Qualität präzise sicherstellen

Desinfektion und deren Überwachung ist in der Wasserverarbeitung ein immer wichtigeres Element. Das kommt besonders in der Getränkeindustrie zum Tragen. Endress+Hauser kann in diesem Bereich ein umfassendes Sortiment zur Verfügung stellen. 

Wassermanagement wird immer wichtiger und herausfordernder, vor allem in Anbetracht von Trends wie Wasserknappheit. Dadurch nehmen Desinfektionsprozesse einen immer höheren Stellenwert ein. Denn unser Trinkwasser muss durch Desinfektions- und Hygienemaßnahmen vor Bakterien, Viren und anderen schädlichen Organismen geschützt werden. Das Gleiche gilt für unsere Umwelt, damit wir auch zukünftig bedenkenlos in unseren Seen und Gewässern baden können.  

Auch in Industrieprozessen spielen Desinfektionsprozesse eine große Rolle. In der Getränkeindustrie findet das Trinkwasser direkt Eingang in die Produkte, während Oberflächenwasser in anderen Industrien, wie in der Energieerzeugung, häufig als Kühlmittel eingesetzt wird. Hier sorgt die Desinfektion dafür, dass keine Biofilme oder Bakterienrasen in den Kühlleitungen oder -tanks entstehen und damit die Kühlleistung reduzieren. 

Die unterschiedlichen Anwendungen werden mit unterschiedlichen Desinfektionsmitteln bedient. In der Trinkwasseraufbereitung kommt häufig Ozon zum Einsatz, da es hochreaktiv ist. Im Wasserverteilungsnetz ist es freies Chlor oder Chlordioxid, da die Stoffe eine Depotwirkung aufweisen und so dafür sorgen, dass das Wasser sicher bis zum Verbraucher kommt. 

Bei der Verwendung als Kühlmittel wird das Wasser häufig mit Chlordioxid oder freiem Brom desinfiziert, weil sie den Biofilm direkt abbauen und über einen weiten pH-Bereich wirksam sind. In Meerwasseranwendungen wird freies Brom als Desinfektionsmittel gemessen, da durch die Chlorung in diesem Medium freies Brom entsteht. Die Lebensmittelindustrie verwendet oft Peressigsäure, da sie breitbandig desinfiziert, wobei bei der Aufbereitung von Produktwasser für die Herstellung von Erfrischungsgetränken auch die Desinfektion mit freiem Chlor oder Chlordioxid verwendet wird. 

Konstanter Geschmack 

Die Aufbereitung des Rohwassers für die Getränkeherstellung spielt eine zentrale Rolle für die Sicherheit und den Geschmack des Endprodukts. Das Rohwasser kann sich je nach Standort unterscheiden, aber die Hersteller haben strenge Vorgaben, was die Zusammensetzung des Wassers angeht, da das Getränk unabhängig von seinem Produktionsstandort immer gleich schmecken muss.  

Die Rohwasseraufbereitung bei einer Softdrinkherstellung erfolgt in mehreren Schritten. Zuerst wird die Trübung des Rohwassers gemessen und das Wasser in eine Umkehrosmose-Anlage eingespeist, um die Konzentration gelöster Stoffe zu reduzieren, das Wasser also zu entsalzen. So wird eine geschmacksneutrale Aufbereitung des Wassers und ein gleichbleibender Getränkegeschmack erreicht.  

Bei der Umkehrosmose wird der natürliche Osmoseprozess an einer halbdurchlässigen Membran unter hohem Druck umgekehrt. Dadurch durchdringt das Wasser die Membran, während andere Bestandteile zurückgehalten werden. Wird das Produktwasser vor der Umkehrosmose desinfiziert, muss sichergestellt werden, dass das Chlor durch Aktivkohlefiltration vollständig aus dem Wasser entfernt wird, um die Membranen zu schützen.  

Chlormessung bei Softdrinks 

Als Desinfektionsmittel wird häufig 0,3 mg/l freies Chlor verwendet, was dem erlaubten Gehalt der deutschen Trinkwasserverordnung entspricht. Anschließend wird das Produktwasser durch Filtration von allen Chlorresten befreit, da es vor der Zugabe des Getränkesirups chlorfrei sein muss. Diese Filtration wird jedoch einmal pro Woche über einen Bypass umgangen, um die Leitungen der Anlage bei niedrigen Temperaturen im so genannten Cold Cleaning in Place (Cold-CIP) durch das Chlor zu reinigen. 

Zur Überwachung von Chlorentfernung und Cold-CIP-Prozesses werden an zwei Stellen amperometrische Sensoren zur Messung von freiem Chlor eingesetzt: Einmal nach der Filtration, um festzustellen, ob das Wasser nahezu chlorfrei ist, und zum zweiten im Leitungssystem, wo der Chlorgehalt 0,3 mg/l betragen muss. 

Die besondere Herausforderung hierbei ist die Abwesenheit von Chlor nach der Filtration über einen längeren Zeitraum hinweg. Diese Abwesenheit führt bei vielen amperometrischen Sensoren zu einem verzögerten Ansprechverhalten, dem sogenannten „Einschlafen“. Das könnte zu Produktverlusten führen, da bereits Getränkesirup zugegeben wird, wenn nach der Filtration noch unentdecktes Chlor im Produktwasser vorhanden ist.  

Der Sensor schläft nicht 

Der eingesetzte Endress+Hauser-Sensor für freies Chlor Memosens CCS51E zeigt auch nach längerer Inaktivität keine Verzögerung der Ansprechzeit und sorgt so dafür, dass keine Chlorpeaks unentdeckt bleiben. Zusätzlich „sieht“ der Sensor einmal pro Woche chlorhaltiges Wasser, wenn die Filtration umgangen wird, um die Leitungen zu reinigen. Dies funktioniert wie eine Funktionsprüfung des Sensors und stellt eine elektrochemische Aktivierung sicher. Im Vergleich zu nasschemischen Analysatoren nach der DPD-Methode, die nur ca. alle drei Minuten einen Messwert bereitstellen können, bietet die Inline-Messung mit amperometrischen Sensoren eine kontinuierliche Messung, bei der keine Peaks übersehen werden. 

Dank der kontinuierlichen Messung und der schnellen Messwerte kann die Chlordosierung präziser erfolgen – so wenig wie möglich, aber so viel wie für eine zuverlässige Desinfektion nötig ist. Um diese Präzision zu erreichen, muss eine ausreichende Anströmung an der Sensormembran von 15 cm/s erzeugt werden. Wenn der Sensor einmal pro Jahr kalibriert wird, sollte der Betreiber bei der DPD-Kalibrierung beachten, die Probe in Sensornähe zu entnehmen, die Küvette sauber zu halten, das Mindesthaltbarkeitsdatum der DPD-Reagenzien zu beachten und Luftblasen in der Probe zu vermeiden. 

Im Prozess benötigen die amperometrischen Sensoren keinerlei Reagenzien und sind daher wartungsarm. Darüber hinaus speichert die neue Generation der Memosens-Sensoren mehr Daten zu Kalibrierung, Betriebsstunden, wie etwa den Elektrolytzähler, und Belastung, so dass die Wartungsstrategie spezifisch für die Applikation entwickelt und die Wartung noch effizienter ausfallen kann. 

Die neue Sensorgeneration bietet zudem auch eine hohe Effizienz in der Inbetriebnahme. Nach dem Anschließen benötigt sie nur eine kurze Polarisationszeit, bis sie einen stabilen Messwert anzeigt, so dass die Anlage schnell wieder voll funktionsfähig ist. 

Bei einigen Getränkeherstellern geht die Entwicklung der Produktwasseraufbereitung dahin, dass sie nicht nur den Wert des freien Chlors betrachten müssen, sondern alle Rückstände der Desinfektionsmittel. Für diese Messung eignen sich Gesamtchlorsensoren, wie der Memosens CCS53E. Er erfasst freies (HCl, OCl-) und gebundenes Chlor (Chloramine) zuverlässig und schnell und schützt so das Endprodukt noch sicherer. 

Autor: Johannes Kienle, Product Manager, Endress+Hauser 

Bilder: Endress+Hauser AG