Anwendungen Abwasser - S-can

BSB
CSB
BTX
TOC
DOC
UV254
NO3
NO2
NH4
K+
Freies Chlor
FAFS
Trübung
Farbe
pH
Redox
Leitfähigkeit
Temperatur
O2
O3
H2S
AOC
Fingerprints
Alarme
www.s-can.at
Anwendungen
Abwasser
Applikationsblätter- Abwasser
1 Einleitung
Sowohl nationale Gesetze als auch zunehmend suprana-
Die große Menge an Informationen im Fingerprint führt
tionale Empfehlungen schreiben für Abwasserreinigungs-
dazu, dass genauere und universellere Messungen mög-
anlagen Emissionsbegrenzungen vor. Zur möglichst
lich werden.
effektiven und ökonomischen Erreichung der Emissi-
s::can Spektrometersonden sind kompakt, robust und
onsziele muss die Verschmutzung des Abwassers ab der
können direkt in das Medium eingetaucht werden,
Einleitung in das Kanalsystem an mehreren Stellen des
wodurch es erstmals möglich ist, die Vorzüge der In
Reinigungsprozesses erfasst werden, um steuernd bzw.
Situ-Messung mit jenen der OnLine-Spektrometrie zu
regelnd eingreifen zu können und so die Reinigungsleis-
verbinden. Dadurch fallen die bekannten Nachteile wie
tung der gesamten Abwasseranlage zu optimieren. Erst
Probenahmefehler, biochemische oder physikalische
dadurch kann der Einsatz von Betriebsmitteln und somit
Umsetzungen etc. weg und man gelangt auf ein mess-
die Kosten für die Reinigung des Abwassers minimiert,
technisches Niveau, welches völlig neue Perspektiven
und gleichzeitig die aquatische Umwelt optimal entlasten
eröffnet. Ein weitere großer Vorteil der Methode ist, dass
bzw. geschützt werden. Dazu ist eine Untersuchung der
mit einem einzigen Gerät gleichzeitig mehrere Parameter
Zusammensetzung des Abwassers notwendig, die
gemessen werden können.
1. kontinuierlich und
2. sofort (in Echtzeit)
2 Parameter
die Messwerte zur Verfügung stellt. Nur so kann auf ge-
2.1 Grundsätzliches zur Kalibration
änderte Abwasserqualitäten oder Betriebszustände rasch
reagiert werden.
Die s::can Kalibrationsmethoden wurden in jahrelanger
OnLine-Messungen mit Hilfe von Photometer-Sonden
Zusammenarbeit mit Universitätsinstituten sowie mehre-
für einzelne Wellenlängen sind seit einigen Jahren Stand
ren chemischen Labors entwickelt. Sie nutzen modernste
der Technik und haben sich - allerdings erst nach an-
statistische und mathematische Verfahren. Es werden
spruchsvoller Kalibration vor Ort und für einzelne Para-
drei Kalibrationsarten verwendet:
meter - bewährt.
1) „Globale Kalibration“
Die Spektrometersonden von s::can basieren ebenfalls
Diese Methode wird zunehmend für Einzelsubstanzen,
auf dem Prinzip der Messung über die Absorption von
aber auch Summenparameter angewendet. Die freigege-
Licht. Jedoch wird nicht nur eine oder zwei Wellenlängen
benen Parameter zeichnen sich durch hohe Selektivität
gemessen, sonder ein kontinuierliches Absorptionsspekt-
und weitgehende Freiheit von Querempfindlichkeiten aus.
rum von tiefen UV bis zum langwelligem, sichtbaren Licht.
Sie sind ohne lokale Kalibration sofort und universell ein-
Aus dieser Messung ergibt sich der sogenannte Finger-
satzfähig. Beispiele sind organische Parameter, Trübung
print (siehe Abbildung 1).
und Nitrat.
120
500
UV Strahlung
450
sichtbare Strahlung (Vis)
100
400
Absorbtion [Abs/m]
80
300
200
Die globale Kalibration kann der jeweiligen lokalen Wasserzusammensetzung angepasst werden. Es werden
350
250
2) Verifikation durch „Lokale Kalibration“
NO2
NO3
150
100
50
60
40
20
trübungskompensiertes Spektrum;
representiert nur die gelösten Substanzen
250
300
350
sern. Durch eine präzise lokale Kalibration kann auch
400
450
500
550
600
650
700
entstehen deutliche Vorteile gegenüber einfachen UV
oder Nitrat Photometer-Sonden.
0
0
200
fizieren und die Genauigkeit der Ergebnisse zu verbesdie Selektivität verbessert werden. Durch diese Methode
Trübung, Feststoffkonzentration, AFS
Farbe
DOC
COD_gelöst
Referenzproben entnommen um die Kalibration zu veri-
unkompensiertes Spektrum; representiert die
gelösten und ungelösten Substanzen
COD_gesa
mt
BOD
TOC
Benzen
Toluol
Xylol
Phenol
750
3) Verifizierte erweiterte Kalibration
Wellenlänge [nm]
Werden sehr genaue, analytische Messungen gefordert,
Abbildung 1: “Fingerprint” - Absorptionsspektrum
so setzen wir eine automatische, hochmoderne Methode
2
© s::can Messtechnik GmbH
ein, bei der sowohl PCA (Hauptkomponentenanalyse)
Im Zulauf einer kommunalen Kläranlage wurde von einem
als auch PLS (partielle Methode der kleinsten Quadrate)
unabhängigen Labor über einen Messbereich von 50 bis
verwendet werden kann. Das Ergebnis sind validierte,
700 mg/l die Korrelation zwischen dem Norm-CSB und
robuste und genaue Parameter. Die gesamte spektrale
dem Sonden-Messwert ermittelt. Der Korrelationskoeffi-
Information wird genutzt und zur gleichzeitigen Berech-
zient R² liegt bei 0,9 (vgl. Abbildung 2) nach einer lokalen
nung aller Parameter herangezogen.
Kalibration.
Dieses Ergebnis konnte auf vielen anderen Anlagen be-
2.2 Organische Kohlenstoffverbindungen
stätigt werden. Ebenso führt der Vergleich von gefilterten
Zulaufproben zu einer sehr guten Korrelation zwischen
Um die organische Verschmutzung des Abwassers zu
DOC und UV-Extinktionsparametern. Die Abschätzung
quantifizieren, verwendet man üblicherweise die Sum-
des biologisch abbaubaren Kohlenstoffs (BSB5) mit Hilfe
menparameter CSB, CSB_filtriert, BSB oder SAK, weil
der Spektrometrie ist eine besonders vielversprechende
diese Belastung durch eine Vielfalt von Verbindungen
Methode. Für Kanalanwendungen, kommunale Kläran-
verursacht wird. s::can Spektrometersonden erfassen
lagen und die Papierindustrie und Milchindustrie sind die
organische Parameter und Feststoffe kontinuierlich im
Algorithmen bereits seit langem verfügbar.
Zulauf, wodurch die Kläranlage auf eine geänderte Belastungssituation vorbereitet werden kann – unerkannte
Belastungsspitzen können weitreichende Betriebsstö-
2.3 Abfiltrierbare Stoffe
rungen des Reinigungsprozesses bewirken. Bereits in
Auch die lineare Regression zwischen den Abfiltrierbaren
der Kanalisation eingesetzt, schaffen s::can Spektro-
Stoffen und dem spectro::lyserTM - Parameter liefert
metersonden einerseits einen wertvollen Zeitvorsprung,
durchwegs sehr gute Ergebnisse(R² = 0,95 - 0,99). Diese
andererseits kann auch die Herkunft von organischen
gute Korrelation konnte auf allen bisher untersuchten
Belastungsspitzen lokalisiert werden.
Anlagen bestätigt werden.
Die Spektrometrie hat zudem den methodischen Vorteil,
1,0
spectro::lyser AFS_eq [mg/l]
dass nicht indirekt der verbrauchte Sauerstoff gemessen
wird, sondern direkt die Konzentration an oxidierbarem
organisch gebundenem Kohlenstoff.
Stellt man die Standardabweichungen von im Labor bestimmten CSB-Konzentrationen jenen von spektralen
Messwerten gegenüber, ergeben sich für die spektral
ermittelten Parameter wesentlich geringere Streuungen.
Die geringere Streuung der mittels UV/VIS Spektrometrie
0,9
450
0,8
400
0,7
350
0,6
300
0,5
250
0,4
200
0,3
150
0,2
100
0,1
50
0,0
00
0
50
50
ermittelten Messwerte führt auch zu einer niedrigeren
Nachweisgrenze.
100
100
150
150
200
200
250
250
300
300
350
350
Abfiltrierbare Stoffe [mg/l]
Abfiltrierbare Stoffe [mg/l]
400
400
450
450
Abbildung 3: Vergleich AFS_eq mit Laboranalyse
CSBtot s::can [mg/l]
500
400
2.4 Nitrat
y = 0.94x
2
R = 0.89
Regressionen zwischen Nitratkonzentrationen und spekt-
300
ralen Extinktionsparametern führen durchwegs zu hohen
200
Korrelationskoeffizienten. Der große Vorteil der spektrometrischen Messung gegenüber der photometrischen
100
Messung bei zwei Wellenlängen ist die weitgehende
0
0
100
200
300
CSBtot Labor
Labor [mg/l]
[mg/l]
400
Abbildung 2: CSB – Vergleich s::can spectro::lyser
Ausschaltung der Querempfindlichkeiten, v.a. bezüglich
500
organischen Kohlenstoff und Trübe.
TM
mit
Norm-Labormessung
3
© s::can Messtechnik GmbH
Applikationsblätter- Abwasser
serproben einer Kläranlage, deren Zulauf stark von der
4
3,03
normierte Extinktion
NO3 [mg/l]
3,5
3,5
Abbildung 6 zeigt die Absorptionsspektren von Abwas-
5
---- nitro::lyser
Extinktion
- - - Schrank-Analysator
Analysator
2,5
2,5
3
2,02
2
1,5
1,5
1,01
1
Konzentration NO3 [mg/l]
4,04
14:24
16:48
19:12
21:36
00:00
02:24
04:48
07:12
abbaubaren Substanzen und ist im Ablauf der Vorklärung
(blaues Spektrum) am stärksten ausgeprägt. Aufgrund
der biologischen Reinigung nimmt er über den Ablauf
rung (rot) sukzessive ab. Die
0
12:00
09:36
lenlänge von ca. 280 nm beruht auf gelösten organisch
der Zwischenklärung (grün) bis zum Ablauf der Nachklä-
0,5
0,5
0,00
Papierindustrie geprägt wird. Der Peak bei einer Wel-
Messung des SAK 254 ist in
Zeit
diesem Fall zur Bestimmung
Abbildung 4: Kontinuierliche Messung in der Belebung
BSB ungeeignet da keine
Korrelation zu den gelösten
spectro::lyser [mg/l]
abbaubaren Inhaltsstoffen
Die Messung des SAK
254 ist in diesem Fall
zur Bestimmung des
BSB ungeeignet da keine Korrelation zu den
gelösten abbaubaren Inhaltsstoffen besteht.
besteht. Weiters ermöglicht
erst eine spektrale Kompensation des Trübungseinflusses die Messung der gelösten Kohlenstoffverbindungen.
Durch eine lokale Kalibration können verschiedenartige
Kohlenstoffgruppen, insbesondere in Hinblick auf deren Abbaubarkeit, unterschieden werden, was Rückschlüsse auf den Reinigungsprozess erlaubt. Je nach
Beschaffenheit des Abwassers (z.B. Industrieanteil) sind
Abbildung 5: Vergleich mit Laborwerten.
bei kommunalem Abwasser mit universeller Kalibration
Korrelationskoeffizienten zum BSB von 0,75 bis 0,9 zu
2.5 UV/VIS-Absorptionsspektrum
erwarten - eine Kalibration auf das gegenständliche Abwasser vor Ort führt zu Korrelationen R² = 0,8 bis 0,9.
Ein kontinuierliches UV/VIS-Absorptionsspektrum bietet
Derartige Charakterisierungen bleiben den einfachen
zwei wesentliche Vorteile:
Photometersonden verwehrt.
1. Nitrat, Trübe und organische Substanz können
simultan gemessen werden.
3 Vorteile der Spektrometrie
im Vergleich zu einfachen
Photometersonden
2. Die qualitative Beurteilung der Abwasserinhaltsstoffe ist möglich.
700
:: Kosteneffizienz
Absorption [Abs/m]
600
Das kontinuierliche UV/VIS-Spektrum erlaubt die
500
simultane Messung zumindest der Parameter organi-
400
scher Kohlenstoff, Nitrat und Trübung, weshalb anstatt
teilweise behandelt
300
behandelt
von nur 3 einfachen Photometersonden nur 1 s::can
unbehandelt
200
Spektrometer benötigt wird.
100
0
230
:: Geringere Querempfindlichkeit auf Trübung, Fär280
330
380
430
480
530
580
bung, Aufwuchs etc.
630
Wellenlänge [nm]
Potentielle Störgrößen, die man auch mit einer 2-WelAbbildung 6: Absorptionsspektren von Abwasserproben
lenlängenmessung nicht erkennen kann, können fast
unterschiedlicher Messstellen
immer problemlos mit Hilfe der spektralen Information
4
© s::can Messtechnik GmbH
4 Spezielle Vorteile der s::can
Messgeräte
kompensiert werden. Bei hohen Feststoffgehalten wird
die (hydraulisch/pneumatische) Sondenreinigung mittels externer Druckleitung - angeschlossen.
:: Extreme Mess-Dynamik
:: Daher höhere Präzision
Eine Besonderheit der s::can Sonden ist der extreme
Da Querempfindlichkeiten auf diese Weise wesentlich
Dynamik-Bereich von > 1:1000 oder z.B. 1 bis 1000
reduziert werden, ist die Überlagerung des Messsignals
mg/l CSB.eq. So sind mit einer einzigen Konfiguration
durch Störungen - Rauschen - wesentlich geringer als
(5 mm Messweg) Messungen in Kanal, Zulauf, Zwi-
bei einfachen Photometersonden.
schenklärung, Nachklärung, Ablauf und im Gewässer
:: Höhere Selektivität
möglich. Lediglich zur Nitrat-Messung im Zulauf und in
der Belebung ist ein geringerer Messweg) erforderlich.
Die gesuchten Einzelsubstanzen bzw. Stoffgruppen
können signifikanten Spektren zugeordnet werden,
:: Langzeitstabilität
weshalb ausschließlich sie bei der Messung erfasst
Durch die Zweistrahl-Messung können alle Verände-
werden.
rungen des Messsystems erfasst und kompensiert
:: Höhere Reproduzierbarkeit
werden. Dies führt in einer bisher nicht bekannten
Aus diesen Vorteilen des s::can Spektrometers resultiert
Langzeitstabilität.
eine sehr hohe Reproduzierbarkeit sowie universelle
:: Wartungsfreiheit
Einsetzbarkeit ohne die zwingende Notwendigkeit
Es ist nicht nur keine Wartung erforderlich, vielmehr
einer lokalen Kalibration.
sind gar keine Wartungsarbeiten möglich. Die Funk-
:: Kalibrierbarkeit auf weitere Substanzen und
tionsfähigkeit der Sonde wird durch interne Tests bei
jeder Messung geprüft.
Stoffgruppen
Neben den in der Abwassertechnik üblichen Kenngrö-
:: Feld- und Anlagentauglichkeit
ßen (CSB, BSB, DOC, Nitrat, Trübung) können auch
Die Technologie der UV/VIS-Spektrometrie wurde
noch andere Parameter mit Hilfe der Kalibrationssoft-
bisher noch nie in einer derart kompakten Ausführung
ware aus dem UV/VIS-Spektrum gewonnen werden.
angeboten, welche die Verwendung des spectro::lyserTM
:: Quantitative und qualitative Aussagen
auch unter beengten Raumverhältnissen erlaubt. Auf-
Zusätzlich zu den kalibrierten Parametern lässt sich
grund des geringen Gewichts, der robusten Ausführung,
die qualitative spektrale Information - Fingerprint - für
dem Fehlen von beweglichen medienberührten Kom-
Alarmsysteme, Regelungen etc. unmittelbar verwen-
ponenten, der 12 V - Versorgung, und der optionalen
den. Die qualitative und quantitative Unterscheidung
Ex-Sicherheit, ist die Sonde auch für den Einsatz unter
von Kohlenstofffraktionen zur näheren Beurteilung des
rauen Umweltbedingungen geeignet.
Abwassers, z.B. von industriellen Einleitern, ist möglich.
:: Flexibles Messverfahren
Intelligente Auswertealgorithmen passen die Hardware
(Belichtungszeit, Oversampling etc.) und die Messparameter an geänderte Medienzustände an.
:: Hohe Betriebssicherheit
Aufgrund von implementierten Selbsttestprozeduren.
:: Bedienungsfreundlichkeit
Es müssen keinerlei Einstellungen vorgenommen
werden. Der Benutzer wird durch die Komplexität der
ablaufenden Messung in keiner Weise berührt, er muss
Abbildung 7: Der spektrale Fingerprint in moni::tool - der
kaum eingreifen und erhält lediglich die endgültigen
s::can Software zur Wasserqualitätsüberwachung
Messwerte.
5
© s::can Messtechnik GmbH
Applikationsblätter- Abwasser
:: Evaluierung ob eine Ausrüstung der Messstrecke
5 Einsatz der s::can Spektrometer
im Abwasser
mit automatischer Reinigung notwendig ist
• Erforderlich bei starker biologischer Aktivität im
5.1 Auswertungen & Parameter
Wasser, bzw. hohem Fettgehalt
• Erforderlich bei Wunsch nach langen (mehrere Mo-
Messung von UV/VIS-Spektren über einen Wellenlän-
nate) Wartungsintervallen
genbereich von ca. 220 - 720 nm
• Auch in Kanalsystemen mittels Druckluft oder CO2-
• Kompensation der Trübung
Flaschen möglich
• Simultane Erfassung verschiedener Substanzen
• Fraktionierung des organischen Kohlenstoffs (gesamt,
gelöst, kolloidal, Abbaubarkeit)
• Detektieren irregulärer Einleitungen
5.2 Geräteapplikation
:: Wahl der Messstreckenlänge in Abhängigkeit der
Substanzkonzentration
• 2 oder 5 mm im Zulauf
• 1 mm in der Belebung
• 5 oder 35 mm im Ablauf
Abbildung 9: Wirksamkeit der automatischen Reinigung: trotz Belag auf der Sonde ist die Messstrecke
sauber
:: Empfohlene Messstellen
• Nach der Rechenanlage und/oder dem Sandfang
• Vor der Einleitung des Rücklaufschlammes
• Im Belebungsbecken
• Vor der Einleitung in den Vorfluter
Abbildung 8: spectro::lyser
TM
einmal mit 35 mm und ein-
6 Systemintegration und Features
der s::can Messgeräte
mal mit 5 mm Messstrecke
5.3 Einbau
Zum Einbau auf Kläranlagen empfehlen wir unsere verle-
6.1 Einfache Integration
gungssichere Rohrkonstruktion aus PVC. Die Konstruk-
1. Unsere Bediengeräte con:.cube und con:.lyte ermög-
tion kann in Kanälen auch pendelnd eingesetzt werden.
lich eine komplette Systemintegration sowie umfangrei-
(Bitte beachten Sie unsere entsprechende technische
che Möglichkeiten zur Visualisierung und Analyse der
Dokumentation.) Die Sonde kann jedoch auch an jedem
Daten. Sie bieten analoge und digitale Schnittstellen
beliebigem Standard-Rohr-Befestigungssystem mit 45
zu Sensoren von Drittanbietern und zur Einbindung in
mm Schellen oder an anderen Standard Armaturen be-
Leitsysteme.
festigt werden. Die Details prüfen wir für jede individuelle
2. Die Sonde kann über die USB- Schnittstelle mit jedem
Anwendung und bieten Ihnen gerne den Einbau an.
handelsüblichen Notebook/PC betrieben werden.
Eine weitere Option ist der Einbau der Sonde in einen
3. Die Sonde ist auch ohne zusätzliche Peripherie (d. h.
spülbaren Bypass, welcher den beinahe wartungsfreien
nur mit 12 V Stromversorgung) im Datenlogger-Modus
Betrieb der Sonde über lange Zeiträume ermöglicht.
betreibbar. Allerdings ist in diesem Modus kein kontinuierlicher Datenzugriff möglich.
6
© s::can Messtechnik GmbH
4. s::can bietet weiters einen wasserdichten Feldkoffer
in ihrer Zusammensetzung, auch nach Unregelmä-
(Akku) zum autonomen Betrieb im Feld an.
ßigkeiten im Gesamtspektrum des Zulaufs.
• Alarm bei Überschreitung von Grenzwerten durch
6.2 Betrieb und Datentransfer
Indirekteinleiter
• Frachtabhängige Abrechnung von Einleitern
• Die Messwerte können über verschiedene Standard-
• Detektieren von Belastungsstößen bereits in der
schnittstellen in automatisierte Prozesse (Steuerung,
Kanalisation.
Regelung, Alarmierung) oder Datenbanken integriert
• Kontrolle der Abwasserbelastung bei Regenwasser-
werden.
Stößen vor der Entlastung in den Vorfluter
6.3 Vernetzung mehrerer Geräte
• Frachtabhängige Anlagenbewirtschaftung
6.5 Simultane Wasserstands- und
• Mehrere Messstellen können über die RS485 Schnitt-
Temperaturmessung
stelle / Modbus / zu einem zentral bedienbaren
Netzwerk vereint werden. s::can liefert die komplette
• Sensoren zur Druck- und Temperaturmessung in
Anlage.
Sonde und Software integriert
6.4 Messungen in der Kanalisation
• Abschätzung des Durchflusses in Gerinnen mit
bekanntem Pegelschlüssel
• Identifizierung und Überwachung von Indirekteinleitern: Das kontinuierliche Spektrum erlaubt die Differenzierung der Wässer aufgrund von Unterschieden
7 Die s::can micro::station für Abwasser - Systemübersicht
1 Bedienterminal
6 Spektrometersonde
1
con::cube Terminal mit moni::tool
Software zur Datensammlung, Darstellung der Messergebnisse und
Stationskontrolle.
Alle s::can Spektrometersonden sind
Multiparametersonden, die bis zu acht
Wasserqualitätsparameter messen
können.
Mögliche Messparameter:
AFS, AOC, BSB, BTX, CSB, DOC,
Farbe, Fingerprints und SpektralAlarme, FTU/NTU, H2S, HS, NO2-N,
NO3-N, TOC, UV254, Temperatur und
Druck
2 Physikalische Sonde
Montageplatz für eine s::can physikalische Sonde
Mögliche Messparameter:
pH, Redox, PSU, Leitfähigkeit und
Temperatur
6
4 Durchflussarmatur für physikalische Sonde
5 Durchflussarmatur für physikalische Sonde oder ISE-Sonde
Montageplatz für oxi::lyser, soli::lyser
oder eine s::can ISE Sonde (z.B.
ammo::lyser)
2
3 Prozessanschluss 1”, PVC
7 Physikalische Sonde oder
ISE-Sonde
7
3
Mögliche Messparameter:
AFS, K+, NH4-N, NO3-N, O2, pH und
Temperatur
4
5
7
8
8 Durchflussarmatur für
Spektrometersonden
© s::can Messtechnik GmbH
Applikationsblätter- Abwasser
8 Beispiele von Messungen
10
9
400
8
300
6
5
200
4
Nitrat_eq [mg/l]
7
3
100
2
1
CSB-hom_eq [mg/l]
Fr / 11.05
Fr / 04.05
Fr / 27.04
Fr / 20.04
Fr / 13.04
Fr / 06.04
0
Fr / 30.03
0
Fr / 23.03
CSB-hom_eq, Feststoffe_eq, CSB-filt_eq [mg/l]
500
Feststoffe_eq [mg/l]
CSB-filt_eq [mg/l]
Nitrat_eq [mg/l]
Abbildung 10: Messungen über 2 Monate im Zulauf einer Kläranlage
Der spectro::lyserTM lief im Zulauf einer Kläranlage über 2 Monate ohne irgendeine Wartung. Keine Drift war zu beobachten, die abgebildeten Verläufe und Trends sind plausibel bzw. durch Parallelanalytik belegt. Tägliche, wöchentliche
und längere Perioden sind erkennbar, welche zur Betriebsführung und -optimierung dienen. Die Parameter wurden in
einem Betriebslabor kontrolliert. Die Korrelationen zwischen den Laborparametern und den spectro::lyserTM Werten
waren bereits ohne lokale Kalibration gut, und liegen nach lokaler Kalibration besser als R² = 0,90. Die Ergebnisse
zeigen, dass man mit dem spectro::lyserTM auf einer großen kommunalen Kläranlage mit erheblichem Industrieeinfluss
mit einem einzigen Instrument die Parameter CSB-gesamt, CSB_filtriert, BSB, Feststoffgehalt und Nitrat messen kann,
und dies langzeitstabil, annähernd wartungsfrei und ohne weitere Betriebsmittel außer Druckluft.
10
CSB-hom_eq [mg/l]
450
Feststoffe_eq [mg/l]
9
400
CSB-filt_eq [mg/l]
8
Nitrat_eq [mg/l]
7
150
3
100
2
50
1
0
0
Mo / 26.03 / 00:00
Fr / 30.03 / 00:00
4
Do / 29.03 / 00:00
200
Mi / 28.03 / 00:00
5
Di / 27.03 / 00:00
250
So / 25.03 / 00:00
6
Sa / 24.03 / 00:00
300
Nitrat_eq [mg/l]
350
Fr / 23.03 / 00:00
CSB-hom_eq, Feststoffe_eq, CSB-filt_eq [mg/l]
500
Abbildung 11: Ein Wochenverlauf aus obiger Messreihe.
8
© s::can Messtechnik GmbH
Die Zeitreihe der gelösten Feststoffe und des CSB_eq (siehe Abbildung 11) aus dem Zulauf einer Kläranlage zeigt
deutlich , dass die täglichen Maxima am späten Nachmittag auftreten. Für den Parameter CSB-filt_eq sind die entsprechenden Schwankungen um ein Vielfaches geringer. Aus der Messreihe lässt sich somit ableiten, dass der größte
Teil der CSB-Belastung die Kläranlage in Form von Feststoffen erreicht.
300
CSB und Trübung [mg/l]; Extinktion [Abs/m]
CSB [mg/l]
Trübung [mg/l]
250
SAK 254 [Abs/m]
200
150
100
50
0
Messzeitpunkt [dd.mm.yy HH:MM]
Abbildung 12: Zeitreihe aus dem Zulauf der Belegung, kommunale Kläranlage A
Im Zulauf der Belebung (Abbildung 12) werden die tägliche Maxima in der CSB und Feststoffkonzentration auf Grund
des Verzögerungseffektes der Vorbehandlung erst während der Nacht sichtbar. Die deutliche Reduktion aller Messwerte
am 17 September lässt sich dadurch erklären, dass der 16. und 17. September ein Wochenende waren. Einmal mehr
zeigt sich, dass der SAK 254 alleine die Dynamik der gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen nur unzureichend
abbilden kann.
5
s::can
Turbidity (standardized)
4
Instr. B
E&H
Züllig
Instr. C
3
2
1
0
-1
-2
13.10
12.10
11.10
10.10
09.10
08.10
07.10
06.10
05.10
04.10
03.10
-3
Abbildung 13: Ganglinien Trübstoffe im Zulauf der Belebung, kommunale Kläranlage A (Vergleich von 3 Instrumenten)
In Abb. 8 sind die Feststoff-Ganglinien aus einer Teststellung von 3 Sonden unterschiedlicher Hersteller auf einer großen
Kläranlage zu sehen, wovon eine der spectro::lyserTM war. Wie aus dem Bericht hervorgeht, schnitt der spectro::lyserTM
nicht nur bezüglich der Messung von CSB-eq und Nitrat-eq hervorragend ab, auch die Feststoffwerte überzeugten die
Tester. Es zeigt sich jedoch hier, dass die Werte der Feststoffsonden zwar vergleichbare Tagesgänge und Amplituden
aufweisen, jedoch die Schwankungen in kleinen Zeiträumen kaum vergleichbar sind, was im Wesen der FeststoffSondenmessung begründet liegt.
9
© s::can Messtechnik GmbH
Applikationsblätter- Abwasser
COD Labor
COD & CODeq [mg/l]
500
R2 = 0,90
carbo::lyser CODeq
600
carbo::lyser
400
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Labor COD [mg/l]
300
200
100
05.12
04.12
03.12
02.12
01.12
30.11
29.11
28.11
27.11
26.11
25.11
24.11
23.11
22.11
21.11
20.11
19.11
18.11
17.11
16.11
15.11
14.11
0
Abbildung 14: Ganglinie CSB im Zulauf der Kläranlage B, Laboranalytik Vergleichswerte
In Abbildung 14 sind CSB-Messungen mit der Spektrometersonde und Refernzmessungen aus dem Labor für den
Zulauf einer Kläranlage abgebildet. Die Korrelation zwischen den Messergebnissen war durchwegs besser als erwartet.
Es konnte kein Drift festgestellt werden und die Korrelation zum CSB ist über den gesamten Messbereich linear, was
typisch für kommunale Abwässer ist.
Bei Betrachtung eines Tagesganges sind die vielfältigen Ereignisse zu beobachten, welche mit bisherigen Messmethoden
bzw. Messauflösungen nicht erkannt werden konnten. Die in Abbildung 15 erkennbaren Peaks und Verläufe sind bei
näherer Betrachtung kein Messrauschen, sondern durchwegs interpretierbar und erklärbar.
400,00
350,00
TrübeGL-1 [Te]
95,00
SAK 254 [Abs/m]
90,00
Trübungsequ. [abs/m]
300,00
85,00
250,00
80,00
200,00
75,00
70,00
150,00
65,00
100,00
60,00
50,00
trübungskompensierter SAK254 [abs/m]
100,00
55,00
0,00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
06:00
05:00
04:00
03:00
02:00
01:00
00:00
50,00
Abbildung 15: Abb.11: Tages-Ganglinie im Zulauf, kommunale Kläranlage B
10
© s::can Messtechnik GmbH
30
150
15
60
10
30
Di, 00:00
Mo, 18:00
Mo, 12:00
Mo, 06:00
Mo, 00:00
So, 18:00
So, 12:00
So, 06:00
Sa, 18:00
So, 00:00
Sa, 12:00
Sa, 06:00
Fr, 18:00
Sa, 00:00
Fr, 12:00
Fr, 06:00
Fr, 00:00
Do, 18:00
Do, 12:00
Do, 06:00
Mi, 18:00
Do, 00:00
Mi, 12:00
Mi, 06:00
Di, 18:00
Mi, 00:00
5
Di, 12:00
0
NO3-N.eq [mg/l]
20
21.09. 00
18.09.00
17.09.00
CSB.eq [mg/l]
90
25
22.09.00
NO3-N-1 [mg/l]
120
20.09.00
CSBeq [mg/l]
19.09.00
C SB
40
SCAN : CSB-T [m g/l]
35
30
25
20
15
10
5
0
0
Abbildung 16: Ganglinien im Ablauf einer kommunalen Kläranlage C
Die Ganglinien der Abbildung 16 zeigen, dass auch im Ablauf einer Kläranlage ein dynamisches Verhalten sowohl in der
Nitrat- als auch in der CSB-Konzentration auftritt. Eine kontinuierliche Erfassung der Frachten wäre zur Überwachung
von Grenzwerten und Minimierung von Belastungen also sehr vorteilhaft.
In der untenstehenden Abbildung 13 sind Nitrat-Ganglinien im Ablauf der Kläranlage A auf Wochen- und Tagesbasis,
diesmal im Vergleich zu einem Off-Line Schrank-Analysator, aufgezeichnet. Die wesentlich höhere Mess-Auflösung,
aber auch das geringere Auftreten von Ausreißern beim spectro::lyserTM ist klar erkennbar.
10
8,0
7,5
9
7,0
6,5
6,0
7
5,5
6
4,5
22:00
00:00
20:00
16:00
18:00
14:00
12:00
10:00
08:00
06:00
04:00
5
02:00
5,0
00:00
NO3-Neq [mg/l]
8
4
3
2
NO3-N cabinet analyser
1
NO3-Neq s::can
30.10
29.10
20
28.10
27.10
26.10
25.10
24.10
0
18
N_NO3eq s::can [mg/l]
16
2
R = 0,997
14
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
N_NO3 Labor [mg/L]
Abbildung 17: spectro::lyserTM Nitrat-Ganglinie (blau) im Vergleich mit einem Nitrat-Analysator (rot)
11
© s::can Messtechnik GmbH
Applikationsblätter- Abwasser
8 Beispiele für typische Konzentrationsbereiche in verschiedenen
Abwasser Anwendungen
Kommunales Abwasser Zulauf
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, NO3 -N, CSB, BSB,
UV254, UV254f)
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, NO3 -N, CSB, CSBf,
UV254, UV254f)
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, NO3 -N, CSB, H2S,
UV254, UV254f)
Min.
Max.
Typische Konzentrationsbereiche in dieser Anwendung
CSB
CSBf
BSB
UV254
AFS
NO3 -N
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[Abs/m]
[mg/l]
0
0
0
0
0
3000
40
3750
2000
1250
UV254f
[Abs/m]
0
750
Min.
Max.
0
3000
0
40
0
3750
0
1250
0
750
Min.
Max.
0
3000
0
40
0
3750
0
1250
0
750
0
1250
H2S
[mg/l]
Artikelnummer
Sp1‑002‑p0‑sNO-010 / -075
(inkl. Globale Kalibration i3)
Sp1‑002‑p0‑sNO-010 / -075 (inkl. Globale Kalibration i1)
0
25
Sp1‑002‑p0‑sNO-010 / -075 (inkl. Globale Kalibration i5)
Molkerei Kläranlage Zulauf
Min.
Max.
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, NO3 -N, CSB, CSBf,
UV254, UV254f)
Typische Konzentrationsbereiche in dieser Anwendung
CSB
CSBf
UV254
AFS
NO3 -N
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[Abs/m]
[mg/l]
100
0
200
100
0
3000
80
12500
5000
2500
UV254f
[Abs/m]
0
1500
Artikelnummer
Sp1‑001‑p0‑sNO-010 / -075 (inkl. Globale Kalibration m1)
Papierfabrik Kläranlage Zulauf
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, CSB, CSBf, UV254,
UV254f)
Typische Konzentrationsbereiche in dieser Anwendung
AFS
CSB
CSBf
UV254
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[Abs/m]
0
875
875
0
2500
5000
4250
1250
Min.
Max.
UV254f
[Abs/m]
0
750
Artikelnummer
Sp1‑002‑p0‑sNO-010 / -075 (inkl. Globale Kalibration p1)
Brauerei Kläranlage Zulauf
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, CSB, UV254, UV254f)
Min.
Max.
Typische Konzentrationsbereiche in dieser Anwendung
AFS
CSB
UV254
UV254f
[mg/l]
[mg/l]
[Abs/m]
[Abs/m]
0
500
0
0
5000
45000
1250
750
Artikelnummer
Sp1‑002‑p0‑sNO-010 / -075 (inkl. Globale Kalibration b1)
Kommunales Abwasser Biologie
spectro::lyser™ UV
(AFS est, NO3 -N, CSBf,
UV254, NO2 -N)
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, NO3 -N, CSBf,
UV254, UV254f)
UV254
[Abs/m]
0
2500
UV254f
[Abs/m]
Min.
Max.
Typische Konzentrationsbereiche in dieser Anwendung
NO2 -N
CSBf
AFS
AFS est
NO3 -N
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
0
0
0
0
6000
100
500
1000
Min.
Max.
0
15000
0
2500
0
1500
0
20
0
400
Kommunales Abwasser geklärter Ablauf
Typische Konzentrationsbereiche in dieser Anwendung
NO2 -N
CSB
CSBf
AFS
AFS est
NO3 -N
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
Min.
0
0
0
0
spectro::lyser™ UV
(AFS est, NO3 -N, CSB,
Max.
300
50
10
500
UV254, NO2)
Min.
0
0
0
0
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, NO3 -N, CSB, CSBf, Max.
500
25
500
300
UV254, UV254f)
Artikelnummer
Sp2‑001‑p0‑sNO-010 / -075
(inkl. Globale Kalibration l1)
UV254
[Abs/m]
0
500
UV254f
[Abs/m]
0
500
0
300
Sp1‑001‑p0‑sNO-010 / -075 (inkl. Gobale Kalibration l1)
Artikelnummer
Sp2‑005‑p0‑sNO-010 / -075
(inkl. Globale Kalibration e2)
Sp1‑005‑p0‑sNO-010 / -075 (inkl. Globale Kalibration e1)
Papierfabrik Kläranlage Ablauf
spectro::lyser™ UV-Vis
(AFS, NO3 -N, CSB, CSBf,
UV254, UV254f)
Min.
Max.
Typische Konzentrationsbereiche in dieser Anwendung
CSB
CSBf
UV254
AFS
NO3 -N
[mg/l]
[mg/l]
[mg/l]
[Abs/m]
[mg/l]
0
0
0
0
0
1000
10
350
350
1250
UV254f
[Abs/m]
0
750
Artikelnummer
Sp1‑002‑p0‑sNO-010 / -075 (inkl. Globale Kalibration q1)
Mehr Informationen über die Messbereiche und -genauigkeit des spectro::lysers und anderer Sonden und
Sensoren von s::can finden Sie in unserem Produktkatalog.
12
© s::can Messtechnik GmbH
Fallbeispiel - Thames Water
Thames Water Utilities Ltd
Seit 2007 betreibt die Thames Water Utilities Ltd (TWU) ein Netzwerk von 143 s::can Messstationen zur Überwachung Nährstoffen und organischen Kohlenstoffverbindungen im
Abwasser. Im Zuge dieses Projektes testete die TWU ein revolutionäres neues Konzept,
welches eine bisher nicht gekannte Einsicht, Kontrolle und Zugänglichkeit ihres Abwassersystems und der Abwasseraufbereitung ermöglicht. Der große Erfolg in der ersten Phase dieses
Projektes führte dazu, dass das Konzept weiter ausgebaut wird. In der neuen Ausschreibung
wurde s::can von allen Herstellern am besten bewertet und ist somit auch in der nächsten
Phase der bevorzugte Lieferant.
Thames Water Utilities Ltd ist der größte
Die Sensoren liefern verlässliche Messer-
Wasserversorger im Vereinigten Königreich
gebnisse mit gesicherter Genauigkeit, spei-
und bietet sowohl Trinkwasser in bester
chern dies intern und senden sie an eine
Qualität, wie auch effiziente Abwasser-
zentrale Datenbank. Werden Veränderun-
sammlung und -behandlung an. Insgesamt
gen der Wasserqualität in den Daten fest-
werden mehr als 13 Mio. Menschen ver-
gestellt, so können sofort operative
sorgt. Im Jahr 2007 entschied sich das Un-
Maßnahmen eingeleitet werden. s::can und
ternehmen einen neuen, innovativen Weg
sein Partner im Vereinigten Königreich Pro-
zu gehen, um sicher zu stellen, dass alle
cess Measurement & Analysis Ltd lieferten
•CSB
- auch kleine und unbemannte - Abwas-
Hard- und Softwaretechnologie für dieses
•BSB
seraufbereitungsanlagen mit der maximalen
herausfordernde Projekt um die Erfüllung
•NO3
Effizienz und konform mit den strengen ge-
der anspruchsvollen Ziele möglich zu ma-
•NH4
setzlichen Regelungen betrieben werden.
chen. Seit dem Jahr 2007 ist das Netzwerk
Dieser Ansatz ist weltweit einzigartig und
mit 143 s::can Messtationen in Betrieb. Alle
bis heute gibt es keine vergleichbaren Pro-
Stationen arbeiten ohne „Nasschemie“ so-
jekte. 143 s::can Messstationen wurden an
wie mit minimalen Betriebskosten und
den verschiedensten Kläranlagen sowohl
Wartungsaufwand.
Parameter:
•AFS
Facts & Figures
Unternehmen:
Thames Water Utilities
Ltd
im Zulauf wie auch im Ablauf angebracht.
Es werden die Parameter CSB, BSB, NO3,
NH4 und AFS in Echtzeit gemessen.
Ort:
Vereinigtes Königreich
Zeitraum:
2007 - heute
s::can Partner:
Process Measurement &
Analysis Ltd.
Anwendung:
Abwasser
Installierte Produkte:
spectro::lyser
ammo::lyser
con::lyte
Abbildung 19: Eine der 143 Messtationen
Vom Beginn an war allen involvierten Personen klar, dass nur innovative Technik mit
Abbildung 18: Zwei con::lyte Bediengeräte
13
äußerst geringem Wartungsaufwand - wie
© s::can Messtechnik GmbH
Applikationsblätter- Abwasser
jene von s::can - die notwendigen Anforderungen für
einso großes Netzwerk an Messstationen erfüllen kann.
Der Rückblick auf die ersten drei Betriebsjahre ist eine
Erfolgsgschichte für Thames Water Utilities Ltd, s::can
und Process Measurement & Analysis Ltd welche durch
eindrucksvolle Betriebsstatistiken unterlegt wird:
spectro::lysers:
• 95 installiert
• ca. 2.0 Mio. Betriebsstunden
• nur 1 Defekt alle 153,500 Betriebsstunden / 17.5
Betriebsjahre
ammo::lysers:
• 84 installiert
• ca. 1.8 Mio. Betriebsstunden
• nur 1 Defekt alle 588,000 Betriebsstunden / 67
Betriebsjahre
con::lyte:
• 143 installiert
• ca. 3.0 Mio. Betriebsstunden
• nur 1 Defekt alle 1.5 Mio. Betriebsstunden / 171
Betriebsjahre
Unter Bezugnahme auf die oben angeführten Ergebnisse der derzeit betriebenen Messstationen, beschoss die
Thames Water Utilities Ltd. ihr revolutionäres Konzept
zu erweitern und mehrere hundert neue Messstationen
zu errichten. Wie auch schon im Jahr 2007 konnte s::can
seine Rolle als Technologieführer erneut unter Beweis
stellen und wurde auch für die neue Projektphase mit
dem Status des bevorzugten Anbieters belohnt.
Projekte dieser Größenordnung zeigen die Zukunft in der
Wasserqualitätsüberwachung. Von manchen wird dies
auch als „Technologieumkehr“ - weg vom Labor und von
Reagentien verbrauchenden Schrankanalysatoren hin zu
verlässlicher online Sensortechnologie in Kombination mit
intelligenter Software - bezeichnet.
Noch bis vor Kurzem herrschte die Meinung vor, dass solche großen Netzwerke nicht mit vernünftigen Kosten bzw.
Aufwand betreibbar wären. Thames Water Utilities Ltd,
s::can und Process Measurement & Analysis Ltd haben
beweisen, dass es möglich ist. Ein mal mehr hat s::can
klar gemacht, dass die Zeit für verlässliche, einfache,
intelligente und kostengünstige Sonden und Sensoren
gekommen ist.
14
© s::can Messtechnik GmbH
9 Ausgewählte Referenzen
Liste nicht komplett – Auswahl von verkauften s::can Systemen (keine Teststellungen).
Kunde/Land
Projekt/Applikation
Stationen/
Parameter
Produkt
28
AFS, NO3
nitro::lyser
>7
NTU, TOC, DOC
spectro::lyser,
Systeme
Wien Kläranlagen, Österreich
Kläranlage
Überwachung
Belebungsbecken
Austrian Hydro Power; Wien
Kläranlage und
Kanal; viele weiter Wasser-
Industrie
con::stat
werke in Österreich
Canal Isabel II Madrid,
Wasserqualitäts und
Spanien
Sicherheitsnetzwerk,
42
AFS, CSB, BSB
spectro::lyser,
con::stat
Abwasser
Kurita Industries, Japan
2002-2006
>15
AFS, NO3, CSB
spectro::lyser,
con::stat
San Francisco, USA
Datenanalyse
5
TOC, DOC, NO3,
spectro::lyser,
Wasserqualität
Trübung, Spektra-
con::stat, s::can
2009
learlarme, Event
Sensoren
Detection, pH, Freies
Chlor, NH4
Thames Water II, Vereinigtes
2011-heute
150
Königreich
AFS, CSB, BSB,
multi::lyser,
NH4, pH
ammo::lyser,
con::cube
Rijnland Waterboard,
2008-2010
>15
Niederlande
NTU, TOC, DOC,
spectro::lyser,
BTX, NH4
ammo::lyser,
con::cube
China: Nantong WWTP, Ve-
Kläranlagen
>300
AFS, CSB, NH4
carbo::lyser,
olia Shanghai Pudong WTP,
Zulauf und
ammo::lyser,
Beijing WTP Nr.9, Guangz-
Ablaufüberwachung
con::lyte
hou Xizhou WTP, Shenyang
Zhangshi WWTP, Taichang
WWT, Hohai University Nanjing und viele mehr
15
© s::can Messtechnik GmbH
Applikationsblätter- Abwasser
HEADQUARTERS
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Brigittagasse 22-24
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PHONE: +43 / 1 / 219 73 93
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CHINA
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1118 Changshou Rd.
200042 Shanghai
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16
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