Einsatz moderner Probenehmer in der ... - Endress+Hauser
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Messverfahren<br />
Christian GUTKNECHT<br />
<strong>E<strong>in</strong>satz</strong> <strong>mo<strong>der</strong>ner</strong><br />
<strong>Probenehmer</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong><br />
Metall<strong>in</strong>dustrie<br />
Wer gere<strong>in</strong>igte <strong>in</strong>dustrielle Abwässer <strong>in</strong> öffentliche<br />
Gewässer e<strong>in</strong>leiten will, ist zur Überwachung<br />
<strong>der</strong> Inhaltsstoffe verpflichtet. Vollautomatische<br />
Probenahmegeräte können dabei unterstützen.<br />
Bei <strong>der</strong> E<strong>in</strong>leitung von aufbereiteten<br />
<strong>in</strong>dustriellen Abwässern sowie Kühlabwässern<br />
<strong>in</strong> e<strong>in</strong> öffentliches Gewässer<br />
s<strong>in</strong>d Industriebetriebe gemäß Abwassergesetzgebung<br />
verpflichtet, vor <strong>der</strong> E<strong>in</strong>leitung<br />
e<strong>in</strong>e ganze Reihe an Wasser<strong>in</strong>haltsstoffen<br />
kont<strong>in</strong>uierlich zu überwachen.<br />
Grenzwerte, die von <strong>der</strong> unteren Wasserbehörde<br />
im Rahmen <strong>der</strong> wasserrechtlichen<br />
Erlaubnis festgelegt werden, s<strong>in</strong>d dabei<br />
zw<strong>in</strong>gend e<strong>in</strong>zuhalten. Der pH-Wert und<br />
die Temperatur des e<strong>in</strong>geleiteten Abwassers<br />
spielen dabei ebenso e<strong>in</strong>e wichtige<br />
Rolle, wie diverse Schadstoffe: Phosphat,<br />
Nitrit, Schwermetalle, Cyanide, Kohlenwasserstoffe,<br />
CSB, AOX und an<strong>der</strong>e toxische<br />
Inhaltsstoffe müssen aufwändig mittels<br />
spezieller Re<strong>in</strong>igungsverfahren vor <strong>der</strong><br />
E<strong>in</strong>leitung aus dem Abwasser entfernt werden.<br />
Ohne Vorre<strong>in</strong>igung würde dem Gewässer<br />
im schlimmsten Fall <strong>der</strong> notwendige<br />
Sauerstoff entzogen werden, was e<strong>in</strong><br />
Umkippen und Fischsterben zur Folge haben<br />
kann.<br />
Bild 1<br />
<strong>Probenehmer</strong> mit spezieller<br />
Probenahmevorrichtung<br />
aus e<strong>in</strong>er Druckleitung<br />
Bild 2<br />
Schema <strong>der</strong> vollautoma<br />
tischen Probenahme<br />
aus e<strong>in</strong>er Druckleitung<br />
Umweltschutz<br />
groß geschrieben<br />
Am Beispiel e<strong>in</strong>es renommierten Automobilzulieferers,<br />
<strong>der</strong> an verschiedenen<br />
Standorten <strong>in</strong> Deutschland produziert und<br />
sich im Wesentlichen auf die Herstellung<br />
von Motoren- und Getriebeteilen spezialisiert<br />
hat, soll im Detail beschrieben werden,<br />
welcher Aufwand sich h<strong>in</strong>ter <strong>der</strong> Abwasserre<strong>in</strong>igung<br />
verbirgt und wie hier mo<strong>der</strong>ne<br />
vollautomatische Probenahmegeräte<br />
den Aufbereitungsprozess unterstützen.<br />
Bei <strong>der</strong> Produktion <strong>der</strong> Motoren- und Getriebeteile<br />
fallen täglich hohe Mengen an<br />
<strong>in</strong>dustriellem Abwasser an, das <strong>in</strong> den e<strong>in</strong>zelnen<br />
Werken aufwändig aufbereitet<br />
wird, bevor es entwe<strong>der</strong> über die Kanalisation<br />
zur Kläranlage o<strong>der</strong> – bei Kühlwasser<br />
– direkt <strong>in</strong> den benachbarten Vorfluter<br />
e<strong>in</strong>geleitet werden darf. Zur Re<strong>in</strong>igung des<br />
Abwassers kommen e<strong>in</strong>e ganze Reihe bekannter<br />
Verfahren, die heutzutage gemäß<br />
Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und Abwasserverordnung<br />
dem Stand <strong>der</strong> Technik<br />
entsprechen müssen. Hierzu zählen Verfahren<br />
wie Flockung, chemisch/physikalische<br />
Emulsionsspaltung, Membrantechnologien<br />
usw. E<strong>in</strong>es <strong>der</strong> wichtigsten Aufbereitungsverfahren<br />
ist die Neutralisation<br />
des Abwassers. Hier wird mittels Säure<br />
und Lauge <strong>der</strong> pH-Wert, wie gesetzlich gefor<strong>der</strong>t,<br />
von pH 6,5 bis pH 10 e<strong>in</strong>gestellt.<br />
Liegt <strong>der</strong> pH-Wert außerhalb dieses Bereichs,<br />
darf das Wasser nicht <strong>in</strong> die Kanalisation<br />
e<strong>in</strong>geleitet werden und muss noch<br />
e<strong>in</strong>mal aufs Neue aufbereitet werden, bis<br />
<strong>der</strong> pH-Wert die vorgegebenen Grenzwerte<br />
e<strong>in</strong>hält. Darüber h<strong>in</strong>aus for<strong>der</strong>t die Wasserbehörde<br />
<strong>in</strong> diesem Zusammenhang weitergehende<br />
Untersuchungen von Inhaltsstoffen<br />
wie AOX, Kohlenwasserstoffe, CSB,<br />
wwt-onl<strong>in</strong>e.de<br />
SPECIAL MESS- UND ANALYSETECHNIK<br />
17
SPECIAL MESS- UND ANALYSETECHNIK<br />
Vollautomatischer <strong>Probenehmer</strong> mit getrenntem Bedienteil und Probenverteilung, Bil<strong>der</strong> 3 + 4<br />
rechts: Tragbare und stationäre <strong>Probenehmer</strong> mit unterschiedlichen Flaschenverteilungen und -werkstoffen<br />
Vorteile des <strong>Probenehmer</strong>s Liquil<strong>in</strong>e CSF48:<br />
Chrom, Sulfid, Z<strong>in</strong>k, Nitrit, Ammonium-<br />
Stickstoff und an<strong>der</strong>e Parameter. Da es sich<br />
hier um sehr aufwändige Untersuchungsmethoden<br />
handelt, werden diese Parameter<br />
<strong>in</strong> e<strong>in</strong>em speziellen Labor analysiert. Die<br />
Abwasserproben werden teilweise mittels<br />
<strong>Probenehmer</strong> (gemäß DIN 38402-11) vollautomatisch<br />
dem Abwasserstrom entnommen.<br />
Bei diesen <strong>Probenehmer</strong>n handelt es<br />
sich um mobile o<strong>der</strong> auch stationäre Geräte,<br />
die an unterschiedlichen Probenahmestellen<br />
im Unternehmen aufgestellt werden und kont<strong>in</strong>uierlich,<br />
mittels Schlauchpumpe o<strong>der</strong> e<strong>in</strong>em<br />
speziellen Vaku umverfahren, e<strong>in</strong>e ger<strong>in</strong>ge<br />
Menge des Abwas sers <strong>in</strong> e<strong>in</strong>e Probenahmeflasche<br />
abfüllen.<br />
Bild 5<br />
Messumformer<br />
Liquil<strong>in</strong>e und<br />
Probenahmesystem<br />
mittels Vakkuumpr<strong>in</strong>zip<br />
Fotos: <strong>Endress+Hauser</strong><br />
❙ Probenraum mit Innenschale und Umluftkühlung für<br />
zuverlässige Probentemperierung<br />
❙ klare Menüführung, komfortabler Navigator, großes Display<br />
❙ geteilte Flaschenkörbe für leichten Probentransport<br />
❙ schnelle Re<strong>in</strong>igung und Wartung (ohne Werkzeug)<br />
❙ praxisgerechte Probenahmeprogramme vom e<strong>in</strong>fachen Timer bis<br />
zu ereignisgesteuerten Programmen<br />
❙ Funktionsumfang erweiterbar durch E<strong>in</strong>bau modularer Elektronikkomponenten<br />
❙ <strong>in</strong>tegrierter Datenlogger zur Messwertaufzeichnung (z. B. pH-Wert)<br />
❙ Serviceschnittstelle zur Datenübertragung<br />
❙ störungsfreier Betrieb sogar bei Netzausfall durch optionale Akkupufferung<br />
Geeignet für folgenden Anwendungen:<br />
❙ kommunale und <strong>in</strong>dustrielle Kläranlagen<br />
❙ Labore<br />
❙ Überwachung durch die Wasserbehörden<br />
❙ Überwachung von flüssigen Medien <strong>in</strong> <strong>in</strong>dustriellen Prozessen<br />
Falsch o<strong>der</strong> richtig?<br />
Fehler bei <strong>der</strong> Probenahme können später<br />
nicht mehr kompensiert werden. Ke<strong>in</strong>e repräsentative<br />
Probenahme o<strong>der</strong> Proben die<br />
zu lange und/o<strong>der</strong> falsch temperiert aufbewahrt<br />
werden, verursachen 90 % aller<br />
fehlerhaften Analysenergebnisse. Somit<br />
muss darauf geachtet werden, dass die Proben<br />
zum richtigen Zeitpunkt an <strong>der</strong> richtigen<br />
Stelle entnommen und schnellstmöglich<br />
auf die gefor<strong>der</strong>ten Inhaltsstoffe untersucht<br />
werden. Deshalb werden die Geräte <strong>in</strong> enger<br />
Abstimmung mit den Behörden an den entsprechenden<br />
Probenahmeorten errichtet.<br />
Ist die Analyse <strong>der</strong> Proben erst zu e<strong>in</strong>em<br />
späteren Zeitpunkt möglich, sollten sie zum<strong>in</strong>dest<br />
zwischen 1 und 5 °C gekühlt werden.<br />
Damit bleiben die Proben bis zu 24<br />
Stunden stabil. Mo<strong>der</strong>ne <strong>Probenehmer</strong> besitzen<br />
aus diesem Grund e<strong>in</strong>e <strong>in</strong>tegrierte<br />
Kühlung, ähnlich e<strong>in</strong>em Kühlschrank. Darüber<br />
h<strong>in</strong>aus empfiehlt es sich, die Proben<br />
durch E<strong>in</strong>frieren (unter –20 °C) für längere<br />
Zeit zu konservieren.<br />
Bei dem neuen <strong>Probenehmer</strong> des Typs Liquistation<br />
CSF48 von <strong>Endress+Hauser</strong> handelt<br />
es sich um e<strong>in</strong>en stationären <strong>Probenehmer</strong><br />
für die vollautomatische Entnahme,<br />
Verteilung und temperierte Lagerung flüssiger<br />
Medien. Er basiert auf <strong>der</strong> „Memosens-Liquil<strong>in</strong>e-Plattform“.<br />
Dieser kann zu<br />
e<strong>in</strong>er kompletten Messstation ausgebaut<br />
werden, d. h. Probenahme sowie zusätzliche<br />
Analyse-Messungen <strong>in</strong> nur e<strong>in</strong>em Gerät.<br />
Zentraler Bauste<strong>in</strong> ist hier <strong>der</strong> Messumformer<br />
Liquil<strong>in</strong>e, mit dem <strong>der</strong> <strong>Probenehmer</strong><br />
bedient und parametriert wird. Darüber h<strong>in</strong>aus<br />
können Messsonden wie pH-, Leitfähigkeit-,<br />
Sauerstoff- o<strong>der</strong> auch Trübungssonden<br />
angeschlossen werden. Somit lässt<br />
sich das Abwasser direkt vor Ort auf bestimmte<br />
Inhaltsstoffe h<strong>in</strong> untersuchen. Die<br />
aufwändige Laboruntersuchung zu e<strong>in</strong>em<br />
späteren Zeitpunkt entfällt.<br />
18 6/2013
Bequem und zuverlässig<br />
Die Memosens-Technologie ist e<strong>in</strong> patentiertes<br />
Verfahren, mit dem Vorteil, dass die<br />
Sonden (z. B. pH-Sonde) nicht mehr vor Ort<br />
kalibriert werden müssen. Das geschieht<br />
nun bequem im Labor, unter optimalen Gegebenheiten<br />
und von Fachleuten. Danach<br />
können die Sonden je<strong>der</strong>zeit vom Betriebspersonal<br />
vor Ort wie<strong>der</strong> e<strong>in</strong>gesetzt werden.<br />
Die Kalibrierung vor Ort ist nicht mehr erfor<strong>der</strong>lich.<br />
Außerdem s<strong>in</strong>d die Sonden äußerst<br />
verschmutzungsunempf<strong>in</strong>dlich, da die benötigte<br />
Energie sowie das Signal im Sensor<br />
<strong>in</strong>duktiv übertragen werden (ähnlich wie bei<br />
e<strong>in</strong>er elektrischen Zahnbürste). So nehmen<br />
Feuchtigkeit und Verschmutzung ke<strong>in</strong>erlei<br />
E<strong>in</strong>fluss auf die Messung. E<strong>in</strong> weiterer Vorteil<br />
ist, dass über e<strong>in</strong>en kle<strong>in</strong>en Speicherbauste<strong>in</strong><br />
im Sondenkopf wichtige Daten h<strong>in</strong>terlegt<br />
werden, die den Betreiber beim so<br />
genannten „predictive ma<strong>in</strong>tenance“ („vorbeugende<br />
Wartung“) unterstützen: Der Betreiber<br />
kann je<strong>der</strong>zeit spezielle Daten, wie<br />
z. B. Anzahl <strong>der</strong> Kalibrierungen, Zeitpunkt<br />
<strong>der</strong> letzten Kalibrierung, Elektrodenzustand<br />
usw. aus <strong>der</strong> Sonde auslesen und weiß somit,<br />
wie gut <strong>der</strong> Sensor schlussendlich noch <strong>in</strong><br />
<strong>der</strong> Anwendung ist.<br />
Durchflussproportionale<br />
Probenahme<br />
An an<strong>der</strong>er Stelle im Unternehmen werden<br />
Probenahmen aus e<strong>in</strong>er Druckleitung realisiert,<br />
die Kühlwasser för<strong>der</strong>t. Dabei wird<br />
das Signal e<strong>in</strong>es magnetisch-<strong>in</strong>duktiven<br />
Durchflussmessgerätes genutzt, um die<br />
Menge des Kühlwassers kont<strong>in</strong>uierlich zu<br />
erfassen und immer <strong>in</strong> Abhängigkeit <strong>der</strong><br />
Durchflussmenge e<strong>in</strong>e bestimmt Menge an<br />
Probe zu för<strong>der</strong>n. Fließt dabei mehr Kühlwasser<br />
durch die Rohrleitung, wird im gleichen<br />
Verhältnis auch mehr Probe entnommen.<br />
Fließt weniger, wird entsprechend weniger<br />
Probe entnommen. Dies nennt man<br />
auch durchflussproportionale Probenahme<br />
(gleiche Intervalle, ungleiche Volum<strong>in</strong>a).<br />
Für die exakte Durchflussmessung mittels<br />
MID (Magnetisch-<strong>in</strong>duktives Durchflussmessgerät)<br />
ist allerd<strong>in</strong>gs e<strong>in</strong>e Vollfüllung im<br />
Rohr zu erzielen, so dass die Rohrleitung<br />
gedükert se<strong>in</strong> muss (Bild 1).<br />
Mittels e<strong>in</strong>es Magnetventils, das vom <strong>Probenehmer</strong><br />
angesteuert wird, wird danach automatisch<br />
e<strong>in</strong>e entsprechende Probemenge<br />
abgefüllt. Somit kann an dieser Stelle auf<br />
e<strong>in</strong>e Schlauchpumpe bzw. Vakuume<strong>in</strong>richtung<br />
verzichtet werden.<br />
KONTAKT<br />
<strong>Endress+Hauser</strong> Messtechnik GmbH+Co. KG<br />
Christian Gutknecht, Branchenmanager Umwelt<br />
Colmarer Straße 6 | 79576 Weil am Rhe<strong>in</strong><br />
Tel.: 07621/975-410<br />
E-Mail: sab<strong>in</strong>e.benecke@de.endress.com<br />
www.endress.de<br />
wwt-onl<strong>in</strong>e.de