DE102004048316A1

DE102004048316A1 - Online Verfahren zur qualitativen Bestimmung des Verkeimungsgrades in offenen Kühl- und Klimaanlagen

Info

Publication number: DE102004048316A1
Application number: DE200410048316
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft den Aufbau und das Verfahren zur quasi kontinuierlichen Online-Bewertung des qualitativen Verkeimungsgrades in Umlaufwässern von offenen Kühl- und Klimaanlagen. Mittels Bypass wird einer wechselseitig durchflussgesteuerten Mikrodurchflussmesskammer Kühl-/Klimawasser oder Trinkwasser ventilgesteuert zugeführt, luftdicht abgeschlossen und im abgeschlossenen Innenraum die dynamische Sauerstoffzehrung bewertet. DOLLAR A Dabei bildet das ermittelte Verhältnis zwischen dem mikrobiologisch unbelasteten Trinkwasser und dem belasteten Umlaufwasser ein Maß der qualitativen mikrobiologischen Verkeimung. DOLLAR A Die Mikrodurchflussmesskammer besitzt eine Doppelfunktion zur elektrolytischen Entkeimung seiner Rohrwandung. DOLLAR A Durch quasi kontinuierliche Probennahmen können in wenigen Minuten qualitative Aussagen zur Bewertung des Verkeimungsgrades in offenen Kühl- und Klimaanlagen getroffen und entsprechend der ermittelten Klassifizierung extern als Grenzwertüberschreitung signalisiert werden.

Description

Das Umlaufwasser in offenen Klima- und Kühlanlagen kann sehr hohe bakteriologische Belastungen erreichen, die zu Biofilmen, Korrosionen, Wärmeübertragungsverlusten und Gesundheitsrisiken führen. Die Minimierung der Keimbelastung in den Wässern ist eine Vorgabe und das Ziel der Betreiber. Verschiedene manuelle und automatisierte Verfahren bieten dazu vielfältige Möglichkeiten. Der Einsatz und der Umfang dieser Maßnahmen hängt von dem jeweiligen Verunreinigungsgrad der Anlagen ab. Dieses zu entscheiden und ständig zu sichern hängt wiederum von der aktuellen Kenntnis des Verkeimungsgrades (Gesamtkeimzahl) ab, wobei als Empfehlung ein Grenzwert von 10⁵ KBE/ml (KBE = Koloniebildende Einheiten) empfohlen wird. Ein Kernpunkt dieser Empfehlung ist weiterhin die wöchentliche Kontrolle der Gesamtkeimzahl im Umlaufwasser, welcher nach dem technischen Stand nur manuell durch entsprechende Testkitts bzw. Laboruntersuchungen realisiert werden kann. Der Stand der Technik ist jedoch, dass diese Ergebnisse je nach Gesamtkeimzahlbestimmungsmethode erst in ein bis zwei Tagen vorliegen. Die zunehmende Automatisierung der industriellen Prozesse erwartet aber ein preiswertes Online-Messsystem, welches mit hinreichender Genauigkeit den vorgegebenen Grenzwert von 10⁵ KBE/ml bewerten kann.

Ein Online-Messsystemn zur Bestimmung des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB) mit integrierter Sauerstoffelektrode und einer luftdicht abgeschlossenen Durchflussmesskammer, die eine Sauerstoffzehrung biologisch belasteter Wässer bestimmbar macht, ist bekannt Diese ermittelte Sauerstoffdifferenz ist eine Maßzahl für die Menge an im Wasser gelöstem Sauerstoff, die zum biologischen Abbau gelöster Substanzen benötigt wird. Bei dieser Bestimmung erfolgt die Oxidation der Wasserinhaltsstoffe durch heterotropher Mikroorganismen. Das Messverfahren gibt vergleichbare Rückschlüsse auf die Art und Menge der im Wasser gelösten biologisch abbaubaren Substanzen und deren bakteriologischen Oxidationsbedarf. In Unkenntnis dieser Substanzen und der wirkenden Bakterienkulturen ist eine Keimanzahl unter diesen Voraussetzungen dabei nicht bestimmbar.

Weiterhin ist nach DE 103 23 942.1 bekannt, dass mittels einer definierten elektrokatalytischen Entkeimung und Bestimmung mehrerer Stoffdifferenzen eine Online-Bewertung der Gesamtkeimzahl möglich ist. Dieses Verfahren beruht darauf eine vollständige Entkeimung durchzuführen, wobei alle organischen Substanzen oxidiert werden. Im Falle, dass eine sehr hohe Zahl organische Substanzen im Wasser sind, die leicht oxidierbar aber nicht mikrobiologischen Charakters sind, ergeben sich hohe Bewertungsfehler die entsprechend der Analyse der Gesamtorganik des Wassers berücksichtigt werden müssen, um eine hinreichend genaue Aussage zur Gesamtkeimzahl treffen zu können. Diese Nachteile auszuschließen und eine Bewertung der Lebendkeimzahlen trotzdem zu ermöglichen, ist speziell für Umlaufwässer in offenen Kühl- und Klimaanlagen ein vereinfachtes Online-Verfahren möglich, welches in der nachfolgenden Erfindung erläutert wird.

Die Umlaufwässer der offenen Kühl- und Klimatechnik weisen einen relativ hohen Anteil an gelösten Sauerstoff auf, indem diese Wässer ständig gut belüftet werden. Damit sind in den Wässern eine überwiegend hohe Anzahl an Bakterienkulturen heterotropher Mikroorganismen zu verzeichnen, die zu der Gesamtkeimanzahl der Umlaufwässer korrelieren. Weiterhin sind in den Umlaufwässern überwiegend gut biologisch abbaubare Substanzen enthalten.

Unter dieser Einschränkung und dieser Annahme ist die Dynamik der Sauerstoffzehrung ein Maßstab für die im Umlaufwasser befindlichen heterotrophen Mikroorganismen und damit im Verhältnis auch zu der im Wasser befindlichen Gesamtkeimzahl.

Die Erfindung betrifft ein Online-Bewertungsverfahren, welches im Bypaß vom Verfahrensprozess offener Klima- und Kühlanlagen kleinste Probemengen von gut belüfteten und druckbehafteten Umlaufwasser mit biologisch leicht abbaubaren Inhaltsstoffen in eine ventilgesteuerte Minidurchflussmesskammer luftdicht einleitet. In dieser Messkammer ist mittels einer Mikrosauerstoffelektrode die dynamische Änderung der Sauerstoffkonzentration als Funktion der Zeit zu bewerten und durch zyklisches Öffnen und Schließen die Proben auszutauschen und drucklos zu verwerfen. Damit im ständigen Messbetrieb sich in der Durchflussmesskammer keine Biofilme an den Wänden und der Sensormembran bilden können, ist in zyklischen Abständen die Durchflusskammer elektrolytisch zu reinigen und zu entkeimen. Der Grad der bakteriologischen Verkeimung kann an Hand praktischer Untersuchungen in qualitative Stufen, wie zum Beispiel:

– Sehr geringe bakteriologische Belastung: Stufe I
– Geringe bakteriologische Belastung Stufe II
– Mittlere bakteriologische Belastung Stufe III
– Hohe bakteriologische Belastung Stufe IV

eingestuft werden.

Zur zyklischen Funktionskontrolle und Kalibrierung des Online-Messsystems ist anstelle dem Umlaufwasser frisches Trinkwasser in das Messsystem einzuleiten und dessen Dynamik der Sauerstoffzehrung zu bewerten. Das Ergebnis ist der Stufe I zuzuordnen.

Diese Erfindung bietet dem Anwender die Möglichkeit den qualitativen Verkeimungsgrad seiner Kühl- bzw. Klimaanlage aktuell zu bewerten und geeignete Entkeimungsmaßnahmen, auch automatisierbar gesteuert, folgen lassen zu können.

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel stellt die vorgenannte Erfindung praktisch dar.
In 1 wird das Gesamtsystem dargestellt. Mit dem Dreiwegeventil 4 kann wechselseitig der druckbehaftete Probeneingang für Trinkwasser 1 oder der druckbehaftete Probeneingang für das Umlaufwasser 2 dem Eingangsventil 5 zugeführt werden. Nachfolgend dem Eingangsventil 5 befindet sich die Mikrodurchflussmesskammer 7 und weiterführend das Ausgangsventil 8 mit dem drucklosen Abfluß 3. Durch Öffnen der beiden Ventile 5 und 8 kann die Probenflüssigkeit für Trinkwasser 1 oder für das Prozesswasser 2 durch die Mikrodurchflussmesskammer 7 zum Abfluß 3 der Messanordnung geleitet werden. Mit Schließen der beiden Ventile 5 und 8 wird die Mikrodurchflussmesskammer 7 luftdicht geschlossen. Gleichzeitig wird die dynamische Sauerstoffkonzentrationsänderung in der Mikrodurchflussmesskammer 7 der eingeschlossenen Flüssigkeit mit der integrierten Sauerstoffsonde 9 über die angeschlossene mikroprozessorgesteuerte Mess-, Steuer- und Auswerteeinheit 11 ermittelt und bewertet. Dabei wird das Maß der dynamischen Sauerstoffänderung einem Verkeimungsgrad zugeordnet, dessen Einordnung entsprechend einer vorgegebenen Klassifizierung eine externe Grenzwertüberschreitung 12 signalisiert. Durch zyklisches Öffnen bzw. Schließen der Ventile 5 und 8 entsprechend der Bewertung kann ein quasi kontinuierlicher Messbetrieb realisiert werden. Zur Eigenkontrolle des Messsystems kann zeitlich gesteuert Trinkwasser 1 durch Umschaltung des Dreiwegeventils 4 in die Mikrodurchflussmesskammer 7 geleitet werden, womit die ermittelte dynamische Sauerstoffänderung der niedrigsten Verkeimungsstufe zugeordnet werden kann. Um während des ständigen Online-Betriebes Biofilmbildungen in der Mikrodurchflussmesskammer 7 verhindern zu können, wird zyklisch zwischen den Bewertungszyklen eine Elektrolyse in der Mikrodurchflussmesskammer 7 geführt. Wie 2 verdeutlicht wird dieses erreicht, indem durch die mikroprozessorgesteuerte Mess-, Steuer- und Auswerteeinheit 11 über die Steuerleitungen 10a und 10b der Anode 10c und der Kathode 10d eine Spannung angelegt wird, deren elektrischer Stromfluß eine entkeimende Wirkung an der Oberfläche der Rohrwandung 10d der Mikrodurchflussmesskammer 7 bewirkt. Die Mikrodurchflussmesskammer 7 besteht im wesentlichen aus einem metallisch und elektrisch leitendem Rohr 10d dessen Enden als Gewindestutzen 7a in die Ventile 5 und 8 luftdicht eingeschraubt werden. Die Mikrosauerstoffsonde 9 wird durch eine Dichtung 7c analog zu der Dichtung 7b die die Anode 10c, welche vorzugsweise aus Graphit besteht, in die Rohrwandung 10d der Mikrodurchflussmesskammer 7 integriert. Dabei bildet die Rohrwandung 10d die Kathode der Mikrodurchflussmesskammer 7. Die Steuerung für die Ventile 4, 5 und 8 sowie der Elektrolyse an den Elektroden 10c und 10d wird durch die mikroprozessorgesteuerte Mess-, Steuer- und Auswerteeinheit 11 realisiert. An dieser wird auch die Mikrosauerstoffelektrode 9 angeschlossen und im Ergebnis auch die externe Grenzwertüberschreitung 12 gesteuert.

1: Druckbehafteter Probeneingang für Trinkwasser
2: Druckbehafteter Probeneingang für Umlaufwasser
3: Druckloser Probenausgang der Messanordnung
4: Dreiwegeventil für Probenumschaltung
4a: Steuerleitung Drewegeventil
5: Zweiwegeventil für eingangsseitige Absperrung Mikrodurchflussmesskammer
5a: Steuerleitung Zweiwegeventil
7: Mikrodurchflussmesskammer
7a: Gewindestutzen der Mikrodurchflussmesskammer
7b: isolierende Dichtung Anode
7c: isolierende Dichtung Mikromessspitze der Sauerstoffelektrode
8: Zweiwegeventil für ausgangsseitige Absperrung Mikrodurchflussmesskammer
8a: Steuerleitung Zweiwegeventil
9: Mikromessspitze Sauerstoffsensors
10a: Steuerleitung Kathode
10b: Steuerleitung Anode
10c: Anode
10d: Kathode
11: Mikroprozessorgestützte Mess-, Steuer- und Auswerteeinheit
12: Externe Signalisierung Grenzwertüberschreitung

Claims

Messanordnung und Messverfahren zur quasi kontinuierlichen Online-Bewertung eines qualitativen Verkeimungsgrades in offenen Kühl- und Klimaanlagen gekennzeichnet durch eine Mikrodurchflussmesskammer, indem mittels Bypass prozessgesteuert und wechselseitig Umlaufwasser von Kühl- / Klimaanlagen oder Trinkwasser ventilgesteuert eingeleitet, ausgetauscht und luftdicht abgeschlossen und im abgeschlossenen Innenraum die dynamische Sauerstoffzehrung kontinuierlich bewertet wird.
Anordnung und Verfahren gekennzeichnet nach 1, dass nach Einleitung und Verschließung des jeweiligen Wassers die dynamische Sauerstoffzehrung in der luftdicht abgeschlossenen Mikrodurchflussmesskammer als Funktion der Zeit mittels einer integrierten Sauerstoffsonde bestimmt wird.
Anordnung und Verfahren gekennzeichnet nach 2, indem die Bewertung der dynamischen Sauerstoffzehrung von Trinkwasser eine Eich- und Kalibrierfunktion des Messsystems darstellt.
Anordnung und Verfahren gekennzeichnet nach 3, dass das ermittelte Verhältnis der dynamische Sauerstoffzehrung zwischen dem Umlaufwasser und dem Trinkwasser einen klassifizierten Grad der qualitativ biologischen Verkeimung des mikrobiologisch belasteten Wassers darstellt.
Anordnung und Verfahren gekennzeichnet nach 4, dass die Mikrodurchflussmesskammer eine Doppelfunktion zur elektrolytischen Entkeimung der Rohrwandung der Messzelle besitzt.
Anordnung und Verfahren gekennzeichnet nach 5, indem die Rohrwandung der Durchflussmesszelle elektrisch leitend ist, eine Elektrode darstellt und weiterhin eine von der Rohrwandung elektrisch isoliert integrierte Hilfselektrode im Innenraum der Durchflusskammer die andere Elektrode für eine Elektrolyse bildet.
Anordnung und Verfahren gekennzeichnet nach 6, indem die Rohrwandung vorzugsweise aus Edelstahl besteht und als Kathode, und die Hilfselektrode vorzugsweise aus Graphit und als Anode, geschaltet ist.
Anordnung und Verfahren gekennzeichnet nach 6, indem alternativ die Rohrwandung aus Graphit besteht und als Anode, und die Hilfselektrode aus Edelstahl und als Kathode, geschaltet ist.
Anordnung und Verfahren gekennzeichnet nach 1 bis 5, indem die Sauerstoffmessung der Sauerstoffelektrode, die Ventile und die Ansteuerung der Elektroden für die Elektrolyse durch eine mikrorechnergesteuerten Mess-, Steuer- und Auswerteeinheit realisiert wird.
Anordnung und Verfahren nach 4 und 9 gekennzeichnet, dass entsprechend der Klassifizierung der ermittelten Verkeimung eine externe Signalisierung als Grenzwertüberschreitung von der angeschlossenen Mess-, Steuer- und Auswerteeinheit ausgelöst wird.