DE102019120415A1 - Verfahren zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle sowie Messstelle zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle (1), wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:- Bereitstellen einer von einem Prozessmedium durchflossenen Messstelle (1) und eines Analysenmessgerätes (2),- Schließen des Auslassventils (11), so dass kein Prozessmedium durch das Auslassventil (11) an den Ablauf (4) abfließt,- Schließen des Einlassventils (10), so dass kein Prozessmedium vom ersten Zulauf (3) in die Messstelle (1) mehr eingespeist wird und sich ein vorbestimmtes Volumen an Prozessmedium in der Messstelle (1) befindet,- Einspeisen eines vorbestimmten Volumens des Analyten in die Messstelle (1) durch das Einlassventil (10) von dem zweiten Zulauf (5),- Umwälzen des Analyten und des Prozessmediums durch die Pumpe (14), so dass der Strömungskreislauf (S) erzeugt wird und das Analysenmessgerät (2) durch ein Analyten-Prozessmediums-Gemisch angeströmt wird, wobei eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit des Analyten-Prozessmediums-Gemischs durch die Pumpe (14) eingestellt wird,- Erfassen eines Messwerts durch das Analysenmessgerät (2),- Vergleichen des Messwerts mit einem Grenzwert,- Wiederholen der Schritte des Einspeisens, des Umwälzens, des Erfassens und des Vergleichens, wenn der Messwert den Grenzwert nicht übersteigt, so oft, bis der Messwert den Grenzwert übersteigt, wobei die eingespeisten vorbestimmten Volumina zu einem Gesamtvolumen des Analyten summiert werden,- Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität des Prozessmediums basierend auf dem eingespeisten Gesamtvolumens des Analyten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle, ein Verfahren zum Bestimmen eines Desinfektionsmittelbedarfs eines Prozessmediums sowie eine Messstelle zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums.
  • In der Analysemesstechnik, insbesondere im Bereich der Wasserwirtschaft, der Umweltanalytik, im industriellen Bereich, z.B. in der Lebensmitteltechnik, der Biotechnologie und der Pharmazie, sowie für verschiedenste Laboranwendungen sind Messgrößen wie der pH-Wert, die Leitfähigkeit, oder auch die Konzentration von Analyten, wie beispielsweise Ionen oder gelösten Gasen in einem gasförmigen oder flüssigen Messmedium von großer Bedeutung. Diese Messgrößen können beispielsweise mittels Analysenmessgeräte, insbesondere elektrochemischer Sensoren erfasst und/oder überwacht werden, wie zum Beispiel potentiometrische, amperometrische, voltammetrische oder coulometrische Sensoren, oder auch Leitfähigkeitssensoren.
  • Im Bereich der Wasserwirtschaft, insbesondere bei der Überwachung von Trinkwasser, Ballastwasser in Schiffen, Wasser in Schwimmbädern, werden sogenannte Desinfektionssensoren eingesetzt, welche dazu geeignet sind, unterschiedliche Parameter, z.B. Chlor, Chlordioxid, Brom, Wasserstoffperoxid usw. zu messen. Diese Sensoren kommen zum Einsatz, wenn der Gehalt der jeweiligen Spezies überwacht werden muss, um einen antibakteriellen Zustand der Prozessanlagen zu gewährleisten.
  • Desinfektionssensoren zeigen zudem eine Abhängigkeit des Messwertes von der Anströmung der Sensormembran. Für zuverlässige Messergebnisse ist es daher wichtig die Anströmung zu kennen und diese präzise einstellen zu können.
  • Desinfektionssensoren sind meist Teil einer Messstelle oder gar eines Regelkreises. Messstellen können z.B. als Durchflussarmaturen oder als Einschraubstutzen ausgeführt sein. Durchflussarmaturen werden gegenüber Einschraubstutzen bevorzugt, da mit diesen die Strömung an der Sensormembran eingestellt werden kann.
  • Bisher werden Desinfektionssensoren auf eine bestimmte Konzentration eines Desinfektionsmediums geregelt, um eine gleichförmige Desinfektion zu realisieren.
  • Jedoch beachtet diese Art von Regelung nicht die Zehrungsrate des verwendeten Desinfektionsmediums im Prozessmedium. Unter Zehrungsrate wird die Geschwindigkeit der Zehrung bzw. des Verbrauchs an Desinfektionsmedium im Prozessmedium verstanden. Somit kann es bei einer herkömmlichen Regelung des Desinfektionsmediums zu einer Überdosierung an Desinfektionsmittel kommen, was Mehrkosten an Desinfektionsmittel verursacht.
  • Bei der Dosierung von Säuren und Laugen weißen Medien häufig eine Pufferkapazität auf. Unter Pufferkapazität wird dabei die Menge an Säure oder Lauge verstanden, welche von einem Medium ohne wesentliche Änderung des pH-Wertes abgefangen werden kann. Die Pufferkapazität eines Prozessmediums mit einer in einem Prozess eingebauten Messstelle zu bestimmen, ohne den Sensor auszubauen, ist bisher nicht bekannt.
  • Bei einer komplexometrischen Titration, wie beispielsweise einer Härtebestimmung, wird die unterschiedliche Bildung von farbigen Komplexen bestimmt. Es wird die Aufnahmekapazität eines Mediums bis zu einem Farbumschlag ermittelt. Die Aufnahmekapazität eines Prozessmediums mit einer in einem Prozess eingebauten Messstelle zu bestimmen, ohne den Sensor auszubauen, ist bisher nicht bekannt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es somit, die chemische Aufnahmekapazität eines Prozessmediums zu bestimmen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle gemäß Anspruch 1.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte:
    • - Bereitstellen einer von einem Prozessmedium durchflossenen Messstelle und eines Analysenmessgerätes, wobei die Messstelle ein Einlassventil, ein Auslassventil, einen Analysenbehälter, einen Dosierbehälter und eine Pumpe aufweist,
      • wobei das Einlassventil mit einem ersten Zulauf, für ein Einspeisen des Prozessmediums, einem zweiten Zulauf für ein Einspeisen eines Analyten, dem Analysenbehälter und dem Dosierbehälter verbunden ist,
      • wobei das Auslassventil mit einem Ablauf, dem Analysenbehälter und dem Dosierbehälter verbunden ist,
      • wobei das Einlassventil, der Analysenbehälter, der Dosierbehälter und das Auslassventil derart miteinander verbunden sind, dass ein Strömungskreislauf in der Messstelle realisierbar ist,
      • wobei die Pumpe derart angeordnet ist, dass sie dazu geeignet ist, den Strömungskreislauf zu erzeugen,
      • wobei das Analysenmessgerät im Analysenbehälter angeordnet ist und mit dem Prozessmedium in Kontakt ist,
    • - Schließen des Auslassventils, so dass kein Prozessmedium durch das Auslassventil an den Ablauf abfließt,
    • - Schließen des Einlassventils, so dass kein Prozessmedium vom ersten Zulauf in die Messstelle mehr eingespeist wird und sich ein vorbestimmtes Volumen an Prozessmedium in der Messstelle befindet,
    • - Einspeisen eines vorbestimmten Volumens des Analyten in die Messstelle durch das Einlassventil von dem zweiten Zulauf,
    • - Umwälzen des Analyten und des Prozessmediums durch die Pumpe, so dass der Strömungskreislauf erzeugt wird und das Analysenmessgerät durch ein Analyten-Prozessmediums-Gemisch angeströmt wird,
    wobei eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit des Analyten-Prozessmediums-Gemischs durch die Pumpe eingestellt wird,
    • - Erfassen eines Messwerts durch das Analysenmessgerät,
    • - Vergleichen des Messwerts mit einem Grenzwert,
    • - Wiederholen der Schritte des Einspeisens, des Umwälzens, des Erfassens und des Vergleichens, wenn der Messwert den Grenzwert nicht übersteigt, so oft, bis der Messwert den Grenzwert übersteigt, wobei die eingespeisten vorbestimmten Volumina zu einem Gesamtvolumen des Analyten summiert werden,
    • - Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität des Prozessmediums basierend auf dem eingespeisten Gesamtvolumens des Analyten.
  • Anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums eines Desinfektionsmittels wird der Verbrauch an Desinfektionsmedium und die Desinfektionswirkung optimiert.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Grenzwert ein Desinfektionsmittelgehalt und das Analysenmessgerät ist ein Desinfektionssensor.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Grenzwert eine Zehrungsrate eines Desinfektionsmittels und der Schritt des Erfassens eines Messwerts umfasst das Erfassen eines Messwertpaares mit einem ersten Messwert und einem zweiten Messwert.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den dem Erfassen des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts ein Zeitintervall, vorzugsweise kleiner als 10 Minuten, besonders vorzugsweise kleiner als 1 Minute.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geschehen die Schritte des Einspeisens, des Umwälzens und des Erfassens des ersten Messwerts zeitgleich oder innerhalb eines Zeitintervalls kleiner als 1 Minute, besonders vorzugsweise kleiner als 10 Sekunden.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen eines Desinfektionsmittelbedarfs eines Prozessmediums gemäß Anspruch 6.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • - Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle,
    • - Berechnen eines Desinfektionsmittelbedarfs basierend auf der Summe der eingespeisten Volumina an Desinfektionsmittel und eines Gesamtvolumens an Prozessmedium oder einem Volumenstrom an Prozessmedium,
    • - Einspeisen der berechneten Menge an Desinfektionsmittel in die Messstelle durch das Einlassventil von dem zweiten Zulauf während das Prozessmedium vom ersten Zulauf durch die Messstelle zum Ablauf fließt.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Messstelle zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums gemäß Anspruch 7.
  • Die erfindungsgemäße Messstelle umfasst:
    • ein Einlassventil, ein Auslassventil, einen Analysenbehälter, einen Dosierbehälter und eine Pumpe mit einer regelbaren Förderrate,
    • wobei das Einlassventil mit einem ersten Zulauf für ein Einspeisen eines Prozessmediums, einem zweiten Zulauf für ein Einspeisen eines Analyten, dem Analysenbehälter und dem Dosierbehälter verbunden ist,
    • wobei das Auslassventil mit einem Ablauf, dem Analysenbehälter und dem Dosierbehälter verbunden ist,
    • wobei das Einlassventil, der Analysenbehälter, der Dosierbehälter und das Auslassventil derart miteinander verbunden sind, dass ein Strömungskreislauf in der Messstelle realisierbar ist,
    • wobei die Pumpe derart angeordnet ist, dass sie dazu geeignet ist, den Strömungskreislauf zu erzeugen,
    wobei das Analysenmessgerät im Analysenbehälter derart angeordnet ist, dass das Analysenmessgerät vom Strömungskreislauf anströmbar ist
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Messstelle des Weiteren einen Bypasskanal, welcher den ersten Zulauf und den Ablauf verbindet, um einen Teil des Prozessmedium vom ersten Zulauf am Analysenbehälter und am Dosierbehälter vorbei zum Ablauf zu führen, wobei im Bypasskanal ein erstes Antriebsmittel der Pumpe angeordnet ist und ein zweites Antriebsmittel der Pumpe im Strömungskreislauf angeordnet ist, wobei das erste Antriebsmittel dazu geeignet ist, das zweite Antriebsmittel anzutreiben.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Einlassventil als Mehrwegeventil ausgestaltet.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Analysenmessgerät ein elektrochemischer Chlorsensor und/oder ein elektrochemischer Chlordioxidsensor und/oder ein Bromsensor und/oder ein pH-Sensor und/oder ein Leitfähigkeitssensor und/oder ein Gelöst-Sauerstoff-Sensor.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messstelle;
    • 2: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Messstelle aus 1 mit einem Bypasskanal; und
    • 3: eine schematische Darstellung der Zehrung eines Desinfektionsmittels.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messstelle 1. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messstelle 1 eine Durchflussmessstelle. Die Messstelle 1 umfasst ein Einlassventil 10, ein Auslassventil 11, einen Analysenbehälter 12, einen Dosierbehälter 13 und eine Pumpe 14. Im Analysenbehälter 12 ist ein Analysenmessgerät 2 angeordnet.
  • Das Einlassventil 10 ist mit einem ersten Zulauf 3 für ein Einspeisen eines Prozessmediums, einem zweiten Zulauf 5 für ein Einspeisen eines Analyten, dem Analysenbehälter 12 und dem Dosierbehälter 13 verbunden.
  • Das Auslassventil 11 ist mit einem Ablauf 4, dem Analysenbehälter 12 und dem Dosierbehälter 13 verbunden. Das Einlassventil 10 ist vorzugsweise als Mehrwegeventil, zum Beispiel als Vier-Wege-Ventil ausgestaltet. Das Einlassventil 10 kann in einer Ausführungsform derart ausgeführt werden, dass die vier Wege des Einlassventils 10 räumlich getrennt angeordnet sind.
  • Das Einlassventil 10, der Analysenbehälter 12, der Dosierbehälter 13 und das Auslassventil 11 sind derart miteinander verbunden, dass ein Strömungskreislauf S in der Messstelle 1 realisierbar ist. Die Pumpe 14 ist derart angeordnet, dass sie dazu geeignet ist, den Strömungskreislauf S zu erzeugen. In 1 ist die Pumpe 14 zwischen dem Einlassventil 10 und dem Dosierbehälter 13 angeordnet. Jedoch kann die Pumpe 14 auch an anderen Stellen innerhalb des Strömungskreislaufes S angeordnet sein. Die Pumpe 14 weist eine regelbare Förderrate auf. Das Analysenmessgerät 2 ist im Analysenbehälter 12 derart angeordnet, dass das Analysenmessgerät 2 vom Strömungskreislauf S anströmbar ist.
  • Das Analysenmessgerät 2 ist zum Beispiel ein Chlorsensor und/oder ein Chlordioxidsensor und/oder ein Bromsensor und/oder ein pH-Sensor und/oder ein Leitfähigkeitssensor und/oder ein Gelöst-Sauerstoff-Sensor.
  • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Messstelle 1 mit einem sogenannten Bypasskanal 6. Der Bypasskanal 6 verbindet den ersten Zulauf 3 und den Ablauf 4, um das Prozessmedium vom ersten Zulauf 3 zum Ablauf 4 zu führen. Der Bypasskanal 6 ermöglicht eine Teilmenge des Prozessmediums vom ersten Zulauf 3 an dem Analysenbehälter 12 und dem Dosierbehälter 13 vorbei direkt zum Ablauf 4 zu führen. Im Bypasskanal 6 ist ein erstes Antriebsmittel 15 der Pumpe 14 angeordnet und ein zweites Antriebsmittel 16 der Pumpe ist im Strömungskreislauf S angeordnet. Das erste und zweite Antriebsmittel 15, 16 ist zum Beispiel ein Schaufelrad oder eine Turbinenart. Das erste Antriebsmittel 15 ist dazu geeignet, das zweite Antriebsmittel 16 anzutreiben. Das erste Antriebsmittel 15 ist zum Beispiel über eine Antriebswelle mit dem zweiten Antriebsmittel 16 verbunden. Zwischen dem ersten Antriebsmittel 15 und dem zweiten Antriebsmittel 16 kann auch ein Übersetzungsmittel, zum Beispiel ein Getriebe, angeordnet sein, um unterschiedliche Drehzahlen der zwei Antriebsmittel 15, 16 zu erzielen.
  • 2 zeigt des Weiteren ein Durchflussmessgerät 7, welches zwischen dem Einlassventil 10 und dem Analysenbehälter 12 angeordnet ist. Das Durchflussmessgerät 7 kann selbst verständlich an anderen Positionen im Strömungskreislauf S angeordnet sein. Das Durchflussmessgerät 7 ermöglicht die Messung einer Strömungsgeschwindigkeit. Selbstverständlich kann das Durchflussmessgerät 7 auch in den in 1 oder 3 dargestellten Messstellen 1 verwendet werden (dort nicht gezeigt). Alternativ oder ergänzend kann die Pumpe 14 zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit verwendet werden.
  • 3 zeigt einen schematischen Verlauf einer Konzentration eines Desinfektionsmittels, welches in dem in der Messstelle 1 eingeschlossenen Prozessmedium gelöst ist. In anderen Worten wird ein Verlauf einer Zehrung eines Desinfektionsmittels dargestellt. Zu den Zeitpunkten T1 - T3 wird Desinfektionsmittel in verschiedenen Konzentrationen durch den zweiten Zulauf 5 in die Messstelle 1 eingeleitet. Eine Sättigung des in der Messstelle 1 eingeschossenen Prozessmediums wird hierbei nicht erreicht, da das Desinfektionsmittel nach jeder Einleitung fast vollständig abgebaut, bzw. umgesetzt wird. Bei einer Sättigung würde die Konzentration nicht mehr abklingen, sondern auf einem konstanten Niveau quasi zeitunabhängig verweilen. Eine Sättigung des in der Messstelle eingeschlossenem Prozessmedium entspricht einer maximalen Aufnahme-Kapazität an Desinfektionsmittel des Prozessmediums. In anderen Worten entspricht ein Zehrungsverlauf mit einer Steigung gleich Null, der maximalen Aufnahme-Kapazität an Desinfektionsmittel. Ein weiteres Hinzufügen an Desinfektionsmittel würde einen weiteren Anstieg der Desinfektionsmittelkonzentration verursachen und eine Übersättigung des Prozessmediums bedeuten, was grundsätzlich zu vermeiden ist.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle beschrieben.
  • In einem ersten Schritt wird die oben bzgl. 1 beschriebene Messstelle 1 bereitgestellt.
  • Die Messstelle 1 wird derart bereitgestellt, dass die Messstelle 1 von dem Prozessmedium durchflossen wird. In anderen Worten ist die Messstelle 1 im Betrieb. Das Prozessmedium fließt somit vom ersten Zulauf 3 durch die Messstelle 1 bis zum Ablauf 4. In anderen Worten befindet sich hier die Messstelle 1 in einem Messbetrieb, um einen Parameter des Prozessmediums zu messen.
  • Das Prozessmedium wird vom ersten Zulauf 3 durch den Analysenbehälter 12 zum Ablass 4 geführt. In diesem Fall ist das Einlassventil 10 so geschaltet, dass das Einlassventil 10 mit dem ersten Zulauf 3 und dem Analysenbehälter 12 kommuniziert und das Auslassventil 11 ist so geschaltet, dass das Auslassventil 11 nur mit dem Analysenbehälter 12 und dem Ablass 4 kommuniziert.
  • In einem nächsten Schritt wird das Auslassventils 11 geschlossen, so dass kein Prozessmedium durch das Auslassventil 11 an den Ablauf 4 abfließt. So kann ein Kapazitätsbestimmungsbetrieb, um die chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums zu bestimmen, erfolgen.
  • Dann wird das Einlassventil 10 geschlossen, so dass kein Prozessmedium vom ersten Zulauf 3 in die Messstelle 1 mehr eingespeist wird. Dies bedeutet, dass sich eine vorbestimmte Menge an Prozessmedium zwischen dem Einlassventil 10 und dem Auslassventil 11 befindet.
  • Der Schritt des Schließens des Auslassventils 11 kann auch nach dem Schritt des Schließens des Einlassventils 10 erfolgen, so dass eine vorbestimmte Menge, welche geringer ist als die maximal von der Messstelle aufnehmbare Menge an Prozessmedium ist, in der Messstelle enthalten bzw. eingeschlossen ist.
  • Optional kann vor dem Schritt des Schließens des Auslassventils 11 und des Schließens des Einlassventils 10 ein Schritt des Messens des Prozessmediums durch das Analysenmessgerät 2 und ein Schritt des Messens der Strömungsgeschwindigkeit des Prozessmediums durch ein Durchflussmessgerät 7 erfolgen.
  • 2, zeigt zum Zeitpunkt T1 den folgenden beispielhaften Schritt, und zwar das Einspeisen eines vorbestimmten Volumens des Desinfektionsmittels in die Messstelle 1 durch den zweiten Zulauf 5 des Einlassventils 10. Allgemein gesprochen kann natürlich anstelle des Desinfektionsmittels ein Analyt, bezüglich welchem die chemische Aufnahmekapazität des in der Messstelle eingeschlossenem Prozessmedium bestimmt werden soll, eingespeist werden. Somit kann bezüglich des Prozessmediums z.B. eine pH Pufferkapazität, eine Fällungsmitteldosierung, eine Komplexbildnerdosierung oder die Desinfektionsmittel Aufnahmekapazität bestimmt werden.
  • Als Desinfektionsmittel wird zum Beispiel Chlordioxid, freies Chlor, freies Brom, Wasserstoffperoxid, Peressigsäure oder Ozon verwendet.
  • Als nächstes wird das Desinfektionsmittel, bzw. der Analyt und das Prozessmedium durch die Pumpe 14 umgewälzt, d.h. gemischt, so dass der Strömungskreislauf S erzeugt wird und das Analysenmessgerät 2 durch das Desinfektionsmittel-Prozessmediums-Gemisch, bzw. ein Analyt-Prozessmediums-Gemisch angeströmt wird. Hierbei wird eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit durch die Pumpe 14 eingestellt. Wenn im Folgenden beispielhaft von Desinfektionsmittel-Prozessmediums-Gemisch die Rede ist, wird selbstverständlich auch ein Gemisch mit anderen Analyten als das Desinfektionsmittels, also allgemein gesprochen ein Analyt-Prozessmediums-Gemisch, verstanden.
  • Die vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit des Desinfektionsmittel-Prozessmedium-Gemischs wird vorzugsweise derart eingestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Desinfektionsmittel-Prozessmedium-Gemischs der durch das Durchflussmessgerät gemessenen Strömungsgeschwindigkeit des Prozessmediums entspricht. Somit ist eine genaue Kalibration möglich, da die Einsatzbedingungen des Analysenmessgeräts 2, sprich die genaue Strömungsgeschwindigkeit, des Messbetriebs auch in dem Desinfektionsbetrieb berücksichtigt werden.
  • Wie in 1 durch die Pfeile angedeutet, verläuft der Strömungskreislauf S im Uhrzeigersinn von dem Analysenbehälter 12, über das Einlassventil 10, über die Pumpe 14, über den Dosierbehälter 13, über das Auslassventil 11 zum Analysenbehälter 12. Somit hat der Strömungskreislauf S dieselbe Flussrichtung wie das Prozessmedium in einem Messbetrieb. Vorteilhafterweise wird das Analysenmessgerät 2 auf dieselbe Weise vom Prozessmedium angeströmt. Das Einlassventil 10 und das Auslassventil 11 sind derart geöffnet, dass der Analysenbehälter 12 und der Dosierbehälter 13 miteinander fluidtechnisch kommunizieren.
  • In einem nächsten Schritt wird durch das Analysenmessgerät 2 ein Messwert erfasst. Der Messwert ist beispielsweise Desinfektionsmittelgehalt, der pH-Wert des Prozessmediums, oder ein Messwert, der die Fällungsmitteldosierung oder Komplexbildnerdosierung kennzeichnet.
  • In einer Variante umfasst das Erfassen des Messwerts das Erfassen eines Messwertpaares mit einem ersten Messwert und einem zweiten Messwert.
  • Vorzugsweise ist zwischen den Schritten des Erfassens des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts ein Zeitintervall. Vorzugsweise ist dieses Zeitintervall kleiner als 10 Minuten, besonders vorzugsweise kleiner als 1 Minute. Das Zeitintervall ist in jedem Fall größer als 1 Sekunde.
  • Die Schritte des Einspeisens, des Umwälzens und des Erfassens des ersten Messwerts geschieht vorzugsweise zeitgleich oder während eines Zeitintervalls kleiner als 1 Minute, besonders vorzugsweise kleiner als 30 Sekunden. Eine zum Schritt des Einspeisens zeitnahe Ermittlung des ersten Messwerts und eine zur Ermittlung des ersten Messwerts zeitnahe Ermittlung des zweiten Messwerts ermöglicht eine rasche Ermittlung der Zehrungsrate des Desinfektionsmittels.
  • Anschließend wird der erfasste Messwert mit einem Grenzwert verglichen. Je nach Analyten und Analysenmessgerät kann ein spezifischer Grenzwert festgelegt werden. Bei einem Analysenmessgerät zur Desinfektionsmessung des Prozessmediums ist der Grenzwert zum Beispiel die Sättigung des Prozessmediums an Desinfektionsmittel. Der Grenzwert ist zum Beispiel die Zehrungsrate an Desinfektionsmittel eines Prozessmediums, beispielsweise eine Zehrungsrate von Null. Bei einem Analysenmessgerät als pH-Sensor ist der Grenzwert zum Beispiel ein vorbestimmter pH-Wert, z.B. pH=7.
  • Falls der Messwert den spezifischen vorbestimmten Grenzwert nicht überschritten/unterschritten hat, werden die oben genannten Schritte wiederholt, sprich:
    • - das Einspeisen eines vorbestimmten Volumens des Analyten in die Messstelle 1;
    • - das Umwälzen des Analyten und des Prozessmediums,
    • - das Erfassen des Messwerts, bzw. mindestens eines weiteren Messwerts,
    • - das Vergleichen des Messwerts, bzw. des Weiteren Messwerts mit dem Grenzwert.
    Bei jedem Wiederholen werden die vorbestimmten Volumina des in die Messstelle 1 eingespeisten Volumina zu einem eingespeisten Gesamtvolumen des Analyten summiert. Wenn nach mehrmaligem Wiederholen der Messwert den Grenzwert erreicht, bzw. überschritten/unterschritten hat, werden die Schritte nichtmehr widerholt.
  • Als nächsten wird basierend auf dem eingespeisten Gesamtvolumen des Analyten, die chemischen Aufnahmekapazität des in der Messstelle eingeschlossenen Prozessmediums bestimmt.
  • In der Ausführungsform, in welcher der Analyt ein Desinfektionsmittel ist, wird die Zehrungsrate des Desinfektionsmittels basierend auf dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert bestimmt.
  • Die Zehrungsrate gibt Aufschluss über den Desinfektionszustand des sich in der Messstelle 1 befindenden Prozessmedium. Die Zehrungsrate des Desinfektionsmittels kann anschließend verwendet werden, um den Desinfektionsbedarf des Prozessmediums zu bestimmen. Hierzu wird, wie oben beschrieben, die Zehrungsrate des Desinfektionsmittels bestimmt.
  • In dieser Ausführungsform werden die Schritte des Einspeisens eines vorbestimmten Volumens des Desinfektionsmittels in die Messstelle 1, des Umwälzens des Desinfektionsmittels durch die Pumpe 14, des Erfassens eines ersten Messwerts, des Erfassens eines zweiten Messwerts und des Vergleichens des Messwerts mit dem Grenzwert so oft wiederholt, bis die Zehrungsrate des Desinfektionsmittels gleich Null ist. Das Vergleichen mit dem Grenzwert bedeutet hier, dass falls die Zehrungsrate des Desinfektionsmittels ungleich Null ist, der Grenzwert noch nicht erreicht ist.
  • 3 zeigt ein Beispiel bei welchem zum Zeitpunkt T2 und T3 wiederholt Desinfektionsmittel in die Messstelle 1 eingespeist wird.
  • Unter einer Zehrungsrate, welche gleich „Null“ ist, wird in diesem Kontext verstanden, dass der Messwertunterschied zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert vernachlässigbar ist. Dies ist z.B. der Fall, wenn das Prozessmedium vollkommen „keimfrei“ ist und in welchem sich das Desinfektionsmittel nicht abbaut. Damit ist keine weitere Dosierung an Desinfektionsmittel erforderlich und es kann auf zusätzliches Desinfektionsmittel verzichtet werden.
  • Als nächstes kann der Desinfektionsmittelbedarf basierend auf der Summe der eingespeisten Volumina an Desinfektionsmittel und des Gesamtvolumens an Prozessmedium berechnet. Somit ergibt sich ein notwendiges Volumen an Desinfektionsmittel, um ein bestimmtes Volumen an Prozessmedium, z.B. ein Schwimmbecken, zu desinfizieren. Alternativ kann der Desinfektionsmittelbedarf für einen durch die Messstelle fließenden Volumenstrom an Prozessmedium berechnet werden, um z.B. eine Trinkwasserleitung mit Desinfektionsmittel anzureichern.
  • Basierend auf dem Desinfektionsmittelbedarf kann anschließend ein durch die Messstelle 1 fließendes Prozessmedium optimal, d.h. mit minimalem Desinfektionsmittelverbrauch, desinfiziert werden.
  • Hierzu muss zuerst der Desinfektionsmittelbedarf, wie oben beschrieben, bestimmt werden.
  • Anschließend wird das Einlassventils 10 und das Auslassventil 11 geöffnet, so dass das Prozessmedium die Messstelle 1 durchströmt.
  • Als nächstes wird ein Volumenstrom des die Messstelle 1 durchströmenden Prozessmediums durch ein Durchflussmessgerät 7 gemessen.
  • In einem weiteren Schritt wird ein vorbestimmtes Volumen an Desinfektionsmittel durch den zweiten Zulauf 5 des Einlassventils 10 in Abhängigkeit des zuvor bestimmten Desinfektionsmittelbedarfs und des zuvor bestimmten Volumenstroms zugegeben. Somit wird dem die Messstelle 1 durchströmende Prozessmedium eine optimale Menge an Desinfektionsmittel zugeführt. Hierdurch wird der Verbrauch an Desinfektionsmittel minimiert und so die Desinfektion des Prozessmediums optimiert. So kann zum Beispiel einer Trinkwasserversorgungsleitung mit einem bestimmten Volumenstrom ein minimales Volumen an Desinfektionsmittel beigefügt werden.
  • Alternativ kann der ermittelte Desinfektionsmittelbedarf auf ein Gesamtvolumen eines Prozessmediums, z.B. in einem Schwimmbecken umgerechnet werden, um das notwendige Volumen an Desinfektionsmittel zu bestimmen. Dieses Volumen an Desinfektionsmittel kann anschließend durch einen Benutzer einer Desinfektionsanlage dem Schwimmbecken zugeführt werden.
  • 2 zeigt eine Variante des in Bezug auf 1 beschriebenen Kalibrierverfahrens. Hierbei wird das erste Antriebsmittel 15 der Pumpe 14 während des Schritts des Umwälzens des Kalibriermedium-Prozessmedium-Gemischs durch das zweite Antriebsmittel 16 der Pumpe 14 angetrieben. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kalibriermediums im Strömungskreislauf S wird hierbei über ein Einstellen eines Übersetzungsverhältnisses der miteinander mechanisch verbundenen ersten Antriebsmittel 15 und zweiten Antriebsmittel 16 eingestellt. In dieser Variante wird das Durchflussmessgerät 7 dazu verwendet, die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskreislauf S zu überprüfen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle (1), wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen einer von einem Prozessmedium durchflossenen Messstelle (1) und eines Analysenmessgerätes (2), wobei die Messstelle (1) ein Einlassventil (10), ein Auslassventil (11), einen Analysenbehälter (12), einen Dosierbehälter (13) und eine Pumpe (14) aufweist, wobei das Einlassventil (10) mit einem ersten Zulauf (3), für ein Einspeisen des Prozessmediums, einem zweiten Zulauf (5) für ein Einspeisen eines Analyten, dem Analysenbehälter (12) und dem Dosierbehälter (13) verbunden ist, wobei das Auslassventil (11) mit einem Ablauf (4), dem Analysenbehälter (12) und dem Dosierbehälter (13) verbunden ist, wobei das Einlassventil (10), der Analysenbehälter (12), der Dosierbehälter (13) und das Auslassventil (11) derart miteinander verbunden sind, dass ein Strömungskreislauf (S) in der Messstelle (1) realisierbar ist, wobei die Pumpe (14) derart angeordnet ist, dass sie dazu geeignet ist, den Strömungskreislauf (S) zu erzeugen, wobei das Analysenmessgerät (2) im Analysenbehälter (12) angeordnet ist und mit dem Prozessmedium in Kontakt ist, - Schließen des Auslassventils (11), so dass kein Prozessmedium durch das Auslassventil (11) an den Ablauf (4) abfließt, - Schließen des Einlassventils (10), so dass kein Prozessmedium vom ersten Zulauf (3) in die Messstelle (1) mehr eingespeist wird und sich ein vorbestimmtes Volumen an Prozessmedium in der Messstelle (1) befindet, - Einspeisen eines vorbestimmten Volumens des Analyten in die Messstelle (1) durch das Einlassventil (10) von dem zweiten Zulauf (5), - Umwälzen des Analyten und des Prozessmediums durch die Pumpe (14), so dass der Strömungskreislauf (S) erzeugt wird und das Analysenmessgerät (2) durch ein Analyten-Prozessmediums-Gemisch angeströmt wird, wobei eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit des Analyten-Prozessmediums-Gemischs durch die Pumpe (14) eingestellt wird, - Erfassen eines Messwerts durch das Analysenmessgerät (2), - Vergleichen des Messwerts mit einem Grenzwert, - Wiederholen der Schritte des Einspeisens, des Umwälzens, des Erfassens und des Vergleichens, wenn der Messwert den Grenzwert nicht übersteigt, so oft, bis der Messwert den Grenzwert übersteigt, wobei die eingespeisten vorbestimmten Volumina zu einem Gesamtvolumen des Analyten summiert werden, - Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität des Prozessmediums basierend auf dem eingespeisten Gesamtvolumens des Analyten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Grenzwert ein Desinfektionsmittelgehalt ist und das Analysenmessgerät (2) ein Desinfektionssensor ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Grenzwert eine Zehrungsrate eines Desinfektionsmittels ist und der Schritt des Erfassens eines Messwerts das Erfassen eines Messwertpaares mit einem ersten Messwert und einem zweiten Messwert umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zwischen den dem Erfassen des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts ein Zeitintervall, vorzugsweise kleiner als 10 Minuten, besonders vorzugsweise kleiner als 1 Minute, ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Schritte des Einspeisens, des Umwälzens und des Erfassens des ersten Messwerts zeitgleich oder innerhalb eines Zeitintervalls kleiner als 1 Minute, besonders vorzugsweise kleiner als 10 Sekunden, geschehen.
  6. Verfahren zum Bestimmen eines Desinfektionsmittelbedarfs eines Prozessmediums, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums in einer Messstelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, - Berechnen eines Desinfektionsmittelbedarfs basierend auf der Summe der eingespeisten Volumina an Desinfektionsmittel und eines Gesamtvolumens an Prozessmedium oder einem Volumenstrom an Prozessmedium, - Einspeisen der berechneten Menge an Desinfektionsmittel in die Messstelle (1) durch das Einlassventil (10) von dem zweiten Zulauf (5) während das Prozessmedium vom ersten Zulauf (3) durch die Messstelle (1) zum Ablauf (4) fließt.
  7. Messstelle (1) zur Bestimmung einer chemischen Aufnahmekapazität eines Prozessmediums, umfassend: ein Einlassventil (10), ein Auslassventil (11), einen Analysenbehälter (12), einen Dosierbehälter (13) und eine Pumpe (14) mit einer regelbaren Förderrate, wobei das Einlassventil (10) mit einem ersten Zulauf (3) für ein Einspeisen eines Prozessmediums, einem zweiten Zulauf (5) für ein Einspeisen eines Analyten, dem Analysenbehälter (12) und dem Dosierbehälter (13) verbunden ist, wobei das Auslassventil (11) mit einem Ablauf (4), dem Analysenbehälter (12) und dem Dosierbehälter (13) verbunden ist, wobei das Einlassventil (10), der Analysenbehälter (12), der Dosierbehälter (13) und das Auslassventil (11) derart miteinander verbunden sind, dass ein Strömungskreislauf (S) in der Messstelle (1) realisierbar ist, wobei die Pumpe (14) derart angeordnet ist, dass sie dazu geeignet ist, den Strömungskreislauf (S) zu erzeugen, wobei das Analysenmessgerät (2) im Analysenbehälter (12) derart angeordnet ist, dass das Analysenmessgerät (2) vom Strömungskreislauf (S) anströmbar ist.
  8. Messstelle (1) gemäß Anspruch 7, wobei die Messstelle (1) des Weiteren einen Bypasskanal (6) umfasst, welcher den ersten Zulauf (3) und den Ablauf (4) verbindet, um einen Teil des Prozessmedium vom ersten Zulauf (3) am Analysenbehälter (12) und am Dosierbehälter (13) vorbei zum Ablauf (4) zu führen, wobei im Bypasskanal (6) ein erstes Antriebsmittel (15) der Pumpe (14) angeordnet ist und ein zweites Antriebsmittel (16) der Pumpe im Strömungskreislauf (S) angeordnet ist, wobei das erste Antriebsmittel (15) dazu geeignet ist, das zweite Antriebsmittel (16) anzutreiben.
  9. Messstelle (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Einlassventil (10) als Mehrwegeventil ausgestaltet ist.
  10. Messstelle (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Analysenmessgerät (2) ein elektrochemischer Chlorsensor und/oder ein elektrochemischer Chlordioxidsensor und/oder ein Bromsensor und/oder ein pH-Sensor und/oder ein Leitfähigkeitssensor und/oder ein Gelöst-Sauerstoff-Sensor ist.
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