TOC-Online-Analyse So überwacht ein TOC-Online-Analysator Kläranlagen

Der TOC (Total Organic Carbon) ist ein Maß für die organische Verunreinigung von Abwasser. Um Prozesse in Kläranlagen zu steuern, kann der Wert als Indikator dienen. Neben der TOC-Analyse im Labor ist der Online-Analysator mehr und mehr gefragt. Hierzu muss er an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Lesen Sie hier, welche Bauteile und Module dem Gerät zur Verfügung stehen.

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Shimadzu Deutschland GmbH

IKA-Werke GmbH & Co. KG

HECHT Technologie GmbH

Der TOC-Gehalt muss nicht immer im Labor analysiert werden. In Kläranlagen kann ein Online-Analysator in unmittelbarer Nähe zum Prozess Probenströme unentwegt untersuchen – von der Probenahme über die Probenvorbereitung bis zum Analysenergebnis, das direkt an die Prozessleitwarte weitergegeben wird. Im Gegensatz zum Labor finden diese Arbeitsschritte voll automatisiert und in kurzer Zeit statt. Je nach Parameter werden die Ergebnisse im Fünf-Minuten-Takt von dem Gerät erzeugt und herausgegeben.

Maßgeschneiderte Lösungen

Da die Prozesse, die Art der Anlagen, aber auch die örtlichen Gegebenheiten sowie die Zusammensetzung des Wassers so außerordentlich verschieden sind, kann der TOC-Analysator nicht „von der Stange“ gekauft werden. Je nach Aufgabenstellung muss er individuell angepasst werden.

Der TOC-4200 von Shimadzu bringt diese Vielseitigkeit mit sich. Neben dem Hauptgerät gibt es zahlreiche Module, Probennahmestationen und Kits, die den Online-Analysator für das jeweilige Aufgabengebiet einsatzbereit machen.

Die Probennahme ist dabei einer der wichtigsten Faktoren: Wenn das Wasser z.B. Partikel oder Fasern enthält, sorgt ein Homogenisator dafür, dass die Probe homogen zur Verfügung steht. Zudem können bis zu sechs verschiedene Probenströme untersucht werden. Die Anforderung an die Probennahme und den Probenstromwechsler wird umso größer, wenn die verschiedenen Probenströme in ihrer Zusammensetzung unterschiedlich sind. Hier ist es wichtig, die Probennahmeeinheit gut zu spülen, um Querkontaminationen zu vermeiden. Neben verschiedenen Spülfunktionen mit Wasser, hat der Analysator eine Säurespülung, die hartnäckige Verunreinigungen aus der Probeeinheit lösen kann.

Probenvorbereitung

Nach der Probennahme erfolgt die Probenvorbereitung. Hierzu entnimmt die Spritzeneinheit des Analysators eine Teilmenge der homogenen Probe und versetzt sie mit einer Säure. Anschließend wird ein Spülgas durch die Probe geleitet. Bei diesem Vorbereitungsschritt werden die anorganischen Kohlenstoffverbindungen aus der Probe entfernt. Anschließend wird eine Teilmenge der Probe auf einen 680 °C heißen Platinkatalysator injiziert. Dabei oxidieren alle organischen Kohlenstoffverbindungen zu Kohlenstoffdioxid. Das Trägergas transportiert das entstandene CO₂ zu einem NDIR-Detektor, der die Menge des Gases erfasst.

Drei Katalysatoren für die Analyse

Für die Analyse stehen insgesamt drei verschiedene Katalysatoren zur TOC-Bestimmung zur Verfügung. Neben dem normalsensitiven Katalysator für unproblematische Abwässer oder geringbelastete Oberflächenwässer gibt es einen hochsensitiven Katalysator für Messungen in Bereichen kleiner als ein Milligramm pro Liter TOC.

Hohe Salzfrachten im Wasser stellen für den Analysator oftmals ein Problem dar, was nicht an der Umsetzung des TOC zu CO₂ liegt, sondern in der Verkürzung des Wartungsintervalls. Die Salze kristallisieren auf dem Katalysator aus und besetzen so die aktiven Zentren. Hierfür bietet Shimadzu das Kit für salzhaltige Proben an. Die Standzeit erhöht sich um das Dreifache bei hoch salzhaltigen Frachten.

Nicht nur die Wahl des Katalysators spielt für die Dauer der Verfügbarkeit eine Rolle. Es besteht auch die Möglichkeit eine Probe vor der Injektion zu verdünnen. Der TOC-4200 hat eine solche Verdünnungsfunktion, welche die Proben bis zu einem Faktor von 1:50 automatisch verdünnen kann. Dies ist auch bei der Erstellung der Kalibration von Vorteil, wenn der Analysator aus einer Standardlösung eine Mehrpunktkalibration erzeugt.

Kommunikation mit Leitwarte

Um die Ergebnisse an die Prozessleitwarte zu senden, steht neben der herkömmlichen Verkabelung eine Modbus-Kommunikation zur Verfügung. Dadurch ist es möglich, über eine einzige Verdrahtung ein Protokoll zu versenden. Auf diesem Weg können nicht nur mehrere Daten auf einem Kabel übermittelt werden, sondern auch mehrere Messgeräte angeschlossen werden. Eine optionale webbasierte Überwachung bietet die Möglichkeit von jedem vernetzten Computer eine Einsicht in die Ergebnisse oder in den Status des Geräts zu bekommen.

Die Bedienung erfolgt über einen Touchscreen am Hauptgerät. Über eine Kalenderfunktion kann das Gerät so programmiert werden, dass das System weiß, wann es kalibrieren soll und wann eine Pause ansteht. Auch die automatische Regeneration des TOC-Katalysators lässt sich als automatisches Wartungsereignis vorprogrammieren.

Zudem besteht die Möglichkeit eine Kontrollprobe durchzuführen, um die Kalibration in regelmäßigen Abständen zu überprüfen. In der Regel wird ein Online-Analysator einmal appliziert und arbeitet dann autark am Rande des Prozesses. Der Analysator kann aber auch von der Leitwarte aus gesteuert werden.

Zusammenfassung

Bei der Auswahl des Online-Analysators ist es wichtig, auf Vielseitigkeit zu achten. Der Analysator muss für die jeweilige Aufgabe gerüstet sein, nicht umgekehrt. Das Zubehör und die Funktionalität des Systems sollen maximale Verfügbarkeit bieten. Zudem muss es mit der Probenahmetechnik möglich sein, mehrere Probenströme zu untersuchen. Wenn dann noch eine Modbus-Kommunikation zur Verfügung steht, ist der sichere Einsatz des Analysator in der Zukunft garantiert.

* Der Autor ist Produktspezialist für TOC/Summenparameter bei Shimadzu Deutschland GmbH, Duisburg.E-Mail-Kontakt: info@shimadzu.de

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