Die Leitfähigkeit (auch elektrische Leitfähigkeit oder spezifische Leitfähigkeit) ist ein essenzieller Parameter zur Bewertung der Wasserqualität in der industriellen Wasser- und Abwasserbehandlung. Sie gibt Aufschluss über die Konzentration von gelösten Salzen und damit über die ionische Zusammensetzung des Wassers. In der Praxis dient die Leitfähigkeit als wichtiger Indikator für die Effizienz von Wasseraufbereitungsprozessen, die Reinheit von Prozesswasser und die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben bei der Abwasserentsorgung.
Inhaltsverzeichnis
Definition und physikalische Grundlagen
Die Leitfähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Mediums, elektrischen Strom zu leiten. Sie wird hauptsächlich durch die Anwesenheit von gelösten Ionen wie Natrium (Na+), Kalium (K+), Chlorid (Cl-) oder Sulfat (SO4²-) bestimmt. Die Einheit der Leitfähigkeit ist Siemens pro Meter (S/m) oder, im Wasserbereich üblich, Mikrosiemens pro Zentimeter (µS/cm).
Zusammenhang mit der Ionenkonzentration:
Je höher die Ionenkonzentration, desto größer die Leitfähigkeit.
Reines Wasser hat eine sehr geringe Leitfähigkeit (etwa 0,055 µS/cm bei 25 °C).
Temperaturabhängigkeit: Die Leitfähigkeit ist stark temperaturabhängig. Sie nimmt mit steigender Temperatur zu, da die Beweglichkeit der Ionen erhöht wird. Messgeräte korrigieren die Leitfähigkeit daher auf eine Referenztemperatur von 25 °C.
Messung der Leitfähigkeit
Die Messung der Leitfähigkeit erfolgt mit speziellen Leitfähigkeitssensoren. Diese bestehen in der Regel aus zwei Elektroden, zwischen denen eine Wechselspannung angelegt wird. Die gemessene Stromstärke ist proportional zur Leitfähigkeit der Flüssigkeit.
Messmethoden:
Kontaktmessung:
Elektroden kommen direkt mit dem Medium in Kontakt.
Geeignet für Wasser mit geringer bis mittlerer Leitfähigkeit.
Induktive Messung:
Kein direkter Kontakt zwischen Sensor und Medium.
Einsatz in hochaggressiven oder stark verschmutzten Medien.
Bedeutung der Leitfähigkeit in der Wassertechnik
Die Leitfähigkeit hat in verschiedenen Bereichen der Wasser- und Abwassertechnik eine zentrale Bedeutung:
1. Prozesswasseraufbereitung:
Qualitätskontrolle: In der Produktion, beispielsweise in der Elektronik- oder Pharmaindustrie, ist eine niedrige Leitfähigkeit entscheidend für die Qualität des Prozesswassers.
Steuerung der Entsalzung: Umkehrosmose– und Ionenaustauscheranlagen überwachen kontinuierlich die Leitfähigkeit, um die Effizienz der Salzrückhaltung sicherzustellen.
Foto: Eine unserer Umkehrosmoseanlagen mit Leitfähigkeitsmessungen im Permeat und Konzentrat, installiert im Technikraumcontainer ALMA Modul
2. Abwasserbehandlung:
Einhaltung von Grenzwerten: Die Leitfähigkeit wird genutzt, um sicherzustellen, dass Abwässer keine übermäßigen Mengen an gelösten Salzen enthalten, die Umweltprobleme verursachen könnten.
Prozessüberwachung: Plötzliche Leitfähigkeitsänderungen können auf Leckagen oder Fehlfunktionen im System hinweisen.
3. Kühlsysteme:
Korrosionsschutz: Hohe Leitfähigkeiten in Kühlkreisläufen können Korrosion begünstigen. Die Leitfähigkeit wird daher über die Absalzung und den Einsatz von Inhibitoren kontrolliert.
4. Wasserrecycling:
Die Leitfähigkeit ist ein Schlüsselparameter, um die Qualität des recycelten Wassers zu beurteilen und die Wiederverwendbarkeit sicherzustellen.
Leitfähigkeit und Wasseraufbereitungstechnologien
Die Leitfähigkeit ist eng mit der Wirksamkeit verschiedener Wasseraufbereitungsverfahren verknüpft. Hier sind einige Beispiele:
1. Ionenaustausch:
Der Ionenaustausch reduziert die Leitfähigkeit, indem er gelöste Ionen durch Wasserstoff- (H+) und Hydroxidionen (OH-) ersetzt, die sich zu Wasser verbinden.
Anwendung in der Herstellung von demineralisiertem Wasser (VE-Wasser).
2. Umkehrosmose (RO):
RO-Membranen entfernen bis zu 99 % der gelösten Salze und senken so die Leitfähigkeit erheblich.
Typische Permeatleitfähigkeit liegt unter 20 µS/cm.
3. Elektrodeionisation (EDI):
Kombination aus Ionenaustausch und Elektrodialyse zur kontinuierlichen Entfernung von Ionen.
Erzeugt ultra-reines Wasser mit einer Leitfähigkeit unter 0,1 µS/cm.
4. Destillation:
Entfernt gelöste Salze durch Verdampfung und Kondensation.
Ergebnis ist Wasser mit sehr niedriger Leitfähigkeit.
Foto: Unsere Ionenaustauscheranlage ALMA ION mit vorgeschalteten Mehrschichtfilter und Leitfähigkeitsmessung
Herausforderungen bei der Kontrolle der Leitfähigkeit
1. Verschmutzungen der Sensoren:
Ablagerungen oder Biofouling auf den Elektroden können die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
Regelmäßige Reinigung und Kalibrierung der Sensoren sind erforderlich.
2. Einfluss von Kohlendioxid (CO2):
Gelöstes CO2 kann die Leitfähigkeit erhöhen, insbesondere in enthärtetem Wasser.
Entgasung oder pH-Kontrolle minimieren diesen Effekt.
3. Hohe Salzkonzentrationen:
Bei extrem hohen Leitfähigkeiten (> 200 mS/cm) stoßen konventionelle Messsysteme an ihre Grenzen.
Induktive Messmethoden bieten hier eine Lösung.
Fazit
Die Leitfähigkeit ist ein unverzichtbarer Parameter in der Wasser- und Abwassertechnik. Sie bietet eine einfache und effektive Möglichkeit, die Wasserqualität zu bewerten und die Effizienz von Aufbereitungsprozessen zu überwachen. Eine genaue Messung und Kontrolle der Leitfähigkeit tragen entscheidend zur Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit industrieller Prozesse bei.
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