TOC-Analysatoren

Vorteile applikationsspezifischer Systeme

Wasser wird in der Industrie für unterschiedlichste Zwecke verwendet. Es wird u.a. zum Heizen, zum Kühlen, als Dampf zum Antrieb von Turbinen, als Reaktionsmedium und zur Reinigung eingesetzt. Je nach Anwendung bedarf es einer bestimmten Qualität.

Wassermanagement und eine ausreichende Überwachung sind für eine effiziente und störungsfreie Produktion unumgänglich. Verunreinigungen oder Störungen im Prozess führen zu Ablagerungs- und Korrosionsprodukten (z.B. Kalk, biologischer Bewuchs), zu Transformationsprodukten im Wasserkreislauf (z.B. Disinfection By-Products) oder zu Produktverlusten und Verunreinigungen des Wasserkreislaufs. Der kontinuierlichen Überwachung der verschiedenen Wasserströme wird daher eine besondere Stellung eingeräumt. Zur Überwachung der organischen Verschmutzung findet der Summenparameter TOC (total organic carbon bzw. gesamter organischer Kohlenstoff) Einsatz. Der TOC wird sowohl in der Reinstwasseranalytik als auch in der Wasseranalytik von industriellen und kommunalen Kläranlagen verwendet.

Trotz der Vielfalt erprobter und ausgereifter Online-TOC-Messtechniken werden in den verschiedensten Anwendungsgebieten oftmals Standard-Analysensysteme angeboten, die die speziellen Anforderungen der Applikationen nicht erfüllen können. Ziel der Überwachung von Summenparametern wie dem TOC sind die Energie- und Kostenoptimierung industrieller Prozesse, Sicherstellung einer qualitativen Produktion sowie Einhaltung von Richtlinien zum Umweltschutz. Schnelle Reaktionen auf Kontaminationen, kurze Ausfallzeiten sowie geringe Betreuungs- und Wartungsaufwände sind die zu betrachtenden Faktoren. In der Regel werden nur optimal angepasste Messsysteme eine Optimierung der Prozesse herbeiführen können.

Anzeige

Anforderungen verschiedener Wasserarten
In Abhängigkeit von dem Einsatzgebiet weisen die zu messenden Wasserarten unterschiedlichste Probenmatrizen auf. In der Reinstwasseranalytik werden partikelarme Wässer mit niedrigsten TOC-Konzentrationen erwartet, wie z.B. Wasser für Injektionszwecke (WFI). Hingegen ist industrielles Abwasser deutlich komplexer und meist durch Schwebstoffe und gelöste Schadstoffe gekennzeichnet. Die Schwierigkeiten, die mit industriellem Abwasser einhergehen, sind daher enorm. Ob adhäsive Eigenschaften, hohe und schwankende Frachten oder unterschiedlichste Wassermatrizen, die Messtechnik muss auf spezielle Wässer ausgerichtet sein, um eine effiziente und störungsfreie Überwachung zu gewährleisten.

Bild 1: Je nachdem, ob Reinstwasser oder partikelhaltiges Abwasser: Die LAR AG bietet passende Injektionssysteme, die optimal auf die Anwendung angepasst sind (links: XYSystem, rechts: Schleifeninjektion).

Die schwierigsten Industrieabwässer, mit starker Partikeldichte und hohen Salzkonzentrationen, stellen Hersteller wie Anwender vor große Herausforderungen – ebenso wie Kesselspeisewasser oder Kondensatrücklauf, deren TOC-Gehalt so gering ist, dass die Kalibrierlösungen im Reinstwasserbereich, d. h. bei ≤ 0,1 mg/l liegen können. Der Einsatz des gleichen Online-Systems in beiden Anwendungen erscheint bereits auf den ersten Blick fragwürdig oder gar unmöglich. Partikel, Salze oder Öle und Fette in industriellen Abwässern können zu Verstopfungen der Schlauchsysteme und Reaktoren führen. Auf Filtration sollte jedoch verzichtet werden, da Partikel auch Kohlenstoffe enthalten und somit einen relevanten Teil des TOC-Gehalts darstellen. Um die applikationsbedingten Probleme zu bewältigen, müssten die verwendeten Schläuche im Analysator z.B. einen größeren Durchmesser aufweisen und zur vollständigen Verarbeitung der Partikel ein Homogenisator vorangeschaltet sein. Hier ist insbesondere auf die Einhaltung üblicher Spezifikationen zu achten, wie z.B. Umdrehungen von 15 000...20 000 rpm.

Während bei Abwasser die TOC-Werte bis zu 50 000 mg/l betragen können, dürfen Prozesswässer wie Kesselspeisewasser oder Kondensatrücklauf in der Regel nicht mehr als 0,2 mg/l aufweisen. Ein Messbereich von 0...50 000 mg/l ist mit einem System kaum machbar. Die Messung partikelarmer Reinstwässer erlaubt kleinere Durchfluss-Durchmesser sowie den Verzicht auf Homogenisatoren. Schnelle Gesamtansprechzeiten, akkurate und reproduzierbare Messwerte ohne Memory-Effekte sind weitere Faktoren, die hierbei berücksichtigt werden müssen.

Alle Anbieter von TOC-Analysatoren versuchen mit ihren Verfahren den gesamten organischen Kohlenstoff zu bestimmen, in dem die Wasserprobe oxidiert wird. Neben verschiedenen nass-chemischen Oxidationsverfahren, die zum Teil gefährliche Chemikalien benötigen und nicht selten das Abwasser zusätzlich belasten, werden Hochtemperaturverfahren verwendet. Es ist allgemein bekannt, dass nur Hochtemperaturverfahren eine komplette Oxidation aller Kohlenstoffverbindungen ermöglichen, wobei die marktüblichen Online-TOC-Systeme bei einer Temperatur von max. 800 °C oxidationsfördernde Katalysatoren einsetzen. Erst Temperaturen von 1200 °C ermöglichen nachweislich die vollständige katalysatorfreie Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen.

Bild 2: Wasser mit gelöstem und partikulärem organischen Kohlenstoff.

Maßgeschneiderte Analysatoren
Die LAR Process Analysers AG bietet ein solches Hochtemperaturverfahren bei 1200 °C in der QuickTOC-Serie an. Je nach Einsatzzweck wird zwischen zwei Injektionssystemen gewählt: Die Schleifeninjektion für partikelarme oder eine robotergeführte, horizontal und vertikal bewegliche Nadel für partikelhaltige Wässer. Die speziellen Injektionssysteme berücksichtigen die applikativen Anforderungen. Im Reinstwasserbereich wird die Probe durch das geschlossene Schleifensystem vor Verunreinigungen aus der Umgebung geschützt. Für komplexe Wässer wird eine robuste Nadel verwendet, die Partikel mit bis zu 0,3 mm Durchmesser transportieren kann. Die Injektionssysteme werden nach jeder Injektion gespült, wodurch Verschleppungseffekte vermieden werden. Im Ofen wird die Probe komplett aufgeschlossen. Etwaige Salze schmelzen bei der Temperatur, setzen sich im Reaktorfuß ab, aus dem sie problemlos entfernt werden können – sogar während des Gerätebetriebs. In der Reinstwasseranalytik nimmt die Überprüfung der Messgeräte auf eine richtige Funktionsweise eine besondere Stellung ein. Für Kalibrierungen, die normalerweise mithilfe hoch-reiner wässriger Standards – die teuer eingekauft oder zeitaufwändig hergestellt werden müssen – durchgeführt werden, bietet das Berliner Unternehmen eine neuartige Technik an. Voraussetzung hierfür ist das 1200 °C-Verfahren, das eine einfache, schnelle und sichere Kalibrierung und Validierung mithilfe von Prüfgasen jederzeit möglich macht.

Standardprodukte können den speziellen Anforderungen schwieriger Applikationen nicht gerecht werden. Um dies zu umgehen, hat die LAR AG im Dialog mit Kunden, Anwendern und Fachleuten Applikationslösungen entwickelt und auf die besonderen Ansprüche der unterschiedlichen Anwendungsgebiete ausgerichtet. Die QuickTOC-Serie bietet maßgeschneiderte Lösungen, die den Herausforderungen der verschiedenen Applikationen – von pharmazeutischem Reinstwasser bis industriellem Abwasser – gewachsen sind. So sind TOC-Spezialisten in der Lage, die gewünschten Optimierungsziele der Anwender zu erreichen. Nur diese angepassten Lösungen bieten eine wartungsarme, zuverlässige und akkurate Online-Überwachung und somit optimale Prozesssteuerung.

Dr. Werner Arts, Vorstand, LAR Process Analysers AG, Neuköllnische Allee 134, 12057 Berlin, E-Mail: marketing@lar.com

Dr. Werner Arts
Vorstand
LAR Process Analysers AG
E-Mail: marketing@lar.com

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Norm EN 12260

Bestimmung des TNb

Wer nach dem normativen Verfahren nach EN 12260: 2003 den TNb bestimmen will, benötigt ein Analysen-System, das die Stickstoffkomponenten durch die katalytische Verbrennungsoxidation zu NO umsetzt und das Stickstoffmonoxid nach der Oxidation mit...

mehr...
Anzeige

Effizienz und Leistung

Die neue Pioneer mit vielen Funktionen zum intelligenten Betrieb in Ihrem Labor. Mit antistatischem Stab zur Erdung. Weitere Informationen über die Waagen Pioneer PX

 

mehr...

Für schwierige Matrices

Vielseitiges TOC-Messsystem

Für eine Vielzahl von Applikationen bietet die LAR AG ihren QuickTOCultra an. Dieses TOC-Gerät kann organische Belastungen auch in stark salz- und partikelhaltigen Wässern bestimmen. Die Probe wird hierzu über ein robotergeführtes Injektionssystem...

mehr...
Anzeige

Dialog auf Augenhöhe

6. TOC-Anwendertreffen, März 2014

Mit den TOC-Anwendertreffen gibt Shimadzu seit 2004 Fachleuten der TOC-Analytik ein regelmäßiges Forum. Es fördert den Austausch von Erfahrungen und Applikationen. Die TOC-Methodik kommt zumeist in der Umweltanalytik und in der pharmazeutischen...

mehr...

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite