Zuurstofmeting is een essentiële methode in industriële water- en afvalwatertechnologie voor het bepalen van het gehalte opgeloste zuurstof (DO) in waterige media. Het levert belangrijke informatie over de waterkwaliteit, de efficiëntie van biologische processen en de controle van technische systemen. De zuurstofconcentratie heeft een aanzienlijke invloed op biologische, chemische en fysische processen. Daarom is een nauwkeurige meting en controle essentieel voor veel toepassingen.
Inhoudsopgave
Het belang van zuurstofmeting
Waterbehandeling
- Helder water monitoring:
- Het zuurstofgehalte dient als indicator voor de waterkwaliteit in natuurlijke wateren of na drinkwaterbehandeling.
- Corrosiebestrijding:
- Zuurstof bevordert corrosieprocessen, vooral in pijpleidingen, warmtewisselaars en boilers. Nauwkeurige zuurstofbewaking maakt gerichte maatregelen mogelijk, zoals het gebruik van zuurstofbinders.
Behandeling van afvalwater
- Biologische reinigingsprocessen:
- In biologische afvalwaterzuiveringsinstallaties hebben micro-organismen zuurstof nodig om organische stoffen af te breken. Zuurstofmetingen worden gebruikt om de beluchtingssystemen te optimaliseren.
- Vermijden van anaërobie:
- Onvoldoende zuurstof kan leiden tot anaerobe omstandigheden die ongewenste stofwisselingsproducten produceren zoals methaan of waterstofsulfide.
Industriële toepassingen
- Koelwatercircuits:
- Te hoge zuurstofniveaus bevorderen biofouling en corrosie, terwijl te lage niveaus het risico op anaerobe micro-organismen verhogen.
- Procesbeheersing:
- Veel industriële processen (bijv. fermentatie, voedselverwerking) vereisen nauwkeurig gedefinieerde zuurstofconcentraties.
Grondbeginselen van opgeloste zuurstof
Definitie en oplosbaarheid
- Opgeloste zuurstof:
- Zuurstof die fysiek is opgelost in water zonder een chemische binding te vormen.
- Oplosbaarheid:
- Afhankelijk van temperatuur, druk en zoutgehalte:
- Hogere temperaturen en een hoger zoutgehalte verminderen de oplosbaarheid.
- Lagere temperaturen en hogere luchtdruk verhogen ze.
- Afhankelijk van temperatuur, druk en zoutgehalte:
Verzadigingsconcentratie
- De maximale hoeveelheid zuurstof die water onder bepaalde omstandigheden kan opnemen, staat bekend als de verzadigingsconcentratie.
- Voorbeeld: Bij 20 °C en een atmosferische druk van 1013 hPa is de verzadigingsconcentratie in zoet water ongeveer 9 mg/L.
Beïnvloedende factoren
- Biologische processen:
- De ademhaling van micro-organismen en planten verlaagt de zuurstofconcentratie.
- Fotosynthese en diffusie vanuit de lucht verhogen het.
- Chemische processen:
- Oxidatiereacties verbruiken zuurstof.
- Fysieke invloeden:
- Turbulentie en beluchting verhogen de zuurstofopname.
Foto: Beluchtingstank van onze ALMA BHU BIO
Meetmethoden voor opgeloste zuurstof
1. amperometrische zuurstofmeting (Clark-elektrode)
- Functioneel principe:
- Een elektrochemische cel meet het zuurstofgehalte door zuurstof te reduceren aan een kathode.
- De resulterende elektrische stroom is evenredig met de zuurstofconcentratie.
- Structuur:
- De anode (zilver of platina) en kathode (goud of platina) zijn ingebed in een elektrolytoplossing.
- Een zuurstofdoorlatend membraan scheidt de meetcel van het medium.
- Toepassingen:
- Gebruik in rioolwaterzuiveringsinstallaties, proceswater en aquacultuur.
- Voordelen:
- Hoge nauwkeurigheid, zelfs bij lage zuurstofconcentraties.
- Nadelen:
- Onderhoudsintensief, omdat membranen en elektrolyt regelmatig moeten worden vervangen.
2. optische zuurstofmeting (luminescentiemethode)
- Functioneel principe:
- Zuurstof beïnvloedt de fluorescentielevensduur van een sensormateriaal dat door licht wordt geëxciteerd.
- De verandering in fluorescentie wordt gebruikt om de zuurstofconcentratie te bepalen.
- Structuur:
- Optische sensoren gebruiken speciale zuurstofgevoelige films die werken met LED's en fotodetectoren.
- Toepassingen:
- Beluchte reactoren, procescontrole in fermentatie, drink- en afvalwaterbewaking.
- Voordelen:
- Weinig onderhoud, geen elektrolytoplossing nodig, snelle reactietijd.
- Nadelen:
- Hogere acquisitiekosten in vergelijking met de amperometrische methode.
3. winkler methode (titratie)
- Functioneel principe:
- Zuurstof reageert met mangaan(II)ionen en vormt mangaan(IV)oxide. Dit wordt gereduceerd door jodide, waarbij de hoeveelheid vrijgekomen jodium evenredig is met de zuurstofconcentratie.
- Toepassing:
- Laboratoriummethode, geschikt voor kalibratie en referentiemetingen.
- Voordelen:
- Zeer nauwkeurig, onafhankelijk van elektrische invloeden.
- Nadelen:
- Tijdrovend, niet geschikt voor continue metingen.
Toepassingsgebieden en praktische voorbeelden
Rioolwaterzuiveringsinstallaties
- Doel van de zuurstofmeting:
- Regeling van beluchting in de actief-slibtank.
- Vermijden van overventilatie om energiekosten te verlagen.
- Zorgen voor voldoende zuurstoftoevoer voor micro-organismen.
- Meetlocaties:
- Inlaat, beluchtingstank, secundair klaringsfilter.
- Streefwaarden:
- Typische zuurstofconcentraties: 2-4 mg/L in beluchtingstanks.
Drinkwaterbehandeling
- Doel van de zuurstofmeting:
- Controle van zuurstof om corrosie te voorkomen.
- Zorgen voor chemische stabiliteit.
- Meetlocaties:
- Toevoer van ruw water, oxidatiefasen, eindwater.
- Streefwaarden:
- Vaak dicht bij de verzadigingsconcentratie (ongeveer 8-10 mg/L bij 20 °C).
Koelwatercircuits
- Doel van de zuurstofmeting:
- Vermijden van zuurstofcorrosie.
- Voorkomen van biofouling met zuurstofreductiemiddelen of biociden.
- Meetlocaties:
- In- en uitlaat van warmtewisselaars, condensaatretour.
- Streefwaarden:
- Oft < 0,5 mg/L, insbesondere in geschlossenen Systemen.
Waterbewaking
- Doel van de zuurstofmeting:
- Beoordeling van de waterkwaliteit.
- Monitoring van zuurstoftekorten tijdens biologische stress.
- Streefwaarden:
- Voor een goede ecologische toestand is minimaal 5 mg/L zuurstof nodig in rivieren en meren.
Foto: Het beluchtingssysteem van een beluchtingstank (proces: ALMA BHU BIO)
Uitdagingen en optimalisaties
Invloed van fouten
- Interferentie van afzettingen, biofilms of vuil op sensoren kan de meetresultaten vervalsen.
- Oplossing:
- Regelmatig reinigen en kalibreren van de sensoren.
- Gebruik van zelfreinigende sensoren of geïntegreerde borstelmechanismen.
Schommelingen in het proces
- Dynamische zuurstofbelasting door veranderende inlaatbelastingen of temperatuurschommelingen.
- Oplossing:
- Gebruik van online meetsystemen met realtime bewaking en automatische ventilatieregeling.
Energieverbruik
- Inefficiënte regelingen in ventilatiesystemen kunnen de energiebehoefte verhogen.
- Oplossing:
- Optimalisatie van ventilatie door frequentiegeregelde ventilatoren, gekoppeld aan zuurstofsensoren.
Conclusie
Zuurstofmeting is een onmisbaar instrument in industriële water- en afvalwatertechnologie. Het maakt nauwkeurige bewaking en regeling mogelijk van biologische, chemische en fysische processen die afhankelijk zijn van de beschikbaarheid van zuurstof. Moderne meetmethoden zoals de optische luminescentiemethode bieden een hoge nauwkeurigheid en zijn onderhoudsvriendelijk, terwijl klassieke methoden zoals amperometrische meting in veel toepassingen nog steeds overtuigend zijn. Betrouwbare zuurstofmeting draagt niet alleen bij aan procesoptimalisatie, maar is ook een beslissende factor voor naleving van milieu- en kwaliteitsnormen.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
