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So messen Sie den BSB in Echtzeit

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Online-Wasserqualitätsüberwachung für die Abwasserbehandlung

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Die Echtzeit-BSB-Überwachung wird immer beliebter, und das ist keine Überraschung, denn die Alternative ist eine 5-tägige Wartezeit auf Laborergebnisse. Die kontinuierliche Überwachung von organischen Stoffen öffnet die Tür für viele neue Möglichkeiten zur Steuerung und Optimierung des Aufbereitungsprozesses, die zu erheblichen Kosteneinsparungen, verbesserter Wasserqualität und zur Einhaltung von Vorschriften führen können. Die Informationen können zur effektiveren Dosierung von Flockungschemikalien genutzt werden, um die Effizienz der BSB- und TSS-Entfernung in Vorklärbecken zu verbessern oder die Steuerung der Belüftungsrate und des Rücklaufverhältnisses in Belebtschlammverfahren zu verbessern.

Für Kläranlagen, die anfällig für organische Belastungsspitzen sind, wie z. B. Industriekläranlagen, kommunale Kläranlagen, die per LKW angeliefertes Deponiesickerwasser erhalten, oder kommunale Kläranlagen, die erhebliche Einleitungen von Industrieanlagen erhalten, ist eine schnelle Ereigniserkennung sehr vorteilhaft für die Entscheidungsfindung und die Vermeidung von Systemausfällen.

EINE FRAGE, DIE UNS OFT GESTELLT WIRD, IST: WIE MISST MAN BOD, EINEN TYPISCHERWEISE 5-TÄGIGEN LABORTEST, IN ECHTZEIT?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns zunächst klarmachen, dass der BSB, obwohl es sich um ein biochemisches Testverfahren handelt, bei dem der Sauerstoffverbrauch der Mikroorganismen über 5 Tage oder mehr gemessen wird, im Wesentlichen eine Schätzung der biologisch abbaubaren organischen Stoffe im Wasser ist. Wie andere im Wasser vorhandene organische Stoffe absorbieren auch biologisch abbaubare organische Stoffe UV-Licht und können daher durch Messung der Absorptionseigenschaften des Wassers überwacht werden. Dieses Prinzip, bekannt als Spektralphotometrie, gilt auch für CSB und TOC, bei denen andere Testverfahren als beim BSB verwendet werden, aber das Endziel ist immer noch die Abschätzung des Gehalts an organischen Stoffen im Wasser. Die Spektralphotometrie ist traditionell eine Labormessung, aber mit dem technologischen Fortschritt ist sie nun auch für die Prozessumgebung verfügbar. Eine Folgefrage wäre dann: Wie verhält sich die Absorption zu den organischen Stoffen?

Beginnen wir damit, dass wir uns ansehen, was Absorption ist.

WAS IST ABSORPTION?

Vereinfacht ausgedrückt, lassen Absorptions- (oder spektrophotometrische) Geräte Licht durch eine Messzelle mit einer Wasserprobe hindurch und messen die Lichtmenge, die durch die Probensäule mit einem Sensor auf der anderen Seite der Zelle übertragen wird. In der Praxis wird die Absorption als relatives Maß für die von der Wasserprobe absorbierte Lichtmenge im Vergleich zur Lichtmenge, die von einer reinen Wasserprobe absorbiert wird, berechnet. Der Messwert der Wasserprobe wird durch den Messwert des reinen Wassers geteilt, bevor ein Logarithmus berechnet wird. Daher wird jede Maßeinheit des Lichts selbst bei der Division aufgehoben. Die Ergebnisse der Absorptionsmessung werden pro Weglänge ausgedrückt, wobei typischerweise pro 1 cm oder 1 m verwendet wird.

Ein Beispiel für eine Absorptionsmessung wäre 0,1 cm-1 oder 10 m-1. Reines Wasser (DI-Wasser) zeigt 0 cm-1 an, und völlig undurchsichtiges Wasser zeigt theoretisch unendlich an, da der Nenner Null wird (kein Licht gelangt durch die Probenzelle). Der Kehrwert der Absorption ist der Transmissionsgrad, der stattdessen eine Maßeinheit dafür liefert, wie gut das Licht durch das Wasser durchgelassen wird und wie viel von den Verbindungen im Wasser absorbiert wird.

Die nächste Frage lautet also: Was absorbiert Licht in Wasser?

WAS ABSORBIERT LICHT IN WASSER?

Viele verschiedene Verbindungen und Substanzen absorbieren Licht, darunter organische Stoffe (BSB, CSB, TOC, DOC, UV254), Nitrat, Nitrit, Farbe, kolloidale Feststoffe, bestimmte Metalle, Pestizide, Tenside, Dieselkraftstoff und viele andere. Jede Substanz hat ihr eigenes, einzigartiges Absorptionsprofil im Lichtspektrum. Wenn das Profil bekannt ist, können daher die entsprechenden Wellenlängen im Lichtspektrum zur Messung dieser Substanz verwendet werden.

Branchenexperten wie Real Tech haben umfangreiche Bibliotheken von Absorptionsprofilen aufgebaut und bieten spektrale Absorptionsmessgeräte an, die viele wichtige Parameter und bedenkliche Verunreinigungen mit diesem Messprinzip erkennen und messen können.

Es können robuste Korrelationen oder Kalibrierungen mit dem zu überwachenden Wasserqualitätsparameter oder der Komponente, wie z.B. BSB, vorgenommen werden, was eine Messung unter Verwendung von Spektralabsorptionsdaten ermöglicht.

Lassen Sie uns abschließend einen genaueren Blick darauf werfen, wie eine Absorptionsmessung in aussagekräftige Konzentrationsinformationen umgesetzt wird.

WIE GIBT EIN ABSORPTIONSMESSGERÄT DIE KONZENTRATION AUS?

Die Beziehung zwischen Absorption (A) und Konzentration wird durch das Beer-Lambert-Gesetz (oder Beersches Gesetz) definiert. Das Beersche Gesetz besagt, dass die Absorption von Stoffen in Wasser direkt proportional zu ihrer Konzentration ist, ausgedrückt durch die folgende Gleichung:

A = ε-b-c

Dabei ist ε das molare Absorptionsvermögen des Stoffes in der Wasserprobe, das konstant und spezifisch für jede Verbindung ist, b ist die Dicke der Wasserprobensäule und c ist die Konzentration des Stoffes in der Wasserprobe. Wenn sich also z. B. die Konzentration der organischen Stoffe im Wasser verdoppeln würde, würde sich auch die Absorption verdoppeln.

Aufgrund dieser Beziehung können Absorptionsmessgeräte so programmiert werden, dass sie mithilfe einer Kalibrierung einen Konzentrationswert in mg/L oder ppm ausgeben. Die meisten Absorptionsmessgeräte werden mit einer werkseitigen Startkalibrierung für die gewünschten Parameter oder Verbindungen geliefert, die bei Bedarf vor Ort weiter verfeinert werden kann, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu verbessern.

Um die Verwendung von Absorptionsmessgeräten weiter zu vereinfachen, haben einige Hersteller, wie z. B. Real Tech, spezielle Produkte für gängige Wasserqualitätsparameter wie BSB/COD, TOC, Nitrat, Nitrit und andere entwickelt, bei denen die Wellenlängen vorgewählt und die Kalibrierungen vorprogrammiert sind, so dass der Benutzer einfach ein Produkt auswählen kann, das seinen Nachweisanforderungen entspricht.

Die innovativen Technologien von Real Tech haben es ermöglicht, die spektrale Absorptionsmessung (Spektralphotometrie) auf einfache und effektive Weise vom Labor in die Prozessumgebung zu verlagern.

WELCHE VORTEILE BIETET DER EINSATZ VON SPEKTRALABSORPTIONSGERÄTEN FÜR DIE ECHTZEITÜBERWACHUNG DER WASSERQUALITÄT?

Der Messprozess erfordert keine Probenvorbereitung, keine Reagenzien und keine Veränderung der Probenzusammensetzung. Die Bedienung ist sehr einfach und die Wartung des Geräts ist einfach und kostengünstig.

Die Spektralanalyse ist eine mehrdimensionale Messung, die es ermöglicht, mehrere Parameter mit einem einzigen Sensor zu messen.

Die Messung ist sehr schnell, in den meisten Fällen in wenigen Sekunden abgeschlossen, was spektrale Absorptionsinstrumente zu einem idealen Werkzeug für Prozesskontrollanwendungen macht.

Die Lösungen von Real Tech nutzen die Leistungsfähigkeit der Spektralanalyse, um eine praktische, genaue und erschwingliche Echtzeitüberwachung des BSB und vieler anderer wichtiger Wasserqualitätsparameter zu ermöglichen, die traditionell der Laboranalyse überlassen werden, und helfen so, das Management von Wasser und Abwasser voranzutreiben.