SPS/IPC/DRIVES 2008 - Teknik og Viden

38april/maj 2008Sensorer til måling af iltindhold i vandFor mange organismer,der lever i vand, er iltenen afgørende faktor foroverlevelse. Det gældereksempelvis fisk i dambrugog bakterier, der renserspildevandet i spildevandsrenseanlæg.E+Hhar udviklet forskelligetyper sensorer, der kanmåle iltindholdet, blandtandet en ny optisk sensor.ILTMÅLING. Der er to vigtigeaspekter ved måling afiltindholdet i vand: Målingaf en minimumsværdi forat sikre at grænseværdienfor en ønsket bestand af organismeroverholdes samten specifik måling af iltkoncentrationeni forbindelsemed proceskontrol.Amperemetriske sensorerStandardmetoden, somhidtil er blevet brugt tilonline-måling af ilt, benytteren elektrodekemiskcelle. Denne amperemetriskesensor måler iltindholdetog delvis trykket imediet tilnærmelsesvis lineært.Ilten kommer til katodenpå den elektrodekemiskecelle ved at passerergennem en gasgennemtrængeligmembran. Herbliver den reduceret viaudskilte elektroner.Optiske sensorerEn anden type sensor erden optiske sensor, somOxymax W COS61 iltsensorfra Endress+Hauser. Idenne sensor separerer enoptisk gennemsigtig membranden optiske analysevæskeindvendig fra mediet.Et diffusionsåbent sensorlager tilpasset til membranenpå væskesiden.Dette lag indeholder fluorescensmolekyler,der afgiveret rødt lys, når de bliverpåvirket af en kortbølgetlyspuls. Intensiteten ogvarigheden af dette lys afhængeraf iltindholdet ogdelvist trykket, se fig. 1.Tidsbaseret afhængighedbruges til måling af ilt-tætheden.Forskellige måleprincippertil forskellige applikationerDen amperemetriske sensorer blevet brugt gennemmange år. Sensoren målerlineært og har et stort måleområde,der kan måle frasmå mængder til overmættedeopløsninger. Dennemålemetode har en godnøjagtighed, hvilket denoptiske målemetode ikkehar. Kemikaliehåndteringen(elektrolyt) og membranen,som er mekaniskfølsom, er de kritiske elementeri den amperemetriskesensor. Efter vedligeholdelseog service harsensoren behov for en polariseringstidfør målingenigen er stabil. Endviderepåvirker proceselementersom H2S eller NH3 sensorenhvorved måleværdienbliver unøjagtig.Fig. 2.Sensorerne er installeret i et iltningsbassin uden for iltningsområdet.De er monteret i et CYA611 ophængssystem.Fig. 3.I testen er målingerne af iltningsprocessen med den optiskeiltsensor blevet logget med et tilfredsstillende resultat (Lillakurve). Den røde kurve viser målingerne fra den amperemetriskeiltsensorFig. 4.Halvanden måned efter opstart blev sensorerne afmonteretog undersøgt. Tilsmudsningen af membranen i den amperemetriskiltsensor og den følsomme, optiske sensors lag varubetydelig, til trods for at den maksimale slamkoncentrationhavde været oppe på 8 g/l.Fordele ved denoptiske sensorDen optiske sensor har påvistsine fordele i særdeleshedi forhold til de kritiskeegenskaber ved den amperemetriskesensor: Den erikke følsom over for påvirkningerfra H2S, der eringen elektrolyt og sensormembranener brugervenlig.Optiske sensorer, someksempelvis COS61 fraEndress+Hauser, har ingenindsvingningstid, og er klartil brug næsten med detsamme. Responstiden ermeget kort, på grund afden korte diffusionsvej iltmolekylernei mediet hartil det fluorescerende aktivelag.Vedligeholdelsesintervalog responstidI vandrensningsanlæg medomrørte vandtanke ellerkombinerede tanke anvendesbegge målemetoder,som måleteknisk er tæt beslægtede.Fordelene vedoptiske sensorer er længereinterval mellem vedligeholdelse,frem for amperemetriskesensorer, somhurtigt bliver forurenetmed H2S osv. Afhængig afapplikationen, er der yderligerefordele ved den optiskesensor. Det er eksempelvisden hurtige responstidi single batch reaktor(SBR) applikationer. I industrielleapplikationer erkemisk modstandsdygtighedog stabilitet faktorer,der beskytter sensorenmod slidtage.Der bør være specielopmærksomhed på rengøring:Afhængig af processenog hvor sensoren erFig. 1.I den optiske iltsensor separerer en optisk gennemsigtig membran den optiske analysevæskeindvendig fra mediet. Et diffusionsåbent sensorlag er tilpasset til membranen på væskesiden.Dette lag indeholder fluorescensmolekyler, der afgiver et rødt lys, når de bliver påvirket af enkortbølget lyspuls. Intensiteten og varigheden af dette lys afhænger af iltindholdet og delvisttrykket.monteret, hvor høj belastningaf fedtstoffer er, ellerhvor stor bevoksningen afmikroorganismer i processener. I disse tilfælde erhyppig rengøring vigtig fordenne type sensor.Den optiske sensor passerperfekt til kraveneSammenholdes de brugerrelateredeproceskrav medden amperemetriske ogden optiske sensors præstationsevnen,viser det, atden optiske sensor i måleområdet0 til 20 mg/l passerperfekt til kravene ivand- og spildevandsbehandlingsanlæg.Den opnåeligenøjagtighed er endvidereacceptabel i disseapplikationer. Ydermerehar den optiske sensor væsentliglavere vedligeholdelsesomkostninger,og ermeget lettere at håndtere -hvilket også gør den interessantud fra et operatørmæssigtsynspunkt.Livscyklusomkostningerpr. målepunktEt yderligere forhold, derbør tages hensyn til er desamlede livscyklusomkostningerpr. målepunkt. Hvisman betragter investeringenpr. målepunkt og udgifternetil vedligeholdelse ogforbrugsmaterialer - menikke rengøring, der er detsamme for begge sensortyper- vil den amperemetriskesensor vise sig at væreden dyreste løsning vedløbende vedligeholdelse.Så snart vedligeholdelsesintervallet(elektrolytudskiftningen og kalibrering)bliver væsentlig kortere,kommer de vedligeholdelsesspecifikkefordelved det optiske system virkeligtil sin ret.En praktisk testFor at få erfaringer medden optiske Oxymax WCOS61 iltsensor har Endress+Hausersiden november2004 haft en sådanmonteret på et spildevandbehandlingsanlægtil11.000 PE i Marckosheimi Tyskland, se fig. 2. Detbiologiske bassin recirkuleresog har en nitrifikation-og denitrifikationfase.Iltningen sker fra bundenaf bassinet. Iltindholdeter mellem 0 og 5 mg/log slamkoncentrationen erfra 4 til 4,5 g/l ved normaldrift og op til 8 g/l, hvis deropstår problemer medslambehandlingen. For atkontrollere den optiske iltsensorsfunktion, blev derparallelt med denne montereten amperemetrisk iltsensor.Gode resultaterSiden testen blev startet inovember 2004 er målingerneaf iltningsprocessenmed den optiske iltsensorblevet logget med et tilfredsstillenderesultat (Lillakurve). Den røde kurveviser målingerne fra denamperemetriske iltsensor,se fig. 3.Halvanden måned efteropstart blev sensorerne afmonteretog undersøgt.Tilsmudsningen af membraneni den amperemetriskiltsensor og den følsomme,optiske sensors lagvar ubetydelig, til trods forat den maksimale slamkoncentrationhavde væretoppe på 8 g/l, se fig. 4.Yderligere informationer påwww.dk.endress.com.jsj