TOC-Analyse von industriellen Abwässern Kohlenstoff ohne Filter messen

Autor / Redakteur: Dr. Werner Arts / Wolfgang Ernhofer

Belastete Industrieabwässer haben oft hohe Konzentrationen einzelner Stoffe oder Stoffkombinationen. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Herausforderungen der TOC-Analyse von industriellen Abwässern mit hoher Partikeldichte.

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Kohlenstoffanteile am TOC
Kohlenstoffanteile am TOC
(Bild: LAR)

Die zuverlässige und kontinuierliche Analyse industrieller Abwässer ist problematisch. Da sich die Vielzahl an organischen Stoffen nicht einzeln bestimmen lässt, zumindest nicht im analytisch vertretbarem Aufwand und innerhalb kürzester Zeit, kommt der Summenparameter TOC (Total Organic Carbon) ins Spiel.

In der Industrie und der Abwasseranalytik wird der TOC zur Überwachung, Steuerung und Kontrolle von vielen Prozessen eingesetzt. Die Genauigkeit seiner Bestimmung hängt von der Probenahme, ihrer Aufbereitung sowie dem Messsystem selbst ab. Teilweise wird bei der Zuführung der Probe bzw. bei der Probenaufbereitung die Probenzusammensetzung so weit verändert, dass für den TOC wichtige Kohlenstoffanteile ausgeschlossen werden. Häufig entweichen z.B. aufgrund der Prozessführung flüchtige und leicht austreibbare Kohlenstoffe (VOC/POC). Bei der Betrachtung der gesamten Organik fehlen sie. Zudem führt eine Filtration dazu, dass an Partikeln gebundener Kohlenstoff ebenfalls ausgeschlossen wird.

Das Resultat vieler TOC-Analysatoren ist daher eine NPOC-Messung (nicht austreibbarer organischer Kohlenstoff) oder sogar eine NPDOC-Messung (nicht austreibbarer gelöster organischer Kohlenstoff), deren Ergebnis als TOC ausgegeben wird. Folglich sind diese Ergebnisse nicht aussagekräftig.

Einsatzbeispiel

Ein internationaler Hersteller von Stickstoff-Mineraldünger ist verpflichtet, den Abwasserablauf zu überwachen. Das Abwasser enthält eine Vielzahl von Inhaltsstoffen wie z.B. Methanol, organischen Stickstoffverbindungen, Phosphaten und Sulfaten.

2002 installierte das Unternehmen zwei nass-chemische Analysatoren zur Bestimmung von Nitraten, Nitriten und des TOC. Trotz aller Bemühungen die Messgeräte am Laufen zu halten, war die Verfügbarkeit der Analysatoren sehr gering. Zum Einen verbrauchen diese Systeme neben entmineralisiertem Wasser viele unterschiedliche Reagenzien wie Säuren, Laugen und Oxidationsmittel. Zum Anderen machte die Verwendung zahlreicher peristaltischer Pumpen, Ventile, dünner Schläuche und sonstiger Mechanismen die Apparate komplex und unverständlich.

All diese Faktoren führten zu zeitaufwändigen Problembehandlungen. Für eine einzige Messung benötigte das System über 15 Minuten. Die Messgeräte benötigten Partikelfilter, um Verstopfungen und Blockagen der Nassteile zu verhindern. Ein spezielles 50 Mikrometer Filterband wurde verwendet, das alle 15 Minuten eine frische Fläche des Filterbandes zur Verfügung stellte. Zudem wurden die Analysatoren mit Einweg-Filterscheiben ausgestattet, die dreimal täglich ersetzt werden mussten.

Im Frühjahr 2011 wurden beide Geräte durch einen Hochtemperatur-Analysator mit kombinierter TOC- und TN-Analyse (Gesamt-Stickstoff) von LAR ersetzt. Aufgrund der Prozessführung des Analysators ist eine Filtration der Probe nicht notwendig. Mithilfe einer Peristaltik-Pumpe wird das Rohabwasser in ein Überlaufgefäß gesaugt. Ein Magnet-Rührer hält die Probe in einem homogenisierten, repräsentativen Zustand. Dann entnimmt eine robotergeführte, horizontal und vertikal bewegliche Nadel eine genau dosierte Probenmenge, führt sie zum Ofen und injiziert sie durch ein Schleusenventil. Zur Vermeidung von Verschleppungen wird die Nadel nach jedem Injektionsvorgang automatisch gereinigt.

Im Gegensatz zu so genannten Septen, die nach mehrfacher Nutzung ausgetauscht werden müssen, sorgt das spezielle Ventil dafür, dass der Ofen zu jedem Zeitpunkt 100 % dicht gegenüber der Umgebungsluft bleibt. Durch das Ventil können leicht flüchtige Kohlenstoffe nicht entweichen. Sowohl Kohlenstoff- als auch Stickstoffverbindungen werden im Ofen bei 1200 °C vollständig zu Kohlendioxid und Stickoxid oxidiert. Aufgrund des hohen Oxidationspotentials sind Katalysatoren überflüssig. Anschließend bestimmen ein NDIR-Detektor und ein elektrochemischer NO-Detektor die jeweiligen TOC- und TN-Konzentrationen.

Zusammenfassung

Durch den Einsatz des Quick TOC-Analysators konnte die Online-Analyse des ungefilterten Abwassers problemlos realisiert werden. Die Messergebnisse schließen alle Partikel ein, was im True TOC und TNb – also den tatsächlichen Werten – resultiert. Und das, bei minimalem Wartungsaufwand. Beide Parameter werden simultan gemessen, ein Messzyklus dauert etwa fünf Minuten.

* Der Autor ist Vorstand von LAR Process Analysers.

* Kontakt: Tel. +49-30-278958-0

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