Ein Gelöstsauerstoffsensor wird in einem stark belüfteten Becken installiert. Die Sauerstoffversorgung ist intensiv, das Wasser wird gut durchmischt – eigentlich ideale Voraussetzungen für eine zuverlässige Sauerstoffmessung.
In der Praxis kann genau diese starke Belüftung jedoch zu auffälligen Messwerten führen.
Der angezeigte Sauerstoffwert springt innerhalb kurzer Zeit deutlich nach oben und unten. Teilweise erscheinen kurzfristig sehr hohe Sättigungswerte, obwohl sich der eigentliche Prozesszustand nicht entsprechend verändert hat.
Eine häufige Ursache sind Luftblasen, die direkt mit der aktiven Messfläche des Sensors in Kontakt kommen.
Ein Gelöstsauerstoffsensor soll grundsätzlich den Sauerstoffzustand der Flüssigkeit bestimmen. Befindet sich jedoch zeitweise eine Gasblase unmittelbar auf der Membran beziehungsweise optischen Sensorkappe, sieht der Sensor lokal nicht mehr ausschließlich das Wasser, sondern einen Übergangsbereich zur Gasphase.
Das kann besonders bei großen Luftblasen zu sprunghaften beziehungsweise scheinbar zu hohen Sauerstoffwerten führen.
Hinzu kommt, dass eine starke Belüftung auch tatsächlich den gelösten Sauerstoffgehalt verändert. Ein hoher oder schwankender Messwert ist deshalb nicht automatisch ein Messfehler.
Für die Diagnose muss zunächst zwischen drei Situationen unterschieden werden: tatsächliche Änderung des Sauerstoffgehalts, unzureichende Anströmung des Sensors und direkte Störung durch Luftblasen am Sensorkopf.
Das verwendete Messprinzip spielt dabei eine wichtige Rolle.
Elektrochemische Sauerstoffsensoren verbrauchen während der Messung Sauerstoff an der Membran und benötigen deshalb eine ausreichende Anströmung. Optische Sensoren besitzen diese klassische Strömungsabhängigkeit wesentlich weniger beziehungsweise gar nicht, können bei ungünstiger Montage aber ebenfalls durch Blasen direkt an der aktiven Messfläche beeinflusst werden.
Die zentrale Aussage lautet: Bei starker Belüftung sollte ein Gelöstsauerstoffsensor nicht dort installiert werden, wo möglichst viele Luftblasen auf die Messfläche treffen. Entscheidend ist eine repräsentative Wasserprobe mit geeigneter Anströmung, möglichst wenig direktem Blasenkontakt und einer für das verwendete Sensorprinzip passenden Einbaulage.
Inhaltsverzeichnis
- Was misst ein Gelöstsauerstoffsensor?
- Warum starke Belüftung die Messung beeinflusst
- Was passiert bei Luftblasen direkt am Sensorkopf?
- Echte Sauerstoffänderung oder Messartefakt unterscheiden
- Wie arbeitet ein optischer Sauerstoffsensor?
- Wie arbeitet ein elektrochemischer Sauerstoffsensor?
- Warum elektrochemische Sensoren Anströmung benötigen
- Sensorposition im Belüftungsbecken richtig wählen
- Welche Sensorausrichtung hilft gegen Luftblasen?
- Warum der Sensor nicht direkt über dem Luftverteiler sitzen sollte
- Temperatur richtig berücksichtigen
- Luftdruck und Sauerstoffsättigung richtig einordnen
- Wann die Salinität berücksichtigt werden muss
- Gelöstsauerstoffsensor richtig kalibrieren
- Belag am Sensorkopf von Blasenproblemen unterscheiden
- Ansprechzeit und Prozessdynamik richtig bewerten
- Was bedeutet das für eine Belüftungsregelung?
- Typische Fehlerbilder systematisch diagnostizieren
- Passende Sauerstoffmesstechnik von ICS Schneider
- Fazit
- Häufige Fragen zu Gelöstsauerstoffsensoren bei starker Belüftung
1. Was misst ein Gelöstsauerstoffsensor?
Ein Gelöstsauerstoffsensor bestimmt den Sauerstoffzustand einer Flüssigkeit.
Der Messwert kann je nach Gerät beispielsweise als Konzentration in mg/l, Sauerstoffsättigung in Prozent oder Sauerstoffpartialdruck ausgegeben werden.
Diese Größen hängen miteinander zusammen, beschreiben aber nicht exakt dasselbe.
Die Konzentration gibt an, wie viel Sauerstoff tatsächlich in der Flüssigkeit gelöst ist.
Die Sättigung beschreibt dagegen, wie stark die Flüssigkeit unter den aktuellen Bedingungen im Verhältnis zum Gleichgewicht mit der umgebenden Atmosphäre mit Sauerstoff gesättigt ist.
Temperatur, Luftdruck und gegebenenfalls Salinität beeinflussen deshalb die Beziehung zwischen Sauerstoffpartialdruck, Sättigung und Konzentration.
Für eine zuverlässige Messung muss der Sensorkopf mit der tatsächlichen Flüssigkeit in Kontakt stehen.
Genau diese Voraussetzung kann durch starke Blasenbildung gestört werden.
2. Warum starke Belüftung die Messung beeinflusst
Belüftungsanlagen bringen Sauerstoff aus der Luft in das Wasser ein.
Je nach Verfahren entstehen dabei viele kleine oder größere Gasblasen, die vom Luftverteiler durch das Becken nach oben steigen.
Gleichzeitig wird die Flüssigkeit durchmischt und bewegt.
Für die Sauerstoffübertragung ist diese Situation erwünscht.
Für einen unmittelbar in der Blasenfahne montierten Sauerstoffsensor kann sie jedoch problematisch werden.
Steigende Luftblasen treffen auf Schutzkorb, Membran oder Sensorkappe, gleiten daran vorbei oder bleiben kurzzeitig an der Oberfläche hängen.
Dadurch kann der Sensor innerhalb weniger Sekunden abwechselnd Wasser und einen sehr sauerstoffreichen Gas-Flüssigkeits-Grenzbereich erfassen.
Das Ergebnis können stark schwankende Messwerte sein.
3. Was passiert bei Luftblasen direkt am Sensorkopf?
Eine Luftblase besitzt einen wesentlich höheren Sauerstoffpartialdruck als Wasser mit beispielsweise 2 oder 4 mg/l gelöstem Sauerstoff.
Liegt eine größere Blase direkt an der aktiven Sensorfläche an oder zerplatzt dort, verändert sich die unmittelbare Messumgebung abrupt.
Der Sensor kann darauf mit einem kurzfristigen Anstieg des Messwertes reagieren.
Hersteller von Sauerstoffsensoren weisen ausdrücklich auf diesen Effekt hin.
Für Messungen in stark belüfteten Becken wird deshalb empfohlen, die aktive Sensorfläche so auszurichten, dass aufsteigende Blasen möglichst daran vorbeigleiten und nicht dauerhaft darauf sitzen beziehungsweise direkt darauf zerplatzen.
Besonders auffällig ist dieser Fehler häufig als schneller positiver Ausschlag mit anschließendem Rückgang.
Ein einzelner kurzer hoher Messwert sollte deshalb nicht automatisch als tatsächliche Sauerstoffspitze des gesamten Beckens interpretiert werden.
4. Echte Sauerstoffänderung oder Messartefakt unterscheiden
Eine starke Belüftung kann selbstverständlich auch den tatsächlichen gelösten Sauerstoffgehalt verändern.
Nicht jeder hohe Messwert ist daher falsch.
Für die Diagnose ist insbesondere der zeitliche Verlauf hilfreich.
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Typisches Verhalten |
|---|---|---|
| Kurze steile positive Spitzen | Luftblase direkt an der Messfläche | Sehr schnelle Änderung und schnelle Rückkehr |
| Langsamer kontinuierlicher Anstieg | Tatsächliche Erhöhung des gelösten Sauerstoffs | Prozess folgt der Belüftungsleistung |
| Ständiges starkes Springen | Sensor unmittelbar in der Blasenfahne | Wert korreliert mit Blasenaufprall |
| Niedriger stabiler Wert trotz erwarteter hoher Konzentration | Zu geringe Anströmung bei elektrochemischem Sensor | Wert steigt bei stärkerer Wasserbewegung |
| Langsame Drift | Belag, Alterung oder Kalibrierproblem | Keine direkte Beziehung zu einzelnen Blasen |
Ein besonders einfacher Test besteht darin, die Sensorposition beziehungsweise Ausrichtung vorübergehend so zu verändern, dass deutlich weniger Blasen auf den Sensorkopf treffen.
Wird das Signal unmittelbar ruhiger, liegt die Ursache wahrscheinlich zumindest teilweise in der Blasenbeaufschlagung.
5. Wie arbeitet ein optischer Sauerstoffsensor?
Optische Gelöstsauerstoffsensoren nutzen eine sauerstoffabhängige Lumineszenz beziehungsweise Fluoreszenz in einer Sensorkappe.
Ein optischer Indikator wird mit Licht angeregt.
Sauerstoff beeinflusst anschließend die Intensität beziehungsweise Abklingzeit dieser Lumineszenz.
Aus dieser Veränderung wird der Sauerstoffpartialdruck bestimmt.
Das Verfahren verbraucht im Gegensatz zur klassischen elektrochemischen Messung praktisch keinen Sauerstoff an der Messfläche.
Eine Mindestströmung des Wassers ist daher grundsätzlich nicht erforderlich.
Eine Wasserbewegung kann jedoch die Reaktionszeit verbessern, weil Änderungen des Mediums schneller an die Messfläche gelangen.
Auch ein optischer Sensor sollte bei starker Belüftung so installiert werden, dass größere Luftblasen nicht dauerhaft auf der Sensorkappe liegen.
6. Wie arbeitet ein elektrochemischer Sauerstoffsensor?
Elektrochemische Sauerstoffsensoren besitzen eine gasdurchlässige Membran und ein elektrochemisches System hinter dieser Membran.
Sauerstoff diffundiert aus dem Wasser durch die Membran und wird innerhalb des Sensors elektrochemisch umgesetzt.
Der dabei entstehende Strom steht in Beziehung zum Sauerstoffpartialdruck.
Bei diesem Messprinzip wird Sauerstoff an der Sensoroberfläche verbraucht.
Direkt vor der Membran kann dadurch eine sauerstoffärmere Grenzschicht entstehen.
Ohne ausreichende Wasserbewegung wird der verbrauchte Sauerstoff nicht schnell genug ersetzt.
Der Sensor kann dann einen niedrigeren Wert anzeigen als tatsächlich im umgebenden Wasser vorhanden ist.
Das bedeutet: Bei elektrochemischen Sensoren kann sowohl zu wenig Anströmung als auch zu viel direkter Blasenkontakt problematisch sein.
7. Warum elektrochemische Sensoren Anströmung benötigen
Die erforderliche Anströmung ist produktspezifisch.
Beim galvanischen WTW CellOx 325 nennt der Hersteller beispielsweise unterschiedliche Mindestgeschwindigkeiten abhängig von der geforderten Messgenauigkeit.
Für eine Messgenauigkeit von 10 % wird eine Anströmgeschwindigkeit von mehr als 3 cm/s angegeben.
Für 5 % werden 10 cm/s und für 1 % etwa 18 cm/s angegeben.
Diese Werte zeigen einen wichtigen Zusammenhang: Ein bewegtes Medium ist für einen galvanischen Sauerstoffsensor grundsätzlich notwendig.
Starke Belüftung liefert zwar reichlich Wasserbewegung, die gewünschte Anströmung sollte jedoch aus der Flüssigkeitsströmung stammen und nicht daraus, dass Gasblasen direkt auf die Membran schlagen.
Für eine kontrollierte Labor- oder Vergleichsmessung kann deshalb ein Rührer beziehungsweise eine definierte Strömung wesentlich reproduzierbarer sein als turbulente Belüftung.
8. Sensorposition im Belüftungsbecken richtig wählen
Die Montageposition besitzt bei einer kontinuierlichen Sauerstoffmessung große Bedeutung.
Der Sensor sollte einen repräsentativen Prozessbereich erfassen.
Direkt über einem Luftverteiler ist die Blasendichte häufig maximal.
Dort kann die Messung stärker durch die Gasphase beeinflusst werden als einige Dezimeter oder Meter seitlich versetzt.
Eine Position in gut durchmischtem Wasser, jedoch außerhalb der intensivsten Blasenfahne, ist häufig günstiger.
Auch die Nähe zu Einlauf, Ablauf, Wand, Wasseroberfläche oder Totzone muss berücksichtigt werden.
Die beste Position ist nicht zwangsläufig die Stelle, an der der höchste Sauerstoffwert gemessen wird.
Sie sollte vielmehr den Sauerstoffzustand repräsentieren, der für die Prozessführung relevant ist.
9. Welche Sensorausrichtung hilft gegen Luftblasen?
Neben der Position beeinflusst auch die Ausrichtung des Sensorkopfes, wie Luftblasen mit der Messfläche interagieren.
Bei einer ungünstig nach oben gerichteten horizontalen Fläche können Blasen unter bestimmten Geometrien leichter haften bleiben.
Bei anderen Sensorbauformen kann eine geneigte oder umgekehrte Montage dazu führen, dass aufsteigende Blasen an der Messfläche vorbeigleiten.
Hersteller von optischen Prozesssensoren nutzen teilweise gezielt eine abgeschrägte Sensorkappe, um diesen Effekt konstruktiv zu unterstützen.
Bei mobilen Sensoren wird für stark belüftete Becken teilweise empfohlen, die Sonde so auszurichten, dass die Blasen nicht direkt auf der Membran zerplatzen.
Welche Ausrichtung zulässig ist, muss jedoch anhand der Betriebsanleitung des konkreten Sensors geprüft werden.
Eine universelle Einbaurichtung für jedes DO-Messprinzip gibt es nicht.
10. Warum der Sensor nicht direkt über dem Luftverteiler sitzen sollte
Ein Luftverteiler erzeugt lokal die höchste Konzentration an Gasblasen.
Genau dort sind außerdem Turbulenz, Strömungsgeschwindigkeit und Gasanteil besonders hoch.
Für die Prozessführung ist dieser Punkt häufig nicht repräsentativ für das gesamte Becken.
Ein Sensor unmittelbar über einem Diffusor kann deshalb gleichzeitig zwei Probleme besitzen:
Der reale Sauerstoffeintrag ist lokal überdurchschnittlich hoch und die Messfläche wird zusätzlich direkt von Gasblasen beaufschlagt.
Das Messergebnis kann damit zwar physikalisch an dieser Position korrekt beziehungsweise teilweise korrekt sein, aber für die Regelung der Gesamtanlage ungeeignet.
Eine repräsentative Messstelle sollte deshalb aus Strömungsbild, Beckenform, Belüfteranordnung und Regelungsziel abgeleitet werden.
11. Temperatur richtig berücksichtigen
Die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser hängt stark von der Temperatur ab.
Mit steigender Wassertemperatur sinkt die Sauerstoffmenge, die bei gleichem Partialdruck im Gleichgewicht gelöst werden kann.
Moderne Gelöstsauerstoffsensoren besitzen deshalb normalerweise einen integrierten Temperatursensor.
Für eine korrekte Kompensation muss dieser Temperatursensor jedoch ebenfalls vollständig in der repräsentativen Flüssigkeit liegen.
Teilweise eingetauchte Sensoren oder starke Temperaturgradienten können zu zusätzlichen Abweichungen führen.
Bei der Fehlersuche sollte deshalb nicht nur der Sauerstoffwert, sondern auch die gleichzeitig angezeigte Temperatur plausibilisiert werden.
12. Luftdruck und Sauerstoffsättigung richtig einordnen
Die Sauerstoffsättigung wird auch durch den atmosphärischen Druck beeinflusst.
Bei gleichem Wasser und gleicher Temperatur verändert eine Änderung des Luftdrucks den Sauerstoffpartialdruck an der Wasseroberfläche.
Messgeräte können diesen Einfluss durch einen integrierten Luftdrucksensor beziehungsweise eine entsprechende Kompensation berücksichtigen.
Das bei ICS angebotene ProfiLine Oxi 3310 besitzt beispielsweise eine automatische Luftdruckkompensation.
Gerade bei Sättigungswerten sollte deshalb geprüft werden, ob die Druckkompensation korrekt arbeitet beziehungsweise richtig parametriert ist.
Ein ungewöhnlich hoher Prozentwert ist nicht automatisch allein durch Luftblasen verursacht.
Auch reale Übersättigung, Temperaturänderung und der Bezugsdruck können eine Rolle spielen.
13. Wann die Salinität berücksichtigt werden muss
Gelöste Salze reduzieren die Sauerstofflöslichkeit des Wassers.
Bei stark salzhaltigen Proben muss deshalb eine entsprechende Salinitätskorrektur berücksichtigt werden.
Für typische kommunale Abwässer ist dieser Einfluss häufig geringer als in Meerwasser, Aquakultur oder konzentrierten Prozesslösungen.
Bei Vergleichsmessungen sollte jedoch darauf geachtet werden, dass beide Geräte beziehungsweise Sensoren mit denselben Korrekturparametern arbeiten.
Andernfalls können zwei technisch einwandfreie Sensoren unterschiedliche Konzentrationswerte anzeigen.
14. Gelöstsauerstoffsensor richtig kalibrieren
Eine Kalibrierung sollte nicht unmittelbar in einer stark turbulenten Blasenfahne durchgeführt werden.
Für Sauerstoffsensoren werden abhängig vom Messprinzip definierte Kalibrierbedingungen verwendet.
Bei galvanischen WTW-Sensoren wie CellOx beziehungsweise DurOx wird beispielsweise mit dafür vorgesehenen OxiCal-Kalibriergefäßen gearbeitet.
Bei optischen FDO-Sensoren erfolgt eine Überprüfung beziehungsweise Anwenderkalibrierung in wasserdampfgesättigter Luft.
Entscheidend ist, dass der Sensor vor der Bewertung ausreichend temperaturstabil ist und die aktive Messfläche sauber und in dem vom Hersteller geforderten Zustand vorliegt.
Eine fehlerhafte Kalibrierung kann anschließend jeden Prozesswert systematisch verschieben.
Bevor bei schwankenden Werten neu kalibriert wird, sollte deshalb zunächst geprüft werden, ob die Ursache nicht lediglich die Einbauposition beziehungsweise der direkte Blasenkontakt ist.
15. Belag am Sensorkopf von Blasenproblemen unterscheiden
Abwasser und Prozesswasser können biologische Beläge, Fette, Feststoffe oder andere Ablagerungen auf dem Sensor erzeugen.
Eine verschmutzte Membran beziehungsweise Sensorkappe verändert die Stoffübertragung und kann Ansprechzeit und Messwert beeinflussen.
Auch die Oberflächeneigenschaften verändern sich.
Dadurch können Luftblasen möglicherweise leichter an der Oberfläche haften bleiben.
Ein Blasenproblem und ein Verschmutzungsproblem können daher gleichzeitig auftreten.
Bei dauerhaft auffälligen Messwerten sollte der Sensorkopf nach Herstellervorgabe gereinigt und anschließend erneut geprüft werden.
Mechanisch aggressive Reinigung ist zu vermeiden, da insbesondere optische Sensorkappen und dünne Membranen beschädigt werden können.
16. Ansprechzeit und Prozessdynamik richtig bewerten
Ein Sauerstoffsensor bildet eine reale Änderung nicht ohne Verzögerung ab.
Die Ansprechzeit wird vom Messprinzip, Sensorkappe beziehungsweise Membran, Temperatur und Anströmung beeinflusst.
Beim optischen WTW FDO 925 wird beispielsweise bei 20 °C in gerührter Lösung ein t90 von unter 30 Sekunden angegeben.
Der Sensor benötigt dabei keine Mindestanströmung, eine Flüssigkeitsbewegung verbessert jedoch das Ansprechverhalten.
Bei einem schnellen Belüftungswechsel sollte daher nicht erwartet werden, dass jeder Sensor sofort den endgültigen neuen Prozesswert anzeigt.
Bei der Diagnose muss zwischen tatsächlicher Prozessdynamik, Sensorreaktionszeit und kurzfristigen Blasenartefakten unterschieden werden.
17. Was bedeutet das für eine Belüftungsregelung?
In biologischen Abwasseranlagen wird der Sauerstoffwert häufig direkt zur Regelung der Gebläse beziehungsweise Belüfter verwendet.
Ein stark schwankendes Sensorsignal kann damit unmittelbar Energieverbrauch und Prozessführung beeinflussen.
Zeigt der Sensor durch auftreffende Luftblasen wiederholt zu hohe Werte, kann die Regelung die Belüftung unnötig reduzieren.
Fällt der Messwert anschließend wieder ab, fährt die Regelung erneut hoch.
Das System kann dadurch beginnen, stärker zu regeln als der eigentliche biologische Prozess erfordert.
Eine reine elektronische Filterung ist dabei nur begrenzt hilfreich.
Sie kann einzelne Spitzen glätten, behebt aber keine grundsätzlich ungeeignete Sensorposition.
Für eine robuste Regelung sollte deshalb zuerst ein repräsentativer und möglichst störungsarmer Messpunkt gewählt werden.
18. Typische Fehlerbilder systematisch diagnostizieren
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| DO-Wert zeigt sehr kurze positive Spitzen | Blasen zerplatzen direkt an der Messfläche | Sensorposition beziehungsweise Ausrichtung verändern |
| Messwert wird ruhiger, sobald Belüftung abgeschaltet wird | Direkter Blaseneinfluss oder starke Turbulenz | Sensor aus der Hauptblasenfahne versetzen |
| Elektrochemischer Sensor zeigt bei ruhigem Wasser zu wenig an | Anströmung zu gering | Definierte Flüssigkeitsbewegung herstellen |
| Wert steigt beim Bewegen des Sensors | Strömungsabhängigkeit des elektrochemischen Sensors | Anströmung nach Herstellervorgabe prüfen |
| DO-Wert dauerhaft zu hoch | Echte Übersättigung, Kalibrierung oder Blasenanlagerung | Referenzmessung außerhalb der Blasenfahne durchführen |
| Messung reagiert sehr langsam | Verschmutzte Membran/Sensorkappe oder langsame Sensorcharakteristik | Sensor reinigen und Reaktionszeit prüfen |
| Messwert driftet über Tage | Membran, Elektrolyt, Sensorkappe oder Kalibrierung | Sensorzustand und Kalibrierung kontrollieren |
| Zwei Sensoren im selben Becken zeigen deutlich unterschiedliche Werte | Unterschiedliche Position, Blasenbelastung oder lokale O₂-Verteilung | Sensoren testweise nebeneinander an repräsentativer Stelle vergleichen |
19. Passende Sauerstoffmesstechnik von ICS Schneider
ICS Schneider Messtechnik bietet Messgeräte für pH-Wert, Leitfähigkeit und gelösten Sauerstoff für Wasser-, Umwelt-, Labor- und Prozessanwendungen. Eine Übersicht finden Sie unter pH / Leitfähigkeit / Sauerstoff / Messgeräte.
19.1 ProfiLine Oxi 3310
Das ProfiLine Oxi 3310 ist ein professionelles tragbares Messgerät für gelösten Sauerstoff.
Der Messwert kann als Sauerstoffkonzentration, Sättigung oder Partialdruck ausgegeben werden.
Das Gerät verfügt über einen intervallgesteuerten Datenlogger mit Speicher für bis zu 5.000 Messwerte und eignet sich dadurch auch für die Beobachtung zeitlicher Schwankungen.
Ein integrierter Luftdrucksensor übernimmt die Druckkompensation der Sauerstoffmessung.
In der angebotenen Set-Ausführung wird das Gerät mit dem galvanischen Sauerstoffsensor CellOx 325 geliefert.
19.2 CellOx 325
Der CellOx 325 ist ein membranbedeckter galvanischer Gelöstsauerstoffsensor.
Sein Messbereich reicht bis 50 mg/l O₂ beziehungsweise 600 % Sauerstoffsättigung.
Da das galvanische Messprinzip Sauerstoff an der Membran verbraucht, ist eine ausreichende Anströmung erforderlich.
Bei einer stark belüfteten Anwendung sollte deshalb nicht einfach versucht werden, möglichst viele Blasen auf die Membran zu leiten.
Ziel ist eine ausreichende, möglichst gleichmäßige Flüssigkeitsbewegung bei gleichzeitig reduziertem direkten Blasenkontakt.
19.3 Optische Sensorik für stark belüftete Anwendungen
Optische Gelöstsauerstoffsensoren können insbesondere für kontinuierliche Prozessmessungen interessant sein, weil sie keinen Sauerstoff an der Messfläche verbrauchen und deshalb keine klassische Mindestanströmung benötigen.
Bei stark belüfteten Becken bleibt die mechanische Ausführung der Sensorkappe dennoch relevant.
Für entsprechende Prozesssensoren existieren beispielsweise abgeschrägte Sensorkappen, an denen Luftblasen leichter vorbeigleiten können.
Welche Geräteausführung geeignet ist, hängt von Messbereich, Anwendung, Einbausituation, Reinigungsaufwand, gewünschter Dynamik und Schnittstelle ab.
19.4 Geräteauswahl durch ICS Schneider
Für die Auswahl einer geeigneten Sauerstoffmessung sind unter anderem Medium, erwarteter Sauerstoffbereich, Temperatur, Salinität, Art und Stärke der Belüftung, Einbautiefe, Strömung, mobile oder kontinuierliche Messung und gewünschte Datenaufzeichnung relevant.
Bei einer Prozessmessung sollte zusätzlich beschrieben werden, wie der Sensor installiert werden kann und ob er direkt in einer Belüftungszone, einem Bypass oder einem weniger turbulenten Beckenbereich eingesetzt werden soll.
20. Fazit
Starke Belüftung bedeutet nicht automatisch optimale Bedingungen für einen Gelöstsauerstoffsensor.
Die Belüftung sorgt zwar für Sauerstoffeintrag und Wasserbewegung, kann aber gleichzeitig große Mengen an Luftblasen direkt an die Messfläche bringen.
Treffen diese Blasen auf die Membran beziehungsweise Sensorkappe oder bleiben dort kurzzeitig haften, kann der Sensor sprunghafte beziehungsweise scheinbar zu hohe Werte anzeigen.
Besonders wichtig ist deshalb die Sensorposition.
Der Sensor sollte einen repräsentativen Bereich des Wassers messen und nicht unmittelbar in der intensivsten Blasenfahne des Luftverteilers montiert werden.
Auch die Ausrichtung kann helfen, damit aufsteigende Blasen an der Messfläche vorbeigleiten.
Das Sensorprinzip muss ebenfalls berücksichtigt werden.
Galvanische beziehungsweise andere elektrochemische Sensoren benötigen eine ausreichende Anströmung, da sie Sauerstoff an ihrer Membran verbrauchen.
Optische Sensoren benötigen diese Mindestströmung grundsätzlich nicht, können bei ungünstiger Einbaulage aber dennoch durch direkte Blasenbeaufschlagung gestört werden.
Temperatur, Luftdruck, Salinität, Sensorverschmutzung und Kalibrierzustand beeinflussen die Messung zusätzlich.
Für eine belastbare Diagnose gilt deshalb:
Sensorposition prüfen → direkte Blasenbeaufschlagung reduzieren → zulässige Sensorausrichtung kontrollieren → Sensorprinzip berücksichtigen → bei elektrochemischen Sensoren ausreichende Wasseranströmung sicherstellen → Temperatur und Druck plausibilisieren → Sensorkopf reinigen → Kalibrierung prüfen → Messwert außerhalb der Blasenfahne vergleichen → erst danach Filterung oder Prozessregelung verändern.
Der wichtigste praktische Grundsatz lautet damit: Für eine gute Gelöstsauerstoffmessung braucht der Sensor nicht möglichst viele Luftblasen, sondern einen repräsentativen Kontakt zur Flüssigkeit unter Bedingungen, die zum verwendeten Messprinzip passen.
21. Häufige Fragen zu Gelöstsauerstoffsensoren bei starker Belüftung
21.1 Können Luftblasen einen Gelöstsauerstoffsensor beeinflussen?
Ja. Größere Blasen, die direkt auf der aktiven Messfläche sitzen oder dort zerplatzen, können insbesondere sprunghafte beziehungsweise zu hohe Sauerstoffwerte verursachen.
21.2 Warum zeigt der Sensor bei Luftblasen häufig zu viel Sauerstoff an?
Die Messfläche kommt lokal mit einer sauerstoffreichen Gasphase beziehungsweise Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche in Kontakt. Diese Situation unterscheidet sich deutlich vom gelösten Sauerstoff im umgebenden Wasser.
21.3 Bedeutet ein hoher Wert immer einen Blasenfehler?
Nein. Starke Belüftung kann auch tatsächlich zu einer hohen Sauerstoffkonzentration oder Übersättigung führen. Der zeitliche Verlauf und eine Vergleichsmessung an einer anderen Position helfen bei der Unterscheidung.
21.4 Wo sollte der Sauerstoffsensor im Belüftungsbecken sitzen?
In einem gut durchmischten und für den Prozess repräsentativen Bereich, möglichst nicht unmittelbar in der intensivsten Blasenfahne eines Belüfters.
21.5 Sollte der Sensor direkt über dem Luftverteiler montiert werden?
In der Regel ist das ungünstig, weil dort Gasanteil und Blasenaufprall besonders hoch sind. Die konkrete optimale Position hängt jedoch von Becken- und Prozessgeometrie ab.
21.6 Hilft eine andere Sensorausrichtung?
Ja. Abhängig von der Sensorbauform kann eine geneigte, vertikale oder umgekehrte Montage verhindern, dass aufsteigende Blasen dauerhaft auf der aktiven Fläche liegen.
21.7 Benötigt ein optischer Sauerstoffsensor Strömung?
Für Sensoren wie den WTW FDO 925 ist keine Mindestanströmung erforderlich. Flüssigkeitsbewegung kann jedoch das Ansprechverhalten verbessern.
21.8 Benötigt ein galvanischer Sauerstoffsensor Strömung?
Ja. Da Sauerstoff während der elektrochemischen Messung an der Membran verbraucht wird, muss ausreichend frisches Messmedium nachströmen.
21.9 Welche Anströmung benötigt der CellOx 325?
WTW nennt für den CellOx 325 mehr als 3 cm/s für 10 % Messgenauigkeit, 10 cm/s für 5 % und 18 cm/s für 1 %.
21.10 Ist starke Belüftung deshalb ideal für den CellOx 325?
Nicht automatisch. Sie sorgt zwar für Wasserbewegung, kann gleichzeitig aber störende Luftblasen direkt an die Membran bringen. Entscheidend ist die Flüssigkeitsanströmung und nicht möglichst starker Blasenaufprall.
21.11 Warum schwankt der Messwert bei laufender Belüftung stärker?
Mögliche Ursachen sind direkte Luftblasen an der Messfläche, tatsächliche lokale Sauerstoffschwankungen oder starke Turbulenz am Messpunkt.
21.12 Kann ein Digitalfilter das Problem lösen?
Ein Filter kann einzelne Spitzen glätten, beseitigt aber keine ungeeignete Sensorposition oder Luftblasen an der Messfläche.
21.13 Warum ist die Temperatur wichtig?
Die Sauerstofflöslichkeit nimmt mit steigender Temperatur ab. Eine korrekte Temperaturmessung und -kompensation ist deshalb Bestandteil der DO-Messung.
21.14 Warum wird der Luftdruck berücksichtigt?
Der atmosphärische Druck beeinflusst den Sauerstoffpartialdruck und damit insbesondere die Berechnung der Sauerstoffsättigung.
21.15 Wann muss die Salinität korrigiert werden?
Wenn das Medium relevante Mengen gelöster Salze enthält, beispielsweise in Meerwasser, Aquakultur oder salzhaltigen Prozesslösungen.
21.16 Können Ablagerungen ebenfalls schwankende Werte verursachen?
Ja. Beläge auf Membran beziehungsweise Sensorkappe können Stoffübertragung, Ansprechzeit und Blasenanhaftung beeinflussen.
21.17 Sollte bei schwankenden Werten sofort neu kalibriert werden?
Nein. Zunächst sollten Sensorposition, Blaseneinfluss, Anströmung, Verschmutzung und Temperatur geprüft werden. Eine neue Kalibrierung behebt keinen Einbaufehler.
21.18 Welches ICS-Gerät eignet sich für mobile Gelöstsauerstoffmessungen?
Das ProfiLine Oxi 3310 ist für mobile und dokumentierte Gelöstsauerstoffmessungen ausgelegt und kann Konzentration, Sättigung, Partialdruck und Temperatur erfassen.
21.19 Welcher Sensor gehört zum Oxi 3310 Set 1?
Das Set wird mit dem galvanischen Sauerstoffsensor CellOx 325 geliefert.
21.20 Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Geräteauswahl?
Hilfreich sind Medium, Sauerstoffbereich, Temperatur, Salinität, Art und Intensität der Belüftung, Strömungsgeschwindigkeit, Einbauposition, mobile oder kontinuierliche Messung, gewünschte Datenaufzeichnung und die Frage, ob der Messwert lediglich dokumentiert oder direkt zur Prozessregelung verwendet wird.