DE1169161B

DE1169161B - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von in Wasser enthaltenen organischen Substanzen

Info

Publication number: DE1169161B
Application number: DEH44462A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Peter Moyat
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1961-12-22
Filing date: 1961-12-22
Publication date: 1964-04-30
Also published as: US3224837A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von in Wasser enthaltenen organischen Substanzen Zur Bestimmung von in Wasser enthaltenen organischen Stoffen, insbesondere organischen Verunreinigungen in Abwässern, wurde bisher der biologische Sauerstoffbedarf von sich aus den Verunreinigungen nährenden Bakterienkulturen gemessen.
Diese Methode ist sehr umständlich und zeitraubend, denn es dauert mehrere Tage, bis der Abbau der organischen Verunreinigungen des zu untersuchenden Abwassers durch die Bakterien für die Messung genügend weit fortgeschritten ist. Eine andere Methode zur Messung des Gehaltes an oxydierbaren organischen Substanzen in Wasser, die auch für die Bestimmung organischer Verunreinigungen angewendet wird, besteht darin, eine Probe des zu untersuchenden Wassers mit einem starken Oxydationsmittel zu versetzen und den Verbrauch des Oxydationsmittels durch eine Titration festzustellen.
Auch diese Methode erfordert zu ihrer Ausführung geschultes Personal, sie ist umständlich und zeitraubend. Das Verfahren nach der Erfindung ist demgegenüber sehr einfach und sicher durchzuführen und vermeidet die Nachteile der bekannten Verfahren.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Anteils von in Wasser enthaltenen organischen Substanzen durch Oxydation der organischen Substanzen und besteht darin, daß das die zu bestimmenden Substanzen enthaltende Wasser als Elektrolyt in eine Elektrolysezelle eingebracht wird, an deren Elektroden die zu bestimmende Substanz oxydiert wird, und daß das dabei als Oxydationsprodukt gebildete Kohlendioxyd als Maß für die zu bestimmende Substanz gemessen wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Anordnungen zur Ausübung dieses Verfahrens. Eine Ausgestaltung dieser Erfindung sieht vor, dem zu untersuchenden Wasser, soweit es nicht bereits eine saure Reaktion aufweist, bestimmte Mengen einer Säure zuzusetzen.
Die Bestimmung des bei der anodischen Verbrennung der organischen Verunreinigungen entstehenden Kohlendioxyds geschieht mit Vorteil durch Analyse der gasförmigen Elektrolyseprodukte auf ihren Kohlendioxydgehalt vermittels eines auf Kohlendioxyd ansprechenden Gasanalysegerätes. Die Methode der Erfindung läßt sich sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich ausführen. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Abbildungen näher beschrieben. Die A b b. 1 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele von Geräten zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung, die Ab b. 2 zeigt im Diagramm den CO2-Gehalt der gasförmigen Elektrolyseprodukte einer abgeschlossenen, durch organische Substanzen verunreinigten Wassermenge.
In A b b. 1 ist ein Behälter 1 gezeigt, welcher gasdicht abgeschlossen ist und durch eine aus Gefäßen und dichtschließenden Ventilen gebildete Beschikkungsvorrichtung 2 mit dem zu analysierenden Wasser und einer bestimmten Menge einer Säure beschickt werden kann. Das im Behälter 1 befindliche zu analysierende Wasser bildet den Elektrolyten einer Elektrolysezelle, deren Elektroden 3 und 4 aus einem an einer Wechselspannungsquelle angeschlossenen Gleichrichter 5 gespeist werden. Durch den Elektrolysevorgang werden durch den an der Anode entstehenden Sauerstoff die im Elektrolyten enthaltenen organischen Substanzen zu CO2 oxydiert, dieses entweicht mit den anderen gasförmigen Elektrolyseprodukten aus dem Wasser und wird über die Leitung 6 einem Gasanalysegerät 7 zugeleitet. Als Gasanalysegerät kann ein auf dem Prinzip der Absorption infraroter Strahlung beruhendes Instrument verwendet werden; es ist auch die Verwendung eines auf dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeitsmessung beruhenden Gerätes möglich. An das Gasanalysegerät 7 ist ein elektrisches Registriergerät 8 angeschlossen, durch welches der Gehalt der gasförmigen Analyseprodukte an Kohlendioxyd aufgezeichnet wird. Die A b b. 2 zeigt die Kohlendioxydkonzentration der gasförmigen Elektrolyseprodukte einer abgeschlossenen, mit organischen Substanzen verunreinigten Wassermenge in Abhängigkeit von der Zeit. Die CO2-Konzentration steigt nach Einschalten des Elektrolyse stromes an, erreicht einen Höchstwert und sinkt nach erfolgter Oxydation eines Großteiles der organischen Verunreinigungen wieder ab. Das zeitliche Integral über die Augenblickswerte der Kohlendioxydkonzentration in den gasförmigen Elektrolyseprodukten ergibt den Gesamtwert der untersuchten Wasserprobe an organischen Verunreinigungen.
Die A b b. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung, mit deren Hilfe eine fortlaufende kontinuierliche Bestimmung und Registrierung des jeweiligen Grades der Abwasserverunreinigung mit organischen Stoffen vorgenommen werden kann. Das Gefäß 11 ist durch Zwischenwände 12,13 und 14 in einzelne Teilgefäße aufgeteilt, welche einander benachbart angeordnet sind und deren Böden sich gestuft in verschiedener Höhe befinden. Durch das Zuleitungsrohr 15 wird die zu analysierende Flüssigkeit in kontinuierlichem Strom in das höchstgelegene der Teilgefäße eingeleitet.
Durch das Rohr 16 wird der zu analysierenden Flüssigkeit eine bestimmte Menge einer Säure beigemischt. Der Elektrolyt fließt über die Trennwand 12 aus dem höchstgelegenen Gefäßteil in den benachbarten Gefäßteil, von diesem über die Trennwände 13 und 14 in die jeweils benachbarten Teilgefäße und schließlich durch das Überlaufrohr 17 in den Abflußbehälter 18. Zwei Drähtel9 und 20, die als Elektroden dienen und aus Edelmetall bestehen, sind so durch die Wände des Gefäßes 19 geführt, daß sie in jedem der Teilgefäße unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegen. Sie sind an ihrem rechten unteren Ende voneinander isoliert an der Wand des Behälters 11 befestigt und an ihrem linken oberen Ende mit beiden Polen eines Gleichrichters 21 verbunden. Der Gleichrichter 21 wird aus einem Transformator gespeist, dessen Primärwicklung mit 22 und dessen Sekundärwicklung mit 23 bezeichnet ist. Der Speisetransformator hat noch eine weitere Sekundärwicklung 24, deren Enden ebenfalls mit den beiden als Elektroden dienenden Drähten 19 und 20 verbunden sind. Die gleichzeitige Speisung der Elektroden 19 und 20 mit Gleichstrom und Wechselstrom hat zur Folge, daß die Menge der gasförmigen Elektrolyseprodukte verringert wird. Dadurch erfahren diese eine relative Anreicherung an dem für die Messung maßgebenden Kohlendioxyd. Die gasförmigen Elektrolyseprodukte werden durch das Rohr 25 dem Gasanalysegerät 26 zugeführt, dessen Ausgang elektrisch mit dem Registriergerät 27 verbunden ist. Der Gehalt der gasförmigen Elektrolyseprodukte an Kohlendioxyd bildet ein Maß für den Gehalt des untersuchten Wassers an organischen Verunreinigungen, wenn die Durchlaufzeit durch das Gefäß 11 für die Oxydierung der gesamten Menge der organischen Verunreinigung ausreicht. Dies kann durch die Wahl der zugeführten Elektrolytmenge, die Ausbildung des Gefäßes 11 und die Bemessung der Elektrolysestromstärke leicht erreicht werden. Die gezeigte Anordnung läßt sich in dem Sinne abwandeln, daß die beiden Elektroden oder Elektrodenpaare nur an die Gleichstromquelle angeschlossen sind und eine weitere durch die Gefäßwände geführte Elektrode vorgesehen ist, welche an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Die andere Zuleitung zur Wechselstromquelle ist an eine der gleichstromgespeisten Elektroden angeschlossen. Das Verhältnis der Stromstärken der Wechselstromquelle und der Gleichstromquelle kann beispielsweise 10: 1 betra- gen. Dadurch ergibt sich ein günstiges Verhältnis zwischen Trägergas und Cm,7.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Bestimmung des Anteils von in Wasser enthaltenen organischen Substanzen durch Oxydation der organischen Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daß das die zu bestimmenden Substanzen enthaltende Wasser als Elektrolyt in eine Elektrolysezelle eingebracht wird, an deren Elektroden die zu bestimmende Substanz oxydiert wird. und daß das dabei als Oxydationsprodukt gebildete Kohlendioxyd als Maß für die zu bestimmenden Substanzen gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die zu bestimmenden Substanzen enthaltende Wasser durch Zugabe von Säure sauer gemacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch. gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge des gebildeten Kohlendioxyds aus einer bestimmten Menge des angesäuerten Wassers, das als Elektrolyt in eine gasdicht abgeschlossene elektrolytische Zelle gegeben wird, bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das angesäuerte Wasser kontinuierlich durch die Elektrolysezelle geleitet wird und der Augenblickswert des kontinuierlich gemessenen Kohlendioxydgehaltes als Maß für die Konzentration der zu bestimmenden Substanzen bestimmt wird.
5. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei von einer Gleichstromquelle gespeiste Elektroden in einer allseitig abgeschlossenen elektrolytischen Zelle, in welcher das die zu bestimmenden Komponenten enthaltende Wasser den Elektrolyten bildet, und durch ein Gasanalysegerät zur Bestimmung des Kohlendioxydgehaltes der aus der elektrolytischen Zelle entweichenden gasförmigen Elektrolyseprodukte sowie eine an das Gasanalysegerät angeschlossene Registriereinrichtung.
6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Integrieranordnung zur zeitlichen Integration des vom Gasanalysegerät gemessenen Momentanwertes der Kohlendioxydkonzentration der gasförmigen Elektrolyseprodukte.
7. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem die zu bestimmenden Bestandteile enthaltenden Wasser langsam durchströmte, luftdicht abgeschlossene Elektrolysezelle vorgesehen ist, mit welcher ein Gasanalysegerät zur Bestimmung des Gehaltes der gasförmigen Elektrolyseprodukte an Kohlendioxyd verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß der Elektrolysezelle aus mehreren stufenförmig übereinander angeordneten Einzelgefäßen besteht, die so angeordnet sind, daß das Wasser von einem Einzelgefäß in ein benachbartes Einzelgefäß und aus dem letzten Einzelgefäß ins Freie abfließt, und daß jedes der Gefäße ein Elektrodenpaar oder Teile eines durch die gesamte Anordnung reichenden Gesamtelektrodenpaares enthält.
9. Anordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare oder die Teile des allen Gefäßen gemeinsamen Elektrodenpaares an eine Gleiclhstromquelle und parallel dazu an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind.
10. Anordnung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenpaar mit einer Gleichstromquelle gespeist wird und daß in jedem Teilgefäß eine dritte Elektrode oder ein Teilstück einer gemeinsamen dritten Elektrode vorgesehen ist, welche mit einer an eine der gleichstromgespeisten Elektroden angeschlossenen Wechselstromquelle verbunden ist.
11. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasanalysegerät ein auf der selektiven Absorption infraroter Strahlung beruhendes Instrument vorgesehen ist.
12. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden bis Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasanalysegerät eine Anordnung zur Bestimmung des Kohlendioxyds auf Grund seiner Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist.