Meerwasserentsalzung prozesstechnisch überwacht
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Bild 1. Der CTI-500 wird zur Messung und Steuerung der Leitfähigkeit und Konzentration von flüssigen Medien eingesetzt
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Bild 2. Die konduktive Messzelle Tecline CR sorgt in Verbindung mit dem Messumformer und Regler Dtrans CR 02 für eine komfortable Messung von niedrigen Leitfähigkeitswerten
Obwohl unser Planet zu mehr als 70 % mit Wasser bedeckt ist, sind nur 2,5 % davon trinkbares Süßwasser. Dementsprechend wichtig ist die Meerwasserentsalzung vor allem für Dürreregionen am Meer. Eine sichere Entsalzung erfordert die maßgeschneiderte Sensorik und Mess- bzw. Registriertechnik, um zum Beispiel die Leitfähigkeit kontinuierlich zu überwachen. Bei Jumo sind die entsprechenden Produkte aus einer Hand erhältlich.
Das Meerwasser hat eine Salzkonzentration zwischen 10 g/l und 40 g/l. Durch Verringerung des Salzgehalts kann aus Meerwasser Trink- oder Prozesswasser gewonnen werden. Dieser Vorgang beruht auf dem technisch recht einfach umzusetzenden Prinzip der Umkehrosmose. Dabei wird das Meerwasser unter hohem Druck von 60 bar bis 80 bar durch eine semipermeable Membran gepresst, die nur bestimmte Ionen und Moleküle durchlässt. Die Sicherung der Wasserqualität erfordert eine regelmäßige Kontrolle des Prozesses.
Induktiv messen bei hohem Salzgehalt
Werden bei der Meerwasserentsalzung herkömmliche konduktive Zwei- oder Vier-Elektroden-Messzellen verwendet, können durch den hohen Salzgehalt Messfehler oder Sensorausfälle auftreten. Für die Leitfähigkeitsmessung im Meerwasser ist daher die induktive Messtechnik besser geeignet. Diese Messmethode kommt in der Regel von 100 µS/cm bis 2 000 mS/cm zum Einsatz.
Sie erlaubt eine weitgehend wartungsfreie Erfassung der Leitfähigkeit – auch bei schwierigen Medienverhältnissen. Im Gegensatz zum konduktiven Messverfahren treten bei der induktiven Messtechnik typische Probleme, wie Elektrodenzersetzung und Polarisation, praktisch nicht auf.
Für die Leitfähigkeitsmessung vor dem Prozessschritt der Umkehrosmose bietet Jumo den wartungsarmen induktiven Leitfähigkeitsmessumformer CTI-500 an (Bild 1). Sein eingebauter Pt1000-Temperaturfühler ermöglicht eine exakte und schnelle Temperaturkompensation, die bei der Messung der Leitfähigkeit von besonderer Bedeutung ist. Zur Grenzwertüberwachung von Leitfähigkeit bzw. Konzentration und/oder Temperatur sind zwei integrierte Schaltausgänge frei programmierbar. Außerdem können Alarm- und Steuerungsaufgaben zugeordnet werden.
Bedienen lässt sich der Messumformer sowohl über Folientastatur und Klartext-Grafikdisplay (Bediensprache umschaltbar) als auch über ein komfortables PC-Set-up-Programm. Das beleuchtete Display ermöglicht eine intuitive, unkomplizierte Anwendung. Der drehbare Gehäusedeckel ermöglicht ein Ablesen des Displays sowohl bei der Montage in senkrecht als auch in waagerecht laufenden Rohrleitungen.
Niedrige Leitfähigkeit konduktiv messen
Durch Umkehrosmose wird die Konzentration der gelösten Stoffe um 95 % bis 98 % verringert. Anschließend kann man die konduktive Leitfähigkeitsmessung verwenden, da der Salzgehalt des ablaufenden Wassers gering ist. Diese Methode erlaubt die Messung von niedrigen Leitfähigkeitswerten (0,055 µS/cm bis 200 mS/cm). Dafür hat Jumo die robusten konduktiven Zwei-Elektroden-Leitfähigkeitsmesszellen Tecline Lf im Programm (Bild 2). Durch eine Verkürzung der aktiven Messelektroden erlauben diese Messzellen den Einbau auch bei kleineren Rohrdurchmessern bzw. Probevolumina.
Zur Ausstattung des Sensors gehört das modulare Prozessanschluss-Adapter-System Peka, welches sich schnell mit jedem vom Kunden gewünschten Prozessanschluss versehen lässt. Der passende Adapter, zum Beispiel Clamp, Varivent, Milchkegel oder Einschweißstutzen, wird als Modul auf den Sensor geschraubt.
Messumformer und Regler mit Extras
Auch der Messumformer und Regler Dtrans CR 02 ist für die Leitfähigkeitsmessung nach der Umkehrosmose geeignet (Bild 2). Das modulare 96 mm × 48 mm × 90 mm große Gerät hat ein kontrastreiches grafisches LCD mit Hintergrundbeleuchtung. Das Display ermöglicht eine gute Ablesbarkeit der Messwerte als digitaler Zahlenwert, als Bargraph und als grafische Trendkurve. Zusätzlich bietet der Messumformer und Regler eine Klartextbedienung, was die Konfiguration vereinfacht und den Bediener bei der korrekten Programmierung des Geräts unterstützt.
Neben allen klassischen Möglichkeiten für eine Flüssigkeitsanalyse enthält der Dtrans CR 02 auch einige nützliche Sonderfunktionen, wie Durchflussmessung, Datenloggerfunktion und Mathematikmodul. Dadurch kann er parallel zu der Leitfähigkeit über den Normsignal- oder den Binäreingang (Impulszähler) Durchflussmengen erfassen. Diese Mengenmessung lässt sich als Störgröße für eine Regelung verwenden. Außerdem sind die Durchflussmengen mit Tages- und Summenwert als Anzeigewert abrufbar. Über die gemessenen Werte können Alarm- oder Schaltfunktionen ausgelöst werden.
Der Datenlogger ermöglicht die Aufzeichnung sowie die Dokumentation von Prozessen und unterstützt deren Analyse. Er kann bis zu 43 500 Datensätze speichern (Ringspeicher), was – je nach Auflösung – einer Speicherzeit von ca. 10 h bis 150 Tagen entspricht. Die Daten lassen sich per Set-up-Programm auslesen und mit einem Microsoft-Office-Produkt weiterverarbeiten.
Mit dem Mathematikmodul ist der Anwender in der Lage die Messsignale beliebig mathematisch zu kombinieren und auszuwerten. Zur Verfügung stehen unter anderem Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division, Quadratwurzel, Logarithmus und Exponentialfunktion. Das Modul erlaubt zum Beispiel die Bewertung der Effizienz des Umkehrosmoseprozesses.
Fazit
Gemäß deutscher Trinkwasserverordnung darf die Leitfähigkeit von Trinkwasser einen Wert von 2 500 µS/cm nicht überschreiten. Für eine sichere Entsalzung ist die kontinuierliche Überwachung dieses Werts unbedingt erforderlich. Da das Wasser vor und nach dem Prozessschritt der Umkehrosmose stark unterschiedliche Leitfähigkeitswerte aufweist, setzt man sowohl das induktive als auch das konduktive Messverfahren ein. Dafür bietet Jumo die komplette Produktpalette von der Sensorik bis zur Regelung und Überwachung.
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Autor: Dr. Öznur Brandt ist Branchenmanagerin Wasser- und Umwelttechnik bei der Jumo GmbH & Co. KG in Fulda.
