Gelöster Sauerstoff bezeichnet die Menge an Sauerstoff, die im Wasser gelöst ist. Er wird üblicherweise als DO (Gelöster Sauerstoff) in Milligramm Sauerstoff pro Liter Wasser (mg/L oder ppm) angegeben. Einige organische Verbindungen werden durch aerobe Bakterien abgebaut, wodurch der gelöste Sauerstoff im Wasser verbraucht wird. Dieser kann nicht rechtzeitig ersetzt werden. Anaerobe Bakterien vermehren sich im Gewässer schnell, und die organischen Stoffe färben das Wasser aufgrund von Verschmutzung schwarz und riechen unangenehm. Die Menge an gelöstem Sauerstoff im Wasser ist ein Indikator für die Selbstreinigungsfähigkeit des Gewässers. Wird der gelöste Sauerstoff verbraucht und erholt sich das Gewässer schnell wieder, deutet dies auf eine hohe Selbstreinigungsfähigkeit oder eine geringe Verschmutzung hin. Andernfalls ist das Gewässer stark verschmutzt, seine Selbstreinigungsfähigkeit ist gering oder sogar vollständig aufgehoben. Die Selbstreinigungsfähigkeit hängt eng mit dem Sauerstoffpartialdruck der Luft, dem Luftdruck, der Wassertemperatur und der Wasserqualität zusammen.
1. Aquakultur: Sicherstellung der Sauerstoffversorgung von Wassertieren durch Echtzeitüberwachung des Sauerstoffgehalts, automatische Alarmierung, automatische Sauerstoffanreicherung und weitere Funktionen
2. Überwachung der Wasserqualität natürlicher Gewässer: Ermittlung des Verschmutzungsgrades und der Selbstreinigungsfähigkeit der Gewässer sowie Verhinderung biologischer Verschmutzungen wie der Eutrophierung von Gewässern.
3. Abwasserbehandlung, Kontrollindikatoren: Anaerobtank, Aerobtank, Belüftungstank und andere Indikatoren werden zur Kontrolle der Wasseraufbereitungswirkung verwendet.
4. Korrosionskontrolle von Metallwerkstoffen in industriellen Wasserversorgungsleitungen: Üblicherweise werden Sensoren im ppb-Bereich (µg/L) eingesetzt, um die Rohrleitungen auf Sauerstofffreiheit zu prüfen und so Rostbildung zu verhindern. Dieses Verfahren findet häufig Anwendung in Kraftwerken und Kesselanlagen.
Die derzeit am häufigsten auf dem Markt erhältlichen Sauerstoffmessgeräte basieren auf zwei Messprinzipien: der Membranmethode und der Fluoreszenzmethode. Worin besteht der Unterschied zwischen den beiden?
1. Membranmethode (auch bekannt als Polarographie-Methode, Konstantdruckmethode)
Das Membranverfahren nutzt elektrochemische Prinzipien. Eine semipermeable Membran trennt die Platinkathode, die Silberanode und den Elektrolyten von der Umgebung. Normalerweise steht die Kathode in nahezu direktem Kontakt mit dieser Membran. Sauerstoff diffundiert proportional zu seinem Partialdruck durch die Membran. Je höher der Sauerstoffpartialdruck, desto mehr Sauerstoff diffundiert durch die Membran. Der gelöste Sauerstoff dringt kontinuierlich in den Hohlraum der Membran ein und wird dort an der Kathode reduziert, wodurch ein Strom erzeugt wird. Dieser Strom ist direkt proportional zur Konzentration des gelösten Sauerstoffs. Im Messgerät wird der gemessene Strom verstärkt und in eine Konzentrationseinheit umgerechnet.
2. Fluoreszenz
Die Fluoreszenzsonde verfügt über eine integrierte Lichtquelle, die blaues Licht emittiert und die Fluoreszenzschicht beleuchtet. Die fluoreszierende Substanz emittiert nach Anregung rotes Licht. Da Sauerstoffmoleküle Energie entziehen (Quenching-Effekt), hängen Zeit und Intensität des angeregten roten Lichts von der Sauerstoffkonzentration ab. Die Konzentration ist umgekehrt proportional. Durch Messung der Phasendifferenz zwischen dem angeregten roten Licht und dem Referenzlicht und Vergleich mit dem internen Kalibrierungswert lässt sich die Sauerstoffkonzentration berechnen. Während der Messung wird kein Sauerstoff verbraucht, die Daten sind stabil, die Leistung zuverlässig und es treten keine Störungen auf.
Lasst es uns aus der Perspektive jedes Nutzers analysieren:
1. Bei Verwendung polarographischer Elektroden ist eine Aufwärmzeit von mindestens 15-30 Minuten vor der Kalibrierung oder Messung erforderlich.
2. Da die Elektrode Sauerstoff verbraucht, sinkt die Sauerstoffkonzentration an der Sondenoberfläche sofort. Deshalb ist es wichtig, die Lösung während der Messung zu rühren! Anders ausgedrückt: Da der Sauerstoffgehalt unter Verbrauch von Sauerstoff gemessen wird, entsteht ein systematischer Fehler.
3. Aufgrund des Fortschreitens der elektrochemischen Reaktion wird die Elektrolytkonzentration kontinuierlich verbraucht. Daher muss regelmäßig Elektrolyt nachgefüllt werden, um die Konzentration aufrechtzuerhalten. Um Blasenbildung im Elektrolyten der Membran zu vermeiden, müssen vor der Installation der Membrankopf-Luftkammern alle Flüssigkeitskammern entfernt werden.
4. Nach Zugabe jedes Elektrolyten ist ein neuer Kalibrierzyklus erforderlich (üblicherweise Nullpunktkalibrierung in sauerstofffreiem Wasser und Steigungskalibrierung in Luft). Selbst wenn ein Gerät mit automatischer Temperaturkompensation verwendet wird, muss die Elektrode möglichst nahe an der Temperatur der Probenlösung kalibriert werden.
5. Während der Messung dürfen sich keine Blasen auf der Oberfläche der semipermeablen Membran befinden, da diese sonst als sauerstoffgesättigte Probe interpretiert werden. Die Verwendung in einem Belüftungsbecken wird nicht empfohlen.
6. Aus verfahrenstechnischen Gründen ist der Membrankopf relativ dünn und daher besonders in bestimmten korrosiven Medien leicht zu durchstechen. Er hat eine begrenzte Lebensdauer und ist ein Verschleißteil. Bei Beschädigung muss die Membran ausgetauscht werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Membranmethode die Nachteile hat: Sie ist fehleranfällig, hat eine kurze Wartungszeit und ist in der Handhabung umständlicher!
Und wie sieht es mit der Fluoreszenzmethode aus? Aufgrund des physikalischen Prinzips dient Sauerstoff während des Messvorgangs lediglich als Katalysator, wodurch die Messung praktisch frei von äußeren Störungen ist! Hochpräzise, wartungsfreie und qualitativ hochwertige Sonden können nach der Installation in der Regel 1–2 Jahre lang unbeaufsichtigt bleiben. Hat die Fluoreszenzmethode also wirklich keine Nachteile? Natürlich!
Veröffentlichungsdatum: 15. Dezember 2021