Entwicklung eines Messverfahrens zur Quantifizierung von Schwefel(IV)-Spezies in Meerwasser

Birkmann, Jan GND

Die Meerwasserentsalzung mit Umkehrosmoseanlagen gilt heutzutage als wichtigstes Verfahren zur Süßwasserproduktion. Für einen effizienten Betrieb der Anlagen ist eine an das Meerwasser angepasste Vorbehandlung notwendig. Ein zentraler Schritt der Vorbehandlung ist die Prävention von Biofouling durch die Desinfektion mit Chlor.
Wegen der hohen Oxidationsstärke muss das residuale Chlor nach abgeschlossener Desinfektion zum Schutz der Membran reduziert werden. Hierfür erfolgt die Zugabe von Schwefel(IV) (Hydrogensulfit, Sulfit). Da die messtechnische Kontrolle einer vollständigen Chlorreduktion aktuell nur unter hohem Aufwand und mit großer Unsicherheit möglich ist, wird das Reduktionsmittel überdosiert.
Vor diesem Hintergrund wurde in der vorliegenden Arbeit ein Messverfahren zur in-situ Konzentrationsbestimmung von Schwefel(IV) in Meerwasser entwickelt.
Mit dem Messverfahren ist es möglich, die Vollständigkeit der Chlorreduktion nachzuweisen und somit den Chemikalieneinsatz des Reduktionsmittels zu reduzieren. Das Messverfahren basiert auf der UV-Spektroskopie als Messtechnik und der Partial Least Squares Regression als Auswerteverfahren.
Im ersten Schritt der Entwicklung wurde das Absorptionsverhalten der Schwefel(IV)-Spezies und aller typischen Meerwasserinhaltsstoffe aufgeklärt. Auf Basis der gesammelten Erkenntnisse wurde ein künstliches Meerwasser definiert, welches als Referenz für die Entwicklung der Messtechnik genutzt wurde. Nachfolgend wurde ein thermodynamisches Gleichgewichtsmodell experimentell validiert.
Mit diesem ist es möglich, das Dissoziationsgleichgewicht der Schwefel(IV)-Spezies auf Basis vorgegebener Stoffmengen vorherzusagen. Die so ermittelten Referenzkonzentrationen wurden dann zur Bildung der Regressionsmodelle verwendet.
Die Entwicklung der Auswertemethode erfolgte in drei Systemen: Reinstwasser, künstliches Meerwasser und „Vorbehandeltes Meerwasser“. Letzteres beschreibt das künstliche Meerwasser nach Eliminierung ausgewählter störender Komponenten.
Es zeigt sich, dass sowohl in Reinstwasser als auch im System „Vorbehandeltes Meerwasser“ eine Erfassung beider Schwefel(IV)-Spezies möglich ist, während im künstlichen Meerwasser nur eine Detektion von Sulfit erreicht wird.
Für einen Einsatz des Messverfahrens in der Meerwasserentsalzung ergibt sich hieraus die Notwendigkeit einer Vorbehandlung des Messstroms.
Zur Vorbehandlung wurden zwei Strategien untersucht und diskutiert. Hierbei zeigt sich, dass eine Anpassung des pH-Wertes in Kombination mit dem Regressionsmodell „Künstliches Meerwasser“ ein hohes Potential zur Optimierung des Chemikalieneinsatzes aufweist, wohin-gegen eine Abscheidung von Störkomponenten nicht zielführend ist.

Share and cite

Citation style:

Birkmann, Jan: Entwicklung eines Messverfahrens zur Quantifizierung von Schwefel(IV)-Spezies in Meerwasser. 2020.

Could not load citation form. Default citation form is displayed.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export