DE10043494A1 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an freiem Chlor in Wasser - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an freiem Chlor in WasserInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein potentialbezogenes amperometrisches Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes an freiem Chlor in Wasser mit geringem Wasserverbrauch. Bei diesem neuartigen Verfahren befinden sich die Messelektroden direkt im Wasser und die Nachteile der möglichen Vergiftung und Verschmutzung der Elektrodenoberfläche werden durch eine gesonderte elektrochemische Verfahrensführung vermieden.
Description
Die Überwachung des Gehaltes an freiem Chlor im Wasser besonders in
Trinkwasser kommt gerade bei der Erhaltung oder Wiederherstellung der Qualität
des Wassers in Wasserversorgungsanlagen und in Schwimmbädern große
Bedeutung zu. Dabei sind spektroskopische Verfahren, die bestimmte
Farbreaktionen nutzen, als manuelle und auch als automatisch arbeitende
Kontrollverfahren etabliert und unumstritten. Die Reagenzien der spektroskopischen
Verfahren sind immer auch pH-Wert gepuffert. Sie dienen allgemein auch für alle
elektronischen Verfahren als Kalibriermethode. Letztere bieten gegenüber den
spektroskopischen Methoden leichtere Integrierbarkeit in Steuerungen und leichtere
Handhabung.
Die amperometrisch arbeitenden Sensoren bestehen jeweils aus einer Kathode (in
der Regel Gold) und einer Anode geeigneten Materials, die mit einer festen
Potentialdifferenz betrieben werden, die in dem Bereich liegt, wo die im Wasser
gelöste hypochlorige Säure reduziert wird, und möglichst nur diese. Das Vorliegen
des freien Chlors als unterchloriger Säure ist stark pH-Wert abhängig.
Amperometrische Sensoren müssen deshalb korrigiert werden oder aber bei
gleichbleibenden pH-Werten betrieben werden. Sinngemäß gilt für die Temperatur
die gleiche Aussage.
Eine weitere Variante nutzt amperometrische Sensoren und hält die Kathode bei
einem festen Potential. Zur Anwendung kommen allgemein bekannte
Elektrodenmaterialien wie Platin, Gold, Silber und Stahl.
Um die Schwierigkeiten mit den sonstigen Wasserinhaltsstoffen zu vermeiden
werden auch amperometrische Sensoren angeboten, die in eigenen Elektrolyten
arbeiten und in die das freie Chlor durch Membranen diffundiert. Die
Elektrodenmaterialien sind hier Gold und Silber, wobei die große Silberelektrode im
Betrieb dann eine quasi unendlich große Silberchloridmenge aufnehmen kann.
Alle vorgenannten Varianten nach dem Stand der Technik zur amperometrischen
Bestimmung von freiem Chlor weisen Nachteile hinsichtlich der Kosten, der Wartung
und teilweise der Eignung im Zusammenspiel mit Wasserbehandlungsanlagen auf.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur
Bestimmung von freiem Chlor in Wasser anzugeben, das in Systemen zur
Wasserbehandlung mit geringem Wasserverbrauch zuverlässig arbeitet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Elektroden aus
geeignetem Material frei im Wasser umströmt werden und die Elektroden zyklisch mit
einem ihrem Material eigenen Potenzial beaufschlagt werden. Des weiteren wird eine
Vorrichtung zu Bestimmung von freiem Chlor in Wasser angegeben.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen Bestimmung des Gehaltes
an freiem Chlor in Wasser wird die Reinigung der Elektrodenoberflächen mittels der
elektrochemischen Prozesse durchgeführt, wobei es bei den spezifischen
Potenzialen zu Auflösung unedlerer Materialien und über die stattfindende
Gasbildung an den Elektroden zum Ablösen von sonstigen Belägen kommt.
In den Ausführungsbeispielen werden das Verfahren und die Vorrichtung zur
automatischen Bestimmung des Gehaltes an freiem Chlor in Wasser beschrieben.
In einer zylindrischen Messkammer von 50 ml Volumen werden über eine
Injektordüse zwei parallel stehende Elektrodenbleche mit einem feinen Strahl des zu
messenden Wassers angeströmt. Die Messkammer ist mit einem freien Überlauf
versehen. Über den Eingangsdruck wird der Volumenstrom auf typisch fünf Liter
eingestellt.
Durch die Anordnung der Elektroden und der Düse kommt es in der Messkammer zu
einer intensiven Rotation des Wassers. Nach der Zeit t1, bei der die Messung bei
dem Potenzial E1 gegen die Bezugselektrode erfolgt, wird mit Beginn der Zeit t2 das
Potential zu E2 verschoben. Das Potenzial E2 liegt dabei typischerweise um 50
Millivolt unter der für das Elektrodenmaterial spezifischen Spannung.
In einer Messleitung mit 0,06 mm2 Querschnitt fließen 6 l/h Volumenstrom Wasser.
Zwei parallel stehende Bleche (Au und SiC) werden mit dem zu messenden Wasser
angeströmt. Über einen T-förmigen Anschluss der Leitung wird das Bezugspotenzial
erfasst.
In dem Zeitintervall t1 erfolgt die Messung des katodischen Stroms. Der katodische
Strom ist dem Gehalt an freiem Chlor proportional.
Nach der Zeit t1, bei der die Messung bei dem Potenzial E1 gegen die
Bezugselektrode erfolgt, wird mit Beginn der Zeit t2 das Potential zu E2 verschoben.
Das Potenzial E2 liegt dabei typischerweise um 50 Millivolt unter dem für Gold
spezifischen Spannung. Das Verhältnis t1 zu t2 sollte größer 5 betragen.
In einer zylindrischen Messkammer von 50 ml Volumen werden zwei parallel
stehende Elektrodendrähte mit dem zu messenden Wasser angeströmt. Die
intensive Bewegung wird mechanisch erzwungen. Die Messkammer ist mit einem
freien Überlauf versehen. Über den Eingangsdruck wird der Volumenstrom auf
typisch fünf Liter eingestellt.
Nach der Zeit t1 (typisch 29 min) bei der die Messung bei dem Potenzial E1 gegen
die Bezugselektrode erfolgt, wird mit Beginn der Zeit t2 von 1 min das Potential zu E2
verschoben und zur besseren Reinigung im Intervall t3 über eine Potentialrampe zu
E1 verschoben. Das Potenzial E2 liegt dabei typischerweise um 50 Millivolt unter der
für das Elektrodenmaterial spezifischen Spannung.
Claims (7)
1. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an
freiem Chlor in Wasser dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektroden direkt im
Wasser sind und die Kathode zyklisch mit einem materialspezifischen
Reinigungspotenzial beaufschlagt wird.
2. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an
freiem Chlor in Wasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die
Elektroden aus Gold bestehen und die Kathode zyklisch mit einem Potenzial von
typisch 1,3 V beaufschlagt werden.
3. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an
freiem Chlor in Wasser nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass
die Kathode zyklisch mit einem Potenzial von typisch 1,3 V beaufschlagt und die
Elektroden zyklisch umgepolt werden.
4. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an
freiem Chlor in Wasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die
Kathode zyklisch mit einem Potenzial so beaufschlagt wird, dass die Anode auf
dem Messpotenzial gehalten wird.
5. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an
freiem Chlor in Wasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die
Kathode aus Gold, die Anode aus einem breitlückigen Halbleiter besteht, und die
Kathode zyklisch mit einem Potenzial von typisch 1,3 V beaufschlagt wird.
6. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an
freiem Chlor in Wasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur
effektiven Reinigung eine verunreinigungsspezifische Potentialrampe auf die
Kathode gelegt wird.
7. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung des Gehaltes an
freiem Chlor in Wasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die
Elektroden in schlanker Form (Länge zu Breite < 2) in das Wasser ragen.
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2000
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