Neuer Schwefelwasserstoff-Sensor setzt dem Rätselraten bei der Abwasseraufbereitung ein Ende
Schwefelwasserstoff (H2S), allgemein bekannt als ein nach faulen Eiern riechendes Gas, sammelt sich in Kanalisationssystemen durch den bakteriellen Abbau organischer Stoffe an. In Sickerschächten wird H2S aus dem Abwasser in die Luft freigesetzt, wo es mit dem Biofilm auf dem Beton reagiert und Schwefelsäure bildet. Dadurch kommt es zu einer schnellen Korrosion der Betonrohre. Außerdem kann H2S nur schwer gemessen werden, weil es ein flüchtiges Gas ist. In der Kanalisation gestaltet sich die Messung aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit, hohen Luftfeuchtigkeit und weiteren Umgebungsbedingungen jedoch als besonders schwierig. Dennoch überwachen Wasserversorgungsunternehmen mithilfe von Gasloggern routinemäßig die H2S-Konzentration in der Luft direkt unter den Schachtabdeckungen. Diese Geräte können zwar Geruchsprobleme erkennen, aber kein gelöstes H2S im Abwasser nachweisen. Um das H2S zu neutralisieren, führen Wasserversorgungsunternehmen dem Abwasser Chemikalien zu, doch diese Zugabe erfolgt quasi blind. Denn die Verantwortlichen wissen nie genau, wo sich das H2S befindet und in welchen Mengen es vorliegt. In der Folge werden die Chemikalien zur Wasseraufbereitung übermäßig zugesetzt, was vermeidbare Kosten verursacht. Eine Alternative wäre, das gelöste H2S unvollständig zu behandeln, wodurch jedoch im Nachhinein Korrosionsprobleme auftreten können.
Neue Sensorlösung
Das EU-finanzierte Projekt iMEC entwickelte einen neuen mikroelektrochemischen H2S-Sensor, der bereits zum Patent angemeldet ist. Dieses Projekt ist das Nachfolgeprojekt eines gleichnamigen Projekts, das von der EU im Rahmen der Phase 1 des KMU-Instruments gefördert wurde. „Unser Sensor ‚SulfiLogger‘ kann kontinuierlich H2S direkt im Abwasser und in der Luft unmittelbar darüber messen“, erklärt Projektkoordinator Søren Porsgaard. Er sagt, dass das Gerät längere Zeit in Kanalisationsumgebungen ohne regelmäßige Austrocknungszeiten, wie dies bei normalen Gasloggern der Fall ist, eingesetzt werden kann. Das H2S durchdringt eine Membran an der Sensorspitze, woraufhin es elektrisch oxidiert wird. Anschließend gibt das Gerät die gemessene Konzentration als elektrischen Strom aus. Das neue Design ermöglicht die Messung der H2S-Konzentration selbst unter sauerstoffarmen Bedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Vor allem aber misst es das H2S sowohl in der Gas- als auch in der Flüssigphase. Letztere ist besonders wichtig, da H2S in Flüssigkeiten erzeugt und transportiert wird, und nur Flüssigkeitsmessungen das wahre Ausmaß des Problems offenbaren. Die Sensoren können im gesamten Kanalisationssystem und in Kläranlagen installiert werden. Die neue Überwachungsfunktion bietet den Betreibenden dieser Anlagen die Informationen, die sie benötigen, um H2S strategisch zu verwalten – dort, wo es entsteht, und dann, wenn es entsteht – und dabei genau die richtige Menge an Chemikalien anstelle der derzeitigen ungenauen und verschwenderischen Methoden einzusetzen.
Test- und Validierungsphasen
Da der Sensor die einzige Technik darstellt, mit der H2S direkt im Abwasser gemessen werden kann, zog er das Interesse der größten europäischen Wasserversorgungsunternehmen auf sich. Sensoren wurden für Versuche in den Abwasserkanälen mehrerer großer Städte in Europa installiert. Das Team wies nach, dass die automatische, sensorgesteuerte Dosierung von Chemikalien die Kosten für derartige Chemikalien zur Wasseraufbereitung um 50 % verringerte und gleichzeitig die Wirksamkeit der Wasseraufbereitung verbesserte. Aufgrund der COVID-19-Pandemie erlitt das Projekt jedoch einen großen Rückschlag. „Im Frühjahr 2020 wurde ein Großteil Europas praktisch stillgelegt. Leider geschah dies genau zu der Zeit, als wir kurz vor der Installation einer beträchtlichen Anzahl von Sensoren für unsere internationale Demonstrationskampagne standen“, fügt Porsgaard hinzu. Letztendlich hat es das Team allen Hindernissen zum Trotz geschafft, mit etwas flexiblem Denken alle Fertigungs- und Installationsprozesse für die Kommerzialisierung vorzubereiten. Ziel wird zunächst der europäische Markt sein, weitere sollen später folgen.
Schlüsselbegriffe
iMEC, H2S, Sensor, Überwachung, Abwasser, Schwefelwasserstoff, Chemikalien zur Wasseraufbereitung, Kanalisationssystem, Korrosion, SulfiLogger, Flüssigkeitsmessungen
