Die pH-Messung ist eine essenzielle Analyse- und Überwachungstechnologie in der industriellen Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung. Sie ermöglicht die präzise Bestimmung des Säure- oder Basengehalts eines Wassers oder Abwassers und liefert grundlegende Informationen zur Steuerung von chemischen, biologischen und physikalischen Prozessen.
Der pH-Wert ist eine der wichtigsten Parameter, da er zahlreiche Reaktionen beeinflusst, wie Fällung, Flockung, Neutralisation, biologische Abbauprozesse und Korrosionsverhalten. Eine korrekte pH-Messung ist entscheidend für die Prozesskontrolle und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.
Inhaltsverzeichnis
Grundlagen der pH-Messung
Die pH-Messung basiert auf der Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffionen (H⁺) in einer Lösung. Sie erfolgt über elektrochemische Sensoren oder optische Verfahren.
Elektrochemische Grundlagen
- Der pH-Wert wird durch das Potenzial einer speziellen Glasmembranelektrode bestimmt, die selektiv auf H⁺-Ionen reagiert.
- Dieses Potenzial wird mit einer Referenzelektrode verglichen, die ein konstantes Potenzial liefert.
- Die Differenz der beiden Potenziale wird in einen pH-Wert umgerechnet, basierend auf der Nernst-Gleichung.
Sensorik und Technologie der pH-Messung
Hauptkomponenten eines pH-Sensors
Glasmembranelektrode:
- Reagiert spezifisch auf H⁺-Ionen.
- Enthält eine innenliegende Pufferlösung mit bekanntem pH-Wert.
- Die Glasmembran wird speziell behandelt, um eine hohe Selektivität für H⁺-Ionen zu gewährleisten.
Referenzelektrode:
- Liefert ein stabiles Referenzpotenzial.
- Häufig in einer KCl-Lösung eingebettet, die über eine Diaphragmaöffnung mit der Probenlösung in Kontakt steht.
Temperatursensor:
- Da der pH-Wert temperaturabhängig ist, enthalten moderne Sensoren integrierte Thermoelemente zur Temperaturkompensation.
Verstärker und Messgerät:
- Wandeln das Signal der Elektrode in einen pH-Wert um und zeigen ihn auf einem Display an.
Foto: Reaktionsstrecke einer pH-geregelten Neutralisationsanlage mit automatischer Dosierung von Säure und Lauge (ALMA Neutra)
Messmethoden
Manuelle pH-Messung:
- Einsatz tragbarer pH-Meter in Laboren oder vor Ort.
- Wird bei kleinen Wassermengen oder zur Stichprobenkontrolle verwendet.
Online-pH-Messung:
- Kontinuierliche Überwachung des pH-Werts in Prozessanlagen.
- Typische Anwendung in Kläranlagen, Kühlkreisläufen oder Neutralisationsanlagen.
- Besteht aus einem Sensor, einer Mess- und Regeleinheit und einer automatischen Reinigungseinheit.
Optische Verfahren:
- Nutzung von Indikatorfarbstoffen, die je nach pH-Wert ihre Farbe ändern.
- Wird seltener in der Industrie angewandt, bietet jedoch Vorteile bei stark verschmutzten Medien.
Anwendung der pH-Messung in der Wasser- und Abwasserbehandlung
- Steuerung der Dosierung von Säuren oder Laugen zur pH-Anpassung.
Biologische Abwasserbehandlung:
- Sicherstellung eines optimalen pH-Werts (6,5–8,5) für die Aktivität von Mikroorganismen im Belebtschlammverfahren.
- Unkontrollierte pH-Wert-Schwankungen können zur Hemmung oder zum Absterben der Biomasse führen.
Chemische Fällung und Flockung:
- Optimierung des pH-Werts zur Ausfällung von Schwermetallen, Phosphaten oder organischen Verunreinigungen.
- Beispiel: Eisenhydroxid fällt bei einem pH-Wert von 7–9 aus.
Korrosionsschutz in Kühlkreisläufen:
- Kontrolle des pH-Werts zur Vermeidung von Materialkorrosion oder Kalkausfällungen.
- Beispiel: Stabilisierung bei einem pH-Wert von 8,2–8,5.
Membranverfahren:
- Schutz von Umkehrosmosemembranen durch pH-Kontrolle.
- Extreme pH-Werte können Membranen beschädigen und ihre Lebensdauer verkürzen.
Foto: Unsere Fällungs- und Flockungsanlage, auch CP-Anlage genannt, ALMA CHEM MCW mit pH-geregelter Zugabe von Säure und Lauge
Herausforderungen bei der pH-Messung
Verschmutzung der Elektrode:
- Ablagerungen durch Fette, Öle oder Feststoffe können die Genauigkeit beeinträchtigen.
- Lösung: Automatische Reinigungseinheiten (z. B. Spülsysteme mit Säuren oder Laugen).
Referenzelektroden-Vergiftung:
- Starke Verschmutzungen oder chemische Belastungen (z. B. durch Sulfide) können die Funktion der Referenzelektrode beeinträchtigen.
- Lösung: Einsatz von robusten Referenzelektroden mit Doppelkammerdesign.
Kalibrierung und Wartung:
- Ungenaue Kalibrierung führt zu Abweichungen.
- Lösung: Regelmäßige Kalibrierung mit Pufferlösungen (z. B. pH 4, pH 7, pH 10).
Chemische Extrembedingungen:
- Starke Säuren oder Basen sowie hohe Salzkonzentrationen können die Lebensdauer der Sensoren verkürzen.
- Lösung: Verwendung spezieller Hochleistungs-pH-Sensoren.
Fazit
Die pH-Messung ist ein unverzichtbares Werkzeug in der industriellen Wasser- und Abwasserbehandlung. Moderne Technologien ermöglichen eine präzise und kontinuierliche Überwachung, die für die Prozesssteuerung, Qualitätssicherung und Einhaltung gesetzlicher Vorgaben essenziell ist. Durch den Einsatz geeigneter Sensoren und Regeltechnik können Betreiber eine hohe Prozessstabilität und Wirtschaftlichkeit ihrer Anlagen sicherstellen. Regelmäßige Wartung und Kalibrierung sind dabei unerlässlich, um die langfristige Zuverlässigkeit der pH-Messung zu gewährleisten.
Für weiter Informationen zu unseren Produkten können Sie uns gerne jederzeit kontaktieren!
Foto: Beispiel einer Neutralisationsanlage in ALMA Modulbauweise mit Misch- und Ausgleichsbehälter (ALMA Neutra)
