Capteurs DPD et capteurs ampérométriques

Alimentation en réactif en ligne (DPD)

Il existe deux méthodes pour mesurer l'oxydant résiduel total (TRO) : Le capteur de potentiel d'oxydo-réduction (ORP) et le capteur ampérométrique. Jusqu'à présent, aucun capteur ampérométrique ne s'est avéré pratique pour une application dans l'eau de ballast. Cet article examine les avantages et les limites des deux méthodes.

Les usines de traitement des eaux utilisent généralement l'une des deux méthodes suivantes pour contrôler et surveiller l'alimentation en chlore : l'alimentation en réactif en ligne (DPD) et les instruments ampérométriques. Ces systèmes nécessitent un remplacement mensuel coûteux des réactifs. Les capteurs ampérométriques ne nécessitent pas de réactifs, mais un étalonnage fréquent est nécessaire. Ils sont dépendants du débit et de petites modifications entraînent une perte d'étalonnage, une dépendance au pH et un encrassement de la membrane.

"Les services de distribution d'eau disposent désormais d'un meilleur choix pour la surveillance du chlore, qui mesure quatre paramètres supplémentaires de l'eau et fournit de meilleures informations pour une fraction du coût. Notre certification NSF 61 permet l'insertion directe du capteur dans un tuyau. Le MP-5 peut être installé dans pratiquement n'importe quel endroit. Il n'est pas nécessaire d'installer une conduite d'évacuation, la maintenance réduite permet de réaliser des économies de main-d'œuvre, le fonctionnement sans réactif et les économies d'eau réduisent les coûts. Ce capteur est une nouvelle option pour les problèmes de traitement de l'eau". - Michael Silveri, Halogen Systems

Halogen Systems a créé un capteur qui résout tous les problèmes liés à la précision des relevés de restauration, à la constance et à la maintenance minimale. Notre technologie de capteur indépendant du débit permet de surmonter de nombreuses limitations des anciens systèmes ampérométriques existants avec beaucoup moins d'entretien. Outre la mesure ampérométrique du chlore, ce capteur mesure le pH, la conductivité, la température et le potentiel d'oxydo-réduction (ORP).

Capteurs ampérométriques existants

Tous les capteurs ampérométriques "existants" ont besoin d'un débit constant, généralement en utilisant un flux de déchets, pour maintenir leur précision et leur étalonnage. Tout pic de pression ou changement de débit entraîne une perte totale de l'étalonnage. Ces capteurs produisent un flux de déchets pouvant atteindre 65 000 gallons par an et par instrument. Les effets des fluctuations de température provoquent des changements de signaux non linéaires dus aux caractéristiques de la membrane et entraînent une perte d'étalonnage. Une station d'épuration de la ville de Lakewood, en Californie, a indiqué qu'un étalonnage fréquent (hebdomadaire ou semi-hebdomadaire) était nécessaire pour les capteurs de chlore ampérométriques qu'elle utilisait jusqu'à présent. En outre, lorsque l'électrolyte se dilue, le capteur doit être réétalonné, l'électrolyte réapprovisionné et la membrane remplacée. La plupart des modèles de capteurs de chlore ampérométriques disponibles limitent leur fonctionnement à un pH supérieur à 7,5. Les variations de conductivité influencent également ces capteurs. (Australie, 2010)

Limites des capteurs ampérométriques de "vieille technologie

Très dépendants du débit - cela signifie qu'ils ne peuvent pas être installés directement dans une canalisation. Ils nécessitent des colonnes de débit élaborées qui utilisent un flux de déchets.
Remplacement de la membrane et de l'électrolyte nécessaire
Étalonnage fréquent
dépendant du pH
En fonction de la température

Technologie colorimétrique

Dans la méthode colorimétrique, les produits chimiques ajoutés à l'échantillon réagissent avec le chlore pour produire une couleur. L'intensité de la couleur est proportionnelle à la quantité de chlore. Ces instruments sont connus sous le nom d'instruments DPD en ligne (DPD). La couleur est mesurée et le résultat est converti en ppm de chlore. Il s'agit de l'instrument de mesure du chlore le plus utilisé par les autorités responsables de l'eau, mais il présente des inconvénients. L'un d'eux est le coût des réactifs. Les réactifs ont généralement une durée de vie de 30 jours. Selon un site web, les réactifs pour un seul système peuvent coûter entre 750 et 1 000 dollars par an, frais de port compris. Étant donné que la plupart des agences de l'eau possèdent plusieurs de ces systèmes, le coût annuel des réactifs peut être important. Ces systèmes sont complexes et nécessitent une maintenance mensuelle par des techniciens.

"Ancienne technologie des capteurs de chlore ampérométriques

Tous les capteurs de chlore ampérométriques sont des dispositifs électrochimiques qui reposent sur cette réaction pour mesurer le chlore : Les électrons proviennent de la réduction de l'acide hypochloreux en chlorure à la cathode. Ce flux d'électrons est mesuré par le capteur. Il existe deux modèles de base : Le système à électrodes nues et le système à membrane. Dans un système à électrodes nues, la méthode de mesure ampérométrique à trois électrodes (voir ci-dessous) est utilisée. Une tension est appliquée entre deux électrodes à l'aide d'un potentiostat qui compense la résistance de la solution. Le courant mesuré est proportionnel au niveau de chlore.

WE = Électrode de travail
RE = Électrode de référence
CE = Contre-électrode

Dans un système à membrane, la méthode à deux électrodes est utilisée. Il s'agit essentiellement de la même méthode que la méthode à trois électrodes, mais les contre-électrodes et l'électrode de référence sont combinées et séparées de la solution par une membrane. L'électrolyte se diffuse lentement dans la solution et doit être réapprovisionné périodiquement. Les capteurs ampérométriques sont exempts de nombreuses interférences telles que le manganèse, le fer et le nitrate, substances qui interfèrent avec les méthodes colorimétriques.

Les caractéristiques uniques comprennent :

Mesure du chlore indépendante du débit - ce capteur n'est pas affecté par les changements de vitesse d'écoulement de 0 à 12 m/s. (HSI 06, 2020). Notre capteur de chlore est équipé d'une pompe intégrée, qui utilise un moteur sans balai à longue durée de vie pour fournir une vitesse fixe à travers les électrodes, créant ainsi une mesure d'indépendance du débit - le débit à grande vitesse à travers la sensibilité des électrodes et le rapport signal/bruit.
Connexion directe à un système SCADA -Le capteur peut être connecté directement à un système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) ou à un contrôleur logique programmable via Modbus, ce qui nous permet de réduire le coût d'un module d'affichage séparé et optionnel.
Auto-nettoyage- Une méthode de nettoyage électrochimique résiste à la polarisation et à l'adsorption des substances organiques. Les billes de nettoyage intégrées nettoient continuellement le capteur, maintenant les surfaces des électrodes, y compris le capteur de pH, exemptes d'accumulation de dureté et d'encrassement biologique. Les électrodes métalliques solides durent toute la vie du système.
Long intervalle entre les étalonnages -Ces caractéristiques se combinent pour permettre de longs intervalles entre les étalonnages. Lors de nos tests en eau douce, les étalonnages sont restés stables pendant plus de trois mois.

Halogen Systems Inc - MP5™

Ce capteur est installé dans des conduites d'eau où la certification NSF 61 est requise. Le capteur utilise des méthodes et des composants courants pour l'installation en milieu humide. Ce capteur est également conforme, tout comme les autres instruments ampérométriques DPD. La version à flux latéral du capteur peut être installée pour une surveillance temporaire ou permanente des stations de traitement de l'eau. Le capteur ne nécessite qu'un faible débit de 0 à 0,5 GPH pour fonctionner. Il peut être alimenté en 12 ou 24VDC. Le capteur peut également être connecté à un système SCADA pour une surveillance en temps réel. Un tube de diamètre intérieur de ¼" est utilisé pour l'échantillonnage de l'eau. Comme le capteur ne nécessite pas de débit, il peut être installé dans un réservoir.

Réduire le coût total de possession

Les instruments DPD en ligne qui mesurent le chlore nécessitent des réactifs chimiques qui sont réapprovisionnés tous les mois. Les deux méthodes nécessitent une régulation du débit et produisent un flux de déchets avec un débit d'environ 500 ml par minute qui totalise jusqu'à 69 204 gallons par an et par instrument. (Emerson, 2018) En fonction de la source d'eau, cela coûte 191 $ par an (aux tarifs du MWD) par instrument. Ces systèmes ont également besoin d'une infrastructure pour drainer ce flux de déchets. Dans de nombreux endroits, ce n'est pas pratique. Notre analyseur de chlore indépendant du débit permet d'installer un analyseur de chlore à chaque endroit sans toutes les infrastructures, ce qui se traduit par une bien meilleure fiabilité et une meilleure protection du public qu'ils desservent. Vous trouverez ci-dessous un résumé des coûts relatifs du capteur colorimétrique et du capteur indépendant du débit.

Facilité de service

Notre capteur de chlore certifié NSF-61 peut être installé selon la méthode du robinet humide. Cela permet à un service public d'insérer directement notre analyseur de chlore dans une conduite de distribution sans infrastructure de soutien. La conception hautement intégrée réduit le coût et la taille tout en augmentant la fiabilité.

De meilleures informations grâce à des paramètres supplémentaires

Notre analyseur de chlore multiparamètre mesure quatre paramètres supplémentaires dans un seul boîtier compact. Un total de cinq mesures fournit aux services publics des informations qui vont bien au-delà du niveau de chlore libre. Il n'est pas nécessaire de recalibrer l'appareil lorsque les conditions de l'eau changent. Les systèmes de capteurs discrets traditionnels avec un nombre similaire de paramètres coûtent souvent cinq ou six fois plus cher que le système Halogen Systems Inc. MP5™.

Paramètres mesurés

Chlore libre ampérométrique - Notre capteur breveté mesure le chlore libre toutes les 55 secondes. Les relevés sont compensés en termes de pH, de température et de conductivité.
Capteur de pH intégré : Le MP-5 a une durée de vie de deux ans, alors que la moyenne de l'industrie est de six mois. La cartouche de notre capteur fait partie intégrante du capteur. C'est pourquoi nous avons conçu notre capteur de chlore de manière à ce qu'il se nettoie lui-même en permanence. Nous utilisons un capteur de pH unique qui tolère des pressions allant jusqu'à 150 PSI. Le capteur de pH est livré sec, se mouille en quelques minutes et n'a pas besoin d'être étalonné fréquemment.
Capteur de conductivité intégré : Les variations de la conductivité de l'eau sont un moyen essentiel pour les compagnies des eaux de déterminer la qualité de l'eau. Ces variations peuvent indiquer une contamination, une pollution ou d'autres problèmes.
Potentiel d'oxydo-réduction (ORP) : la mesure de l'ORP dans l'eau potable est un autre indicateur d'une éventuelle contamination ou d'une défaillance des canalisations. Notre capteur de chlore dispose d'une méthode unique de mesure du potentiel d'oxydoréduction et maintient les électrodes propres.

Références :

Australie, W. Q. (2010). Développement d'outils pour un meilleur contrôle de la désinfection dans les systèmes de distribution. WQRA.

Département de la défense. (2020, juillet 07). SBIR-STTR-Succès : Halogen Systems, Inc. Extrait de 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. Consulté sur Emerson.com : https://www.emerson.com/documents/automation/white-paper-effective-chlorine-analysis-for-disinfection-en-5463798.pdf

HSI 04 (2020). Essai sur le terrain de la norme ISO 15839 pour les halogènes. Livre blanc 04

HSI 06 (2020). Rapport d'essai sur les capteurs de débit ampérométriques. Livre blanc 06