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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit einem 2- oder 3-Elektrodensystem zur Bestimmung von Chlorat in Wasser, ein Verfahren zur Bestimmung von Chlorat in Wasser sowie ein Verfahren zum Kalibrieren der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
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Chlorat ist ein toxikologisch nicht unbedenkliches Ion. Wenn Chlorat in Lebensmitteln oder Trinkwasser vorkommt, kann es zu Risiken für die öffentliche Gesundheit kommen. Vor allem mit Chlorat belastetes Trinkwasser kann bei allen Altersgruppen zur chronischen Aufnahme von Chlorat beitragen. Chlorat kann bei der Desinfektion von Trinkwasser entstehen, also bei Prozessen, die eigentlich dazu dienen, Wasser für den menschlichen Gebrauch aufzubereiten. Chlorat wird deshalb als Desinfektionsnebenprodukt bezeichnet. Der Nachweis erfolgte bisher über die sogenannte Ionenchromatographie, die sich als wichtigste Analysetechnik etabliert hat.
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In der EU-Trinkwasserverordnung vom Februar 2020 wurde deshalb ein Grenzwert von 0,25 mg/l für Chlorat festgelegt. Ein parametrischer Wert von 0,7 mg/l ist anzuwenden, wenn eine Desinfektionsmethode unter Einsatz von Chlorat zur Desinfektion von Wasser für den menschlichen Gebrauch verwendet wird. Die Mitgliedstaaten streben nach Möglichkeit einen niedrigeren Wert an, ohne die Desinfektion zu beeinträchtigen.
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Die Bestimmung von Chlorat kann nach dem Stand der Technik durch Ionenchromatographie erfolgen. Bei der Ionenchromatographie erfolgt die Trennung an einer Trennsäule, die ein organisches Polymerharz umfasst. Die Detektion kann mittels Leitfähigkeitsdetektion erfolgen. In einem Chromatogramm wird das Detektionssignal als Funktion der Zeit dargestellt. Die Chromatographie kann 35 Minuten und auch länger dauern (Hübenbecker, Untersuchung zur Entstehung von Desinfektionsnebenprodukten bei der Aufbereitung von Trinkwasser an Bord schwimmender Marineeinheiten unter Anwendungsbedingungen, Dissertation, Bonn, 2010, Seite 32 ff.). Nachteilig an der Ionenchromatographie ist der relativ hohe apparative Aufwand und die lange Messdauer bis Daten erhalten werden. Außerdem ist dieses Verfahren störanfällig.
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Bei der Überwachung von Trinkwasserversorgungsanlagen soll aber nicht nur Chlorat bestimmt werden, sondern es können auch andere Chemikalien nachgewiesen oder Parameter, wie pH-Wert oder Temperatur gemessen werden. Dabei können Membransonden eingesetzt werden. Solche Membransonden erlauben nur einen sehr geringen Druck. Es besteht also das Bedürfnis, eine Vorrichtung und ein Messverfahren bereitzustellen, welche den zuverlässigen Betrieb von Membransonden ermöglichen.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, die Detektion von Chlorat und ggfs. weiteren Verunreinigungen in einfacher und schneller Weise mit geringem apparativen Aufwand zu ermöglichen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Daten nach kurzer Zeit zu erhalten und einen zuverlässigen Nachweis zu ermöglichen. Schließlich soll die Vorrichtung kompakt, robust und einfach zu handhaben sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messvorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 10 sowie ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Messvorrichtung mit einem 2- oder 3-Elektrodensystem zur Bestimmung von Chlorat in Wasser bereitzustellen, wobei die Messvorrichtung weiterhin mindestens zwei Sensoren enthält, ausgewählt unter Temperatursensor, pH-Messsonde, Durchflussmesser, Trübungsmesser, Messsonde für Chlor, Messsonde für Chlorit, Messsonde für Hypochlorit, Messsonde für Chlordioxid, Messsonde für die Leitfähigkeitsmessung, RedOx-Messsonde und Messsonde für ein Biozid, wobei die Sensoren zusammen in einer Messkammer angeordnet sind. Dabei soll das Wort „einer“ in Zusammenhang mit dem Begriff „in einer Messkammer angeordnet“ als Zahlwort „eins“ verstanden werden, d.h. alle in der Messkammer vorliegenden Sensoren und ggf. auch das 2- oder 3-Elektrodensystem sind in dieser Messkammer zusammen eingebaut.
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Solche 2- oder 3-Elektrodensystem sind an sich bekannt und auch kommerziell erhältlich. Es handelt sich dabei um 2- oder 3-Elektrodensysteme, wie sie bisher zum Nachweis von Chlor, Chlorit, Chlordioxid, Ozon und Peressigsäure verwendet wurden. Diese können, falls erforderlich, angepasst werden, um Chlorat zu bestimmen, beispielsweise durch Wahl eines Elektrolyten und/oder einer Membran.
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Im Hinblick auf die unterschiedliche Struktur des mit der erfindungsgemäßen Verwendung gemessenen Ions Chlorat und den Molekülen Chlor, Chlorit, Chlordioxid, Ozon und Peressigsäure, war es für den Fachmann nicht zu erwarten, dass die an sich dafür eingesetzten 2- oder 3-Elektrodensysteme auch für die Bestimmung von Chlorat verwendet werden können.
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Die Handhabung, Inbetriebnahme und Wartung der Elektrodensysteme sind einfach. Ferner liefern sie zuverlässige Ergebnisse. Die Elektrodensysteme sind ferner sehr lange haltbar. Verschleißteile sind nur der Elektrolyt und Membrankappen. Ferner ist bei den Elektrodensysteme die Anströmabhängigkeit gering. Veränderungen der Anströmung haben nur geringe Auswirkungen auf das Messsignal. Des Weiteren ist die Stabilität der Elektroden über einen langen Zeitraum sehr gut. Der Steilheitsverlust beträgt nur ca. 1 % pro Monat. Ferner ist das Messsignal bei den Elektrodensystemen niederohmig, so dass lange Messleitungen möglich sind.
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Das 2- oder 3-Elektrodensystem zur Bestimmung von Chlorat kann in einer Messzelle vorliegen, die in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ausgebildet ist. Dabei kann es sich um an sich bekannte membranbedeckte Systeme handeln. Durch die Konstruktion von Messzellen können verschiedene elektrische Anschlüsse ausgestaltet werden, so dass eine Anpassung an kundenspezifische Bedürfnisse hinsichtlich der bei diesen vorhandenen Geräten (wie Mess- und Regelgeräte) in einfacher Weise möglich ist. Ferner können die Messzellen leicht ausgebaut und dann nachfolgend überprüft oder ggf. ersetzt werden.
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Unter dem Begriff „Bestimmung von Chlorat“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere die Bestimmung der Konzentration von Chlorat in wässrigen Medien verstanden. Die Erfindung kann daher beispielsweise zur kontinuierlichen Überwachung von Trink- oder Brauchwasseranlagen eingesetzt werden. Dabei durchströmt zumindest ein Teil des von der Trink- oder Brauchwasseranlage abgegebenen Wassers die Messvorrichtung, welche dabei zeitgesteuert oder kontinuierliche Messwerte erfasst.
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Dazu wird das 2- oder 3-Elektrodensystem mit der zu untersuchenden Wasserprobe in Kontakt gebracht. Das Wasser dazu kann aus Trinkwasser, Schwimmbeckenwasser, Brauchwasser, oder Wasser aus einem Wasserreservoir stammen. Damit diese Arten von Wasserquellen eingesetzt werden können, ist es nicht erforderlich, sie speziell aufzubereiten, bevor sie mit den 2- oder 3-Elektrodensystemen in Kontakt gebracht werden.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, liegen in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mindestens zwei Sensoren (neben dem 2- oder 3-Elektrodensystem zur Bestimmung von Chlorat in Wasser) vor. Mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist es also möglich, nicht nur Chlorat, sondern auch andere Bestandteile und/oder Parameter des zu untersuchenden Wassers zu messen. Eine mögliche Kombination ist eine Messsonde für freies Chlor und/oder Chlordioxid, ein 2- oder 3-Elektrodensystem für die Bestimmung von Chlorat, sowie ggf. eine pH-Messsonde, ggf. eine RedOx-Messsonde und ggf. eine Messsonde für die Leitfähigkeitsmessung. Eine weitere Möglichkeit für die Art der Kombination der Messsonden ist ggf. ein Durchflussmesser, ein 2- oder 3-Elektrodensystem zur Bestimmung von Chlorat, ggf. eine pH-Messsonde und ggf. ein Temperatursensor und/oder ggf. eine Messsonde für ein Biozid. Eine weitere Kombination umfasst das 2- oder 3-Elektrodensystem zur Bestimmung von Chlorat, eine Messsonde für Chlordioxid und/oder eine Messsonde für Hypochlorit, ggf. eine Messsonde für ein Biozid, ggf. eine pH-Messsonde, ggf. eine RedOx-Messsonde und ggf. eine Messsonde für die Leitfähigkeitsmessung.
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In einer Ausführungsform können drei, vier, fünf oder mehr der Sensoren in der einen Messkammer vorliegen.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Sensoren Membransensoren sein.
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Ferner kann in einer Ausführungsform das 2- oder 3 Elektrodensystem zur Bestimmung von Chlorat in Wasser zusammen mit den Sensoren in der einen Messkammer angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass das 2- oder 3-Elektrodensystem in einer weiteren Messkammer, d.h. in einer anderen Messkammer als die Sensoren, vorliegt.
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In einer Ausführungsform umfasst das 2-Elektrodensystem eine Messelektrode, die aus Gold besteht oder dieses enthält, eine gemeinsame Gegen- und Bezugselektrode, die aus Silber besteht oder dieses enthält und mit einem optionalen Überzug versehen ist, der aus Silberhalogenid besteht oder dieses enthält, wobei zwischen den beiden Elektroden eine Vorspannung angelegt ist.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst das 3-Elektrodensystem eine Messelektrode, die aus Gold besteht oder dieses enthält, eine Bezugselektrode, die aus Silber besteht oder dieses enthält und mit einem optionalen Überzug versehen ist, der aus Silberhalogenid besteht oder dieses enthält, sowie eine Gegenelektrode, die aus Edelstahl besteht oder diesen enthält, wobei mittels eines Potentiostaten die Messelektrode auf einem Arbeitspotential gehalten wird.
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In einer Ausführungsform beträgt die Einlaufzeit des 2- oder 3-Elektrodensystems weniger als 1 Stunde, beispielsweise weniger als 45 Minuten oder weniger als 30 Minuten. In einer weiteren Ausführungsform ist es nicht erforderlich, bei dem 2- oder 3-Elektrodensystem einen Nullpunktabgleich durchzuführen. Es ist also kein sogenanntes Nullwasser erforderlich. Der Aufwand für diese Art der Kalibrierung ist daher gering, da nur ein Einpunktabgleich durchgeführt wird.
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In einer Ausführungsform ist das 2- oder 3-Elektrodensystem mit einer Temperaturkompensation kombiniert. Wenn das 2- oder 3-Elektrodensystem in einer Messzelle eingesetzt ist, kann die Temperaturkompensation in der Messzelle integriert sein.
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In einer Ausführungsform beträgt die Ansprechzeit (d.h. die Zeit, bis ca. 90 % des Endwertes erreicht werden) des 2- oder 3-Elektrodensystems ca. 2 Minuten oder weniger, beispielsweise 90 Sekunden oder weniger, wie 1 Minute oder weniger.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, insbesondere in den vorstehende beschriebenen Ausführungsformen, ein kontrollierter und sicherer Durchfluss des zu untersuchenden Wassers erzeugt werden kann. Damit ist es möglich, ohne Weiteres die auf dem Markt verfügbaren Membransonden zu verwenden, die vorteilhafterweise eingesetzt werden, da sie nur einen geringen Wartungsaufwand erfordern.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Nachweis von Chlorat, wobei eine zu untersuchende wässrige Probe mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in Kontakt gebracht wird. Technische Details zum erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus vorstehender Beschreibung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, so dass auf vorstehende Ausführungen verwiesen wird.
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Um besonders zuverlässige Messergebnisse zu erhalten, können die 2- oder 3-Elektrodensysteme, die zur Bestimmung von Chlorat eingesetzt werden, kalibriert werden. Demzufolge wird ferner ein Verfahren zum Kalibrieren der erfindungsgemäßen Messvorrichtung bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
- (a) von einer Wasserleitung wird zu untersuchendendes Wasser abgezweigt und an der 2- oder 3-Elektrodensystem sowie an den mindestens zwei Sensoren vorbei geleitet, wobei dieses Vorbeileiten in einem Kreislauf erfolgt,
- (b) ein Messwert der 2- oder 3-Elektrodensystem wird bestimmt,
- (c) die Konzentration von Chlorat des abgezweigten Wassers wird mit einem weiteren Verfahren ermittelt, und
- (d) die in Schritt (c) ermittelte Konzentration von Chlorat wird als Normal für die Kalibrierung der 2- oder 3-Elektrodensystem verwendet.
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Neben dem 2- oder 3-Elektrodensystem, mit dem Chlorat bestimmt wird, kann noch eine oder mehrere weiter Sensoren vorliegen, die insbesondere zur Bestimmung von Chlor, Chlorit, Chlordioxid, Ozon und/oder Peressigsäure eingesetzt werden können.
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Mit diesem Verfahren ist es möglich, auch bei kleinen zu desinfizierenden Wassermengen, bei schwankender Konzentration von Chlorat/Desinfektionswirkstoffen und bei unregelmäßigen Wasserabnahmen auch zu Beginn einer Desinfektionsmaßnahme die Messung der Konzentration von Chlorat/Desinfektionswirkstoffen zuverlässig zu kalibrieren.
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Chlorat wird hier neben den Desinfektionswirkstoffen angegeben, da es sich dabei um ein Desinfektionsnebenprodukt handelt.
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Die Kalibrierung ist in der Messtechnik ein Messprozess zur zuverlässig reproduzierbaren Feststellung und Dokumentation der Abweichung eines Messgerätes oder einer Maßverkörperung gegenüber einem anderen Gerät oder einer anderen Maßverkörperung, die in diesem Fall als Normal bezeichnet wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist das Messgerät, das kalibriert werden soll, das 2- oder 3-Elektrodensystem für die Bestimmung der Konzentration von Chlorat in Wasser. Das Normal ist z.B. die Bestimmung der Konzentration von Desinfektionswirkstoffen in Wasser mit einem anderen, diskontinuierlichen Verfahren, beispielsweise mit dem DPD-Verfahren, bei welchem das Reagenz N,N-Diethyl-p-phenylendiamin eingesetzt wird. Es bildet beispielsweise mit freiem Chlor (Desinfektionswirkstoff) eine rötliche Färbung, deren Intensität proportional zur Konzentration des freien Chlors ist und photometrisch gemessen werden kann. Das Photometer wird mit externen Farbstandards geprüft. Auf diese Weise kann mit einer chemischen Reaktion die Konzentration von Chlorat in Wasser bestimmt werden. Diese Bestimmung und der damit erhaltene Wert wird als Normal für die Kalibrierung eingesetzt. Mit dem in Schritt (c) bestimmten Normal kann der Messwert des 2- oder 3-Elektrodensystems mit der Konzentration von Chlorat korreliert werden. Der Fachmann wird das Prinzip leicht auf weitere Nachweismethoden oder andere Reagenzien für andere Desinfektionswirkstoffe und Desinfektionsnebenprodukten, wie Chlorat, übertragen können.
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In der Definition des VIM von JCGM 2008 gehört zur Kalibrierung üblicherweise ein zweiter Schritt, nämlich die Berücksichtigung der ermittelten Abweichung bei der anschließenden Benutzung des Messgerätes zur Korrektur der abgelesenen Werte. Dieser zweite Schritt ist beim erfindungsgemäßen Verfahren optional. Die Kalibrierung kann ohne Eingriff erfolgen, der das Messgerät verändert.
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Bei dem in Schritt (a) genannten zu untersuchenden Wasser kann es sich um das Wasser handeln, in welchem die Konzentration von Chlorat und ggf. Desinfektionswirkstoffen bestimmt werden soll. Im Falle einer Trinkwasserversorgung kann dieses Wasser beispielsweise unmittelbar einer Wasserleitung bzw. dem Ablauf eines Hochbehälters entnommen werden. Im ersten Betriebszustand, welcher den Normalbetrieb darstellt, kann die Konzentration von Chlorat und ggf. Desinfektionswirkstoffen mit dem 2- oder 3-Elektrodensystem bestimmt werden und das Wasser der Hauptleitung wieder zugeführt werden. Bei kleineren Trinkwasserversorgungen kann auch der gesamte Wasserstrom über das 2- oder 3-Elektrodensystem geführt werden. Im zweiten Betriebszustand, welcher den Kalibrierbetrieb darstellt, wird das entnommene Wasser in einen Kreislauf eingespeist, in dem sich das zu kalibrierende 2- oder 3-Elektrodensystem befindet und dort bis zum Abschluss der Kalibrierung zirkuliert. Somit ist der Wasserkreislauf für Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise verschieden von der Wasserleitung, dessen Wasser untersucht werden soll. Durch das Aufrechterhalten einer Strömung des zu untersuchenden Wassers im Kreislauf wird eine genaue Kalibrierung möglich, da die Abweichung der Messwerte einer ruhenden Wasserprobe von denen eines umströmten 2- oder 3-Elektrodensystems vermieden wird. Da andrerseits das Wasser im Kreislauf zirkuliert wird, wird sich dessen Zusammensetzung und insbesondere die Konzentration von Chlorat und ggf. Desinfektionswirkstoffen bis zum Abschluss der als Normal verwendeten Bestimmung der Konzentration von Desinfektionswirkstoffen mit einem anderen, diskontinuierlichen Verfahren nicht ändern. Zur Zirkulation kann eine elektrisch angetriebene Pumpe verwendet werden.
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In Schritt (b) kann der Messwert bestimmt werden, wenn er einen etwa konstanten Wert erreicht hat. Ein solcher konstanter Wert kann ein Wert sein, bei dem der gemessene Wert nur noch um etwa ± 10 % oder etwa ± 5 % oder etwa ± 3 % oder etwa ± 2 % oder etwa ± 1 % schwankt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass durch Konzentrationsschwankungen verursachte Fehler vermieden werden.
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In Schritt (c) kann die Konzentration von Chlorat und (ggf. Desinfektionswirkstoffen mit der N,N-Diethyl-p-phenylendiamin(DPD)-Methode) bestimmt werden, wie es vorstehend erläutert wurde. Die Konzentration des Desinfektionswirkstoffs in der Probe kann somit verlässlich bestimmt werden. Dieser in Schritt (c) bestimmte Wert dient als Normal, um das 2- oder 3-Elektrodensystem auf der Basis des in Schritt (b) gewonnenen Messwertes zu kalibrieren.
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Weiterhin kann vom abgezweigten Wasser im Kreislauf die Temperatur und/oder der pH-Wert und/oder der Durchfluss (d.h. die Durchflussmenge des Wassers) und/oder die Trübung gemessen werden. Hierdurch kann die Bestimmung der Konzentration von Chlorat/Desinfektionswirkstoffen mit größerer Genauigkeit erfolgen, da der Einfluss dieser Größen auf den in Schritt (b) gewonnenen Messwert korrigiert werden kann.
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In einer Ausführungsform können die Messwerte des 2- oder 3-Elektrodensystem und der optionalen Messung von weiteren Parametern, wie Konzentration von Desinfektionswirkstoffen, Temperatur und/oder pH-Wert und/oder Durchfluss und/oder Trübung in einer Steuer- oder Regeleinheit verarbeitet werden. Eine solche Verarbeitung kann die Visualisierung der Messwerte umfassen, beispielsweise mit einem Display oder einer LED-Zeile mit Ampelfarben. Die Messwerte der Messelektrode können zur Regelung der Zugabe von Desinfektionsmittel verwendet werden.
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Die Messwerte der 2- oder 3-Elektrodensystem und optional auch die Messwerte der Messung weiterer Parameter, wie Konzentration von Desinfektionswirkstoffen, Temperatur und/oder pH-Wert und/oder Durchfluss und/oder Trübung können in einem Datenspeicher gespeichert werden. Der Datenspeicher kann dazu mit der Steuer- oder Regeleinheit verbunden sein.
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Die Messwerte des 2- oder 3-Elektrodensystems und optional auch die Messwerte der Messung der Konzentration von Desinfektionswirkstoffen, Temperatur und/oder pH-Wert und/oder Durchfluss können mit einer Datenfernübertragungseinrichtung übertragen werden Hierzu kann die Steuer- oder Regeleinrichtung mit einer Kabelverbindung oder einer drahtlosen Verbindung mit einer räumlich abgesetzten Empfangseinheit verbunden sein.
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Mit vorstehenden Bauelementen ist eine Steuerung oder eine Regelung oder/und eine Überwachung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. So kann beispielsweise ein Sollwert oder ein Sollwertbereich mit Ober- und Untergrenzen festgelegt werden. Wird dieser über- oder unterschritten, kann ein Signal erzeugt werden, so dass dann beispielsweise die Desinfektionsmittelmenge geregelt werden kann. Auf diese Weise können Chlorat-Grenzwerte bestimmt und überwacht werden.
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Das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren kann mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Messvorrichtung durchgeführt werden, die gegebenenfalls noch die nachfolgend beschriebenen Komponenten aufweisen kann.
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Die Einrichtung zum Abzweigen von zu untersuchendem Wasser kann zumindest einen Regler oder zumindest ein Ventil aufweisen, die manuell, elektrisch oder pneumatisch bedient werden können, beispielsweise ein Zwei- oder Dreiwegeventil. Damit können die Wasserflussrichtungen eingestellt werden, so dass der Kreislauf für das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren ein- bzw. ausgeschaltet werden kann.
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Die Messvorrichtung kann eine Steuer- oder Regeleinrichtung aufweisen, in der die Messwerte des 2- oder 3-Elektrodensystems sowie gegebenenfalls der mindestens zwei Sensoren, wie Temperatursensor, der pH-Messsonde, des Trübungsmessers und/oder des Durchflussmessers und/oder eine Messsonde für Chlor, Chlorit, Hypochlorit oder Chlordioxid und/oder eine Messsonde für die Leitfähigkeitsmessung und/oder eine RedOx-Messsonde und/oder eine Messsonde für ein Biozid, verarbeitet werden.
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Ferner kann die Messvorrichtung einen Datenspeicher aufweisen, in welchem die Messwerte des 2- oder 3-Elektrodensystems sowie der mindestens zwei weiteren Sensoren gespeichert werden. Weiterhin kann die Messvorrichtung eine Datenfernübertragungseinrichtung aufweisen.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
- 1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung.
- 2 zeigt eine Ausführungsform eines Gehäuse einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung in der Aufsicht.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Gehäuse einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung im Schnitt.
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Anhand der 1 wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Nachweis von Chlorat erläutert. Ferner wird auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. Bei diesem Kalibrierverfahren wird zwischen einem ersten Betriebszustand, welcher den Normalbetrieb darstellt, und einem zweiten Betriebszustand, welcher den Kalibrierbetrieb darstellt, unterschieden.
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1 zeigt eine Zuleitung 6 für Wasser, über welche Wasser aus einer nicht dargestellten Wasserversorgungseinrichtung, beispielsweise einem Hochbehälter oder einer Quellfassung, der Messvorrichtung 1 zugeführt werden kann. Die Zuleitung 6 kann mit einem Druckminderer ausgestattet sein, um in der Messkammer 4 und der weiteren Messkammer 5 einen konstanten Arbeitsdruck einzustellen.
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In der Messvorrichtung 1 befindet sich eine Einrichtung 7 zum Abtrennen der Zufuhr des zu untersuchenden Wassers, beispielsweise ein Zweiwegeventil. Die Einrichtung 7 kann manuell oder elektrisch oder pneumatisch bedient werden. Die Einrichtung 7 kann an eine nicht dargestellte elektronische Steuer- oder Regeleinrichtung angeschlossen sein, um einen vollautomatischen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel strömt das abgezweigte Wasser hinter der Einrichtung 7 in die weitere Messkammer 5, in welcher zumindest ein 2- oder 3-Elektrodensystem 2 angeordnet ist, mit welcher die Konzentration von Chlorat bestimmt wird. Diese weitere Messkammer 5 ist mit der Messkammer 4 über eine Leitung 12 verbunden. In dieser Messkammer 4 befinden sich mindestens zwei Sensoren 3, 3', 3''. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen in der Messkammer 4 drei Sensoren 3, 3', 3'' vor. Ferner kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung die weitere Messkammer 5 entfallen und das 2- oder 2-Elektrodensystem 2 zusammen mit den Sensoren 3, 3', 3'' in der Messkammer 4 eingebaut sein. Die Messkammer 4 kann mit einer Entnahmevorrichtung 8 versehen sein, mit welcher Wasserproben aus der Messkammer 4 entnommen werden können.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Entnahmevorrichtung 8 als Ablass- und Probeentnahmeventil am tiefsten Punkt der Messkammer 4 ausgebildet.
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Alle Bauteile können in ein Gehäuse 9 eingebaut sein, welches in einigen Ausführungsformen der Erfindung aus einem einzigen Materialblock aus einem Metall oder einer Legierung oder einem Kunststoff gefertigt sein kann. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Gehäuse aus Aluminium oder Messing oder einem Edelstahl gefertigt werden, indem in den Materialblock Einfräsungen eingebracht werden. Diese Einfräsungen bilden die Messkammer 4, die weitere Messkammer 5 und die Leitungen 12. Weitere Komponenten wie beispielsweise die Messelektroden, die Einrichtung 7 oder die Zuleitung 6 können in Gewinde des Gehäuses eingeschraubt werden. Hierdurch kann die Endmontage und die Wartung vereinfacht sein.
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Ferner kann die in der Figur gezeigte Messvorrichtung 1 eine Ableitung 10 für Wasser aufweisen, mit der das über die Zuleitung 6 in die Messvorrichtung 1 eingebrachte Wasser wieder abgeleitet wird. Weiterhin kann vor der Ableitung 10 eine Sperrvorrichtung 13 vorgesehen sein, mit der das Ableiten von Wasser aus der Messvorrichtung 1 verhindert wird, so dass im Ergebnis das Wasser in der Messvorrichtung 1 verbleibt und somit im Kreislauf an den Sensoren 3 der Messkammer 4 und dem 2- oder 3- Elektrodensystem 2 kontinuierlich in den in 1 dargestellten Leitungen 12 vorbei geleitet wird. In der Messvorrichtung 1 kann hierzu weiterhin eine optionale Pumpe 14 vorhanden sein, mit der der Wasserfluss in den Leitungen 12 der Messvorrichtung 1 gewährleistet wird, auch wenn die Vorrichtung nicht über die Zuleitung 6 und die Ableitung 10 durchströmt wird.
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Im ersten Betriebszustand der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 (Normalbetrieb) wird das über die Zuleitung 6 eingeleitete Wasser an dem 2- oder 3-Elektrodensystem und an den Sensoren 3, 3', 3'' vorbei geleitet und damit auch in Kontakt gebracht. Es werden dann im Wasser die entsprechenden Parameter gemessen. Damit kann eine Kontrolle, Überwachung und Regelung der Parameter ermöglicht werden. Beispielsweise können Ober- und Untergrenzen festgelegt werden und beim Über- bzw. Unterschreiten dieser Grenzwerte können entsprechende Gegenmaßnahmen getroffen werden. Sollte beispielsweise der Chlorat-Wert sinken oder steigen, kann durch Regeleingriffe der Chlorat-Wert wieder auf den gewünschten Soll-Bereich eingestellt werden. Dies kann durch eine entsprechende Regeleinrichtung automatisch erfolgen.
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Um das 2- oder 3-Elektrodensystem 2 erstmalig oder regelmäßig im Betrieb zu kalibrieren, kann die Messvorrichtung 1 in den zweiten Betriebszustand geschaltet werden.
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Um in den zweiten Betriebszustand zu schalten, in dem die Kalibrierung erfolgt, wird sowohl die Einrichtung 7 als auch die Sperrvorrichtung 13 geschlossen, so dass das in der Messvorrichtung enthaltene Wasser in einem geschlossenen Kreislauf an den Sensoren 3, 3', 3'' und dem 2- oder 3-Elektrodensystem 2 vorbei geleitet wird. Hierzu kann die Pumpe 14 eingesetzt werden, um die Strömung aufrecht zu erhalten. Das von der Wasserversorgungseinrichtung, beispielsweise einem Hochbehälter oder einer Quellfassung, an die Verbraucher gelieferte Wasser strömt im zweiten Betriebszustand vollständig an der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 vorbei.
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Durch den geschlossenen Kreislauf ist sichergestellt, dass sich die Konzentration der Desinfektionswirkstoffe im abgezweigten Wasser nicht ändert. Wenn zumindest der Messwert des 2- oder 3-Elektrodensystems 2, vorzugsweise aber auch die Messwerte der Sensoren 3, 3', 3'' konstant sind, wird die Entnahmevorrichtung 8 der Messkammer 4 geöffnet, sodass eine Probe entnommen werden kann. In dieser Probe wird die Konzentration von Chlorat oder anderen, mit den Sensoren 3, 3' oder 3" erfassten Messwerten mit einem alternativen, als Normal dienenden Verfahren bestimmt. Beispielsweise kann dies photometrisch mit der DPD-Methode erfolgen. Der so bestimmte Wert wird sodann zur Kalibrierung des 2- oder 3-Elektrodensystems 2 verwendet. In ähnlicher Weise kann, falls erforderlich, die Kalibrierung der Sonden 3, 3', 3'' erfolgen.
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Indem die Einrichtung 7 und die Sperrvorrichtung 13 wieder geöffnet werden, kann in den Normalbetrieb (d.h. den ersten Betriebszustand) zurückgeschaltet werden.
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Die Kalibrierung mit dem zweiten Betriebszustand kann in vorgebbaren Zeitabständen erfolgen, beispielsweise täglich, wöchentlich oder häufiger oder seltener.
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Anhand der 2 und 3 wird eine Ausführungsform eines Gehäuses 9 näher erläutert. Dabei zeigt 2 eine Aufsicht und 3 einen Schnitt entlang der in 2 eingezeichneten Linie A-A.
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Das Gehäuse 9 ist aus einem einzigen Materialblock aus einem Metall oder einer Legierung oder einem Kunststoff gefertigt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Gehäuse aus Aluminium oder Messing oder einem Edelstahl gefertigt werden. In den das Gehäuse 9 bildenden Materialblock sind Bohrungen bzw. Einfräsungen eingebracht, in welchen die weiteren Komponenten der Messvorrichtung 2 montiert werden, beispielsweise durch Schrauben. Hierdurch kann die Wartung und die Endmontage einfach erfolgen und es ergibt sich ein robuster Aufbau.
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Wie aus den Figuren ersichtlich ist, bilden diese Einfräsungen die Messkammer 4, die weitere Messkammer 5 und die Leitungen 12. Am äußeren Längsabschnitt der Messkammer 4 und der weiteren Messkammer 5 sind jeweils Innengewinde 45 und 55 eingebracht, in welche entweder Sensoren unmittelbar eingeschraubt werden oder mittels eines Deckels 41 befestigt werden können.
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Für die Aufnahme einer Pumpe ist eine Pumpenausnehmung 141 eingefräst. Die Zuleitung 6 kann in ein Gewinde 61 am Ende der Leitung 12 in das Gehäuse eingeschraubt werden. In gleicher Weise erlaubt ein Gewinde 101 die Montage der Ableitung 10. Für die Sperrvorrichtung 13 steht eine Sperrvorrichtungsausnehmung 131 zur Verfügung.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Beschreibung oder die Ansprüche ,erste‘ und ,zweite‘ Merkmale definieren, so dient dies der Unterscheidung gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
