Oxidationstechnologien treten zum Test an

TOC-Messung für die Abwasserbehandlung im Industriepark Walsrode

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21.05.2019 Die Kläranlage im Industriepark Walsrode behandelt die Abwässer von 20 kleinen und mittleren Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen. Dies führt zu einer schwierigen Abwassermatrix, die unter anderem einen hohen Feststoffanteil beinhaltet. Um den gesamten organischen Kohlenstoff (TOC) zu überwachen, entschied sich der Betreiber Dow für die zweistufige Oxidationstechnologie.

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Die Abwässer im Industriepark Walsrode weisen eine schwierige Abwassermatrix auf, die unter anderem einen hohen Feststoffanteil beinhaltet.
  • In einem Test hat der Betreiber Dow zwei Oxidationstechnologien für die TOC-Online-Überwachung im Zulauf der mechanischen Abwasseraufbereitungsanlage untersucht.
  • Dabei lieferte die zweistufige Oxidationstechnologie im Vergleich mit der Hochtemperaturoxidation verlässliche Messwerte für TOC und TN mit nur geringer Abweichung zur Labormessung.

DOW - Werk Bomlitz, Blaue Stunde, Feature

Die in der Kläranlage im Industriepark Walsrode behandelten Abwässer weisen unter anderem einen hohen Feststoffanteil auf. Bild: DOW

Das Unternehmen ist seit 2007 Eigentümer und Betreiber des Industrieparks Walsrode. Der Standort ist innerhalb der Unternehmensgruppe das Kompetenzzentrum für die Cellulosechemie mit über 700 Mitarbeitern. Um das richtige TOC-Analysegerät im Zulauf der mechanischen Abwasseraufbereitungsanlage auszuwählen, entschied sich der Parkbetreiber, vor dem Kauf eine Evaluierung verschiedener Technologien durchzuführen.

Praxistest im Industriepark vergleicht zwei Technologien

Die Herausforderung in dem achtwöchigen Test bestand darin, eine Oxidationstechnologie für eine Online-Überwachung zu wählen, die im Vergleich mit der Hochtemperatur-TOC-Messung im Labor (Hochtemperatur-Aufschluss) die am besten vergleichbaren Messwerte liefert. Außerdem steht bei einer solchen Abwassermatrix ein hoher Wartungsaufwand und hoher manueller Reinigungsaufwand zu erwarten. Das Personal hat neben der Messtechnik aber noch viele weitere Aufgaben und muss den sicheren Betrieb der Kläranlage sicherstellen. Die Anforderung war daher, einen Analysator zu finden, der möglichst zuverlässig und gleichzeitig leicht zu bedienen ist. Das Messgerät sollte sich harmonisch in den gesamten Betriebsablauf einfügen und kontinuierlich verlässliche Messergebnisse liefern. Weitere Akzeptanzkriterien betrafen die Verfügbarkeit der Messwerte sowie die Robustheit gegenüber rohem, feststoff- und faserhaltigem Abwasser.

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Im Test lieferte das TSAO-Gerät verlässliche Mess-werte für TOC und TN mit nur geringer Abweichung zur Labormessung. Bild: Hach Lange

Der Test sollte zwei Oxidationstechnologien für Abwasseranwendungen miteinander vergleichen: die Hochtemperaturoxidation bei 1.200 °C (ohne Katalysator) sowie die zweistufige Oxidationstechnologie (TSAO). Bei dem Hochtemperatur-Analysator geschah die Probenahme über eine Tauchpumpe. Für die TSAO kam ein Biotector B7000 von Hach zur kombinierten TOC- und TN-Messung zum Einsatz. Die Probenahme erfolgte hier direkt und ohne weitere Filtration durch das Gerät aus dem Kanal.

Das TSAO-Gerät lieferte im Test von Anfang an verlässliche Messwerte für TOC und TN mit nur geringer Abweichung zur Labormessung. Die Messwerte der Messung stellte das Gerät kontinuierlich und störungsfrei zur Verfügung. Im Vergleich zu der TSAO-Technologie wird bei der Hochtemperatur-Technologie der TIC-Austrieb nicht direkt überwacht. Dadurch kann es bei der Hochtemperatur Technologie vorkommen, dass der anorganische Kohlenstoff (TIC) nicht vollständig ausgetrieben wird und es zu TOC-Mehrbefunden kommt.

Basierend auf den Testergebnissen hat sich das Unternehmen für die TSAO-Technologie entschieden und will auch bei den weiteren geplanten Geräten am Standort auf diese TOC-Messtechnik vertrauen.

Die zwei Stufen der TSAO-Methode

In der ersten Stufe der TOC-Messung wird bei der TSAO-Methode durch Zugabe von Lauge der pH-Wert der Probe auf >11 erhöht. Ein Ozongenerator stellt Ozon her, das in den Reaktor eingebracht wird. Dort bilden sich OH-Radikale, die als außerordentlich starkes Oxidationsmittel die organischen Bestandteile einschließlich vorhandener Partikel komplett zu Carbonat und Oxalat oxidieren.

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Das TSAO-Gerät wurde speziell für den Prozess-einsatz in schwierigen Anwendungen entwickelt. Bild: Hach Lange

Die Zugabe von Säure in der zweiten Stufe der Oxidation bringt die Probe dann auf einen pH-Wert <1. Alle Carbonate und durch einen Mangan-Katalysator auch alle Oxalate lassen sich zu CO2 abbauen. Dieses wird vom NDIR-Detektor gemessen und als TOC-Messwert dargestellt. Nach der zweiten Stufe liegt der Gesamt-Stickstoff (TN) in der Probe komplett als Nitrat vor. Im optional verfügbaren TN-Modul lässt sich der TN im Anschluss optisch bestimmen. Während der Bestimmung startet auch bereits die nächste TOC-Messung, sodass es durch die TN-Messung zu keinem zeitlichen Verzug für die TOC-Messung kommt.

Die TSAO-Methode wurde speziell für den Prozesseinsatz in schwierigen Anwendungen entwickelt. Der Betrieb erfolgt bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck. Das Gerät lässt sich zum Beispiel für Wartungsarbeiten jederzeit stoppen und wieder starten. Es kommt zu keinem zeitlichen Verzug für das Abkühlen des Reaktors und es sind keine Sicherheitsmaßnahmen für den Kontakt mit Hochtemperatur erforderlich. Die Messung bei Umgebungstemperatur ist darüber hinaus auch in Atex-Anwendungen ein großer Vorteil. Die automatische Reinigung von Reaktor und Probenschläuchen nach jeder Messung verhindert Verblockungen und die Messwert-Verschleppung bei der nächsten Messung – auch in schwierigen fett- und faserbelasteten Probenmatrizen.

Rückstände der Reaktion wie zum Beispiel Salze werden in der flüssigen Phase wieder aus dem Gerät entfernt. Die großen Probenschläuche im Gerät mit einem Durchmesser von 3,2 mm gewähren im Vergleich zu anderen Technologien eine hohe Partikelgängigkeit und eine zusätzlich hohe Sicherheit vor Verstopfungen. Weiche organische Partikel von bis zu 2 mm Größe lassen sich tatsächlich aufgeschlossen messen und müssen nicht – wie bei anderen TOC-Analysatoren häufig der Fall – herausgefiltert werden. Die Analyse von Probenmengen zwischen 8 – 10 mL sorgt zusätzlich für eine repräsentative Messung von großen Wasser- und Abwassermengen und ist bis zu 1.000-mal höher als bei konventionellen Technologien wie der Hochtemperatur- oder der UV/Persulfat-Oxidation. 1906ct906

Heftausgabe: Mai/2019

Über den Autor

Sebastian Häck ist Application & Business Development Manager bei Hach Lange
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