Überwachung von Umkehrosmose-Systemen
Fakten:
- Umkehrosmose-Systeme werden in unterschiedlichsten industriellen Anwendungen zur Wasserraufbereitung verwendet. Die Hauptanwendung ist die industrielle Meerwasserentsalzung. Da sich per Umkehrosmose neben gelösten Salzen, auch Schadstoffe und selbst Nanopartikel (Bakterien und Viren) aus dem Wasser filtrieren lassen, wird das Verfahren neben der Trinkwasseraufbereitung auch zur Gewinnung von Reinstwasser für Kraftwerke und die Pharmaproduktion eingesetzt.
- Die Überwachung von Umkehrosmose-Systemen erfordert In-Line-Messungen des pH-Wertes, des Redox-Potentials sowie der Leitfähigkeit. Durch Zugabe verschiedener Chemikalien muss verhindert werden, dass sich auf der Osmose-Membran organische oder anorganische Ablagerungen bilden.
- Ungenaue Dosierungen können jedoch zu Schäden an der Membran führen oder biologisches Wachstum begünstigen. In der Folge müssen die Anlagen heruntergefahren und aufwändig gereinigt werden.
Exakte Chemikaliendosierung erhöht Lebensdauer von Filtermembranen
Das Osmose-Prinzip und die Umkehrosmose
Als „Osmose“ wird die Diffusion von Wassermolekülen durch eine halbdurchlässige Membran bezeichnet, welche zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Gehalt an gelösten Stoffen trennt. Dieser Prozess hält solange an, bis beide Flüssigkeiten dieselbe Stoffkonzentration aufweisen und kein osmotischer Druck mehr auf die Wassermoleküle wirkt. Mit der Umkehrosmose hingegen sollen Wasser sämtliche Gelöststoffe entzogen werden, um Reinstwasser zu gewinnen. Dazu wird das Wasser kontinuierlich mit einem Druck, der höher als der osmotische Druck sein muss, durch die Membran gepresst, die alle gelösten organischen und anorganischen Stoffe herausfiltert. Auf der anderen Seite der Membran kommt es dadurch zur Aufkonzentrierung an gelösten Stoffen, die deshalb kontinuierlich abgeführt werden müssen.
Leitfähigkeit zeigt Verunreinigungen an
Da Wasser seine Leitfähigkeit erst durch die in ihm gelösten Salze erhält, lässt sich mit Leitfähigkeitsmessungen der Grad seiner Verunreinigung bestimmen. Je geringer die Leitfähigkeit von Wasser ist, desto höher ist sein Reinheitsgrad. Aus diesem Grund sind Sensoren, die noch sehr geringe Leitfähigkeiten messen können, für die Steuerung von Umkehrosmose-Prozessen von größter Bedeutung. Mit dem Messbereich von 0,001 – 500 µS/cm gewährleistet der Leitfähigkeitssensor SE 604 die Einhaltung der optimalen Werte. In Kombination mit einem Transmitter der Stratos-Serie bietet der Memosens-Sensor SE 604 eine kosteneffiziente Lösung zum Nachweis kleinster Leitfähigkeiten, die es ermöglicht, den intakten Zustand der semipermeablen Membran zu überwachen.
Chlor-Dosierung auf Basis von Redoxpotential-Messungen
Dem Wasser wird Chlor zugesetzt, das durch seine oxidativen Eigenschaften Verkeimungen oder Algenbildung verhindert. Bei Überdosierungen, die die Membran beschädigen und ihre Lebensdauer verkürzen würden, lassen sich die aggressiven Eigenschaften des Chlors durch Zugabe von Natriumhydrogensulfit in einer Redox-Reaktion neutralisieren. Wird zu viel Reduktionsmittel zugegeben, droht wiederum eine Besiedlung durch biologische Organismen. Um das notwendige Gleichgewicht herzustellen und Beschädigungen oder vorzeitigen Verschleiß der Membran zu vermeiden, werden die erforderlichen Chemikalienkonzentrationen durch Messung des Oxidations-Reduktions-Potentials (ORP) mit dem Redox-Sensor SE 565 bestimmt. Der wartungsarme und dampfsterilisierbare Sensor wurde für hygienische und Reinstwasseranwendungen konzipiert und verfügt über einen Messbereich von -1500 mV bis+1500 mV. Er eignet sich sowohl für den Einsatz in Sulfit-, als auch in proteinhaltigen oder stark verschmutzten Medien.
Drohende Kalkablagerungen am pH-Wert erkennen
Da Kalk zu Ablagerungen und funktionalen Beeinträchtigungen der Membran führt, ist es erforderlich, den Kalkgehalt des Prozesswassers mittels pH-Messungen zu überwachen. Sowohl sehr hohe als auch niedrige pH-Werte deuten darauf hin, dass sich an der Membran Ablagerungen gebildet haben. Der pH-Sensor SE 558 für Reinstwasseranwendungen wurde zur Messung in Medien mit einer sehr geringen Leitfähigkeit ab 10 µS/cm entwickelt und bietet damit für die meisten Umkehrosmose-Systeme die optimale Lösung zur rechtzeitigen Erkennung von Ablagerungen. Der integrierte Temperaturfühler ermöglicht die automatische Temperaturkompensation des pH-Signals während der Kalibrierung und des Betriebs des Sensors.
Return on Investment
- Die Messungen kleinster Leitfähigkeitswerte sowie der Sollwert- Abweichungen von Redox- und pH-Werten sind eine wesentliche Voraussetzung, um die Lebensdauer der Membran zu erhöhen und die Kosten für den vorzeitigen Austausch einzusparen.
- Der Einsatz von Chemikalien wie Chlor und Natriumhydrogensulfit kann auf Basis einer akkuraten Erfassung von Leitfähigkeit, pH und ORP signifikant reduziert werden.
- Durch die Vorkalibrierung von Memosens-Sensoren im Labor entfällt die umständliche Vor-Ort-Kalibrierung unter erschwerten Bedingungen. Sobald die Sensoren an einen Stratos-Transmitter angeschlossen sind, werden ihre Kalibrierdaten automatisch auf das Gerät übertragen.