DPD vs. Amperometrische Sensoren

Online-Reagenzienzufuhr (DPD)

Es gibt zwei Methoden zur Messung des Gesamtrestoxidationsmittels (TRO): Oxidations-Reduktions-Potential (ORP)-Sensor und amperometrischer Sensor. Bis jetzt gab es keine amperometrischen Sensoren, die in einer Ballastwasseranwendung praktikabel waren. In diesem Beitrag werden die relativen Vorteile und Grenzen beider Methoden untersucht.

Wasseraufbereitungsanlagen verwenden in der Regel eine von zwei Methoden zur Steuerung und Überwachung der Chlordosierung: Online-Reagenzienzufuhr (DPD) und amperometrische Geräte. Diese Systeme erfordern einen kostspieligen monatlichen Austausch von Reagenzien. Amperometrische Sensoren benötigen zwar keine Reagenzien, müssen aber häufig kalibriert werden. Sie sind von der Durchflussmenge abhängig, und kleine Änderungen führen zum Verlust der Kalibrierung, zur Abhängigkeit vom pH-Wert und zur Verschmutzung der Membran.

"Wasserversorgungsunternehmen haben jetzt eine bessere Wahl für die Chlorüberwachung, die vier zusätzliche Wasserparameter misst und bessere Informationen zu einem Bruchteil der Kosten liefert. Unsere NSF 61-Zertifizierung ermöglicht den direkten Einbau des Sensors in ein Rohr. Der MP-5 kann an praktisch jedem Ort installiert werden. Es wird keine Abwasserleitung benötigt, der geringere Wartungsaufwand führt zu Arbeitseinsparungen, der reagenzienfreie Betrieb und die Wassereinsparungen senken die Kosten. Dieser Sensor ist eine neue Option für Wasseraufbereitungsprobleme". - Michael Silveri, Halogen Systems

Halogen Systems hat einen Sensor entwickelt, der alle Probleme im Zusammenhang mit genauen, konsistenten und wartungsarmen Messwerten in der Gastronomie beseitigt. Unsere strömungsunabhängige Sensortechnologie überwindet viele Einschränkungen der bestehenden alten amperometrischen Systeme bei weitaus geringerem Wartungsaufwand. Neben der amperometrischen Chlormessung misst dieser Sensor auch den pH-Wert, die Leitfähigkeit, die Temperatur und das ORP (Oxidations-Reduktions-Potenzial).

Vorhandene amperometrische Sensoren

Alle "bestehenden" amperometrischen Sensoren benötigen einen konstanten Durchfluss, in der Regel unter Verwendung eines Abfallstroms, um ihre Genauigkeit und Kalibrierung zu erhalten. Jegliche Druckspitzen oder Durchflussänderungen führen zu einem vollständigen Verlust der Kalibrierung. Diese Sensoren erzeugen einen Abfallstrom von bis zu 65.000 Gallonen pro Jahr und Gerät. Die Auswirkungen von Temperaturschwankungen verursachen aufgrund der Membraneigenschaften nichtlineare Signaländerungen und führen zu einem Verlust der Kalibrierung. Eine Kläranlage in der Stadt Lakewood, Kalifornien, teilte mit, dass eine häufige (wöchentliche oder halbwöchentliche) Kalibrierung für die amperometrischen Chlorsensoren erforderlich ist, die sie in der Vergangenheit verwendet haben. Wenn der Elektrolyt verdünnt wird, muss der Sensor neu kalibriert, der Elektrolyt aufgefüllt und die Membran ausgetauscht werden. Die meisten verfügbaren amperometrischen Chlorsensoren arbeiten nur bis zu einem pH-Wert von 7,5. pH-Werte über 7,5 sind in Trinkwassersystemen häufig anzutreffen. Auch Änderungen der Leitfähigkeit beeinflussen diese Sensoren. (Australien, 2010)

Beschränkungen der "alten Technik" amperometrischer Sensoren

Stark durchflussabhängig - das bedeutet, dass sie nicht direkt in ein Rohr eingebaut werden können. Sie erfordern aufwendige Strömungssäulen, die einen Abfallstrom verwenden
Austausch von Membranen und Elektrolyten erforderlich
Häufige Kalibrierung
pH-abhängig
Temperaturabhängig

Kolorimetrische Technik

Bei der kolorimetrischen Methode reagieren der Probe zugesetzte Chemikalien mit Chlor und erzeugen eine Farbe. Die Dunkelheit der Farbe ist proportional zur Menge des Chlors. Diese Geräte sind als Online-DPD-Geräte (DPD) bekannt. Die Farbe wird gemessen und das Ergebnis in einen ppm-Chlorwert umgerechnet. Dies ist das von den Wasserbehörden am häufigsten eingesetzte Chlormessgerät, das jedoch auch Nachteile hat. Einer davon sind die Kosten für die Reagenzien. Die Reagenzien reichen in der Regel für 30 Tage. Laut einer Website können die Reagenzien für ein einziges System zwischen 750 und 1000 $ pro Jahr kosten, einschließlich Versand. Da die meisten Wasserbehörden viele dieser Systeme besitzen, können die jährlichen Reagenzienkosten erheblich sein. Diese Systeme sind komplex und erfordern eine monatliche Wartung durch Servicemitarbeiter.

"Alte" amperometrische Chlorsensor-Technologie

Alle amperometrischen Chlorsensoren sind elektrochemische Geräte, die diese Reaktion zur Messung von Chlor nutzen: Bei der Reduktion von unterchloriger Säure zu Chlorid fließen an der Kathode Elektronen. Dieser Elektronenfluss wird von dem Sensor gemessen. Es gibt zwei grundlegende Bauformen: Nackte Elektroden und Membransensoren. Bei einem System mit blanken Elektroden wird das amperometrische Drei-Elektroden-Messverfahren (siehe unten) verwendet. Zwischen zwei Elektroden wird mithilfe eines Potentiostaten, der den Lösungswiderstand kompensiert, eine Spannung angelegt. Der gemessene Strom ist proportional zum Chlorgehalt.

WE = Arbeitselektrode
RE = Referenzelektrode
CE = Gegenelektrode

Bei einem Membransystem wird die Zwei-Elektroden-Methode verwendet. Sie entspricht im Wesentlichen der Drei-Elektroden-Methode, allerdings sind die Gegenelektroden und die Referenzelektrode kombiniert und durch eine Membran von der Lösung getrennt. Der Elektrolyt diffundiert langsam in die Lösung und muss in regelmäßigen Abständen nachgefüllt werden. Amperometrische Sensoren sind frei von vielen Störfaktoren wie Mangan, Eisen und Nitrat; Substanzen, die kolorimetrische Methoden stören.

Einzigartige Merkmale sind unter anderem:

Durchflussunabhängige Chlormessung - dieser Sensor ist unbeeinflusst von Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit von 0 bis 12 m/s.(HSI 06, 2020). Unser Chlorsensor verfügt über eine integrierte Pumpe, die einen langlebigen bürstenlosen Motor verwendet, um eine feste Geschwindigkeit über die Elektroden zu liefern, wodurch ein Maß für die Strömungsunabhängigkeit geschaffen wird - die hohe Strömungsgeschwindigkeit über die Elektrodenempfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis.
Direkter Anschluss an ein SCADA-System:Der Sensor kann über Modbus direkt an ein Überwachungs- und Datenerfassungssystem (SCADA) oder eine speicherprogrammierbare Steuerung angeschlossen werden, wodurch die Kosten für ein separates und optionales Anzeigemodul entfallen.
Selbstreinigung- Eine elektrochemische Reinigungsmethode widersteht der Polarisierung und Adsorption von organischen Stoffen. Die integrierten Reinigungsperlen reinigen den Sensor kontinuierlich und halten die Elektrodenoberflächen, einschließlich des pH-Sensors, frei von Ablagerungen und Biofouling. Die massiven Metallelektroden halten die gesamte Lebensdauer des Systems.
Lange Intervalle zwischen den Kalibrierungen -Diese Merkmale ermöglichen lange Intervalle zwischen den Kalibrierungen. In unseren Süßwassertests waren die Kalibrierungen mehr als drei Monate lang stabil.

Halogen Systems Inc. - MP5™

Da dieser Sensor in Wasserleitungen installiert wird, für die eine NSF 61-Zertifizierung erforderlich ist. Der Sensor verwendet übliche Nassinstallationsmethoden und Komponenten. Dieser Sensor ist ebenso konform wie andere amperometrische DPD-Geräte. Die Nebenstromversion des Sensors kann entweder für die temporäre oder permanente Überwachung von Wasseraufbereitungszweigen installiert werden. Für den Betrieb des Sensors ist nur ein geringer Durchfluss von 0 bis 0,5 GPH erforderlich. Er kann mit 12 oder 24 VDC betrieben werden. Der Sensor kann zur Echtzeitüberwachung auch an ein SCADA-System angeschlossen werden. Für die Wasserentnahme wird ein ¼" ID-Rohr verwendet. Da der Sensor keinen Durchfluss benötigt, kann er in einem Tank installiert werden.

Senkung der Gesamtbetriebskosten (TCO)

Online-DPD-Geräte, die Chlor messen, benötigen chemische Reagenzien, die monatlich nachgefüllt werden müssen. Beide Methoden benötigen eine Durchflussregulierung und erzeugen einen Abfallstrom mit einer Durchflussrate von etwa 500 ml pro Minute, der sich auf bis zu 69.204 Gallonen pro Jahr und Gerät beläuft. (Emerson, 2018) Abhängig von der Wasserquelle kostet dies $191 pro Jahr (zu MWD-Tarifen) pro Gerät. Diese Systeme benötigen auch die Infrastruktur, um diesen Abfallstrom abzuleiten. An vielen Standorten ist dies nicht praktikabel. Unser durchflussunabhängiger Chloranalysator bietet die Möglichkeit, an jedem Standort einen Chloranalysator ohne die gesamte Infrastruktur zu installieren, was zu einer weitaus größeren Zuverlässigkeit und einem besseren Schutz der Bevölkerung führt, der sie dienen. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der relativen Kosten für den kolorimetrischen und den durchflussunabhängigen Sensor.

Servicefreundlichkeit

Unser NSF-61-zertifizierter Chlorsensor kann in einer Nasszapfanlage installiert werden. Dadurch kann ein Versorgungsunternehmen unseren Chloranalysator direkt in ein Verteilungsrohr ohne unterstützende Infrastruktur einbauen. Das hochintegrierte Design reduziert Kosten und Größe und erhöht die Zuverlässigkeit.

Bessere Informationen mit zusätzlichen Parametern

Unser Multiparameter-Chloranalysator misst vier zusätzliche Parameter in einem einzigen kompakten Gehäuse. Die insgesamt fünf Messungen liefern dem Versorgungsunternehmen Informationen, die weit über den Gehalt an freiem Chlor hinausgehen. Eine Neukalibrierung bei sich ändernden Wasserbedingungen ist nicht erforderlich. Herkömmliche diskrete Sensorsysteme mit einer ähnlichen Anzahl von Parametern kosten oft fünf- oder sechsmal so viel wie das Halogen Systems Inc. MP5™.

Gemessene Parameter

Amperometrisches freies Chlor - Unser patentierter Sensor misst alle 55 Sekunden freies Chlor. Die Messwerte sind pH-, temperatur- und leitfähigkeitskompensiert.
Integrierter pH-Sensor: Das MP-5 hat eine Lebenserwartung von zwei Jahren gegenüber dem Branchendurchschnitt von sechs Monaten. Unsere Sensorpatrone ist ein integraler Bestandteil des Sensors. Aus diesem Grund haben wir unseren Chlorsensor so konzipiert, dass er sich kontinuierlich selbst reinigt. Wir verwenden einen einzigartigen pH-Sensor, der Drücke bis zu 150 PSI toleriert. Der pH-Sensor wird trocken ausgeliefert, ist innerhalb weniger Minuten nass und muss nicht häufig kalibriert werden.
Integrierter Leitfähigkeitssensor: Veränderungen der Wasserleitfähigkeit sind für Wasserversorgungsunternehmen eine wichtige Methode zur Bestimmung der Wasserqualität. Diese Veränderungen können auf Verunreinigungen, ein Verschmutzungsereignis oder andere Probleme hinweisen.
Oxidations-Reduktions-Potenzial (ORP ): Die Messung des ORP im Trinkwasser ist ein weiterer Indikator für eine mögliche Verunreinigung oder einen Rohrbruch. Unser Chlorsensor verfügt über eine einzigartige Methode zur Messung des ORP und hält die Elektroden sauber.

Referenzen:

Australien, W. Q. (2010). Entwicklung von Instrumenten zur verbesserten Desinfektionskontrolle in Verteilungssystemen. WQRA.

DoD. (2020, Juli 07). SBIR-STTR-Erfolg: Halogen Systems, Inc. Abgerufen von sbir.gov: https://www.sbir.gov/node/1704083

Emerson. (2018). https://www.emerson.com/documents/automation/white-paper-effective-chlorine-analysis-for-disinfection-en-5463798.pdf. Abgerufen von Emerson.com: https://www.emerson.com/documents/automation/white-paper-effective-chlorine-analysis-for-disinfection-en-5463798.pdf.

HSI 04. (2020). Halogen ISO 15839 Feldtest. Weißbuch 04

HSI 06. (2020). Amperometrischer Durchflusssensor Testbericht. Weißbuch 06