DPD vs. Sensori amperometrici

Alimentazione online dei reagenti (DPD)

Esistono due metodi per la misurazione dell'ossidante totale residuo (TRO): Il sensore del potenziale di riduzione dell'ossidazione (ORP) e il sensore amperometrico. Finora non esistevano sensori amperometrici che fossero pratici in un'applicazione con acqua di zavorra. Questo documento esaminerà i vantaggi e i limiti relativi di entrambi i metodi.

Gli impianti di trattamento delle acque utilizzano in genere uno dei due metodi per controllare e monitorare l'alimentazione del cloro: l'alimentazione con reagenti in linea (DPD) e gli strumenti amperometrici. Questi sistemi richiedono una costosa sostituzione mensile dei reagenti. I sensori amperometrici non richiedono reagenti, ma è necessaria una calibrazione frequente. Sono dipendenti dal flusso e piccole variazioni comportano la perdita della calibrazione, la dipendenza dal pH e l'incrostazione della membrana.

"Le aziende idriche hanno ora a disposizione una scelta migliore per il monitoraggio del cloro, che misura altri quattro parametri dell'acqua e fornisce informazioni migliori a una frazione del costo. La certificazione NSF 61 consente l'inserimento diretto del sensore in un tubo. L'MP-5 può essere installato praticamente in qualsiasi luogo. Non è necessaria una linea di scarico, la manutenzione ridotta comporta un risparmio di manodopera, il funzionamento senza reagenti e il risparmio idrico riducono i costi. Questo sensore rappresenta una nuova opzione per i problemi di trattamento delle acque". - Michael Silveri, Sistemi alogeni

Halogen Systems ha creato un sensore che risolve tutti i problemi legati alla ristorazione con letture accurate, costanza e manutenzione minima. La tecnologia del nostro sensore indipendente dal flusso supera molte limitazioni dei vecchi sistemi amperometrici con una manutenzione di gran lunga inferiore. Oltre alla misurazione amperometrica del cloro, questo sensore misura il pH, la conducibilità, la temperatura e l'ORP (potenziale di riduzione dell'ossidazione).

Sensori amperometrici esistenti

Tutti i sensori amperometrici "esistenti" hanno bisogno di un flusso costante, di solito utilizzando un flusso di scarico, per mantenere la loro precisione e calibrazione. Qualsiasi picco di pressione o variazione di flusso causa la perdita completa della calibrazione. Questi sensori producono un flusso di rifiuti che può raggiungere i 65.000 galloni all'anno, per ogni strumento. Gli effetti della fluttuazione della temperatura causano variazioni non lineari del segnale dovute alle caratteristiche della membrana e determinano una perdita di calibrazione. Un impianto di trattamento della città di Lakewood, CA, ha riferito che è necessaria una calibrazione frequente (settimanale o semisettimanale) per i sensori di cloro amperometrici utilizzati in passato. Inoltre, quando l'elettrolita si diluisce, è necessario ricalibrare il sensore, reintegrare l'elettrolita e sostituire la membrana. La maggior parte dei sensori amperometrici di cloro disponibili limita il funzionamento al di sopra di pH 7,5. Il pH e i valori superiori a 7,5 sono spesso presenti nei sistemi di acqua potabile. Anche le variazioni di conducibilità influenzano questi sensori. (Australia, 2010)

 

Limitazioni dei sensori amperometrici di "vecchia tecnologia

  • Altamente dipendenti dal flusso: ciò significa che non possono essere installati direttamente in un tubo. Richiedono colonne di flusso elaborate che utilizzano un flusso di rifiuti.
  • È necessaria la sostituzione della membrana e degli elettroliti
  • Calibrazione frequente
  • Dipendente dal pH
  • Dipendente dalla temperatura

Tecnologia colorimetrica

Nel metodo colorimetrico, le sostanze chimiche aggiunte al campione reagiscono con il cloro per produrre un colore. L'oscurità del colore è proporzionale alla quantità di cloro. Questi strumenti sono noti come strumenti DPD online (DPD). Il colore viene misurato e il risultato viene convertito in una lettura in ppm di cloro. Si tratta dello strumento per la misurazione del cloro più utilizzato dalle autorità idriche, tuttavia presentano degli svantaggi. Uno è il costo dei reagenti. I reagenti durano in genere 30 giorni. Secondo un sito web, i reagenti per un singolo sistema possono costare tra i 750 e i 1000 dollari all'anno, compresa la spedizione. Poiché la maggior parte delle autorità idriche possiede molti di questi sistemi, i costi annuali dei reagenti possono essere significativi. Questi sistemi sono complessi e richiedono una manutenzione mensile da parte del personale di assistenza.

La "vecchia" tecnologia dei sensori di cloro amperometrici

Tutti i sensori di cloro amperometrici sono dispositivi elettrochimici che si basano su questa reazione per misurare il cloro: Gli elettroni fluiscono dalla riduzione dell'acido ipocloroso a cloruro al catodo. Questo flusso di elettroni viene misurato dal sensore. Esistono due modelli di base: A elettrodo nudo e a membrana. In un sistema a elettrodo nudo, viene utilizzato il metodo di misurazione amperometrica a tre elettrodi (vedere sotto). La tensione viene applicata tra due elettrodi utilizzando un potenziostato che compensa la resistenza della soluzione. La corrente misurata è proporzionale al livello di cloro.

WE = Elettrodo di lavoro
RE = Elettrodo di riferimento
CE = Controelettrodo

In un sistema a membrana si utilizza il metodo a due elettrodi. Si tratta essenzialmente dello stesso metodo a tre elettrodi, ma i controelettrodi e l'elettrodo di riferimento sono combinati e separati dalla soluzione da una membrana. L'elettrolita si diffonde lentamente nella soluzione e deve essere reintegrato periodicamente. I sensori amperometrici sono esenti da molte interferenze come manganese, ferro e nitrato, sostanze che interferiscono con i metodi colorimetrici.
Halogen Systems Inc's Chlorine Analyzers and Controller

Le caratteristiche uniche includono:

  • Misura del cloro indipendente dal flusso - questo sensore non è influenzato da variazioni di velocità del flusso da 0 a 12 m/s. (HSI 06, 2020). Il nostro sensore di cloro è dotato di una pompa integrata, che utilizza un motore brushless di lunga durata per fornire una velocità fissa attraverso gli elettrodi, creando una misura di indipendenza dal flusso: un flusso ad alta velocità che attraversa la sensibilità degli elettrodi e il rapporto segnale/rumore.
  • Collegamento diretto a un sistema SCADA:il sensore può essere collegato direttamente a un sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) o a un controllore logico programmabile tramite Modbus, consentendo di eliminare il costo di un modulo di visualizzazione separato e opzionale.  
  • Autopulente- Un metodo di pulizia elettrochimico resiste alla polarizzazione e all'adsorbimento di sostanze organiche. Le microsfere di pulizia integrate puliscono continuamente il sensore, mantenendo le superfici degli elettrodi, compreso il sensore di pH, libere da accumuli di durezza e biofouling. Gli elettrodi in metallo solido durano per tutta la vita del sistema.
  • Intervallo lungo tra le calibrazioni:queste caratteristiche si combinano per consentire lunghi intervalli tra le calibrazioni. Nei nostri test in acqua dolce, le calibrazioni sono rimaste stabili per oltre tre mesi.

Sistemi alogeni Inc. - MP5

Poiché questo sensore viene installato nelle condotte idriche dove è richiesta la certificazione NSF 61, il sensore utilizza metodi di installazione e componenti comuni ad umido. Il sensore utilizza metodi di installazione ad umido e componenti comuni. Anche questo sensore è conforme, come gli altri strumenti DPD amperometrici. La versione a flusso laterale del sensore può essere installata per il monitoraggio temporaneo o permanente delle filiali di trattamento delle acque. Per funzionare, il sensore richiede solo un piccolo flusso da 0 a 0,5 GPH. È possibile utilizzare un'alimentazione a 12 o 24 V CC. Il sensore può anche essere collegato a un sistema SCADA per il monitoraggio in tempo reale. Per il campionamento dell'acqua si utilizza un tubo con diametro di ¼". Poiché il sensore non richiede alcun flusso, può essere installato in un serbatoio.

Riduzione del costo totale di proprietà

Gli strumenti DPD online che misurano il cloro necessitano di reagenti chimici con rifornimento mensile. Entrambi i metodi necessitano di una regolazione del flusso e producono un flusso di rifiuti con una portata di circa 500 mL al minuto, per un totale di 69.204 galloni all'anno per strumento. (Emerson, 2018) A seconda della fonte d'acqua, il costo è di 191 dollari all'anno (alle tariffe MWD) per strumento. Questi sistemi necessitano anche dell'infrastruttura per drenare questo flusso di rifiuti. In molte località, ciò non è pratico. Il nostro analizzatore di cloro indipendente dal flusso offre la possibilità di installare un analizzatore di cloro in ogni località senza tutte le infrastrutture, con conseguente maggiore affidabilità e protezione del pubblico servito. Di seguito è riportato un riepilogo dei costi relativi del sensore colorimetrico e di quello indipendente dal flusso.

Facilità di servizio

Il nostro sensore di cloro certificato NSF-61 può essere installato con il metodo del rubinetto bagnato. Ciò consente a un'azienda di servizi pubblici di inserire direttamente il nostro analizzatore di cloro in una tubazione di distribuzione senza alcuna infrastruttura di supporto. Il design altamente integrato riduce i costi e le dimensioni e aumenta l'affidabilità.

Migliori informazioni con parametri aggiuntivi

Il nostro analizzatore di cloro multiparametrico misura altri quattro parametri in un unico pacchetto compatto. Un totale di cinque misurazioni fornisce all'utente informazioni che vanno ben oltre il livello di cloro libero. Non è necessario ricalibrare il sistema in caso di variazioni delle condizioni dell'acqua. I tradizionali sistemi di sensori discreti con un numero simile di parametri spesso costano cinque o sei volte di più rispetto a Halogen Systems Inc. MP5™.

Parametri misurati

  • Cloro libero amperometrico - Il nostro sensore brevettato misura il cloro libero ogni 55 secondi. Le letture sono compensate da pH, temperatura e conducibilità.
  • Sensore di pH integrato: L'MP-5 ha un'aspettativa di vita di due anni rispetto alla media del settore di sei mesi. La nostra cartuccia è parte integrante del sensore. Per questo motivo, abbiamo progettato il nostro sensore di cloro in modo che si autopulisca continuamente. Utilizziamo un sensore di pH unico che tollera pressioni fino a 150 PSI. Il sensore di pH viene spedito asciutto, si bagna in pochi minuti e non necessita di calibrazioni frequenti.
  • Sensore di conducibilità integrato: Le variazioni della conduttività dell'acqua sono un modo integrale per determinare la qualità dell'acqua. Queste variazioni possono indicare una contaminazione, un evento di inquinamento o altri problemi.
  • Potenziale di ossidoriduzione (ORP): la misurazione dell'ORP nell'acqua potabile è un altro indicatore di possibili contaminazioni o guasti alle tubature. Il nostro sensore di cloro ha un metodo unico di misurazione dell'ORP e mantiene gli elettrodi puliti.

Riferimenti:

Australia, W. Q. (2010). Sviluppo di strumenti per migliorare il controllo della disinfezione nei sistemi di distribuzione. WQRA.

DoD. (2020, luglio 07). SBIR-STTR-Sucess: Halogen Systems, Inc. Recuperato da 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. Recuperato da Emerson.com: https://www.emerson.com/documents/automation/white-paper-effective-chlorine-analysis-for-disinfection-en-5463798.pdf.

HSI 04. (2020). Test sul campo dell'alogeno ISO 15839. Libro bianco 04

HSI 06. (2020). Rapporto di prova del sensore di flusso amperometrico. Libro bianco 06