Überwachung des pH-Werts in industriellem Abwasser mit Krohne-Lösungen

Der Smartpat PH 8320 ist ein stromschleifengespeister 2-Leiter pH-Sensor für Wasser und industrielles oder kommunales Abwasser. Der Glassensor ist mit einem schmutzabweisenden PTFE-Diaphragma und einem integrierten Pt1000 zur Temperaturkompensation ausgestattet.

Die zuverlässige Überwachung von Abwasserparametern ist ein zentraler Bestandteil industrieller Umwelt- und Prozessverantwortung. Besonders der pH-Wert spielt dabei eine entscheidende Rolle, da er sowohl für die biologische Reinigungsleistung kommunaler Kläranlagen als auch für gesetzliche Grenzwerte relevant ist. Ein österreichischer Hersteller von Textilwerkstoffen setzt daher auf eine kontinuierliche pH-Messung, um die Einleitung in das kommunale Netz zuverlässig zu kontrollieren.

Wie? Am Produktionsstandort betreibt das Unternehmen eine eigene Abwasserreinigungsanlage. Nach der internen Behandlung wird das gereinigte Abwasser an eine kommunale Kläranlage übergeben. Die Qualität dieser Abwasserfrachten wirkt sich direkt auf die Höhe der Abwasserabgaben an die Gemeinde aus. Um sicherzustellen, dass die vorgegebenen Grenzwerte eingehalten werden, suchte der Betreiber nach einer zuverlässigen Möglichkeit zur kontinuierlichen Überwachung des pH-Werts am Ablauf der betriebseigenen Kläranlage. Der pH-Wert dient dabei als zentraler Parameter für die Bewertung der Abwasserqualität.

Hier findet die pH-Messung mit dem Smartpat PH 8320 statt.

Prozesshintergrund: Abwasser aus der Textilproduktion

Bei der Herstellung technischer Textilien und anderer Textilwerkstoffe fallen unterschiedliche Prozessabwässer an. Diese können beispielsweise aus Färbe-, Wasch- oder chemischen Behandlungsprozessen stammen und enthalten häufig unterschiedliche Chemikalien sowie variierende pH-Werte. Am betrachteten Produktionsstandort werden die entstehenden Abwasserströme zunächst in einer betriebseigenen Abwasserreinigungsanlage behandelt. Nach der Vorreinigung wird das Wasser anschließend in die nächstgelegene kommunale Kläranlage eingeleitet. Für den Betreiber ist dabei entscheidend, dass die Qualität des abgegebenen Abwassers innerhalb der vertraglich vereinbarten Parameter liegt.

Die Zusammensetzung der Abwasserfrachten hat unmittelbare Auswirkungen auf die Abwasserabgabe, die an die Gemeinde zu entrichten ist. Abweichungen vom zulässigen pH-Bereich können nicht nur zusätzliche Kosten verursachen, sondern auch den Betrieb der kommunalen Kläranlage beeinträchtigen. Eine kontinuierliche Überwachung des pH-Werts am Ablauf der betrieblichen Kläranlage ist daher ein wesentlicher Bestandteil des Umwelt- und Anlagenmonitorings.

Um Wartung, Reinigung und Kalibrierung möglichst einfach durchführen zu können, wurde der Sensor in eine automatische Wechselarmatur Sensofit RAM 5830 integriert.

Messaufgabe: pH-Wert als zentraler Kontrollparameter

Um die Qualität des gereinigten Abwassers zuverlässig überwachen zu können, suchte der Betreiber nach einer robusten und wartungsarmen Lösung zur kontinuierlichen pH-Messung. Die Messstelle befindet sich im Ablauf der betriebseigenen Kläranlage unmittelbar vor der Übergabe an das kommunale Abwassersystem. Der pH-Wert dient an dieser Stelle als zentraler Kontrollparameter für die Einleitung der Abwasserfrachten. Veränderungen im pH-Wert können auf Prozessabweichungen oder unzureichende Neutralisation hinweisen. Durch eine kontinuierliche Messung lassen sich solche Abweichungen frühzeitig erkennen, sodass der Betreiber zeitnah reagieren und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten kann. Typischerweise erfolgt dies durch die gezielte Dosierung von Neutralisationsmitteln über sogenannte Impfstellen innerhalb der Abwasserbehandlung. Dadurch kann der pH-Wert wieder in den zulässigen Bereich gebracht werden, bevor das Wasser in das kommunale Netz abgegeben wird.

Die Bedieneinheit Smartmac 200: Der stromschleifengespeiste Sensor in 2-Leiter-Ausführung ermöglicht die direkte Übertragung an das Leitsystem per 4…20 mA/Hart.

Robuste Sensorik für anspruchsvolle Abwasseranwendungen

Für die Realisierung der Messaufgabe kam der digitale pH-Sensor Smartpat PH 8320 von Krohne zum Einsatz. Der Sensor ist speziell für Anwendungen in der Wasser- und Abwassertechnik ausgelegt und bietet eine robuste Konstruktion für anspruchsvolle Prozessbedingungen. Der potentiometrische pH-Sensor verfügt über einen integrierten Pt1000-Temperaturfühler, der eine automatische Temperaturkompensation der Messung ermöglicht. Da pH-Messungen stark temperaturabhängig sind, trägt diese Funktion wesentlich zur Messgenauigkeit bei.

Für den Einsatz in industriellem Abwasser ist der Sensor mit einem PTFE-Diaphragma ausgestattet. Dieses schmutzabweisende Diaphragma reduziert die Anfälligkeit gegenüber Verschmutzungen und Ablagerungen, die in Abwasseranwendungen häufig auftreten. Dadurch verlängern sich die Wartungsintervalle und die Messstabilität bleibt über einen längeren Zeitraum erhalten. Ein weiteres Merkmal ist der integrierte Transmitter des Sensors. Der Smartpat PH 8320 arbeitet als stromschleifengespeister 2-Leiter-Sensor und stellt seine Messwerte direkt über ein 4…20-mA-Signal mit Hart-Kommunikation zur Verfügung. Damit lässt sich der Sensor ohne zusätzlichen externen Messumformer direkt in das Prozessleitsystem integrieren.

Der Smartmac 200 ist eine Bedieneinheit zur Kalibrierung und Konfiguration von Smartpat-Sensoren vor Ort.

Installation mit automatischer Wechselarmatur

Die Installation des Sensors erfolgte in einer PVC-Prozessleitung mit Nennweite DN50, die sich innerhalb eines Messcontainers befindet. Um Wartung, Reinigung und Kalibrierung möglichst einfach durchführen zu können, wurde der Sensor in eine automatische Wechselarmatur Sensofit RAM 5830 integriert. Diese pneumatische Wechselarmatur ermöglicht es, den Sensor während des laufenden Betriebs aus der Prozessleitung herauszufahren. Dadurch können Wartungs- oder Kalibrierarbeiten durchgeführt werden, ohne den Prozess unterbrechen zu müssen. Ein weiterer Vorteil der Armatur ist die integrierte Reinigungsfunktion. Über entsprechende Anschlüsse kann der Sensor automatisch gespült werden, wodurch sich Ablagerungen oder Verschmutzungen auf der Sensormembran entfernen lassen. Gerade in Abwasseranwendungen mit erhöhtem Feststoffanteil trägt diese automatische Reinigung wesentlich zur langfristigen Messstabilität bei.

Lokale Bedienung und Kalibrierung

Neben der Einbindung in das Leitsystem wünschte der Betreiber eine Möglichkeit zur lokalen Anzeige und Bedienung der Messstelle. Hierfür wurde zusätzlich die Bedieneinheit Smartmac 200 eingesetzt. Diese kompakte Einheit ermöglicht die Konfiguration und Kalibrierung von Smartpat-Sensoren direkt vor Ort. Darüber hinaus stellt sie Funktionen für den Sensoraustausch sowie Diagnose- und Logbuchfunktionen bereit. Fehlerereignisse und Kalibrierdaten können somit direkt an der Messstelle nachvollzogen werden. Für die Kalibrierung wird der Sensor mithilfe der pneumatischen Wechselarmatur aus der Prozessleitung herausgezogen und in eine entsprechende Pufferlösung gehalten. Die Kalibrierung kann anschließend über die Bedieneinheit durchgeführt werden. Nach Abschluss des Vorgangs wird der Sensor wieder automatisch in die Prozessleitung eingefahren. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Parametrierung und Kalibrierung auch über einen PC vorzunehmen.

Betriebsvorteile für den Anlagenbetreiber

Durch die kontinuierliche pH-Messung am Ablauf der betriebseigenen Abwasserreinigungsanlage erhält der Betreiber eine lückenlose Prozessüberwachung der abgegebenen Abwasserfrachten. Abweichungen vom zulässigen pH-Bereich können frühzeitig erkannt werden, wodurch eine schnelle Reaktion im Prozess möglich ist. Dies trägt dazu bei, zusätzliche Kosten durch erhöhte Abwasserabgaben zu vermeiden und gleichzeitig die Einhaltung der vereinbarten Einleitbedingungen sicherzustellen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem integrierten Transmitterkonzept des Sensors. Da kein externer Messumformer erforderlich ist, reduzieren sich sowohl die Investitionskosten als auch der Installationsaufwand. Die Messdaten werden direkt in das Prozessleitsystem übertragen und stehen dort für Monitoring, Dokumentation und Prozessoptimierung zur Verfügung.

Auch im laufenden Betrieb bietet die Lösung Vorteile. Die Kombination aus schmutzresistentem Sensor, automatischer Reinigung und pneumatischer Wechselarmatur führt zu verlängerten Wartungsintervallen und geringeren Wartungskosten. Sensorwartung und Kalibrierung können schnell und ohne Prozessunterbrechung durchgeführt werden. Für den Betreiber ergibt sich dadurch eine zuverlässige und wirtschaftliche Lösung zur Überwachung eines zentralen Abwasserparameters.