u r e -m e n t s o f t e n h a v e t o b e c a r r i e d o u t w h e r e , u n d e r n o r m a l c o n d i t i o n s , t h e y a r en o t r e q u i r e d . T h e n a s a m p l i n g s t a t i o n o f a t e m p o r a r y a n d s o m e t i m e sp r i m i t i v e n a t u r e w i l l o f t e n b e i n s t a l l e d . H e r e , t o o , c o n t i n u o u s r e c o r d i n g o ff l o w m e a s u r e m e n t s a n d a u t o m a t i c s a m p l i n g a r e d e s i r a b l e . A t e m p o r a r ys t a t i o n m a y a l s o b e s e t u p f o r o b t a i n i n g d a t a r e q u i r e d f o r t h e d i m e n s i o n i n go f a p e r m a n e n t s t a t i o n .

2 7 1


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H . 0 . B O U V E N G

2 . F L O W M E A S U R E M E N TG e n e r a l s y m b o l s :

Q = f l o w , m 3 / sv = v e l o c i t y , r n / sg = a c c e l e r a t i o n d u e t o g r a v i t y , r n / s 2p = d e n s i t y , k g / r n 3

2 . 1 . W e i r m e a s u r e m e n t2 . 1 . 1 . P r i n c i p l e

A w e i r i s a d a m p l a c e d i n a c h a n n e l , f l u m e o r p i p e o u t l e t a n d o v e r w h i c ht h e w a t e r f l o w s w i t h a f r e e f a l l ( F i g u r e 1 ) . T h e f l o w i s c a l c u l a t e d f r o m t h eg e o m e t r y o f t h e w e i r a n d t h e w a t e r l e v e l u p s t r e a m o f i t .

/ / / , 7 / / / / / , / 7 7 7 / 7 / W / / / 7 / 7 7 / / J 7 7 / / / 7 / 7 / / / / / /F i g u r e 1 . F l o w o v e r a w e i r .

2 . 1 . 2 . C o n s t r u c t i o n a n d i n s t a l l a t i o nW e i r s a r e m a d e o f s t e e l p l a t e o r p l a n e d w o o d . T h e e d g e s o f t h e w e i r p l a t e si n c o n t a c t w i t h t h e f l o w i n g m e d i u m s h o u l d b e s h a r p a n d c u t s o a s t o f o r ma n a n g l e o f 4 5 t o t h e d i r e c t i o n o f f l o w .W e i r s a r e m o u n t e d a c c u r a t e l y a t r i g h t a n g l e s t o t h e d i r e c t i o n o f f l o w a n dw i t h t h e u p p e r e d g e h o r i z o n t a l ( s p i r i t - l e v e l ) . T h e m o u n t i n g c a n b e c a r r i e do u t b y o n e o f t h e f o l l o w i n g m e t h o d s , c a r e b e i n g t a k e n t o e n s u r e t i g h t s e a l sa g a i n s t t h e w a l l s a n d t h e b e d o f t h e c h a n n e l .( i ) T h e w e i r i s m o u n t e d b e t w e e n r a i l s o r b o l t s . F o r t e m p o r a r y i n s t a l l a t i o n si t w i l l o f t e n s u f f i c e t o b o l t s t r o n g s t r i p s t o e a c h c h a n n e l w a l l ( t h e w a t e rp r e s s u r e w i l l n o r m a l l y b e g r e a t e n o u g h t o k e e p t h e w e i r i n p o s i t i o n ) , a n d t os e a l w i t h m a c h i n e f e l t , f o a m r u b b e r o r f o a m p l a s t i c . T h e s e a l i n g m a t e r i a l i sc h o s e n w i t h r e g a r d t o t h e p r o p e r t i e s o f t h e f l o w i n g m e d i u m . T h i s a l t e r n a t i v ei s t o b e p r e f e r r e d .( i i ) T h e w e i r , w h i c h s h a l l b e m a d e s l i g h t l y w i d e r t h a n t h e c h a n n e l , i sf o r c e d i n t o p o s i t i o n , c a r e b e i n g t a k e n t o a v o i d d a m a g i n g t h e e d g e s .( i i i ) T h e w e i r c a n b e s e c u r e d w i t h w o o d e n w e d g e s , b u t t h i s m e t h o d e n t a i l sp r o b l e m s i n s e a l i n g .

2 7 2


5/22

F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M S2 . 1 . 3 . T y p e s o f w e i r ; f o r m u l a eT h e f o l l o w i n g s y m b o l s a r e u s e d :B = w i d t h o f c h a n n e l , m .b = w i d t h o f w e i r o p e n i n g , m .

H = d i s t a n c e f r o m t h e c h a n n e l b e d t o t h e e d g e o f t h e w e i r , m .h = u p s t r e a m w a t e r l e v e l r e l a t i v e t o t h e e d g e o f t h e w e i r , m .= c o e f f i c i e n t o f d i s c h a r g e .( i ) C h o i c e o f w e i r t y p e . T h e c h o i c e o f a s u i t a b l e w e i r i s m a d e o n t h e b a s i so f t h e c h a n n e l w i d t h , t h e a c c e s s i b l e d a m h e i g h t a n d t h e r a n g e w i t h i n w h i c ht h e f l o w i s e x p e c t e d t o v a r y . I n s e r t i o n o f t h e s e v a l u e s i n t o t h e f o r m u l a eb e l o w w i l l i n d i c a t e w h a t t y p e i s s u i t a b l e o r , a l t e r n a t i v e l y , w h a t c h a n g e ss h o u l d b e m a d e i n t h e e x i s t i n g s y s t e m f o r m e a s u r e m e n t t o b e p o s s i b l e .

F i g u r e 2 . W e i r w i t h o u t e n d - c o n t r a c t i o n w i t h e x t e r n a l v e n t i l a t i o n h o l e .

( i i ) W e i r w i t h o u t e n d c o n t r a c t i o n s . T h e e d g e o f t h e w e i r e x t e n d s a c r o s s t h ee n t i r e w i d t h o f t h e c h a n n e l ( b = B ; F i g u r e 2 ) . T h i s t y p e i s u s e d f o r h e a v yf l o w s . T h e f l o w i s g i v e n b yQ = b h V 2 g h

= 0 4 2 2 4 + 0 . 0 0 0 5 3 / h( i i i ) W e i r w i t h e n d c o n t r a c t i o n s . T h e w e i r i s c o m b i n e d w i t h a c o n s t r i c t i o n o ft h e c h a n n e l ( F i g u r e 3 ) . T h i s t y p e i s u s e d f o r m o d e r a t e f l o w s .

Q = b h \ / 2 g h= 0 3 8 3 8 + O . 0 3 8 6 b / B + 0 . 0 0 0 5 3 / h

2 7 3

B


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H . 0 . B O U V E N G

( i v ) V - n o t c h e d w e i r ( T h o m p s o n w e i r ) . T h e w e i r c o n s i s t s o f a V - s h a p e d n o t c h( F i g u r e 4 ) i n t h e d a m . T h i s t y p e i s u s e d f o r l i g h t f l o w s .8 4 u h 2 0Q = m t a n

= 0 5 6 5 O + O 0 0 8 6 8 h ' 1 2w h e r e 0 i s t h e a n g l e o f t h e n o t c h . ( W h e n , a s i s u s u a l l y t h e c a s e , 0 = 9 0 0 ,t a n 0 / 2 = 1 . )

( v ) S p e c i a l t y p e s . W e i r s c a n h a v e o t h e r s h a p e s o f o p e n i n g , e . g . h y p e r b o l i c o ro n e s i n w h i c h h i s p r o p o r t i o n a l t o t h e f l o w . F o r t h e r e l e v a n t c a l c u l a t i o n s ,r e f e r e n c e i s m a d e t o t h e l i t e r a t u r e .

2 7 4

F i g u r e 3 . W e i r w i t h e n d - c o n t r a c t i o n .

F i g u r e 1 . T h o m p s o n w e i r .


7/22

F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M S2 . 1 . 4 . G a u g e s

A c c o r d i n g t o t h e a b o v e t h e c a l c u l a t i o n o f f l o w o v e r w e i r s r e q u i r e s m e a s u r e -m e n t o f o n l y t h e w a t e r l e v e l r e l a t i v e t o t h e w e i r e d g e . F o r t h i s a g a u g e i sp l a c e d u p s t r e a m o f t h e w e i r a n d d i s t a n t f r o m i t ( i f p o s s i b l e ) a t l e a s t 2 5 t i m e st h e m a x i m u m l e v e l ( I i ) a b o v e t h e w e i r ( F i g u r e 5 ) .F o r p e r m a n e n t i n s t a l l a t i o n s i t i s p r e f e r a b l e t o p l a c e t h e g a u g e i n a s e p a r a t e ,c y l i n d r i c a l m e a s u r i n g c h a m b e r ( s t i l l i n g w e l l ) c l o s e t o t h e c h a n n e l a n dc o m m u n i c a t i n g w i t h i t . T h e t e n d e n c y f o r m i c r o b i a l g r o w t h i n t h e m e a s u r i n gc h a m b e r c a n b e c o u n t e r a c t e d b y a d m i t t i n g a t a n g e n t i a l s t r e a m o f f r e s hw a t e r , s m a l l i n r e l a t i o n t o t h e d i a m e t e r o f t h e c o m m u n i c a t i n g p i p e .

F i g u r e 5 . A r r a n g e m e n t o f m e a s u r i n g c h a m b e r o n a w e i r . A , M e a s u r i n g c h a m b e r ( i n t e r n a ld i a m . 3 0 0 4 0 0 m m w i t h f l o a t ; 1 0 0 1 5 0 m m w i t h b u b b l e t u b e ) . B , C o n n e c t i n g t u b e . C ,

( i ) S c a l e . W h e n t h e c h a n n e l i s a c c e s s i b l e f o r d i r e c t i n s p e c t i o n t h e w a t e rl e v e l c a n b e m e a s u r e d d i r e c t l y o n a s c a l e o n t h e c h a n n e l w a l l . T h i s m e t h o di s s u i t a b l e f o r t e m p o r a r y i n s t a l l a t i o n s w h e r e f o r s o m e r e a s o n a u t o m a t i cr e c o r d i n g c a n n o t b e a r r a n g e d . T h e a c c u r a c y o f m e a s u r e m e n t i s l i m i t e do n l y b y t h a t w i t h w h i c h t h e s c a l e c a n b e r e a d ; t r o u b l e s o m e i n t h i s c o n n e c t i o ni s t h e p r e s e n c e o f f o a m i n t h e c h a n n e l .( i i ) B u b b l e t u b e . T h i s d e v i c e f o r m e a s u r i n g t h e w a t e r l e v e l c o n s i s t s o f an a r r o w v e r t i c a l t u b e ( i n t e r n a l d i a m e t e r c . 1 0 m m ) s u b m e r g e d i n t h e c h a n n e lw i t h i t s o r i f i c e o n a l e v e l w i t h t h e w e i r e d g e . ( F o r t e m p o r a r y i n s t a l l a t i o n st h e o r i f i c e s h o u l d b e a s n e a r t h i s l e v e l a s p o s s i b l e ; t h e p o s i t i o n s h o u l d b ed e t e r m i n e d w i t h a s p i r i t l e v e l . ) T h e t u b e i s f e d w i t h c o m p r e s s e d a i r v i a ar e d u c t i o n v a l v e , s o t h a t t h e r e i s a s t e a d y f l o w f r o m t h e o r i f i c e o f 1 o r 2b u b b l e s p e r s e c o n d . T h e p r e s s u r e i n t h e t u b e i s m e a s u r e d a n d , a f t e r c o n -v e r s i o n , t r a n s m i t t e d t o a r e c o r d i n g i n s t r u m e n t .

P . A . C . - - T 2 2 7 5

W e i r .


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H . 0 . B O U V E N GT h e b u b b l e t u b e i s r e c o m m e n d e d f o r t e m p o r a r y i n s t a l l a t i o n s b e c a u s e i tc a n e a s i l y b e m o u n t e d d i r e c t l y i n t h e c h a n n e l . I t s h o u l d b e n o t e d , h o w e v e r ,t h a t a h i g h v e l o c i t y o f t h e f l o w i n g m e d i u m m i g h t c a u s e t h e p r e s s u r e i n t h eb u b b l e t u b e t o b e r e d u c e d . L o w v a l u e s f o r t h e f l o w w i l l t h e n r e s u l t . T h ee f f e c t m a y b e d i m i n i s h e d o r e l i m i n a t e d b y s h i e l d i n g t h e b u b b l e t u b e w i t h

a n o u t e r t u b e ( d i a m e t e r 1 1 . 5 " ) o p e n i n b o t h e n d s . I t i s m o u n t e d w i t h i t se n d s a b o u t 5 c m a b o v e a n d b e l o w t h e o r i f i c e o f t h e b u b b l e t u b e , r e s p e c t i v e l y .F o r p e r m a n e n t i n s t a l l a t i o n a s e p a r a t e m e a s u r i n g c h a m b e r ( w i t h a n i n t e r n a ld i a m e t e r o f 1 0 0 t o 1 5 0 m m ) i s r e c o m m e n d e d .( i i i ) M e a s u r e m e n t o f e l e c t r i c a l c a p a c i t a n c e . A s e n s i n g e l e m e n t i n t h e f o r m o f a ne l e c t r i c a l l y i n s u l a t e d r o d - o r p l a t e - s h a p e d c o n d u c t o r i s p l a c e d v e r t i c a l l y i nt h e c h a n n e l o r i n a s e p a r a t e m e a s u r i n g c h a m b e r . T h e l o w e r e d g e o f t h es e n s i n g e l e m e n t s h o u l d b e o n l e v e l w i t h t h e w e i r e d g e . T h e s e n s i n g e l e m e n t

i s c o u p l e d t o a m e a s u r i n g c i r c u i t i n s u c h a w a y t h a t t h e c o n d u c t o r a n d t h es u r r o u n d i n g m e d i u m f o r m a c a p a c i t o r . T h e c a p a c i t a n c e o f t h e c i r c u i t i sd e t e r m i n e d b y t h e d e p t h t o w h i c h t h e s e n s i n g e l e m e n t i s s u b m e r g e d , a n dt h i s i n t u r n i s d e t e r m i n e d b y t h e f l o w . P l a t e - s h a p e d c o n d u c t o r s c a n b e o fs u c h a s h a p e t h a t t h e c a p a c i t a n c e i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e f l o w .T h i s t y p e o f g a u g e i s s e n s i t i v e t o m i c r o b i a l g r o w t h a n d d e p o s i t e d d e b r i s .T h e s y s t e m c a n n o t b e c a l i b r a t e d b e f o r e e q u i l i b r i u m i s o b t a i n e d b e t w e e nd e p o s i t i o n a n d e r o s i o n . S i n c e t h e p r o p e r t i e s o f t h e d e p o s i t n e a r t h e s u r f a c e( d r y i n g o u t , m o i s t e n i n g ) v a r y w i t h t h e w a t e r l e v e l , t h e m e t h o d p e r m i t s o fo n l y m o d e r a t e a c c u r a c y . F o r t h i s r e a s o n a s e p a r a t e m e a s u r i n g c h a m b e r ,v e n t i l a t e d w i t h f r e s h w a t e r , i s r e c o m m e n d e d f o r p e r m a n e n t i n s t a l l a t i o n s .

( i v ) F l o a t . M e a s u r e m e n t o f l e v e l b y m e a n s o f a f l o a t s h o u l d a l w a y s b ec a r r i e d o u t i n a s e p a r a t e m e a s u r i n g c h a m b e r w i t h a d i a m e t e r o f t h e o r d e r o f3 0 0 t o 4 0 0 m m . T h e l e v e l i s t r a n s m i t t e d b y a c a b l e t o a m e t e r o r , p r e f e r a b l y ,t o a r e c o r d e r . W i t h a m e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o n s y s t e m a f l o a t w i l l b e s e n s i t i v et o c o r r o s i o n a n d t h e r e f o r e u n s u i t a b l e f o r s y s t e m s i n w h i c h t h e w a s t e w a t e rc o n t a i n s s u l p h i d e , s u l p h i t e o r c h l o r i n e .P r o v i d e d t h a t t h e r e i s n o i n t e r f e r e n c e f r o m g r o w t h i n t h e m e a s u r i n gc h a m b e r o r f r o m c o r r o s i o n , t h e f l o a t y i e l d s r e l i a b l e a n d a c c u r a t e m e a s u r e -m e n t s .

2 . 1 . 5 . C o m m e n t s o n w e i r m e a s u r e m e n t( i ) I n s t a l l a t i o n . B e c a u s e o f t h e s i m p l e m o u n t i n g , w e i r s a r e r e c o m m e n d e df o r t e m p o r a r y i n s t a l l a t i o n s i n c h a n n e l s , f l u m e s a n d p i p e o u t l e t s . T h ef o l l o w i n g p o i n t s r e g a r d i n g i n s t a l l a t i o n a n d o p e r a t i o n s h o u l d b e n o t e d .T h e e d g e o f t h e w e i r s h o u l d b e s i t u a t e d a t l e a s t 1 0 c m a b o v e t h e m a x i m u mw a t e r l e v e l o n t h e d o w n s t r e a m s i d e . I n t h e c a s e o f w e i r s w i t h o u t e n d c o n -t r a c t i o n s a i r m u s t b e l e d i n u n d e r d i s c h a r g i n g w a t e r ( v e n t i l a t i o n o f t h e w e i r ) .I n t h e c a s e o f o p e n f l u m e s a n u p w a r d b e n t t u b e ( F i g u r e 2 ) c a n b e f i t t e de x t e r n a l l y j u s t a f t e r a n d b e l o w t h e e d g e o f t h e w e i r . A l t e r n a t i v e l y , a v e r t i c a lt u b e h a v i n g a n o r i f i c e b e t w e e n t h e o u t f i o w i n g w a t e r a n d t h e w a t e r s u r f a c ei n t h e c h a n n e l c a n b e m o u n t e d j u s t d o w n s t r e a m o f t h e w e i r . S i n c e c o m -p l e t e l y s a t i s f a c t o r y v e n t i l a t i o n i s o f t e n d i f f i c u l t t o a c c o m p l i s h , a w e i r h a v i n ge n d c o n t r a c t i o n s s h o u l d b e c h o s e n w h e n p o s s i b l e .

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F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M SF o r a s a t i s f a c t o r y a c c u r a c y o f m e a s u r e m e n t t h e w a t e r l e v e l ( I i ) a b o v e t h ew e i r e d g e o n t h e d a m s i d e s h o u l d n o t f a l l b e l o w 5 c m . T h e u p s t r e a m d a mh e i g h t ( t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e c h a n n e l b e d a n d t h e w e i r e d g e ) s h o u l dp r e f e r a b l y b e a t l e a s t 2 5 t i m e s t h e m a x i m u m w a t e r l e v e l a b o v e t h e w e i re d g e ( H > 2 5 h , s e e b e l o w ) .T o e n s u r e a n a c c e p t a b l y s t e a d y f l o w a t t h e w e i r t h e u p s t r e a m p a r t o f t h ec h a n n e l s h o u l d h a v e a s t r a i g h t p o r t i o n w h o s e l e n g t h i s a t l e a s t 1 0 t i m e s i t sw i d t h . T o r e d u c e t h e t u r b u l e n c e a g r a t i n g o r g u i d e b a f f l e s c a n b e i n s e r t e db e f o r e t h e w e i r . T h e w e i r s h o u l d b e e a s i l y a c c e s s i b l e f o r c l e a n i n g .

( i i ) A c c u r a c y . U n d e r p r a c t i c a l c o n d i t i o n s f l o w m e a s u r e m e n t b y m e a n s o fw e i r s c a n b e c a r r i e d o u t t o a n a c c u r a c y o f a p p r o x i m a t e l y + 1 0 p e r c e n t .O n t h e o t h e r h a n d , i t i s a s s u m e d t h a t t h e t u r b u l e n c e i n t h e c h a n n e l i sr e d u c e d a n d , f u r t h e r m o r e , t h a t t h e w e i r a n d g a u g e a r e k e p t f r e e f r o ms e d i m e n t .T h e f o r m u l a e a r e v a l i d f o r f r e e f a l l . T h i s r e q u i r e s t h e s p e e d o f t h e w a t e ri n t h e c h a n n e l i m m e d i a t e l y u p s t r e a m o f t h e w e i r t o b e c l o s e t o z e r o , t h a t i s ,t h e r a t i o h / H s h o u l d b e s m a l l . F o r c a r e f u l m e a s u r e m e n t s , H s h o u l d e x c e e d2 5 h ; a n a c c e p t a b l e p r a c t i c a l l i m i t i s 2 h .T h e e r r o r d u e t o t h e s p e e d i s g i v e n b y t h e f o r m u l a h 1 = h 2 + D 2 / 2 g , w h e r eh 1 i s t h e c o r r e c t e d w a t e r l e v e l , h 2 t h e o b s e r v e d l e v e l a n d t h e a v e r a g ev e l o c i t y b e f o r e t h e w e i r .P r o v i d e d t h a t s e d i m e n t a t i o n a n d m i c r o b i a l g r o w t h b o t h o n t h e w e i r a n di n t h e m e a s u r i n g c h a m b e r a r e c o n t r o l l e d , a n d t h a t t h e s e n s i n g d e v i c e i sp r o t e c t e d a g a i n s t c o r r o s i o n , w e i r s a r e e x t r e m e l y r e l i a b l e i n t h e i r o p e r a t i o n .2 . 2 . M e a s u r e m e n t w i t h o r i f i c e p l a t e s , f l o w n o z z l e s , V e n t u r i t u b e s a n dr o t a m e t e r s

2 . 2 . 1 . P r i n c i p l eC o n s t r i c t i o n o f a p i p e r e s u l t s i n a n i n c r e a s e i n t h e s p e e d o f t h e f l o w i n gm e d i u m a n d i n a c o r r e s p o n d i n g d r o p i n i t s p r e s s u r e , i n a c c o r d a n c e w i t hB e r n o u l l i ' s l a w : = 2 g ( p 1 p 2 ) / pT h e f l o w ( Q = v 1 F = v 2 f ) i s c a l c u l a t e d f r o m t h e g e o m e t r y o f t h e c o n s t r i c t i o na n d t h e o b s e r v e d p r e s s u r e d r o p . N o r m a l l y t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n i s a p -p l i c a b l e f o r i n c o m p r e s s i b l e l i q u i d s

V l m 2w h e r e F = c r o s s - s e c t i o n a l a r e a o f t h e p i p e , m 2f = a p e r t u r e o f t h e c o n s t r i c t i o n , i n 2i n = a r e a r a t i o f / FA h = p r e s s u r e h e a d , m e t r e s o f w a t e r c o l u m n .T h e m a i n t y p e s o f m e a s u r i n g d e v i c e s a r e o r i f i c e p l a t e s , f l o w n o z z l e s a n dV e n t u r i t u b e s . T h e p r e s s u r e d i f f e r e n c e i s m e a s u r e d m a n o m e t r i c a l l y a n ds q u a r e r o o t i s t a k e n , t h i s b e i n g p r o p o r t i o n a l t o t h e f l o w . I n p r a c t i c e a n

2 7 7


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H . 0 . B O U V E N Ge x p e r i m e n t a l l y d e t e r m i n e d f a c t o r o , k n o w n a s t h e c o e f f i c i e n t o f d i s c h a r g e i su s e d i n w h i c h t h e t e r m i / / i m 2 i s u s u a l l y i n c l u d e d . S t a n d a r d s a r e g i v e ni n t h e 1 i t e r a t u r e " 4 7 " .2 . 2 . 2 . O r / l c e p l a t e s

A s t a n d a r d i z e d o r i f i c e p l a t e c o n s i s t s o f a t h i n p l a t e w i t h a c e n t r a l s h a r p -e d g e d h o l e a n d i s m o u n t e d p e r p e n d i c u l a r l y t o t h e d i r e c t i o n o f f l o w ( F i g u r e 6 a ) .1 P 2

F i g u r e 6 . ( a ) O r i f i c e p l a t e . ( b ) C o n i c a l V e n t u r i t u b e . ( c ) V e n t u r i n o z z l e .

T h e f l o w r a t e i s h i g h e s t a n d t h e c o n t r a c t i o n g r e a t e s t s l i g h t l y a f t e r t h eo r i f i c e . I n t h e f o r m u l a f o r s t a n d a r d i z e d o r i f i c e sQ = o c f V 2 g h

t h e c o e f f i c i e n t o f d i s c h a r g e t a k e s a c c o u n t o f t h e c o n t r a c t i o n a n d o f t h ea r e a r a t i o m . T h e m a g n i t u d e s o f f o r v a r i o u s v a l u e s o f m , p r o v i d e d t h a tR e y n o l d s n u m b e r , R e , e x c e e d s t h e v a l u e s i n d i c a t e d b e l o w a r e a s f o l l o w s :m 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0R e l 0 > 0 6O 6 l 5 0 9O 6 3 4 l 30 6 6 0 1 70 6 9 5 2 30 7 4 0 3 0O 8 0 2

I n p r a c t i c e , R e i s n o r m a l l y l a r g e e n o u g h f o r t h e e r r o r i n t h e a b o v e v a l u e st o l i e w i t h i n 2 p e r c e n t 1 1 . I t i s f u r t h e r a s s u m e d t h a t t h e s e n s i n g d e v i c e i s n o tc o n n e c t e d d i r e c t l y t o t h e p i p e b u t t o a n a n n u l a r c h a m b e r c o n n e c t e d t o t h ep i p e v i a s l i t s p l a c e d i m m e d i a t e l y i n f r o n t o f a n d b e h i n d t h e p l a t e .2 7 8

a

e I 1 L 1P 1 P 2

C


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F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M SO r i f i c e p l a t e s g i v e a h i g h l e v e l o f a c c u r a c y a t t h e e x p e n s e o f a l a r g ep r e s s u r e l o s s , w h i c h i n c r e a s e s t h e p u m p i n g c o s t s . T h e y d o n o t f u n c t i o ns a t i s f a c t o r i l y i n t h e p r e s e n c e o f s u s p e n d e d p a r t i c l e s ( s e d i m e n t o n t h e u p -s t r e a m s i d e c a u s e l o w r e s u l t s ) a n d a r e t h e r e f o r e u n s u i t a b l e f o r p e r m a n e n ti n s t a l l a t i o n i n s y s t e m s c o n d u c t i n g f i b r e s .T h e f a c t t h a t o r i f i c e p l a t e s c a n s o m e t i m e s b e e a s i l y i n s e r t e d a t p i p ec o n n e c t i o n s i n e x i s t i n g s y s t e m s r e n d e r s t h e m s u i t a b l e f o r t e m p o r a r y i n -s t a l l a t i o n s .

2 . 2 . 3 . V e n t u r i t u b e sA V e n t u r i t u b e c o n s i s t s o f a n i n l e t s e c t i o n ( c o n f u s e r ) , w h i c h c a n b ec o n i c a l ( c o n i c a l V e n t u r i t u b e ; F i g u r e 6 b ) o r o f t h e n o z z l e t y p e ( V e n t u r in o z z l e ; F i g u r e 6 c ) , a n d a c o n i c a l o u t l e t s e c t i o n ( d i f f u s e r ) . F o r a c o n i c a lV e n t u r i t u b e t h e f o l l o w i n g f o r m u l a e a r e a p p l i c a b l eQ = c c ' f V 2 g h / \ / l m 20 9 6 < c c ' < 0 9 9

N o s t a n d a r d s a r e a v a i l a b l e f o r c o n i c a l V e n t u r i t u b e s . F o r V D I s t a n d a r dV e n t u r i n o z z l e s 5 6 t h e f o l l o w i n g f o r m u l a a p p l i e s :Q = c c f / 2 g h

T h e m a g n i t u d e o f c c f o r v a r i o u s v a l u e s o f m p r o v i d e d t h a t R e y n o l d s n u m b e re x c e e d s t h e v a l u e s i n d i c a t e d a r e a s f o l l o w s :m 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6R e 1 0 > 1 1 1 3 1 5 l 8 2 0

c c 1 0 0 1 O 2 l 0 5 l 0 9 1 l 6W h a t w a s m e n t i o n e d a b o v e c o n c e r n i n g R e f o r o r i f i c e p l a t e s i s a l s o a p p l i c a b l et o V e n t u r i n o z z l e s ' 1 .V e n t u r i t u b e s a r e e x p e n s i v e t o i n s t a l l . T h i s d i s a d v a n t a g e i s b a l a n c e d b yt h e f a c t t h a t t h e p r e s s u r e l o s s a n d t h e a s s o c i a t e d i n c r e a s e i n t h e p u m p i n gc o s t i s c o n s i d e r a b l y l o w e r t h a n f o r o r i f i c e p l a t e s . S i n c e t h e t u b e s a r e s e l f -c l e a n i n g t h e y a r e w e l l s u i t e d f o r p e r m a n e n t i n s t a l l a t i o n i n w a s t e - w a t e rs y s t e m s .B e c a u s e o f i t s s m a l l e r d i m e n s i o n s a n d t h e a v a i l a b i l i t y o f r e l e v a n t s t a n d a r d s ,t h e V e n t u r i n o z z l e i s p r e f e r a b l e t o t h e c o n i c a l V e n t u r i t u b e .

2 . 2 . 4 . F l o w n o z z l e sA f l o w n o z z l e c l o s e l y r e s e m b l e s a V e n t u r i n o z z l e w i t h o u t a d i f f u s e r .F l o w n o z z l e s a r e a s s e n s i t i v e a s o r i f i c e p l a t e s t o d e p o s i t i o n o f s o l i d s a n d a r e

t h u s u n s u i t a b l e f o r p e r m a n e n t i n s t a l l a t i o n i n w a s t e - w a t e r s y s t e m s . F o rt e m p o r a r y i n s t a l l a t i o n t h e y o f f e r n o a d v a n t a g e s o v e r o r i f i c e p l a t e s . F o rf o r m u l a e s e e s t a n d a r d s 7 .2 . 2 . 5 . I n s t a l l a t i o n

T h e s t a n d a r d s a s s u m e a s m o o t h f l o w t h r o u g h t h e m e a s u r i n g d e v i c e . T h er e q u i r e d s t r a i g h t l e n g t h o f p i p e u p s t r e a m o f t h e d e v i c e , c a n b e c a l c u l a t e d2 7 9


12/22

H . 0 . B O U V E N Gf r o m t h e r a t i o o f l e n g t h t o d i a m e t e r ( L / D ) , g i v e n f o r d i f f e r e n t v a l u e s o f i n :i n 0 2 0 4 0 6

L / D 5 1 2 1 0 2 0 2 0 4 0T h e s e v a l u e s o f t h e r a t i o a s s u m e f a v o u r a b l e c o n d i t i o n s o f f l o w . I f a v a l v ew i t h a n o n - l i n e a r f l o w p a t h , a T - t u b e o r a p u m p i s i n s t a l l e d u p s t r e a m o f t h em e a s u r i n g d e v i c e t h e r e q u i r e d s t r a i g h t l e n g t h i s d o u b l e d . O n t h e d o w n s t r e a m

s i d e t h e r e q u i r e d l e n g t h o f t h e s t r a i g h t s e c t i o n i s s u c h t h a t L / D > 5 .2 . 2 . 6 . R o t a i n e t e r s

A r o t a m e t e r c o n s i s t s o f a v e r t i c a l c o n i c a l t u b e , i n c r e a s i n g i n d i a m e t e ru p w a r d s , i n w h i c h d i r e c t i o n t h e f l o w o c c u r s . T h e t u b e i s c o n s t r i c t e d b y af l o a t i n g b o d y , w h i c h i s f o r c e d u p w a r d s i n t h e t u b e a s t h e f l o w i n c r e a s e s ,t h u s i n c r e a s i n g t h e d i s c h a r g e a r e a . T h e f l o a t i n g b o d y i s s o m e t i m e s f u r n i s h e dw i t h s t a b i l i z i n g s p i r a l g r o v e s o r s l i t s t o s t a b i l i s e i t s r o t a t i o n . T h e v e r t i c a lp o s i t i o n o f t h e b o d y i s a f u n c t i o n o f t h e f l o w , t h e d e n s i t i e s o f t h e m e d i u m a n dt h e b o d y , a n d t h e g e o m e t r y o f t h e t u b e .R o t a m e t e r s a r e a v a i l a b l e t h a t a r e c a l i b r a t e d f o r m e d i a o f a g i v e n d e n s i t y .V a r i a t i o n s o f 5 p e r c e n t i n t h e d e n s i t y o f t h e m e d i u m n o r m a l l y a f f e c t t h em e a s u r e m e n t s b y l e s s t h a n 1 p e r c e n t . T h e o p e r a t i o n , h o w e v e r , i s i n f l u e n c e db y g r o w t h f o r m a t i o n . R o t a m e t e r s c a n b e d e s i g n e d f o r c o n t i n u o u s r e c o r d i n g .T h e y a r e m a n u f a c t u r e d f r o m g l a s s f o r f l o w s u p t o 2 0 m 3 / h a n d f r o m m e t a lf o r f l o w s u p t o a b o u t 1 0 0 m 3 / h . B e c a u s e o f t h e i r l i m i t e d c a p a c i t y a n d t h e i rs e n s i t i v i t y t o g r o w t h f o r m a t i o n , r o t a m e t e r s i n w a t e r s y s t e m s o f p u l p a n dp a p e r m i l l s c a n b e u s e d o n l y f o r m e a s u r i n g s m a l l f l o w s o f c l e a n w a t e r , f o ri n s t a n c e s p r a y w a t e r .2 . 3 . M a g n e t i c m e a s u r e m e n t o f f l o w

W h e n a n e l e c t r i c a l c o n d u c t o r i s m o v e d i n a m a g n e t i c f i e l d , a v o l t a g e i sg e n e r a t e d i n t h e c o n d u c t o r . M a g n e t i c m e a s u r e m e n t o f f l o w i s b a s e d o n t h i sp r i n c i p l e ; t h e f l o w i n g m e d i u m c o n s t i t u t e s t h e c o n d u c t o r . F o r s u c h a m e t e rt h e f o l l o w i n g e q u a t i o n i s a p p l i c a b l e :E = A T H Q / F = I c ' Qw h e r e E = e l e c t r o m o t i v e f o r c e g e n e r a t e dH = s t r e n g t h o f m a g n e t i c f i e l dk , k ' = d i m e n s i o n a l c o n s t a n t sF = c r o s s - s e c t i o n o f t h e p i p e .E i s i n d e p e n d e n t o f t e m p e r a t u r e , v i s c o s i t y , t u r b u l e n c e a n d ( a b o v e a c e r t a i n

m i n i m u m ) c o n d u c t i v i t y .M a g n e t i c f l o w m e t e r s c o n s i s t o f a s t r a i g h t p i p e s e c t i o n f i t t e d w i t h s t a n d a r df l a n g e s . T w o s m a l l e l e c t r o d e s o f c o r r o s i o n - r e s i s t a n t m a t e r i a l a r e m o u n t e di n s i d e t h e p i p e , w h i c h i s s u r r o u n d e d b y a s h e l l w h e r e t h e m a g n e t i c c i r c u i t i sp l a c e d . T h e d e v i c e i s m a n u f a c t u r e d i n s t a n d a r d d i m e n s i o n s f r o m 1 / 2 t o 7 2 i n .M a g n e t i c f l o w m e t e r s a r e e x p e n s i v e . T h e y a r e h i g h l y a c c u r a t e , d o n o tc a u s e a n y p r e s s u r e d r o p a n d a r e i n d e p e n t e n t o f t u r b u l e n c e . T h e y a r er e s i s t a n t t o c o r r o s i o n a n d u n a f f e c t e d b y t h e p r e s e n c e o f s u s p e n d e d p a r t i c l e s( w i t h t h e p o s s i b l e e x c e p t i o n o f s a n d a n d s i m i l a r o t h e r h e a v y p a r t i c l e s w h i c hc a n d a m a g e t h e e l e c t r o d e s ) .2 8 0


13/22

F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M S2 . 4 . M e a s u r e m e n t w i t h V e n t u r i a n d P a r s h a l l f l u m e s

2 . 4 . 1 . P r i n c i p l eA s i n t h e c a s e o f p i p e s a c o n s t r i c t i o n i n a c h a n n e l c a u s e s a n i n c r e a s e i nv e l o c i t y o f t h e f l o w i n g m e d i u m . W h e r e a s i n a t u b e a d r o p i n p r e s s u r e r e s u l t s ,a n d i n a n o p e n c h a n n e l t h e r e i s a d r o p i n l e v e l . F o r a s u i t a b l y s h a p e dc o n s t r i c t i o n , t h e f l o w c a n b e o b t a i n e d w i t h s u f f i c i e n t a c c u r a c y b y m e a s u r i n gt h e l e v e l u p s t r e a m o f t h e c o n s t r i c t i o n .2 . 4 . 2 . V e n t u r i f l u m e s

A V e n t u r i f l u m e i s t h e o p e n c h a n n e l e q u i v a l e n t o f a V e n t u r i t u b e ( F i g u r e7 ) . F o r a V e n t u r i f l u m e t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n i s a p p l i c a b l e :Q = c t h b ' \ / 2 g ( H h ) / ' \ / l ( h b / H B ) 2

U n d e r c o n d i t i o n s o f f r e e f l o w , i . e . w h e n t h e w a t e r l e v e l d o w n s t r e a m o f t h ec o n s t r i c t i o n i s n o t a f f e c t e d b y t h e w a t e r l e v e l u p s t r e a m o f i t ( s e e s e c t i o n2 . 4 . 4 . ) , h = 2 H / 3 , t h e a b o v e f o r m u l a w i l l b e= 2 c c H b / 3 V ' 2 g H / 3 ( 2 b / 3 B ) 2o r f o r a g i v e n f l u m e ( 0 . 9 5 < c < 0 . 9 9 ) .Q = c o n s t H 3 / 2N o s t a n d a r d s a r e a v a i l a b l e f o r V e n t u r i f l u m e s .

2 . 4 . 3 . P a r s h a l l f l u m e sT h e P a r s h a l l f l u m e ( F i g u r e 8 ) i s a m o d i f i e d V e n t u r id i m e n s i o n s 4 1 0 . T h e f o l l o w i n g e m p i r i c a l e q u a t i o nP a r s h a l l f l u m e :

Q = 0 l l 3 2 b ( 3 - 2 8 H ) T hf l u m e o f s t a n d a r d i z e di s a p p l i c a b l e t o t h e

w h e r e b w i d t h o f t h e c o n t r a c t i o n , f tH w a t e r l e v e l , m , m e a s u r e d a c c o r d i n g t o t h e s t a n d a r d 4 " n = l 5 2 2 b 2 6 .2 8 1

w h e r e Bh =o c =

c h a n n e l w i d t h , mm i n i m u m w i d t h o f t h e V e n t u r i f l u m e , md e p t h o f c h a n n e l b e f o r e t h e c o n s t r i c t i o n , md e p t h o f c h a n n e l a t b , mc o e f f i c i e n t o f d i s c h a r g e

F i g u r e 7 . V e n t u r i f l u m e .


14/22

H . 0 . B O U V E N GT h e e q u a t i o n i s a p p l i c a b l e t o f r e e f l o w t h a t i s t o s a y t h e w a t e r h e a d i n t h ec o n s t r i c t i o n , h , s h o u l d n o t e x c e e d O 7 H ( b o t h b e i n g m e a s u r e d f r o m t h ep l a n e s e c t i o n o f t h e f l u m e ) . I n t h e c a s e s o f s u b m e r g e d f l o w s m e a s u r e m e n t o fb o t h h a n d H i s n e c e s s a r y . A c o r r e c t i o n t e r m b a s e d o n t h e o b s e r v a t i o n s i s t h e nr e q u i r e d .

T h e s t a n d a r d s c o n t a i n c u r v e s a n d t a b l e s f o r t h e c a l c u l a t i o n o f Q a n d t h en e c e s s a r y c o r r e c t i o n f o r s u b m e r g e d f l o w .2 . 4 . 4 . I n s t a l l a t i o n a n d u s e

M e a s u r i n g f l u m e s a r e u s u a l l y c a s t i n c o n c r e t e o n t h e s i t e . W h e n d e s i g n i n gt h e f l u m e , a t t e n t i o n s h o u l d b e g i v e n t o a n y f u t u r e i n c r e a s e s i n f l o w , f o ri n s t a n c e , a s a r e s u l t o f a r i s e i n p r o d u c t i o n .

F i g u r e 8 . P a r s h a l l f l u m e .I n o r d e r t o p r e v e n t s u b m e r g e d f l o w i n t h e f l u m e , a n d t h u s m o r e c o m p l i -c a t e d c a l c u l a t i o n s , a s l o p e o f r e a s o n a b l e g r a d i e n t s h o u l d b e c o n s t r u c t e dd o w n s t r e a m o f t h e f l u m e .T h e m e a s u r i n g d e v i c e s h o u l d b e m o u n t e d i n a s e p a r a t e m e a s u r i n g c h a m -b e r . W h e n a b u b b l e t u b e i s u s e d ( t o b e p r e f e r r e d ) t h e m e a s u r i n g c h a m b e rs h o u l d b e c o n s t r u c t e d s u f f i c i e n t l y d e e p t o a l l o w t h e b u b b l e t u b e t o b em o u n t e d w i t h i t s o r i f i c e o n a l e v e l w i t h t h e b o t t o m o f t h e f l u m e . O t h e r w i s ea s f o r g a u g e s f o r w e i r s ( s e e S e c t i o n 2 . 1 . 4 . ) .T o e n s u r e s t e a d y e n o u g h f l o w , m e a s u r i n g f l u m e s s h o u l d h a v e a s t r a i g h tf l o w p a t h a b o u t 1 0 t i m e s a s l o n g a s t h e c h a n n e l w i d t h . I f t h i s c a n n o t b ea r r a n g e d , g r a t i n g s o r g u i d e b a f f l e s s h o u l d b e i n s t a l l e d .A s t h e y a r e s e l f - c l e a n i n g , f l u m e s a r e r e l i a b l e i n t h e i r o p e r a t i o n a n d l i t t l em a i n t e n a n c e i s c a l l e d f o r . F o r w a s t e - w a t e r s y s t e m s c o n d u c t i n g f i b r e s t h e ya r e t h e r e f o r e p r e f e r a b l e t o w e i r s . F o r s a t i s f a c t o r y o p e r a t i o n t h e y r e q u i r e as l i g h t l y s m a l l e r l e v e l d r o p t h a n w e i r s , b u t a r e m o r e e x p e n s i v e t o i n s t a l l ,e s p e c i a l l y i n a l r e a d y e x i s t i n g p l a n t s .2 8 2

h


15/22

F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M S

2 . 5 . M e a s u r e m e n t b y d i l u t i o n m e t h o d sA c o n c e n t r a t e d s o l u t i o n o f a s u b s t a n c e ( t r a c e r ) t h a t c a n e a s i l y b e d e t e r -m i n e d a t h i g h d i l u t i o n s i s i n j e c t e d i n t o t h e m e d i u m a t a c o n s t a n t , k n o w nr a t e , u s u a l l y f o r a b o u t 1 0 m m . T h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e t r a c e r i s t h e nm e a s u r e d f a r e n o u g h d o w n s t r e a m f o r c o m p l e t e m i x i n g t o h a v e t a k e n p l a c e .P r o v i d e d t h a t n o w a t e r h a s b e e n d r a w n f r o m o r r u n i n t o t h e s y s t e m b e t w e e nt h e p o i n t o f i n j e c t i o n a n d t h e p o i n t o f m e a s u r e m e n t t h e f o l l o w i n g e q u a t i o nw i l l b e a p p l i c a b l e :

Q C 0 + q C 1 = ( Q + q ) C 2w h e r e q = i n j e c t e d f l o w , m 3 / sC 0 = b a c k g r o u n d c o n c e n t r a t i o n o f t r a c e r i n t h e s t r e a m

C 1 = c o n c e n t r a t i o n o f t r a c e r i n i n j e c t e d f l o wC 2 = c o n c e n t r a t i o n o f t r a c e r a f t e r m i x i n g .C 0 , C 1 a n d C 2 m u s t b e e x p r e s s e d i n t h e s a m e u n i t s . I f , a s n o r m a l l y i s t h e c a s e ,C 0 = 0 , t h e e q u a t i o n r e d u c e s t o

Q q ( C C 2 ) / C 2I f q i s n e g l i g i b l e c o m p a r e d t o Q t h e g e n e r a l e q u a t i o n r e d u c e s t o

Q q C 1 / ( C 2 C 0 )a n d i f f u r t h e r m o r e t h e b a c k g r o u n d c o n c e n t r a t i o n i s z e r oQ = q C 1 / C 2I f p a r t o f t h e s t r e a m i s b r a n c h e d o f f b e t w e e n t h e i n j e c t i o n a n d m e a s u r i n gp o i n t s , Q a p p l i e s u p s t r e a m t h e b r a n c h i n g p o i n t , a n d i f e f f l u e n t s a r e a d d e da t a b r a n c h i n g p o i n t Q a p p l i e s d o w n s t r e a m . I f t h e a d d e d s t r e a m i s Q

Q = q C i f C 2 Q 1( i ) S a l t d i l u t i o n . F o r o c c a s i o n a l m e a s u r e m e n t s a n i n o r g a n i c s a l t i s a s u i t a b l et r a c e r . N o r m a l l y t h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e c a t i o n i s m e a s u r e d . M o d e r nm e t h o d s o f a n a l y s i s ( f l a m e p h o t o m e t r y o r a t o m i c s p e c t r o m e t r y ) p e r m i tm e a s u r e m e n t o f e x t r e m e l y l o w c o n c e n t r a t i o n s . S o d i u m s a l t s c a n n o t b e u s e di n p u l p a n d p a p e r m i l l s y s t e m s o n a c c o u n t o f t h e h i g h a n d v a r i a b l e b a c k -g r o u n d . P o t a s s i u m a n d l i t h i u m s a l t s a r e u s u a l l y s u p e r i o r i n t h i s r e s p e c t .T h e i n j e c t i o n c a n b e c a r r i e d o u t b y m e a n s o f a d o s a g e p u m p . B e f o r e t h ei n j e c t i o n , s a m p l e s a r e t a k e n f o r b a c k g r o u n d d e t e r m i n a t i o n . D u r i n g t h ei n j e c t i o n a t l e a s t t h r e e s a m p l e s a r e t a k e n f o r a n a l y s i s . S i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s

b e t w e e n t h e a n a l y s e s o f t h e s a m p l e s m a y d e p e n d o n i n c o n s t a n c y o f t h e f l o w ,o n i n c o m p l e t e m i x i n g o f t h e i n j e c t e d t r a c e r o r o n u n s a t i s f a c t o r y o p e r a t i o n o ft h e p u m p .( i i ) I s o t o p e d i l u t i o n . R a d i o - i s o t o p e s o f f e r h i g h s e n s i t i v i t y a n d a n a l m o s tc o n s t a n t b a c k g r o u n d ( n a t u r a l r a d i o a c t i v i t y ) . T h e m e t h o d i s e x p e n s i v e ,h o w e v e r , a n d r e q u i r e s s p e c i a l l y t r a i n e d p e r s o n n e l . T h e i s o t o p e s 8 2 B r a n d2 4 N a a r e s u i t a b l e f o r w a s t e - w a t e r s y s t e m s .

2 8 3


16/22

H . 0 . B O U V E N G( i i i ) U s e o f d y e s t u f f s . D y e s t u f f s a r e u s u a l l y u n s u i t a b l e f o r u s e i n p u l p a n dp a p e r m i l l s e f f l u e n t s b e c a u s e t h e y a r e u n s t a b l e a n d e a s i l y a d s o r b e d o np a r t i c l e s . T h e i r c o l o u r i s o f t e n d e p e n d e n t o n t h e p H .T h e t r a c e r m u s t b e i n j e c t e d i n s u c h a w a y a s t o e n s u r e t h o r o u g h m i x i n g .I n p i p e s y s t e m s a d v a n t a g e s h o u l d b e t a k e n o f t h e p o s s i b i l i t y o f i n j e c t i n g t h et r a c e r b e f o r e a p u m p o r v a l v e . S p e c i a l c a r e s h o u l d b e t a k e n w h e n c o n c e n -t r a t e d s a l t s o l u t i o n s a r e u s e d b e c a u s e , o w i n g t o t h e i r h i g h d e n s i t y , t h e y d on o t m i x r e a d i l y w i t h t h e e f f l u e n t u n l e s s t h e r e i s c o n s i d e r a b l e t u r b u l e n c e .T h e f l o w s h o u l d b e f a i r l y c o n s t a n t d u r i n g t h e m e a s u r e m e n t p r o c e d u r e .T h e m e t h o d c a n a l s o b e u s e d t o m e a s u r e v a r i a t i o n s i n f l o w ; t h i s r e q u i r e s al a r g e n u m b e r o f s a m p l e s t a k e n a t f r e q u e n t i n t e r v a l s .

2 . 6 . M e a s u r e m e n t o f f l o w v e l o c i t y2 . 6 . 1 . M e a s u r e m e n t w i t h a v e l o c i t y - i n d i c a t i n g i n s t r u m e n t

I f t h e f l o w a r e a i s k n o w n t h e f l o w c a n b e c a l c u l a t e d f r o m t h e v e l o c i t y o ff l o w , a s m e a s u r e d w i t h a v e l o c i t y - i n d i c a t i n g i n s t r u m e n t . S i n c e t h e v e l o c i t yv a r i e s o v e r a c r o s s - s e c t i o n o f t h e f l o w , i t i s n e c e s s a r y t o k n o w t h e a p p r o x i m a t ev e l o c i t y d i s t r i b u t i o n a c r o s s t h e s e c t i o n . F o r t h i s , m e a s u r e m e n t s o f a t l e a s t 3t o 5 p o i n t s a r e r e q u i r e d . F r o m t h e v e l o c i t y d i s t r i b u t i o n t h e m e a n v e l o c i t yi s c a l c u l a t e d . F r o m t h i s a n d t h e a r e a o f f l o w , F , t h e f l o w Q i s o b t a i n e d :T h e p r e c i s e d e t e r m i n a t i o n o f t h e p o s i t i o n o f e a c h p o i n t o f m e a s u r e m e n t w i l lb e r e q u i r e d . T h e c a l c u l a t i o n s a r e t i m e - c o n s u m i n g a n d t h e m e t h o d i si m p r a c t i c a b l e .F o r e s t i m a t i n g t h e o r d e r o f m a g n i t u d e o f a f l o w i t w i l l s u f f i c e t o m e a s u r et h e v e l o c i t y a t o n e p o i n t , p r e f e r a b l y i n t h e c e n t r e o f t h e f l o w w h e r e a t s m o o t hf l o w t h e v e l o c i t y i s a m a x i m u m . T h e a p p r o x i m a t e m e a n v e l o c i t y i s t h e ng i v e n b y V m a x > i i < O 5 V m a xI f t h e m e a s u r e m e n t o f f l o w v e l o c i t y , i n s p i t e o f i t s l i m i t e d a c c u r a c y , i s t o b eu s e d i n a p e r m a n e n t i n s t a l l a t i o n , t h e m e a s u r i n g d e v i c e s h o u l d b e m o u n t e dw h e r e t h e d e v i a t i o n f r o m t h e m e a n v e l o c i t y i s l e a s t . T h i s c a n b e d e t e r m i n e de x p e r i m e n t a l l y .W h e n m e a s u r i n g f l o w v e l o c i t y i n c h a n n e l s a n d f l u m e s , a c c o u n t m u s t b et a k e n o f t h e f a c t t h a t t h e d e p t h , a n d t h u s t h e a r e a o f f l o w , u s u a l l y v a r i e s w i t ht h e v e l o c i t y .

( i ) P i t o t t u b e s . T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n d y n a m i c a n d s t a t i c p r e s s u r e i n t h es y s t e m m a y b e m e a s u r e d b y m e a n s o f a p i t o t t u b e c o n n e c t e d t o a d i f f e r e n t i a lm a n o m e t e r . T h e v e l o c i t y a t t h e p o i n t o f m e a s u r e m e n t i s g i v e n b y :

w h e r e L h i s t h e d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e i n m e t r e s o f w a t e r c o l u m n . P i t o t t u b e sa r e i n e x p e n s i v e a n d c a n o f t e n b e m o u n t e d a t c o n n e c t i o n p o i n t s o r p i p ej o i n t s , b u t t h e y a r e e s p e c i a l l y s e n s i t i v e t o t h e d e p o s i t i o n o f s o l i d p a r t i c l e s .2 8 4


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F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M S( i i ) C u r r e n t m e t e r s . A c u r r e n t m e t e r c o n s i s t s o f h i g h - p i t c h i m p e l l e r w i t h al o w - f r i c t i o n b e a r i n g . T h e s p e e d o f r o t a t i o n , w h i c h i s d e p e n d e n t o n t h e f l o wv e l o c i t y , i s t r a n s m i t t e d t o a r e c o r d i n g i n s t r u m e n t . T h e f l o w v e l o c i t y i s r e a df r o m a c a l i b r a t i o n c u r v e w h i c h s h o u l d b e c h e c k e d p e r i o d i c a l l y .C u r r e n t m e t e r s a r e e x p e n s i v e a n d t h e i r s e n s i t i v i t y i s l o w a t b o t h l o w a n dh i g h v e l o c i t i e s o f f l o w . T h e a c c u r a c y i s a f f e c t e d b y c o r r o s i o n a n d g r o w t h .

2 . 6 . 2 . M e a s u r e m e n t o f t i m e o f p a s s a g eA s a l t s o l u t i o n o r a r a d i o - i s o t o p e i s i n j e c t e d i n s t a n t a n e o u s l y a n d t h e t i m ei s m e a s u r e d f o r i t t o r e a c h a g i v e n p o i n t o r t o p a s s b e t w e e n t w o g i v e np o i n t s . F o r a s a l t s o l u t i o n t h e i n t e r v a l i s m e a s u r e d c o n d u c t o m e t r i c a l l y , a n df o r a r a d i o - i s o t o p e a s u i t a b l e d e t e c t o r i s u s e d . F o r m e a s u r e m e n t s i n t u b e s , ar a d i o - i s o t o p e h a s t h e a d v a n t a g e t h a t t h e s e n s i n g e l e m e n t c a n b e p l a c e do u t s i d e t h e t u b e , w h e r e a s t h e d e v i c e f o r c o n d u c t o m e t r i c m e a s u r e m e n t m u s tb e m o u n t e d w i t h i n t h e t u b e .B e c a u s e o f t h e v a r i a t i o n i n v e l o c i t y o v e r t h e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a t h ev o l u m e i n j e c t e d w i l l s p r e a d i n t h e d i r e c t i o n o f t h e f l o w . F o r r a d i o - i s o t o p e s ,c o n c e n t r a t i o n t i m e c u r v e s c a n b e r e c o r d e d w i t h a t w o - c h a n n e l h i g h s p e e dr e c o r d e r . T h e m e a n v e l o c i t y i s o b t a i n e d f r o m t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e c e n t r e so f g r a v i t y o f t h e a r e a s u n d e r t h e c u r v e s . W h e n o n l y a n i n d i c a t i n g i n s t r u m e n ti s a v a i l a b l e , t h e t i m e t o p r o d u c e t h e m a x i m u m d e f l e c t i o n i s n o t e d .W h e n a r e c o r d e r i s u s e d , t h e t i m e s h o u l d n o t b e l e s s t h a n 5 s , a n d w i t h a ni n d i c a t i n g i n s t r u m e n t , n o t b e l o w 1 0 s .F o r r o u g h e s t i m a t e s i n a s t r a i g h t f l u m e o r c h a n n e l , i t s u f f i c e s t o m e a s u r et h e t i m e f o r a f l o a t i n g o b j e c t ( s u c h a s a c o r k o r w o o d c h i p ) t o p a s s b e t w e e nt w o p o i n t s . T h e v a l u e s o o b t a i n e d i s t h e v e l o c i t y i n t h e s u r f a c e . T h e m e a nv e l o c i t y c a n b e t a k e n a s a b o u t 8 5 p e r c e n t o f t h i s v a l u e . C h i p s a n d s u r f a c ei n d i c a t o r s a r e n o t g o o d i n d i c a t o r s w h e r e s t o c k c o n s i s t e n c y r i s e s t o 0 7 5 p e rc e n t o r m o r e . I n t h e s e c a s e s a n e u t r a l d e n s i t y p l u g w h o s e d i m e n s i o n s a p -p r o a c h t h e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a i s m o r e s a t i s f a c t o r y .2 . 7 . M i s c e l l a n e o u s m e a s u r i n g m e t h o d s

W h e n , a s i s o f t e n t h e c a s e , t h e f l o w c a n n o t b e m e a s u r e d d i r e c t l y , u s u a l l yb e c a u s e t h e s y s t e m i s i n a c c e s s i b l e f o r t h e i n s t a l l a t i o n o f m e a s u r i n g e q u i p m e n t ,o t h e r m e t h o d s m u s t b e r e s o r t e d t o .I f t h e s y s t e m i n c l u d e s v a t s o r c o n t a i n e r s t h a t a r e a c c e s s i b l e f o r m e a s u r e -m e n t s o f l e v e l , t h e f l o w i n t h e i n l e t c a n b e o b t a i n e d f r o m t h e r a t e a t w h i c h t h el e v e l r i s e s o n c l o s i n g t h e o u t l e t v a l v e .W h e r e f e a s i b l e t h e e f f l u e n t m a y b e d i v e r t e d t o a s u i t a b l e c o n t a i n e r a n dt h e t i m e r e q u i r e d t o f i l l i t d e t e r m i n e d . S i n c e t h e t i m e f o r r e a s o n a b l y s a t i s -f a c t o r y m e a s u r e m e n t s h o u l d n o t b e l e s s t h a n 1 0 s , 1 a n d 2 m 3 c o n t a i n e r s w i l ls u f f i c e f o r f l o w s l e s s t h a n 6 a n d 1 2 m 3 / m i n , r e s p e c t i v e l y .I f t h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e l i q u o r b e f o r e a n d a f t e r a n e v a p o r a t o r a n d e i t h e rt h e i n l e t o r t h e o u t l e t f l o w a r e m e a s u r e d b y a n y s u i t a b l e m e t h o d , t h e o t h e rf l o w c a n b e c a l c u l a t e d . F o a m i n g ( l i q u o r - c o n t a i n i n g c o n d e n s a t e ) i n t r o d u c e sa n e r r o r .W h e n n o o t h e r p o s s i b i l i t y e x i s t s t h e f l o w c a n b e c a l c u l a t e d f r o m t h e p u l pc o n c e n t r a t i o n b e f o r e a n d a f t e r a t h i c k e n e r o r a f i l t e r u n i t a n d t h e r a t e o f

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H . 0 . B 0 U V E N Gp u l p o u t p u t . T h e l a r g e s t s o u r c e o f e r r o r l i e s i n t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h ei n l e t p u l p c o n c e n t r a t i o n . I f w a t e r i s a d d e d t o t h e s y s t e m b e t w e e n t h es a m p l i n g p o i n t s , t h e r e s p e c t i v e f l o w s m u s t b e m e a s u r e d a n d c o r r e s p o n d i n gc o r r e c t i o n s m a d e .

3 . S A M P L I N G3 . 1 . P l a n n i n g o f s a m p l i n g s t a t i o n sA t o u t l e t s w h e r e c o n t i n u o u s c o n t r o l o f o u t l e t w a t e r i s t o b e c a r r i e d o u t ,a p p a r a t u s f o r a u t o m a t i c s a m p l i n g a t f r e q u e n t i n t e r v a l s s h o u l d b e i n s t a l l e d .A u t o m a t i c t e c h n i q u e s g i v e c o n s i d e r a b l y m o r e r e l i a b l e r e s u l t s t h a n m a n u a ls a m p l i n g a n d , i n t h e l o n g r u n , a r e c h e a p e r .I f a s t a t i o n f o r s a m p l i n g a n d f l o w m e a s u r e m e n t c a n n o t b e s i t u a t e d i n d o o r sa h e a t e d s h e d w i l l b e r e q u i r e d f o r h o u s i n g t h e e q u i p m e n t . W h e n c o m p r e s s e d

a i r i s t o b e u s e d , a c o m p r e s s o r ( t o b e p r e f e r r e d ) o r c o m p r e s s e d a i r c o n d u i t sa t a f r o s t - f r e e d e p t h w i l l a l s o b e r e q u i r e d .3 . 2 . s a m p l i n g m e t h o d s3 . 2 . 1 . G e n e r a l c o n s i d e r a t i o n s

T h e c h o i c e o f s a m p l i n g d e v i c e m u s t t a k e i n t o a c c o u n t t h e c h a r a c t e r i s t i c so f t h e s y s t e m . W a s t e - w a t e r s y s t e m s o f p u l p a n d p a p e r m i l l s c a l l f o r a c o r -r o s i o n - r e s i s t a n t s a m p l e r , w h e r e o p e r a t i o n i s n o t i n f l u e n c e d b y m i c r o b i a lg r o w t h o r b y t h e p r e s e n c e o f s u s p e n d e d m a t e r i a l s ( f i b r e , f i l l e r a d d i t i v e s ,b a r k s l u d g e ) . F u r t h e r m o r e , i t s h o u l d b e e a s y t o a s s e m b l e a n d t o d i s m a n t l ef o r i n s p e c t i o n a n d m a i n t e n a n c e , t h e n e e d f o r w h i c h s h o u l d b e l i m i t e d .R e p r e s e n t a t i v e s a m p l e s a r e s o m e t i m e s d i f f i c u l t t o o b t a i n b y a u t o m a t i cs a m p l i n g o f w a s t e w a t e r s c o n t a i n i n g o i l , d e n s e s u s p e n d e d p a r t i c l e s o r o t h e rn o t e a s i l y d i s p e r s e d c o n s t i t u e n t s .

3 . 2 . 2 . S a m p l i n g i n f l u m e s a n d c h a n n e l s( i ) S c o o p - t y p e s a m p l e r . A s c o o p - t y p e s a m p l e r c o n s i s t s o f a n e n d l e s s c h a i n o r aw h e e l t o w h i c h o n e o r m o r e s a m p l i n g s c o o p s a r e a t t a c h e d . T h e s a m p l e r i sm o u n t e d a t t h e f l u m e o r c h a n n e l s o t h a t w h e n i n t h e l o w e r p o s i t i o n t h es c o o p s f i l l w h i l e i n t h e u p p e r p o s i t i o n t h e y e m p t y i n t o a c o l l e c t i n g v e s s e l .B y a d j u s t i n g t h e s p e e d o f t h e w h e e l o r c h a i n t h e s a m p l i n g i n t e r v a l m a y b ec h a n g e d . G r o w t h a n d s e d i m e n t a t i o n i n t h e s c o o p s m a y o c c u r . T h e e x t e n t t ow h i c h t h e s c o o p i s f i l l e d m a y b e d e p e n d e n t o n t h e f l o w v e l o c i t y . S c o o p - t y p es a m p l e r s f u n c t i o n u n s a t i s f a c t o r i l y i n m o s t t y p e s o f w a s t e w a t e r .( i i ) P n e u m a t i c s a m p l e r s . I n p n e u m a t i c s a m p l e r s ( F i g u r e 9 ) t h e s a m p l e i sc o l l e c t e d i n a c h a m b e r w h i c h i s t h e n c l o s e d . T h e s a m p l e i s f o r c e d t h r o u g h at u b e t o a c o l l e c t i o n v e s s e l b y m e a n s o f c o m p r e s s e d a i r . T h e o p e n i n g a n dc l o s i n g o f t h e c h a m b e r i s o p e r a t e d b y a m a g n e t i c v a l v e o r , m o r e r e l i a b l y ,b y c o m p r e s s e d a i r . I n p n e u m a t i c s a m p l e r s t h e s a m p l e r e i t h e r r e m a i n s o p e nb e t w e e n s a m p l i n g p e r i o d s a n d c l o s e s w h i l e t h e s a m p l e i s b e i n g c o n v e y e d t ot h e c o l l e c t i o n v e s s e l , o r r e m a i n s c l o s e d e x c e p t f o r t h e m o m e n t w h e n t h es a m p l e i s a d m i t t e d t o t h e s a m p l i n g c h a m b e r .

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F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M SS a m p l e r s o f t h e ' o p e n ' t y p e a r e n o t t o b e r e c o m m e n d e d b e c a u s e o f t h er i s k o f d i s t u r b i n g m i c r o b i a l g r o w t h a n d a c c u m u l a t i o n o f s u s p e n d e d m a t e r i a li n t h e s a m p l i n g c h a m b e r .T h e s a m p l i n g c h a m b e r s h o u l d h a v e a g a s k e t , m a d e o f a m a t e r i a l , s u c h a sN e o p r e n e , w h i c h p o s s e s s e s h i g h r e s i s t a n c e t o c h e m i c a l s a n d i s e l a s t i c e n o u g h

t o p r o v i d e r e l i a b l e s e a l i n g i n t h e p r e s e n c e o f f i n e s u s p e n d e d p a r t i c l e s , s u c ha s f i b r e a n d f i l l e r . T h e g a s k e t s h o u l d b e e a s i l y r e p l a c e d .

- 4 B

F i g u r e 9 . P n e u m a t i c s a m p l e r . A , H i g h p r e s s u r e l e a d . B , L o w p r e s s u r e l e a d . C , S a m p l e l e a d .D , S a m p l e c h a m b e r .F o r s a m p l i n g i n s y s t e m s c o n t a i n i n g c o a r s e l y s u s p e n d e d m a t e r i a l t h e r e i si n v a r i a b l y a r i s k o f l e a k a g e o r d e p o s i t i o n ; t h e s a m p l e r s h o u l d t h e n b ef u r n i s h e d w i t h a d e v i c e , p r e f e r a b l y a n a u t o m a t i c o n e , f o r b a c k - b l o w i n g t h es a m p l i n g l e a d s a n d c h a m b e r .P n e u m a t i c s a m p l e r s a r e l e s s s u i t a b l e f o r u s e i n s y s t e m s c o n t a i n i n g v o l a t i l em a t t e r .

( i i i ) S a m p l i n g b y p a r t i a l f l o w . A s u i t a b l e p a r t o f t h e f l o w i n g m e d i u m c a n b ed i v e r t e d b y p u m p i n g t h r o u g h a s u b m e r g e d t u b e w i t h t h e o r i f i c e a t a s u i t a b l eh e i g h t a b o v e t h e b e d o f t h e f l u m e ( s e e S e c t i o n 3 . 3 . 1 . ) . T h e d i v e r t e d f l o wm a y t h e n b e l e d e i t h e r t o a c o l l e c t i o n v e s s e l o r b a c k t o t h e f l u m e . T h i sp r o c e d u r e o f f e r s n o p a r t i c u l a r a d v a n t a g e s o v e r p n e u m a t i c s a m p l e r s . T h eu s e o f p u m p s f o r s a m p l i n g i n w a s t e - w a t e r s y s t e m s a l w a y s i n v o l v e s a r i s k o fc l o g g i n g . 2 8 7

0


20/22

H . 0 . B O U V E N G3 . 2 . 3 . S a m p l i n g f r o m a t u b e

T h e r e i s a t p r e s e n t n o c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e p n e u m a t i c s a m p l e r s u i t a b l ef o r s a m p l i n g f r o m a t u b e u n d e r p r e s s u r e . I t i s , h o w e v e r , p o s s i b l e t o s a m p l ef r o m a d i v e r t e d f l o w . W h e n t h e d i s p o s a l o f t h e e x c e s s p a r t o f t h e d i v e r t e df l o w , s a y t o a f l u m e , i s i n c o n v e n i e n t , s a m p l i n g m a y b e e f f e c t e d t h r o u g h av a l v e m o u n t e d o n t h e p i p e a n d o p e n i n g a t i n t e r v a l s . S e a l i n g d i f f i c u l t i e s c a na r i s e t h r o u g h a b u i l d - u p o f s u s p e n d e d m a t e r i a l o n t h e p r e s s u r e s i d e . T h ev o l u m e r e m o v e d w i l l v a r y w i t h t h e p r e s s u r e i n t h e p i p e .3 . 2 . 4 . S i z e o f s a m p l eT h e v o l u m e r e m o v e d i n t h e s a m p l i n g p r o c e s s s h o u l d n o t b e s o l a r g e t h a tt h e t o t a l v o l u m e c o l l e c t e d i n a s a m p l i n g p e r i o d i s d i f f i c u l t t o h a n d l e . O nt h e o t h e r h a n d , t h e s a m p l e s h o u l d b e l a r g e e n o u g h f o r t h e l o s s d u r i n gt r a n s p o r t t o t h e c o l l e c t i n g v e s s e l t o b e n e g l i g i b l e . T h i s m e a n s t h a t i n p r a c t i c e

t h e s a m p l e s i z e w i l l b e b e t w e e n 5 0 a n d 1 0 0 m l . S a m p l e r s t a k i n g l e s s t h a nc . 4 0 m l s h o u l d n o t b e u s e d ( t h i s a p p l i e s t o m a n y o f t h e m a r k e t e d s c o o p - t y p es a m p l e r s ) .3 . 2 . 5 . T i m e - a n d q u a n t i t y - d e p e n d e n t s a m p l i n g a t i n t e r v a l s d e p e n d i n g o n t h e f l o w

S a m p l i n g a t c o n s t a n t i n t e r v a l s c a n n o r m a l l y b e r e c o m m e n d e d o n l y w h e r et h e f l o w a n d t h e c o m p o s i t i o n o f t h e e f f l u e n t v a r i e s o n l y m o d e r a t e l y a s m a yb e t h e c a s e f o r m a i n o u t l e t s a n d a l i k e . S a m p l i n g a t i n t e r v a l s d e p e n d i n g o nt h e f l o w s h o u l d o t h e r w i s e b e c a r r i e d o u t . T h i s c a n b e d o n e f o l l o w i n g t w od i f f e r e n t p r i n c i p l e s :

( i ) C o n s t a n t i n t e r v a l , v a r i a b l e v o l u m e . T h e s a m p l e r i s m o u n t e d a t a w e i r o r am e a s u r i n g f l u m e i n t h e s a m e w a y a s a g a u g e . T h e s a m p l e c h a m b e r c o n s i s t so f a t u b u l a r c o n t a i n e r w h o s e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a i n c r e a s e s f r o m b a s e t o t o p .T h e d i m e n s i o n s o f t h e c o n t a i n e r a r e s u c h t h a t a t a c e r t a i n e x t e r i o r w a t e rl e v e l t h e v o l u m e t a k e n i n t o t h e c h a m b e r o n s a m p l i n g i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a lt o t h e f l o w . T h e w a t e r i n t h e c h a m b e r i s t r a n s f e r r e d p n e u m a t i c a l l y a ti n t e r v a l s t o t h e c o l l e c t i o n v e s s e l . F r o m t h e a m o u n t o f w a t e r a n d t h e n u m b e ro f s a m p l e s c o l l e c t e d i n a s a m p l i n g p e r i o d t h e m e a n f l o w a n d t o t a l d i s c h a r g e dv o l u m e f o r t h e p e r i o d c a n b e c a l c u l a t e d . T h e s a m p l i n g m e t h o d i s s u i t a b l ew h e n a f a i r l y a c c u r a t e a n d c h e a p p r o c e d u r e i s d e s i r e d f o r s i m u l t a n e o u ss a m p l i n g a n d m e a s u r e m e n t o f a f l o w . F o r t h e d e s i g n o f t h e s a m p l i n g d e v i c e ,s e e S e c t i o n 3 . 2 . 2 .

( i i ) C o n s t a n t v o l u m e , v a r i a b l e i n t e r v a l . T h e p r o c e d u r e i s u s e f u l w h e n t h e r ea r e r a p i d a n d l a r g e v a r i a t i o n s i n v o l u m e a n d c o n c e n t r a t i o n o f a m a j o rc o m p o n e n t . T h e f l o w - m e a s u r i n g d e v i c e i s c o n n e c t e d t o a n a d d i t i v e c o u n t e r .W h e n a p r e d e t e r m i n e d v o l u m e h a s p a s s e d , a s i g n a l a c t i v a t e s t h e s a m p l e r .3 . 3 . I n s t a l l a t i o n a n d o p e r a t i o n o f s a m p l e r

3 . 3 . 1 . I n s t a l l a t i o nI f t h e m e d i u m c a r r i e s m u c h s u s p e n d e d m a t e r i a l i t m a y b e d i f f i c u l t t oo b t a i n r e p r e s e n t a t i v e s a m p l e s . W h e n d i r e c t i o n s f o r i n s t a l l a t i o n a r e n o t2 8 8


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F L O W M E A S U R E M E N T O F P A P E R M I L L W A S T E W A T E R S Y S T E M Ss u p p l i e d i t w i l l b e n e c e s s a r y t o f i n d t h e c o r r e c t d e p t h a n d a n g l e t o t h e f l o wb y e x p e r i m e n t . T h i s c a n b e d o n e b y c o m p a r i s o n w i t h s a m p l e s t a k e n m a n -u a l l y a t t h e s a m e t i m e , j u s t d o w n s t r e a m o f t h e s a m p l e r .C a r e s h o u l d b e t a k e n t h a t t h e s a m p l e r i s m o u n t e d a t a p o i n t w h e r e t h es a m p l e d w a t e r i s w e l l m i x e d . T h i s a p p l i e s e s p e c i a l l y t o s u c h s e w e r s y s t e m sw h i c h r e c e i v e w a s t e w a t e r s o f w i d e l y v a r y i n g d e n s i t i e s .T h e s a m p l e r s h o u l d b e m o u n t e d s o a s t o b e e a s i l y a c c e s s i b l e f o r i n s p e c t i o na n d m a i n t e n a n c e . I t s h o u l d b e r e a d i l y d i s m a n t l e d f o r a n y r e p a i r w o r k .F o r s a m p l i n g w a t e r c o n t a i n i n g m u c h s a n d ( f r o m b a r k i n g u n i t s , f o r i n s t a n c e )t h e d i s t a n c e o f t h e s a m p l e r f r o m t h e b o t t o m o f t h e c h a n n e l s h o u l d b e s u c ha s t o p r e v e n t t h e c o a r s e r s a n d p a r t i c l e s f r o m e n t e r i n g t h e s a m p l e r .S a m p l i n g i n c o r r o s i v e a t m o s p h e r e s c a l l s f o r c a r e f u l s e l e c t i o n o f t h e m a t e r i a lf r o m w h i c h t h e s a m p l e r i s m a d e ; m o r e o v e r , a l l e l e c t r i c a l c o m p o n e n t ss h o u l d b e m o u n t e d i n a s e p a r a t e r o o m , o r , f a i l i n g t h a t , i n a v e n t i l a t e dc h a m b e r .I f t h e s a m p l e r c a n n o t b e l o c a t e d i n a n e x i s t e n t b u i l d i n g i t s h o u l d b eh o u s e d i n a h e a t e d s h e d .

3 . 3 . 2 . S a m p l i n g p e r i o dF o r p e r m a n e n t i n s t a l l a t i o n s i n w a s t e - w a t e r s y s t e m s w h e r e t h e v a r i a t i o n si n f l o w o r c o n c e n t r a t i o n a r e m o d e r a t e , c u m u l a t i v e s a m p l e s m a y b e c o l l e c t e df o r e a c h s h i f t o r f o r e a c h 2 4 h . F r o m s e w e r s f r o m p r o d u c t i o n u n i t s , i n w h i c ht h e r e m a y b e s u d d e n d i s c h a r g e s o f s t r o n g l y p o l l u t i n g m a t e r i a l , s a m p l e ss h o u l d b e t a k e n d u r i n g e a c h s h i f t .F o r o c c a s i o n a l i n v e s t i g a t i o n s , f o r e x a m p l e , o f a p a r t i c u l a r p r o c e s s s t a g e ,a s a m p l i n g p e r i o d a p p r o p r i a t e t o t h e i n d i v i d u a l c i r c u m s t a n c e s w i l l b e c h o s e n .

3 . 3 . 3 . S a m p l i n g i n t e r v a lA t t h e m a i n o u t l e t a n i n t e r v a l o f 5 t o 1 0 m m b e t w e e n s a m p l i n g m a y b er e c o m m e n d e d . F o r e f f l u e n t s v a r y i n g g r e a t l y i n q u a n t i t y a n d c o m p o s i t i o n ,t h e i n t e r v a l s h o u l d b e a s s h o r t a s p o s s i b l e ( m a x i m u m 1 m m ) . S h o u l d t h ev a r i a t i o n s t e n d t o b e p e r i o d i c , t h e f r e q u e n c y o f s a m p l i n g s h o u l d d i f f e r f r o mt h a t o f t h e v a r i a t i o n . T h e c u m u l a t i v e s a m p l e m a y o t h e r w i s e g i v e a f a l s ep i c t u r e o f t h e a c t u a l c o n d i t i o n s f o r i n s t a n c e , f i b r e l o s s e s m a y b e u n d e r -e s t i m a t e d .I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a s a m p l e r o f t e n f u n c t i o n s b e t t e r i f t h e s a m p l i n gi n t e r v a l s a r e s h o r t ( l e s s l i k e l i h o o d o f s e d i m e n t a t i o n , i n c r u s t a t i o n , e t c . ) .

3 . 4 . D i r e c t m e a s u r e m e n t o f p H a n d c o n d u c t i v i t yC e r t a i n p r o p e r t i e s o f t h e w a s t e w a t e r c a n a n d s h o u l d b e m e a s u r e d d i r e c t l yi n a n o u t l e t t o a w a t e r c o u r s e . T h i s i s e s p e c i a l l y t r u e o f p H a n d c o n d u c t i v i t y ,a s s u d d e n , l a r g e c h a n g e s i n t h e r e c o r d e d v a l u e s w i l l i n d i c a t e o p e r a t i o n a lf a u l t s , w h i c h m i g h t c a u s e s e r i o u s d a m a g e t o t h e w a t e r c o u r s e . I t i s r e c o m -m e n d e d t o i n c o r p o r a t e i n t h e r e c o r d i n g s y s t e m a n a l a r m t h a t c o n t i n u e s t oo p e r a t e u n t i l t h e a p p r o p r i a t e c o u n t e r - m e a s u r e s h a v e b e e n t a k e n a n da c c e p t a b l e v a l u e s a r e a g a i n b e i n g r e c o r d e d .C o n d u c t i v i t y a n d p H m e t e r s s h o u l d p r e f e r a b l y b e e q u i p p e d w i t h a d e v i c ef o r a u t o m a t i c c l e a n i n g o f t h e s e n s i n g c o m p o n e n t .

2 8 9


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H . 0 . B O U V E N C4 . A D D I T I O N A L M E A S U R E S

W h e n e q u i p m e n t f o r f l o w m e a s u r e m e n t a n d s a m p l i n g a r e t o b e i n s t a l l e dc e r t a i n a d d i t i o n a l m e a s u r e s m a y b e d e s i r a b l e o r n e c e s s a r y , e s p e c i a l l y i no l d e r p l a n t s . T h e s e m e a s u r e s m a y b e s u m m a r i z e d a s f o l l o w s :( i ) T h e w a s t e w a t e r s y s t e m s h o u l d b e c h e c k e d w i t h r e g a r d t o t h e t y p e o fw a s t e t h a t i s t r a n s p o r t e d i n t h e d i f f e r e n t s e w e r s . T h e e x a c t l o c a t i o n o f t h es e w e r s a n d t h e i r p o s s i b l e i n t e r c o m m u n i c a t i o n s ( f o r i n s t a n c e i n t h e g r o u n d )s h o u l d b e e s t a b l i s h e d . T h i s i s o f s p e c i a l i m p o r t a n c e f o r s e w e r s i n t o w h i c hs t r o n g l y p o l l u t i n g w a s t e i s d i s c h a r g e d , e i t h e r n o r m a l l y o r a c c i d e n t a l l y u p o nb r e a k d o w n o f o p e r a t i o n o r t h r o u g h c a r e l e s s n e s s o f t h e p e r s o n n e l . I t s h o u l d b en o t e d t h a t e x p e n s i v e m e a s u r e s f o r a b a t i n g p o l l u t i o n m a y b e v a s t l y r e d u c e di n e f f i c i e n c y i f t h e s e w e r s y s t e m i s i n c o m p l e t e l y m a p p e d d o w n .( i i ) T h e e x i s t i n g s e w e r s y s t e m s h o u l d b e p r o p e r l y l a b e l l e d . T h e l a b e l l i n g

s h o u l d n o t b e n e g l e c t e d u p o n c h a n g e s o f t h e s y s t e m . W h e n t h e u s e o f ac o n d u i t f o r t r a n s p o r t i n g w a s t e i s d i s c o n t i n u e d , t h e c o n d u i t s h o u l d b ed i s c o n n e c t e d a n d r e m o v e d .( i i i ) T h e e f f l u e n t s f r o m d i f f e r e n t p r o c e s s u n i t s h o u l d i f p o s s i b l e b e t r a n s -p o r t e d i n s e p a r a t e s e w e r s , a t l e a s t i n i t i a l l y . C o m b i n e d s e w e r s s h o u l d b es e p a r a t e d a n d u n n e c e s s a r y i n t e r c o m m u n i c a t i o n s r e m o v e d w h e n o p p o r t u n -i t i e s f o r s u c h w o r k a r i s e .5 . R E F E R E N C E S

1 W . F . C o x o n . F l o w M e a s u r e m e n t a n d C o n t r o l , H e y w o o d a n d C o . , L o n d o n , 1 9 5 9 .2 J J M c K e o w n . P r o c e d u r e s f o r C o n d u c t i n g M i l l E f f l u e n t S u r v e y s , N a t i o n a l C o u n c i l f o r S t r e a mI m p r o v e m e n t , B u l l . 1 8 3 , N e w Y o r k , 1 9 6 5 .A m e r i c a n S o c i e t y o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r s , A S M E P o w e r T e s t C o d e s , p a r t 5 , c h a p t e r 4 :F l o w M e a s u r e m e n t b y m e a n s o f T h i n P l a t e O r i f i c e s , F l o w N o z z l e s a n d V e n t u r i T u b e s ,1 9 5 9 .A m e r i c a n S t a n d a r d f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s , 1 9 6 6 B o o k o f A S T M S t a n d a r d s , p a r t 2 3 ,p . 4 7 6 ; D 1 9 4 l 6 2 T : O p e n C h a n n e l F l o w M e a s u r e m e n t o f I n d u s t r i a l W a t e r a n d I n d u s t r i a lW a s t e W a t e r b y t h e F a r s h a l l F l u m e .D e u t s c h e r N o r m e n a u s s c h u s s , D I N 1 9 5 2 : V D I - D u r e h f i u s s m e s s r e g e l n , 1 9 4 8 .6 D e u t s e h e r N o r m e n a u s s c h u s s , D I N E n t w u r f 1 9 5 2 : D u r c h f i u s s m e s s u n g , 1 9 6 3 .I n t e r n a t i o n a l O r g a n i s a t i o n f o r S t a n d a r d i s a t i o n , I S O R e c o m m e n d a t i o n R 5 4 1 : M e a s u r e -m e n t o f F l u i d F l o w b y m e a n s o f O r i f i c e P l a t e s a n d N o z z l e s , 1 9 6 7 .I n t e r n a t i o n a l O r g a n i s a t i o n f o r S t a n d a r d i s a t i o n , I S O R e c o m m e n d a t i o n R 5 5 5 : L i q u i dF l o w M e a s u r e m e n t s i n O p e n C h a n n e l s . D i l u t i o n M e t h o d s f o r M e a s u r e m e n t o f S t e a d yF l o w ; p a r t 1 , C o n s t a n t R a t e I n j e c t i o n M e t h o d , 1 9 6 6 .I n t e r n a t i o n a l O r g a n i s a t i o n f o r S t a n d a r d i s a t i o n , I S O D r a f t R e c o m m e n d a t i o n 9 4 8 : L i q u i dF l o w M e a s u r e m e n t i n O p e n C h a n n e l s b y V e l o c i t y A r e a M e t h o d s , 1 9 6 5 .' O h i o R i v e r V a l l e y S a n i t a t i o n C o m m i t t e e , P l a n n i n g a n d M a k i n g I n d u s t r i a l W a s t e S u r v e y s ,C i n c i n n a t i 1 9 5 2 .S v e n s k a T e k n o l o g f O r e n i n g e n , H a n d b o k 6 2 , M n g d m i 2 t n i n g m e d m u n s t y c k e o c l z s t r y p f t a n s v i d

g e n o m s t r o m n i n g , 1 9 3 8 .

2 9 0

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