TOC-Bestimmung im Abwasser
  • Der Bedarf nach zuverlässiger Online-Analytik in der Abwasserkontrolle ist hoch.
  • Das Überwachen des TOC-Gehalts mittels nasschemischer Oxidationsmethode ist für viele Anwendungen ein kostengünstiger und wartungsarmer Ersatz zur Verbrennungsmethode oder Alternative zu anderen Summenparametern wie CSB oder BSB5.
  • Das System zeichnet sich durch den Einsatz von robusten Bauteilen mit beständigen Materialien aus, sodass auch regelmäßige Wartungsarbeiten kostengünstig und kalkulierbar sind.

Durch die Online-TOC-Überwachung können die Abbauprozesse in Kläranlagen gesteuert werden, da Veränderungen im Abbauverhalten zeitnah und zuverlässig ermittelt und Maßnahmen eingeleitet werden können. Somit werden Flora und Fauna der Gewässer, in die Industrie und Kommunen das gereinigte und behandelte Abwasser einleiten, geschützt. Beim TOC wird die komplette organische Belastung eines Wassers oder Abwassers erfasst, auch nicht biologisch abbaubare und schwer oxidierbare Stoffe. Mit dem Online-Analyzer ADI 7010 lässt sich diese Kenngröße einfach, robust und zuverlässig zu bestimmen.

Ein Summenparameter auf der Überholspur
Die Menge an organischen Verbindungen in einer Probe bzw. der Grad ihrer organischen Verunreinigung lassen sich anhand verschiedener Indikatoren messen. Neben den üblichen Summenparametern wie BSB5 (biochemischer Sauerstoffbedarf) oder CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) ist ein Parameter auf dem Vormarsch: der TOC (gesamter organischer Kohlenstoff). Mit dem Online-Analyzer ADI 7010 kann anhand des TOC Auskunft über die Verunreinigung einer Abwasserprobe gegeben werden.

TOC-Onlineüberwachung im Trend
In vielen Bereichen der Abwasseranalytik ist es bisher üblich, die behördlichen Vorgaben für verschiedenste Parameter in regelmäßigen Zyklen im werkseigenen oder externen Labor zu analysieren. Mischproben oder repräsentative Stichproben werden oft nur einmal täglich oder seltener überprüft. Ein qualifiziertes Messergebnis liegt meist erst am Folgetag vor. Darüber hinaus geben die Misch- bzw. Stichproben keine Aussage über den tatsächlichen Konzentrationsverlauf eines Parameters. Eine Überschreitung des Grenzwertes oder mögliche Probleme in der Anlage werden oft zu spät und teilweise gar nicht entdeckt. Auch Umweltbehörden können bei Stichproben Mängel in der Aufreinigung feststellen und die Auflagen für einen Betrieb verschärfen, wodurch hohe Investitionskosten und eine strengere Überwachung durch die Aufsichtsbehörde entstehen.

Die Online-Analytik ist ein bewährtes Hilfsmittel, um den Abwasserlauf kontinuierlich zu überwachen. Sie dient als Ergänzung der routinemäßigen Laboranalytik bzw. kann diese auch entlasten, um Prozesse im Griff zu behalten.

Speziell bei der Online-TOC-Überwachung kann für Direkt- und auch für Indirekteinleiter rund um die Uhr eine Aussage über die organische Verschmutzung im Abwasserauslauf getroffen werden. Direkteinleiter haben für ihre Abwasserwerte strengere Auflagen zu erfüllen als Indirekteinleiter. Da indirekte Einleiter ihr Abwasser meist in kommunale Kläranlagen einleiten, müssen ebenfalls Grenzwerte eingehalten werden, um das mikrobielle Gleichgewicht in der biologischen Stufe der Klärung zu schützen.

Einfache Bestimmungsmethode schlägt aufwendige Methode – TOC ersetzt CSB
Neben dem TOC sind insbesondere bei der Abwasserüberwachung auch der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB5) und der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) von maßgeblicher Bedeutung und demzufolge auch in der Abwasserverordnung (AbwV) verankert. Der BSB5 wird als das Sauerstoffvolumen definiert, das die in 1 l Wasser befindlichen Mikroorganismen innerhalb von fünf Tagen verbrauchen, um die Belastung abzubauen. Der CSB ist ein Maß für die oxidierbaren Stoffe in einer wässrigen Probe. Bei dieser Methode kommen vor allem toxische und chromhaltige Reagenzien sowie Quecksilberverbindungen zum Einsatz. Der TOC hat hier einen entscheidenden Vorteil: Man erhält nach einer kurzen Analysedauer von wenigen Minuten ein präzises Analyseergebnis im Online-Betrieb unter Verwendung von ungefährlichen Reagenzien.

In Deutschland erlaubt die Abwasserverordnung, dass der CSB, der noch immer als entscheidender Abwasserrichtwert für die organische Belastung eingesetzt wird, auch dann als eingehalten gilt, wenn der TOC nicht mehr als ein Viertel des CSB beträgt. Das heißt, der CSB kann nach Absprache mit der zuständigen Aufsichtsbehörde durch den TOC ersetzt werden.
Im Feld werden viele Messmethoden eingesetzt, die einen CSB-Wert ausgeben, der nicht DIN-konform ist. Bei diesen CSB-Sonden wird komplett auf Reagenzien verzichtet. Die Messung erfolgt direkt im Abwasserstrang über ein UV/VIS-Spektrum. Matrixveränderungen und zu hohe Konzentrationsveränderungen werden deshalb nur unzureichend erfasst.

Verbrennung ist nicht immer die Lösung
Der TOC kann mit verschiedenen Methoden bestimmt werden. Im Prinzip sind jedoch alle TOC-Analysatoren gleich aufgebaut: Eine flüssige Probe wird entnommen und der anorganische Kohlenstoff durch Ansäuern der Probe entfernt. Anschließend werden die organischen Kohlenstoffbestandteile zu Kohlenstoffdioxid (CO2) aufgeschlossen. Das CO2 wird nun zu einem Detektor geleitet und vermessen. Dabei wird der Kohlenstoff C in mg/l ausgegeben. Als Detektion hat sich der nicht dispersive Infrarot-Detektor (NDIR) etabliert, der ausschließlich CO2 bei einer spezifischen Wellenlänge detektiert.

Der Aufschluss der organischen Bestandteile kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Die wohl gängigste Methode ist der Hochtemperaturaufschluss, der ab 650 °C katalysatorunterstützt oder bei 1.200 °C alle Organik in der Probe verbrennt. Die Analysen erfolgen dabei diskontinuierlich, da der Ofen mit einer Injektionsnadel bei jeder Analyse neu befüllt werden muss. Eine andere effektive und kostengünstige Methode ist der nasschemische Aufschluss mit UV-Licht unter Verwendung eines starken Oxidationsmittels, meist Persulfat. Diese Methode läuft kontinuierlich ab. In der Tabelle sind weitere Vor- und Nachteile der beiden Aufschlussmethoden dargestellt.

Der Online-Analyzer ADI 7010 verwendet diese nasschemische Aufschlussmethode. Das System mit seinem einfachen Geräteaufbau und einem geringen Wartungsaufwand ist aufgrund jahrelanger Erfahrung mit TOC-Analysatoren für den Online-Betrieb entwickelt worden. Wie andere Online-Analysatoren des Herstellers zeichnet er sich darüber hinaus durch eine hohe Robustheit aus, so dass das System bis zu mehreren Wochen ohne manuelle Eingriffe durchlaufen kann und die kontinuierliche Prozesskontrolle damit stets gewährleistet ist.

Die Aufschlussmethode eignet sich besonders für gereinigte Abwässer, um beispielsweise den Kläranlagenauslauf in Oberflächengewässer oder Indirekteinleitungen in städtische Kläranlagen zu überwachen. Ein weiterer Anwendungsbereich umfasst Kühlwässer für Kraftwerke und Produktionen, die meist aus umgebenen Flüssen herangezogen werden und anschließend wieder dorthin zurückgeführt werden.

Mit einer TOC-Überwachung können zeitnah Leckagen im Kühlprozess aufgedeckt werden und notwendige Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Die Methode eignet sich außerdem zur Überwachung von Prozesswasser, zum Beispiel bei der Getränkeherstellung, um die Flüssigproben dauerhaft entweder auf einen bestimmten Inhaltsstoff wie Zucker zu überprüfen oder um das Spülwasser von Flaschenreinigungsmitteln auf Verschmutzungen zu kontrollieren und es effektiver einzusetzen und auszutauschen.

Eine saubere Sache
Der ADI 7010 zur Online-Überwachung des TOC ist also in vielerlei Hinsicht eine saubere Sache. Gefahren für die Umwelt werden schnell erkannt und können vermieden werden. Statt dem CSB mit seinen gesundheitsschädlichen Reagenzien werden für die TOC-Analytik weit weniger aggressive Substanzen eingesetzt. Darüber hinaus ist der Analysator eine kostengünstige Alternative für gesäuberte Wässer mit geringem Wartungsaufwand und einem robusten Aufbau.

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