Door Dr. Michael Strahand, Algemeen directeur Europa, Analytical Technology

De kosten voor het exploiteren van beluchtingsinstallaties bedragen gewoonlijk circa 50 tot 60% van de kosten voor het exploiteren van een afvalwaterzuiveringsinstallatie. Echter, als gevolg van stijgende energieprijzen en operationele kosten, zijn deze kosten inmiddels gestegen tot ongeveer 75 tot 80%. Cruciaal voor het verminderen van deze kosten tijdens het beluchtingsproces is een nauwkeurige en,  het belangrijkste, een betrouwbare opgeloste zuurstof (DO) meting. Om dit te bereiken is het de afgelopen jaren bij bedrijven de trend geweest om galvanische DO sensoren te vervangen door  optische DO systemen. Er zijn echter verschillende standpunten over de vraag of deze technologie zorgt voor betere resultaten.

Alle DO sensoren worden beïnvloed door proces-coating, waardoor vuil op de sensor achterblijft.
Ongeacht of de sensor galvanisch, polarografisch, met of zonder membraan of optisch is, indien de sensor vuil is zal deze een onnauwkeurige aflezing geven. Elk materiaal dat de diffusie van zuurstof in de reactiecel vertraagt zal leiden tot een fout in de zuurstofaflezing. Een verontreinigde sensor zal een aflezing geven die te laag is of helemaal geen aflezing geven. Dit zorgt voor overbeluchting van het  systeem en leidt tot verspilling van energie. Studies in Groot Brittannië en de V.S. geven aan dat elke ppm fout in DO metingen resulteert in circa 12 tot 15% verhoging van de elektriciteitskosten.
 
De sleutel tot een betrouwbare meting is dan ook het schoonhouden van de sensor. Indien het systeem niet de mogelijkheid heeft om zichzelf te reinigen, zal de sensor regelmatig  handmatig gereinigd dienen te worden wat resulteert in hogere onderhoudskosten.

Handmatig reinigen is zowel duur als tijdrovend en kan niet vaak genoeg worden uitgevoerd om die betrouwbaarheid te garanderen die voor de kwaliteitscontrole vereist is. Daarom is een zelfreinigende technologie ontwikkeld, die de mogelijkheid biedt de DO monitor zo te programmeren dat deze zichzelf reinigt variërend van een maal per uur tot een maal per dag.  Wanneer de sensor schoon wordt gehouden behoudt deze zijn nauwkeurigheid tot > 0,1 ppm, wat in overeenstemming is met  de industrieregelgeving.
 
Dit artikel beschrijft een onderzoek dat heeft plaatsgevonden om de effectiviteit van zowel  galvanische als optische systemen te beoordelen wanneer deze zijn uitgerust met geavanceerde zelfreinigende technologie.

 

Achtergrond van optische opgeloste zuurstofsensoren

Toen optische DO sensoren voor het eerst werden gelanceerd, werden beweringen gedaan over de verhoogde nauwkeurigheid en betrouwbaarheid die zij verstrekten in vergelijking met meer traditionele membraantechnologie.  Velen geloofden dat optische DO sensoren geen kalibratie of reiniging nodig hadden. Het is waar dat optische systemen nog steeds werken als zij gedeeltelijk vervuilde sensoren hebben daar zij een absolute techniek gebruiken om de zuurstof meten, die het mogelijk maakt DO te meten zelfs bij slechts een kleine hoeveelheid licht in het water. Echter, uiteindelijk zal een compleet vervuilde sensor gereinigd moeten worden om goed te functioneren.
 
Eerdere vergelijkingen die aantoonden dat optische DO sensoren nauwkeuriger en betrouwbaarder  zijn dan galvanische DO sensoren zijn niet bijgewerkt om rekening te houden met de nieuw ontwikkelde zelfreinigende technologie.

 

Het onderzoek

Analytical Technology, specialist en fabrikant van elektrochemische sensoren, besloot verder te gaan met het onderzoek naar galvanische versus optische DO sensoren en  installeerde twee systemen uitgerust  met de door perslucht zelfreinigende technologie van Analytical Technology in een beluchtingstank van een afvalwaterzuivering in Groot Brittannië. Terwijl het ene systeem was uitgerust met een galvanische sensor met Teflon membraan, gebruikte het andere systeem een optische sensor.  

 

Figuur 1: Galvanische DO sensor na zes maanden onderhoudsvrij in bedrijf.

Figuur 2: Optische DO sensor na zes maanden onderhoudsvrij in bedrijf.

Na tien maanden onderhoudsvrij in bedrijf en zonder reiniging van de sensoren, werden gegevens verzameld, waaruit bleek dat beide monitoren hetzelfde prestatieniveau vertoonden (zie figuur 3).

 

Figuur 3: Prestatieniveaus van galvanische en optische sensoren DO na tien maanden onderhoudsvrij in bedrijf

Toen de  kalibratiewaarden na 17 maanden gecontroleerd werden, waren de waarden voor en na kalibratie voor beide sensoren afzonderlijk minder dan 1%.

Figuur 4: Galvanische DO sensor na 17 maanden onderhoudsvrij in bedrijf.

 

Figuur vijf: Optische DO sensor na 17 maanden onderhoudsvrij in bedrijf.

 

Uit de figuren vier en vijf blijkt dat na 17 maanden van onderhoudsvrij in bedrijf beide sensoren nog steeds in dezelfde staat verkeren nl. schoon en in kalibratie.
 
Na een lange studie van in totaal 24 maanden zijn beide sensoren uit het effluent gehaald en onderzocht. De sensoren zijn vervolgens met lucht gekalibreerd. De optische sensor met een 100% slope (voor kalibratie 97%) en de galvanische sensor met een 73% slope (voor kalibratie 70%).
 
Hoewel beide sensoren hebben bewezen dezelfde prestaties te leveren, indien ze uitgerust zijn met de door luchtstroom zelfreinigende technologie, verschillen ze op het gebied van eigendomskosten en levensduur.
 
De lange termijn eigendomskosten van optische DO monitoren zijn nog steeds onbekend, aangezien deze monitoren nog niet zo lang bestaan. De membranen worden geïmpregneerd met optisch actieve materialen en de meeste optische sensoren hebben elke 12 tot 24 maanden een nieuw membraan nodig.  Echter, door de ontwikkeling van geavanceerde membraantechnologie zal de levensduur naar verwachting zo’n drie tot vijf jaar bedragen. Een nieuw optisch membraan kost ongeveer € 80,00 tot  € 165,00, afhankelijk van de fabrikant. De typische levensduur van optische sensoren wordt geschat op tien jaar. Zodra een optische sensor ermee ophoudt is het niet economisch deze te repareren en dient deze derhalve vervangen te worden.
 
Galvanische sensoren daarentegen bestaan uit goed te onderhouden onderdelen, waaronder elektrolyt en elektroden. Dit betekent dat ze kunnen werken tot 15 jaar na installatie.  Een sensor met een galvanisch membraan heeft elke 12 maanden een nieuw membraan en elke twee tot drie jaar een nieuwe anode nodig. Dit houdt in dat de kosten voor verbruiksartikelen circa € 6,00 per jaar bedragen. Indien een optische sensor het 10 jaar uithoudt en elke 2 jaar een nieuw optisch membraan nodig heeft, dan zullen de jaarlijkse kosten voor verbruiksartikelen circa € 110,00 bedragen.


Conclusie
 
Samenvattend maakt de nieuw ontwikkelde zelfreinigende technologie het voor waterzuiveringsinstallaties mogelijk om energie, exploitatie- en onderhoudskosten te verminderen door ervoor te zorgen dat de sensoren in zowel de galvanische als optische DO systemen schoon worden  gehouden en worden gekalibreerd. Terwijl eerdere vergelijkingen tussen galvanische en optische sensoren zonder zelfreinigende technologie aantoonden dat optische DO sensoren het meest betrouwbaar en accuraat waren, heeft de zelfreinigende technologie de weg vrijgemaakt voor galvanische en optische DO systemen die gelijke prestaties leveren.  Indien een vergelijking gemaakt wordt tussen efficiënt zelfreinigende sensoren, zijn de eigendomskosten voor optische systemen  ongeveer 20 keer zo hoog als die voor een galvanisch systeem tegen weinig prestatieverbetering. Dat betekent dat de eindgebruiker kan kiezen voor die sensor die naar zijn gevoel het beste past bij zijn toepassing.
 
Analytical Technology levert zowel optische als galvanische DO systemen en laat de keuze aan de eindgebruiker. De optische opgeloste zuurstofmonitor model Q45D-ODO van ATi gebruikt een op fluorescentie gebaseerde sensor om een betrouwbare zuurstofmeting te verschaffen. Deze sensor is ontworpen om  jarenlang dienst te doen en zal niet worden beïnvloed door blootstelling aan direct zonlicht. De optische DO sensor bevat een fluorfoor element dat het licht absorbeert op één golflengte en vervolgens licht uitstraalt op een andere golflengte (fluorescentie). Zuurstofmoleculen botsen met het fluorfoor wat een niet-stralende reactie veroorzaakt. Dit betekent dat het fluorfoor element minder licht geeft. Kortom, moleculair zuurstof vermindert fluorescentie en de concentratie aan opgeloste zuurstof kan worden bepaald door dit dovende proces.
 
De opgeloste zuurstofmonitor model Q45D van ATi met galvanische sensor zorgt voor een betrouwbare zuurstofmeting en lagere onderhoudskosten.  De galvanische DO sensor maakt gebruik van een ruw 5 mm Teflon membraan om mechanische slijtage en scheuren te weerstaan. Het membraan dient als barrière zodat de moleculaire zuurstof zich kan verspreiden in de reactiecel, waar het een kleine stroom produceert die evenredig is met de zuurstofconcentratie.
 
Om een betrouwbare werking te garanderen, zijn beide sensoren voorzien van een zelfreinigende functie om vervuiling te verwijderen van de oppervlakte van de sensor.  Elke reinigingscyclus duurt ongeveer drie minuten. Gedurende deze cyclus staat de uitvoer van de monitor op “HOLD” om foutieve uitlezing of alarm te voorkomen.  De gebruiker kan de frequentie van de reinigingscyclus variëren van zo vaak als elke twee uur tot zo weinig als eenmaal per dag.

terug