Mit Stip-scan wird ein in situ-Analysator angeboten, der neben der Nitratkonzentration auch permanent die Schlammparamter TS, SV und SI erfasst und somit eine Aussage über die Schlammqualität ermöglicht. Dabei kommt Stip-scan völlig ohne Chemikalien aus und arbeitet wartungsfrei. Die Messwerte werden ohne Probenaufbereitung direkt im Abwasser gemessen, in der Elektronikeinheit verarbeitet und an das Prozessleitsystem weitergegeben.
Dr. Patrick Keller, Dr. Gerhard Nowack
Stip-scan ist eine von Stip Isco entwickelte UV/VIS-spektroskopische Sonde (Abb.1), die Absorptionen des Abwassers in einem Spektralbereich von 190 nm bis 720 nm erfasst. Zur Messung wird das System direkt ins Abwasser eingetaucht. Auf Pumpen und aufwändige Schlauchleitungen kann verzichtet werden. Die Abwasserprobe wird nicht vorbehandelt und von unten mittels eines beweglichen Stempels in eine Quarzküvette eingesaugt. Sofort nach Beendigung des Ansaugvorgangs setzen sich Partikel und Schlammflocken nach unten ab. Turbulenzen außerhalb des Messsystems haben dabei keinen Einfluss auf die Absetzbedingungen in der Messküvette.
Dieser Absetzvorgang wird kontinuierlich durch Lichtblitze aus einer Xenon-Lampe verfolgt. Während des ersten Messschrittes wird so die Trockensubstanz des Belebtschlamms ermittelt und als Trockensubstanz TS ausgegeben. Im zeitlichen Verlauf bildet sich im oberen Bereich der Quarzküvette eine Klarwasserzone aus. Aus dem Absetzverhalten errechnet das System das Schlammvolumen und gibt es als Schlammvolumen SV in ml/l aus. Aus beiden Schlammparametern lässt sich der Schlammindex SI permanent rechnerisch erfassen (Abb. 2).
Parallel zum Absetzverhalten wird etwa 30 s nach dem Ansaugen der Probe mit der Nitratmessung begonnen (Abb. 2). Während des Absetzvorgangs beeinflussen Partikel im Lichtstrahl die Genauigkeit der Messung. Nach Erreichen der Klarwasserzone sind diese Einflüsse beseitigt und der Parameter liegt als präziser Messwert vor. Die geringe Abweichung der einzelnen Messwerte wird vom System als Ende des Messzyklus erkannt. Die Abwasserprobe wird durch eine Stempelbewegung nach unten aus dem System ausgestoßen. Ein neuer Messzyklus kann beginnen. Der gesamte Messvorgang dauert abhängig vom Absetzverhalten des Schlammes zwischen 1 und 5 min.
Nitratwerte werden nicht vom CSB beeinflusst
Die Nitratmessung erfolgt mittels eines miniaturisierten Spektrometers. Dabei werden die Lichtblitze aus der Xenon-Lampe nach Durchstrahlen der Abwasserprobe von einem Photodiodenarray im Wellenlängenbereich zwischen 190 und 720 nm erfasst und ausgewertet. Zur Bestimmung des Nitratgehaltes werden die Wellenlängen bis 230 nm herangezogen.
In Abbildung 3 ist die Interferenz zwischen Nitrat und kohlenstoffhaltigen Komponenten, die als CSB gemessen werden, erkennbar. Für eine klare Angabe des Nitratwertes muss der CSB-Einfluss ausgeschlossen werden. Ein mathematischer Algorithmus überprüft dabei einzelne Absorptionsbereiche im Nitratmessbereich zwischen 200 und 230 nm auf Plausibilität und grenzt die Einflüsse von CSB aus. Für den Anwender bedeutet dies die Verfügbarkeit von genauen und zuverlässigen Nitratwerten. Dabei kommen ihm alle Vorzüge der Spektroskopie zugute: Chemikalienfreie Messung, schnell verfügbare und exakte Ergebnisse sowie hohe Genauigkeit auch im niedrigen Konzentrationsbereich.
Einfache Beseitigung störender Effekte
Üblicherweise stellen die Schwächung der Lampenintensität, Ablagerungen und Verfärbungen der Küvette eine Beeinträchtigung der spektroskopischen Messung dar. Diesen Effekten wurde bei der Entwicklung von Stip-scan Rechnung getragen, indem der Stempel mit speziellen Dichtungen versehen wurde. Bei jeder Bewegung, d. h. bei jedem Ansaugen und Ausstoßen der Abwasserprobe, wird die Innenseite der Quarzküvette mechanisch gereinigt. Diese zweimalige Reinigung während des Routinebetriebs verhindert das Aufwachsen eines Belages.
Verfärbungen werden durch eine Referenzmessung vor Beginn eines jeden Maßzyklus kompensiert. Dabei hält der Kolben im Lichtstrahl des Spektrometers an. Das Licht durchstrahlt dann eine Bohrung im Kolben. Diese Referenzmessung erfasst das Langzeit-Driftverhalten der Lichtquelle und gegebenenfalls Färbungen der Küvettengläser. Im Rechner werden diese Veränderungen in einen mathematischen Algorithmus gespeist. Bei jeder Messung werden diese Veränderungen berücksichtigt und die Messwerte korrigiert. Negative Einflüsse auf die Messergebnisse sind ausgeschlossen. Stip-scan erfordert daher keinerlei Reinigungsarbeiten oder Nachkalibrierungen. Der Anwender verfügt über eine wartungsfreie Messsonde.
Auf Wunsch kann dass Stip-scan den individuellen Bedürfnissen der Anwender angepasst werden: Weitere Parameter und zusätzlich definierbare Messbereiche und Alarmschwellen machen das System zu einem leistungsfähigen Überwachungs- und Optimierungstool für Abwasserbehandlung.
www.stip.de
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