Desinfektion. Lösungen zur Messung und Regelung von Chlor und Chlordioxid

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1 Desinfektion Lösungen zur Messung und Regelung von Chlor und Chlordioxid

2 Lösungen für die Flüssigkeitsanalyse Endress+Hauser ist ein weltweit tätiger Anbieter von Lösungen für die Prozessautomatisierung. Für Produktion und Logistik entwickelt das Unternehmen Sensoren und Systeme, die Informationen aus den Prozessen gewinnen, übertragen und verarbeiten. Die in Leistung und Preis exzellenten Produkte und zukunftsweisenden Dienstleistungen unterstützen die Wettbewerbsfähigkeit der Kunden durch ein Höchstmaß an Qualität, Sicherheit und Effizienz. Seit über 30 Jahren ist Endress+Hauser Spezialist in der Analysenmesstechnik für die Umwelt- und Prozessindustrie. Der außergewöhnlich hohe Anteil an Forschungs- und Entwicklungskapazitäten sichert die Leistungsfähigkeit und die hohe Qualität der Produkte. Dem Anwender können permanent neueste Technologien für sichere Prozesse zur Verfügung gestellt werden. Durch die Beherrschung aller technisch anspruchsvollen Fertigungsschritte, verbun- den mit einem hohen Automatisierungsgrad in fast allen Produktionsbereichen, hat Endress+Hauser eine hohe Fertigungstiefe erreicht. Der Kunde erhält somit eine höchste und konstante Produktqualität sowie eine herausragende Liefertreue für alle Standardprodukte und auf spezielle Applikationen zugeschnittene Einzelprodukte. Messtechnik von Endress+Hauser steht für zuverlässige Messwerte, hohe Verfügbarkeit und lange Standzeiten. Kompetenz in der Chlor- und Chlordioxid-Messung Der Blick liegt auf Desinfektions-Lösungen in den Applikationen Trinkwasser, Brauchwasseraufbereitung und Schwimmbad. Allen gemeinsam ist der Ansatz einer sicheren und wirtschaftlichen Wasseraufbereitung und desinfektion zum Schutz von Mensch und Anlage. Dazu wird dem Prozess ob Wasserwerk, Schwimmbad, Kühlturm oder Flaschenreinigung ein entsprechendes Desinfektionsmittel zugegeben. Chlor und Chlordioxid haben sich hier aufgrund ihrer stark desinfizierenden Wirkung bewährt und sind heute weltweit Stand der Technik. Die Sensorik arbeitet nach dem amperometrischen Prinzip, d.h. die Chlorkonzentrationen werden im Sensor in elektrische Ströme umgesetzt, die im Messumformer dann zu der gewünschten Anzeige weiterverarbeitet werden. Dazu wird das Messgut in den meisten Fällen Wasser über eine Durchflussarmatur zum Sensor gebracht. Das abfließende Messgut wird entweder unter Druck zurückgespeist oder in den Ausguss geleitet. In diesem Fall spricht man von einer verlorenen Probe, eine im Trinkwasserbereich übliche Methode, um jegliche Verunreinigung zu vermeiden. Die Messstellen sind oftmals auf einer Tafel komplett montiert nach dem Anschließen der Wasserzufuhr und der Betriebsspannung kann die Messung zügig beginnen. Fertigungshalle im Produktionsstandort Waldheim 2

3 Forschung und Entwicklung auf dem Prüfstand Mit einer offenen Messanordnung für den Schwimmbadbereich hatte begonnen, was heute eine Bandbreite unterschiedlichster Sensoren beinhaltet. Seit mehr als zwanzig Jahren werden bei Endress+Hauser produziert. Parallel dazu wird die Weiterentwicklung der Sensoren und der Messstellen betrieben. Neben dem Sensor für freies Chlor stehen der Chlordioxid-Sensor und als neueste Entwicklung ein Gesamtchlorsensor zur Verfügung. Die Produktentwicklung ist die eine Seite, die Entwicklung der zugehörigen Produktionstechniken ist genauso wichtig. Viele Produktionsschritte sind automatisiert, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleisten. Die Prüfung erfolgt ebenfalls in einem vollautomatisierten Stand: Hier werden die Sensoren auf Nullpunkt, Steilheit und Konstanz geprüft und die Ergebnisse dokumentiert. Flexibles Messstellenkonzept Die Sensoren für freies Chlor und Chlordioxid werden überwiegend in Durchflussarmaturen im Bypass eingebaut. Mit der Durchflussarmatur kann nicht nur Chlor oder Chlordioxid gemessen werden. Es sind zwei zusätzliche Einbauplätze für ph- und Redox-Elektroden vorhanden, außerdem eine Durchflussregulierung und eine Durchflussüberwachung. Letztere kann um einen Durchflussmelder erweitert werden. Die komplette Messstelle also Messumformer, Sensor und Durchflussarmatur wird als CCE-Station auf einem Panel komplett montiert und geprüft geliefert. In dieser Form ist die Messstelle mit Rohrleitungen, Filter, Rückschlagventil und einen Probenahmehahn zur Kalibrierung der gesamten Messstelle erweitert. Der Gesamtchlorsensor geht neue Wege. Dieser Sensor kann sowohl in der Durchflussarmatur als auch in der Eintaucharmatur CYA611 eingesetzt werden und steht damit nicht nur den bekannten Applikationen, sondern auch der Gesamtchlormessung in den letzten Reinigungsstufen von Abwasseranlagen zur Verfügung. Den Messumformer Liquisys M gibt es als Schalttafel- (CCM223) oder Feldgehäuse (CCM253). Am Liquisys wird im Bedienmenü der aktuell benutzte Sensor ausgewählt. Alle Messstellen sind somit prinzipiell mit jedem Sensor bestückbar. Der Messumformer bietet neben den bekannten Mess- und Regelfunktionen einen Eingang für ein Durchflusssignal, der die Messstelle zu einer durchflussproportionalen Chlorund ph-regelstrecke aufwertet. CCE1 mit Gesamtchlor-Sensor 3

4 Funktionsprinzip Die Sensoren arbeiten nach dem amperometrischen Prinzip in einer membranbedeckten Zelle. Die Funktion läßt sich anhand der Chlordioxid-Messung beschreiben: Der Sensor weist eine metallene Kathode auf, die über eine dünne Membran vom Medium getrennt ist. Chlordioxid diffundiert aus dem Medium kommend durch diese Membran und wird an der Goldkathode unter Elektronenaufnahme reduziert. Über die Silberanode und den Elektrolyten wird der Stromkreis geschlossen. Die Elektronenaufnahme an der Kathode ist proportional zur Konzentration von Chlordioxid im Messmedium. Der Messaufnehmer setzt diesen Strom in die entsprechende Anzeige um. Dieser Vorgang läuft mit Chlordioxid in einem breiten ph- und Temperaturbereich ab. Etwas anders mit freiem Chlor: Hier ist es die unterchlorige Säure, die durch die Membran diffundiert und die Reaktion erzeugt. Das Vorhandensein von unterchloriger Säure im Medium ist vom ph-wert abhängig. Diese Abhängigkeit wird mittels der ph-messung in der Durchflussarmatur und Verrechnung im Messumformer kompensiert. Komplizierter wird es mit der Gesamtchlormessung. Hier steuern neben der unterchlorigen Säure auch die Chloramine in einem komplexen Reaktionskreislauf ihren Anteil bei. Funktionsprinzip amperometrischer Sensor Chlor im Schwimmbad Die wohl bekannteste Notwendigkeit zur Desinfektion liegt vor, wenn Menschen sich in Wellen tümmeln wollen: Auch oder gerade dieses Wasser muss keimfrei sein. Im Schwimmbad treten hohe Anforderungen auf: Nicht nur die Desinfektion muss stimmen, sondern auch der ph-wert muss in den engen Grenzen der Badewasserverordnungen gehalten werden auch bei stark schwankenden Besucherzahlen und der damit einhergehenden Dynamik im Keimeintrag. Die Durchflussarmatur bietet Alles: Neben dem Chlorsensor und der ph- Elektrode findet eine Redox-Elektrode Platz und rundet die messbaren Parameter für die Schwimmbad-Applikation ab. Liquisys M CCM253 auf CCE1-Tafel Flowfit W ph/redox-sensor CPS31/32 CCS 4

5 Chlor/Chlordioxid in Prozesswasser und Kühlkreisläufen Kühlkreisläufe: Die prinzipielle Funktion entspricht der Chlormessung im Trinkwasser, geändert hat sich nur die Zielrichtung. Hier geht es um den Abbau und die langfristige Vermeidung von Biofilmen innerhalb der Kühlanlagen und den zugehörigen Aggregaten. Prozesswasser: Noch größer wird die Bandbreite im Prozesswasser, da es sich hier um die Desinfektion nahezu beliebiger, industriell genutzer Wässer handeln kann. Reinigungsanlagen in der Lebensmittelindustrie: Das Wasser z.b. aus Flaschenreinigungen in der Getränkeindustrie oder aus Produktionsabläufen in Molkereien wird nach der Aufarbeitung kostengünstig weiter genutzt. Liquisys M CCM223/253 CCS ph/redox-sensor CPS31/32 Flowfit W Chlor/Chlordioxid in Trinkwasser Die Chlormessung im Trinkwasser dient der Sicherstellung einer effektiven und lang anhaltenden Desinfektion des Wassers. Chlor als Desinfektionsmittel zeigt den Vorteil, dass es neben der sofort eintretenden keimtötenden Wirkung über eine sogenannte Depot-Wirkung verfügt: Das nicht umgesetzte Chlor bleibt aktiv im Medium und stellt so z.b. die Keimfreiheit des Wassers in einem Verteilungsnetzwerk bis zum Wasserhahn des Endkunden sicher. Die Chlorzugabe erfolgt oftmals im Wasserwerk vor dem Speicher, nach einer Wasseraufbereitung und teilweise vor der Abgabe des Wassers in das Verteilungsnetzwerk. Die Chlormessung selbst wird zur Regelung der Zugabemenge wie auch zur Kontrolle auf ein noch vorhandenes Mindestmaß an aktivem Chlor innerhalb des Verteilungsnetzwerkes genutzt. Messumformer Liquisys M CCM223/253 Chlor, Chlordioxid, Redox- und ph-anzeige, ph-kompensation Zweizeiliges Display mit Messwert- und Temperaturanzeige Optional mit 2 / 4 Kontakten (Grenzkontakte, P(ID)-Regler, Timer) Optional mit Profibus PA oder HART CCS Sensoren CCS14x: Sensoren CCS24x: Chlordioxid Sensoren CCSx40: Applikation Brauchwasser Sensoren CCSx41: Applikation Spurenmessung Chlordioxid wird in entsprechender Weise benutzt. Es wird aus verschiedenen Chemikalien in einem Reaktor vor Ort produziert. Damit stellt die Aufbereitung des Desinfektionsmittels Chlordioxid höhere Anforderungen als die Aufbereitung von Chlor. ph-elektrode CPS31, Redox-Elektrode CPS32 CPS31 - die Elektrode für die ph-kompensierte Chlormessstelle CPS32 - die Redox-Elektrode für Wasseranwendungen 5

6 Gesamtchlor in Wasser und Abwasser Zunehmend in das Blickfeld gelangt die Bewertung des Gesamtchlorgehaltes des Wassers. Der Begriff Gesamtchlor stellt die Summe aus freiem Chlor (das sind gelöstes Chlorgas, unterchlorige Säure HOCl, Hypochlorit OCl-) und gebundenem Chlor (Verbindung aus freiem Chlor und Aminen, Cl y NH x ) dar. Liquisys M CCM223/253 Gesamtchlor- Sensor CCS120 Flowfit W Dipfit W CYA611 Im Wasser: Chloramine zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer bei gegenüber Chlor reduzierter Desinfektionswirkung aus, geradezu ideal zur Sicherung von Vorratstanks, langen Distributionswegen und zum Schutz vor Wiederverkeimung. Chloramine werden vor allem im amerikanischen Raum in geringer Konzentration dem Wasser zugesetzt. Entsprechend der Applikation wird Gesamtchlor sowohl im Durchfluss wie auch im Eintauchbetrieb gemessen. Im Abwasser: Je nach Weiterverwendung des gereinigten Abwassers z.b. zur Beregnung und Bewässerung muss die Keimfreiheit gewährleistet werden. Hierzu wird das Abwasser in einem Kontaktbecken gechlort. Es bilden sich u.a. Chloramine in Abhängigkeit des vorhandenen Ammoniums. Zur Bewertung der Desinfektionsleistung wird der Messwert für Gesamtchlor herangezogen, welches auch diese Chloramine beinhaltet. Messumformer Liquisys M CCM223/253 Betriebsart: mg/l zweizeiliges Display mit Messwert- und Temperaturanzeige optional mit 2 / 4 Kontakten (Grenzkontakte, P(ID)-Regler, Timer) optional mit Profibus PA oder HART Gesamtchlor-Sensor CCS120 Messbereich 0,1 bis 10 mg/l Weiter ph-bereich 5,5 bis 9,5 Passt in (Durchflussbetrieb) NPT 3 4"-Gewinde am Sensorkopf ermöglicht Eintauchbetrieb mit CYA611 Durchflussarmatur Flowfit W Multifunktionsarmatur Platz für einen Chlor/ Chlordioxid-Sensor, Platz für zwei Sensoren L=120mm, Ø=12mm, Einschraubgewinde PG13,5 (z.b. Redox, ph) Durchflussanzeige und -einstellung Durchflussgrenzwertschalter Tauchrohr Dipfit W CYA611 Eintaucharmatur in PVC- Ausführung Für offene Becken und Gerinne Länge 1630 mm 6

7 Lösungen mit CCE weil s so praktisch ist! Die komplette Messstelle inklusive aller mediumsführenden Bauteile und Verbindungen komplett und betriebsfertig auf einem Panel. Aufstellen und losmessen! Die CCE-Station gibt es als CCE1 mit einem Liquisys und als CCE3 mit bis zu drei montierten Messumformern. Damit sind Chlor / Chlordioxid / Gesamtchlor, Temperatur, ph und Redox mit einem Panel messbar. CCE-Station: CCE1 Vormontiertes Panel Platz für ein Messumformer Liquisys Auch im endmontierten Zustand komplett von vorne zugänglich Plätze für drei Sensoren in der Armatur Komplett verrohrt mit Filter, Probenahmehahn und Rückschlagventil Anschluss an das Wassernetz über Schlauchanschluss ID6/AD12 oder Kunststoffschraubverbindung G3 4 CCE3 Wie CCE1, jedoch Platz für bis zu drei Messumformer Liquisys Liquisys M CCM253 CCS Gesamtchlor- Sensor CCS120 ph-elektrode CPS31 Flowfit W CCE1 CCE3 7

8 Auswahlhilfe Branche/Applikation - Sensor, technische Merkmale CCS120 CCS140 CCS141 CCS240 CCS241 Messkomponente Gesamtchlor freies Chlor freies Chlor Chlordioxid Chlordioxid Applikation Trinkwasser Brauchwasser Schwimmbad Abwasser Messbereich [mg/l] 0, , , , , ph-wert-bereich 5,5... 9,5 bis 9 (Messung) bis 8,2 (Kalibrierung) bis 9 (Messung) bis 8,0 (Kalibrierung) Weiterführende Dokumentation Technische Informationen TI388C TI058C TI114C TI214C TI062C TI166C TI014C TI279C Gesamtchlor-Sensor CCS120 Sensoren für freies Chlor CCS140/CCS141 Sensoren für Chlordioxid CCS240/CCS241 Messumformer Liquisys M CCM223/CCM253 Durchflussarmatur Flowfit W Eintaucharmatur Dipfit W CYA611 Kompakt-Messstation CCE1/CCE3 Photometer für DPD-Messung CCM182 Deutschland Österreich Schweiz 12.05/MSC Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmarer Straße Weil am Rhein Fax EHFAXEN Fax Vertrieb Beratung Information Auftrag Bestellung Tel EHVERTRIEB Tel info@de.endress.com Service Help-Desk Feldservice Ersatzteile/Reparatur Kalibrierung Tel EHSERVICE Tel service@de.endress.com Technische Büros Hamburg Hannover Ratingen Frankfurt Stuttgart München Teltow Endress+Hauser Ges.m.b.H. Lehnergasse Wien Tel Fax info@at.endress.com Endress+Hauser Metso AG Sternenhofstraße Reinach Tel Fax info@ch.endress.com FA 011C/07/de/ DT/INDD 2.0