Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ausgehend von den sowohl direkt als auch indirekt durch CO2 bedingte Korrosion bundesweit entstehenden enormen \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Sch\u00e4den, soll in diesem Vorhaben ein druckunabh\u00e4ngiger CO2-Sensor f\u00fcr w\u00e4ssrige Systeme mit hoher Ionenaktivit\u00e4t zum Einsatz in kommunalen Wasseraufbereitungsanlagen entwickelt werden. Basis f\u00fcr diesen Sensor ist ein neuartiges chemisches Analyseverfahren.
\nDurch die mit diesem Sensor erstmalig m\u00f6glich werdende kontinuierliche Bestimmung des CO2-Gehaltes soll eine Dauermessung und Regelung des CO2-Gehalts durch den Wasserversorger erm\u00f6glicht werden. Damit soll eine Minderung der CO2 bedingten Korrosionsanf\u00e4lligkeit des Rohrleitungssystems erreicht werden und somit die durch Korrosion und den damit verbundenen Ersatz von Rohrleitungssystemen entstehenden \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Sch\u00e4den gemindert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der Planungsphase werden auf Grundlage der von Vorversuchen bereits bestehenden Erfahrungen Konzepte bez\u00fcglich der drei Hauptkomponenten des Sensors (Sensor-Membran, Ansteuer- und Auswerteelektronik sowie Auswertesoftware) erarbeitet und verfeinert.Aufgabe der Entwicklungsphase ist es, die erarbeiteten Konzepte soweit umzusetzen, dass in der anschlie\u00dfenden Realisierungsphase ein funktionsf\u00e4higes und den Anforderungen gerecht werdendes Sensorsystem aufgebaut werden kann. Bei der Entwicklung der Sensor-Membran wird vor allem eine Optimierung bez\u00fcglich Zusammensetzung, Absorptionsverhalten, Ansprechverhalten und Kennlinie erfolgen. Hauptaufgabe bez\u00fcglich der Auswerteelektronik wird die Entwicklung einer mikroprozessor-gesteuerten Elektronikeinheit sein zur stabilen Messung und Auswertung des Absorptionsgrades der Sensor-Membran. Ziel der Softwareentwicklung ist die vollautomatische Umsetzung der bei der Absorptionsmessung gewonnenen Rohdaten mittels geeigneter Algorithmen in absolute CO2-Konzentrationswerte.
\nDie darauffolgende Testphase mit nachfolgender Auswertephase dient der Untersuchung des Sensorsystems bez\u00fcglich der geforderten Eigenschaften und Querempfindlichkeiten im Labor.
\nIn der abschlie\u00dfenden Feldtestphase wird des Sensorsystem in zwei Wasserwerken der Stadt Karlsruhe, von denen eines mit einer Pilotanlage zur kontinuierlichen Regelung des CO2-Gehalts auf Basis des entwickelten Sensorsystems ausgestattet sein wird, eingebaut und betrieben. Zur Beurteilung der Wirk-samkeit der kontinuierlichen CO2-Regelung gegen Korrosion wird letztendlich je ein Rohrst\u00fcck aus den beiden Versuchswasserwerken entnommen und diesbez\u00fcglich mit verschiedenen Methoden untersucht werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der aus theoretischen \u00dcberlegungen erwartete Zusammenhang zwischen CO2-Gehalt im Wasser und Korrosion der Rohrleitungen wurde durch Untersuchungen im Wasserwerk Sulzbach empirisch nachgewiesen und dokumentiert.
\nMit dem CO2-Sensor steht erstmals ein Messinstrument zur Verf\u00fcgung, mit dem in Echtzeit und am Ort des Geschehens der CO2-Gehalt des Wasser gemessen werden kann. Zeitaufw\u00e4ndige Labor Untersuchungen k\u00f6nnen somit in Zukunft entfallen bzw. sind nur noch f\u00fcr detaillierte Untersuchungen wie z. B. den Sensorabgleich erforderlich. Die Probleme der Verf\u00e4lschung von Probenwerten bedingt durch Probennahme, Transport und Lagerung entfallen damit.
\nAm Beispiel Trinkwasser wurde gezeigt, dass das zentrale Ziel die Erreichung und Einhaltung des Kalk-Kohlens\u00e4ure-Gleichgewichts (KKG) mit dem CO2-Sensor nachgewiesen und \u00fcberwacht werden kann. Urs\u00e4chlich verbunden mit dem KKG ist die Korrosion im Verteiler Netz. Eine Einhaltung des KKG gew\u00e4hrleistet eine Minimierung der Korrosionssch\u00e4den im Verteiler Netz. Die \u00f6konomischen Auswirkungen sind enorm, da gerade Sch\u00e4den am Verteiler Netz einen gro\u00dfen \u00f6konomischen Schaden bedeuten. Weiter konnte gezeigt werden, dass ein Einsatz des CO2-Sensors zur \u00dcberwachung und Steuerung der Aufbereitungsanlagen f\u00fcr Trinkwasser in erheblichen Ma\u00dfe die Betriebssicherheit erh\u00f6hen und die Minimierung des Ressourcen Einsatzes erm\u00f6glichen. Eine Anwendung des CO2-Sensors in der Trinkwasser Forschung liegt auf der Hand. Die Einsatz M\u00f6glichkeiten sind vielf\u00e4ltig. Sie reichen von der Erstellung von Modell-W\u00e4ssern bis zur hydro-geologischen Analyse von Brunnen.
\nDer Zusammenhang des Parameters CO2-Konzentration mit dem Parameter Basenkapazit\u00e4t sollte n\u00e4her untersucht werden, insbesondere mit Hinblick auf eine Neufassung von DIN 50930.
\nAufgrund der universellen Bedeutung von CO2 im Stoffkreislauf der belebten Natur er\u00f6ffnen sich weitere M\u00f6glichkeiten der Anwendung des CO2-Sensorsystems. Speziell f\u00fcr die Aufbereitung von Abw\u00e4ssern werden biologische Prozesse genutzt. Die Kontrolle und Steuerung dieser Prozesse birgt noch ein gro\u00dfes Potential f\u00fcr die Anwendung eines CO2-Sensors.
\nAuch eine Anwendung auf die im Stoffkreislauf nachfolgenden Stationen (Vorfluter, Fl\u00fcsse, Seen) erscheint zur Erfassung der Wasserg\u00fcte unter \u00f6kologischen Gesichtspunkten sinnvoll.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Claudia Mehl: Ein optochemischer Sensor zur quantitativen Analyse von CO2 in w\u00e4ssrigen L\u00f6sungen, Dissertation an der Fakult\u00e4t f\u00fcr Chemieingenieurwesen, Universit\u00e4t Karlsruhe, 2002
\nDietrich Maier: Einsatz einer neuen CO2-Sonde bei der Bestimmung von O2\/CO2-Tiefenprofilen im Bodensee, Publikation in Vorbereitung.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Entwicklung eines druckunabh\u00e4ngigen CO2-Sensorsystems zum Einsatz in kommunalen Wasser Aufbereitungsanlagen konnte im Rahmen des DBU Projektes AZ 17127 sehr weit voran getrieben werden. Es wurden insgesamt 3 Prototypen aufgebaut und unter realen Einsatz Bedingungen in verschiedenen kommunalen Wasserwerken getestet. Die praktische Nutzbarkeit des CO2-Sensors konnte damit gezeigt werden. Auch der Einsatz \u00fcber l\u00e4ngere Zeitr\u00e4ume wurde erfolgreich getestet. Die Anwendung der Messergebnisse zur \u00dcberwachung und Steuerung von Trinkwasser Aufbereitungsanlagen wurden dargelegt. Dies sind die \u00dcberwachung des Trinkwassers auf Kalk-Kohlens\u00e4ure-Gleichgewicht zur Vermeidung von Korrosionssch\u00e4den im Rohrleitungsnetz, die \u00dcberwachung von Anlagenteilen und einzel-nen Prozessen sowie die Steuerung von Prozessen.
\nDie Auswirkungen in \u00f6konomischer Hinsicht sind besonders hervor zu heben im Bereich der Vermei-dung von Korrosion an Rohrleitungen des Verteiler Netzes. Als direkte Anwendung wird in allern\u00e4chster Zeit ein CO2-Sensorsystems in der Wasserg\u00fcte Messstation der Stadtwerke Karlsruhe aufgebaut werden. Eine regelm\u00e4\u00dfige \u00dcberwachung der CO2-Konzentration im Karlsruher Trinkwasser wird damit realisiert.
\nWeitere Sensoren f\u00fcr die Anwendung durch die Stadtwerke Karlsruhe werden derzeit aufgebaut.
\nDa der CO2-Sensor erstmals eine in-situ und quasi-instantane Messung des Parameters CO2-Konzentration zu \u00f6konomisch vertretbaren Kosten erm\u00f6glicht, wird als Folge die Bedeutung dieses Parameters in der Wasser Chemie in Zukunft wachsen. Hier sehen die Autoren Bedarf f\u00fcr weitere Arbeiten, insbe-sondere f\u00fcr die Abkl\u00e4rung der Zusammenh\u00e4nge mit den klassischen Parametern der Wasserchemie.
\nEine Nutzung der Vorteile des CO2-Sensorsystems in weiteren Anwendungsfeldern kann in ihrer vollen Tragweite noch gar nicht abgesch\u00e4tzt werden. An dieser Stelle besteht grundlegender Bedarf f\u00fcr weitere Arbeiten.
\nIngesamt kann abschlie\u00dfend gesagt werden, dass durch den Einsatz des CO2-Sensors die aus \u00f6kologi-scher Sicht knappe Ressource Trinkwasser besser genutzt werden kann und der \u00f6konomische Aufwand zu ihrer Nutzung minimiert werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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