Ein Gelöstsauerstoffsensor wird in einem stark belüfteten Becken installiert. Das Wasser ist gut durchmischt, der Sauerstoffeintrag hoch und die Strömung deutlich sichtbar. Eigentlich scheinen damit ideale Bedingungen für eine zuverlässige Sauerstoffmessung vorzuliegen.
In der Praxis kann gerade die starke Belüftung jedoch zu auffälligen Messwerten führen.
Der angezeigte Sauerstoffwert springt innerhalb kurzer Zeit deutlich nach oben und unten. Teilweise treten sehr hohe Sättigungswerte auf, 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 Sensorkappe, misst der Sensor lokal nicht mehr ausschließlich die Flüssigkeit.
Stattdessen entsteht ein direkter Kontakt mit einer Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche, deren Sauerstoffpartialdruck deutlich von dem des umgebenden Wassers abweichen kann.
Das kann insbesondere bei größeren Luftblasen zu sprunghaften beziehungsweise scheinbar zu hohen Sauerstoffwerten führen.
Gleichzeitig darf nicht vergessen werden, dass eine starke Belüftung den tatsächlichen gelösten Sauerstoffgehalt selbstverständlich ebenfalls verändert.
Ein hoher oder schwankender Messwert ist deshalb nicht automatisch ein Messfehler.
Für eine belastbare Diagnose müssen insbesondere drei Situationen voneinander unterschieden werden: tatsächliche Änderungen des Sauerstoffgehalts, unzureichende Anströmung des Sensors und direkte Störungen durch Luftblasen am Sensorkopf.
Das verwendete Messprinzip spielt dabei eine wichtige Rolle.
Elektrochemische beziehungsweise galvanische Sauerstoffsensoren verbrauchen Sauerstoff an ihrer Membran und benötigen deshalb eine ausreichende Flüssigkeitsbewegung. Optische Sauerstoffsensoren besitzen diese klassische Strömungsabhängigkeit nicht beziehungsweise wesentlich weniger, können bei ungünstiger Einbaulage jedoch ebenfalls durch Luftblasen direkt an der aktiven Messfläche beeinflusst werden.
Die zentrale Aussage lautet: Bei starker Belüftung sollte ein Gelöstsauerstoffsensor nicht dort montiert werden, wo möglichst viele Luftblasen auf die Messfläche treffen. Entscheidend sind eine repräsentative Sensorposition, geeignete Wasseranströmung und möglichst wenig direkter Blasenkontakt.
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 als Sauerstoffkonzentration in mg/l, Sauerstoffsättigung in Prozent oder Sauerstoffpartialdruck ausgegeben werden.
Diese Größen hängen miteinander zusammen, beschreiben jedoch nicht exakt dasselbe.
Die Konzentration gibt an, wie viel Sauerstoff tatsächlich in der Flüssigkeit gelöst ist.
Die Sättigung beschreibt dagegen, wie stark das Wasser unter den aktuellen Bedingungen im Verhältnis zum thermodynamischen 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 die aktive Sensorfläche 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 den Sauerstoffeintrag ist diese Situation erwünscht.
Für einen unmittelbar in der Blasenfahne montierten Sauerstoffsensor kann sie jedoch problematisch werden.
Steigende Luftblasen treffen auf Schutzkorb, Membran beziehungsweise Sensorkappe, gleiten daran vorbei oder bleiben kurzfristig an der Oberfläche haften.
Dadurch kann der Sensor innerhalb weniger Sekunden abwechselnd Wasser und einen sauerstoffreichen Gas-Flüssigkeits-Grenzbereich erfassen.
Das Ergebnis können stark schwankende Messwerte sein.
3. Was passiert bei Luftblasen direkt am Sensorkopf?
Eine Luftblase besitzt einen anderen Sauerstoffpartialdruck als Wasser mit beispielsweise nur wenigen Milligramm pro Liter 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.
Besonders auffällig ist dieses Fehlerbild häufig als schneller positiver Ausschlag mit anschließendem Rückgang.
Eine einzelne kurze Sauerstoffspitze sollte deshalb nicht automatisch als reale Änderung des gesamten Prozessbeckens interpretiert werden.
Bei stark belüfteten Anwendungen sollte die Sensorfläche möglichst so angeordnet sein, dass aufsteigende Luftblasen daran vorbeigleiten und nicht dauerhaft anhaften.
4. Echte Sauerstoffänderung oder Messartefakt unterscheiden
Eine starke Belüftung kann selbstverständlich auch den tatsächlichen gelösten Sauerstoffgehalt verändern.
Nicht jeder hohe Messwert ist deshalb 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 | Messwert folgt der Belüftungsleistung |
| Ständiges starkes Springen | Sensor unmittelbar in der Blasenfahne | Messwert korreliert mit Blasenaufprall |
| Niedriger stabiler Wert bei ruhigem Wasser | Zu geringe Anströmung eines elektrochemischen Sensors | Wert steigt bei stärkerer Wasserbewegung |
| Langsame Drift | Belag, Alterung oder Kalibrierproblem | Keine direkte Beziehung zu einzelnen Blasen |
Ein einfacher Praxistest besteht darin, die Sensorposition beziehungsweise Ausrichtung so zu verändern, dass deutlich weniger Luftblasen auf den Sensorkopf treffen.
Wird das Signal unmittelbar ruhiger, liegt die Ursache wahrscheinlich zumindest teilweise in der direkten Blasenbeaufschlagung.
5. Wie arbeitet ein optischer Sauerstoffsensor?
Optische Gelöstsauerstoffsensoren nutzen eine sauerstoffabhängige Lumineszenz 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 Messprinzip verbraucht im Gegensatz zur klassischen elektrochemischen Messung praktisch keinen Sauerstoff an der aktiven Messfläche.
Eine klassische Mindestanströmung ist daher grundsätzlich nicht erforderlich.
Eine Flüssigkeitsbewegung 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.
Bei elektrochemischen Sensoren können deshalb sowohl zu wenig Flüssigkeitsbewegung als auch zu viel direkter Blasenkontakt problematisch sein.
7. Warum elektrochemische Sensoren Anströmung benötigen
Die erforderliche Anströmung ist abhängig vom konkreten Sensor.
Da während der elektrochemischen Reaktion Sauerstoff verbraucht wird, muss kontinuierlich neues Messmedium an die Membran gelangen.
Bei stehendem Wasser kann unmittelbar vor der Membran eine sauerstoffärmere Grenzschicht entstehen.
Der angezeigte Wert kann dadurch zu niedrig ausfallen.
Eine definierte Wasserströmung sorgt dafür, dass diese Grenzschicht kontinuierlich erneuert wird.
Starke Belüftung erzeugt zwar viel Bewegung im Becken, die notwendige Anströmung sollte jedoch aus der Flüssigkeitsströmung stammen und nicht daraus, dass Gasblasen direkt auf die Membran treffen.
Für Vergleichs- und Labormessungen kann eine definierte Strömung beziehungsweise ein Rührer deshalb reproduzierbarer sein als eine turbulente Blasenströmung.
8. Sensorposition im Belüftungsbecken richtig wählen
Die Montageposition besitzt bei einer kontinuierlichen Sauerstoffmessung große Bedeutung.
Der Sensor sollte einen für den Prozess repräsentativen Bereich erfassen.
Direkt über einem Luftverteiler ist die Blasendichte häufig besonders hoch.
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 deshalb häufig günstiger.
Auch die Nähe zu Einlauf, Ablauf, Wand, Wasseroberfläche oder Totzone muss berücksichtigt werden.
Die beste Sensorposition ist nicht zwangsläufig die Stelle mit dem höchsten Sauerstoffwert.
Sie sollte vielmehr den Sauerstoffzustand repräsentieren, der für die Prozessführung tatsächlich 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 leichter haften bleiben.
Bei anderen Sensorbauformen kann eine geneigte oder nach unten orientierte Montage dazu beitragen, dass Blasen an der aktiven Fläche vorbeigleiten.
Welche Einbaulage zulässig ist, hängt jedoch vom konkreten Sensor ab.
Die Herstellerangaben zur zulässigen Orientierung sollten deshalb berücksichtigt werden.
Eine universelle Montageposition für alle DO-Sensoren gibt es nicht.
10. Warum der Sensor nicht direkt über dem Luftverteiler sitzen sollte
Ein Luftverteiler erzeugt lokal die höchste Konzentration an Gasblasen.
Gleichzeitig sind dort Turbulenz, Strömungsgeschwindigkeit und Gasanteil besonders hoch.
Für die Prozessführung ist dieser Bereich häufig nicht repräsentativ für das gesamte Becken.
Ein Sensor unmittelbar über einem Diffusor kann deshalb gleichzeitig zwei Effekte erfassen:
Der reale lokale Sauerstoffeintrag ist überdurchschnittlich hoch und die Messfläche wird zusätzlich direkt von Luftblasen beaufschlagt.
Der Messwert kann damit an dieser Position physikalisch plausibel sein und trotzdem für die Regelung des Gesamtprozesses ungeeignet bleiben.
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 Sauerstoffpartialdruck gelöst werden kann.
Moderne Gelöstsauerstoffmessgeräte besitzen deshalb üblicherweise eine Temperaturkompensation.
Für eine korrekte Kompensation muss auch die Temperaturmessung den tatsächlichen Zustand des Mediums abbilden.
Teilweise eingetauchte Sensoren oder deutliche Temperaturgradienten können zusätzliche Abweichungen verursachen.
Bei der Fehlersuche sollte deshalb nicht nur der Sauerstoffwert, sondern auch die gleichzeitig gemessene Temperatur auf Plausibilität geprüft werden.
12. Luftdruck und Sauerstoffsättigung richtig einordnen
Auch der atmosphärische Druck beeinflusst die Sauerstoffsättigung.
Bei gleichem Wasser und gleicher Temperatur verändert eine Änderung des Luftdrucks den Sauerstoffpartialdruck an der Wasseroberfläche.
Messgeräte können diesen Einfluss automatisch oder durch entsprechende Parametrierung berücksichtigen.
Gerade bei Prozent-Sättigungswerten sollte deshalb geprüft werden, ob die Druckkompensation korrekt arbeitet.
Ein ungewöhnlich hoher Sättigungswert ist nicht automatisch ausschließlich auf Luftblasen zurückzuführen.
Auch reale Übersättigung, Temperaturänderungen und der aktuelle Luftdruck können eine Rolle spielen.
13. Wann die Salinität berücksichtigt werden muss
Gelöste Salze reduzieren die Sauerstofflöslichkeit des Wassers.
Bei salzhaltigen Proben muss deshalb eine entsprechende Salinitätskorrektur berücksichtigt werden.
Für viele kommunale Abwässer ist dieser Einfluss geringer als beispielsweise in Meerwasser, Aquakultur oder salzhaltigen Prozesslösungen.
Bei Vergleichsmessungen sollten jedoch beide Geräte beziehungsweise Sensoren mit denselben Korrekturparametern arbeiten.
Andernfalls können zwei technisch einwandfreie Messsysteme unterschiedliche Konzentrationswerte anzeigen.
14. Gelöstsauerstoffsensor richtig kalibrieren
Eine Kalibrierung sollte nicht unmittelbar in einer stark turbulenten Blasenfahne durchgeführt werden.
Je nach Messprinzip werden definierte Kalibrierbedingungen verwendet.
Entscheidend ist, dass der Sensor vor der Bewertung ausreichend temperaturstabil ist und sich die aktive Messfläche in dem vom Hersteller vorgesehenen Zustand befindet.
Eine verschmutzte oder beschädigte Membran beziehungsweise Sensorkappe kann auch bei formal korrekt durchgeführter Kalibrierung zu Problemen führen.
Ebenso kann eine fehlerhafte Kalibrierung anschließend jeden Prozesswert systematisch verschieben.
Bevor bei schwankenden Messwerten neu kalibriert wird, sollte deshalb zunächst geprüft werden, ob die Ursache nicht lediglich in Sensorposition, Blasenkontakt oder fehlender Anströmung liegt.
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 können sich dadurch verändern.
Luftblasen können dann möglicherweise leichter an der Oberfläche anhaften.
Blasenprobleme und Verschmutzung können deshalb gleichzeitig auftreten.
Bei dauerhaft auffälligen Messwerten sollte der Sensorkopf gemäß 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, der Membran beziehungsweise Sensorkappe, Temperatur und Anströmung beeinflusst.
Auch bei einem technisch einwandfreien Sensor benötigt der Messwert deshalb eine gewisse Zeit, um nach einer Änderung einen neuen stabilen Zustand zu erreichen.
Bei einem schnellen Wechsel der Belüftungsleistung sollte daher nicht erwartet werden, dass der Sensor unmittelbar 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 von Gebläsen beziehungsweise Belüftern 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, erhöht die Regelung die Belüftungsleistung erneut.
Das Regelungssystem kann dadurch stärker reagieren als der eigentliche biologische Prozess es erfordert.
Eine reine elektronische Filterung ist dabei nur begrenzt hilfreich.
Sie kann einzelne Spitzen glätten, behebt aber keine grundsätzlich ungünstige 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 | Luftblasen direkt an der Messfläche | Sensorposition beziehungsweise Ausrichtung verändern |
| Messwert wird ruhiger, sobald die Belüftung reduziert 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 |
| Messwert steigt beim Bewegen des Sensors | Strömungsabhängigkeit des elektrochemischen Sensors | Anströmung nach Herstellervorgabe prüfen |
| DO-Wert dauerhaft sehr hoch | Echte Übersättigung, Kalibrierung oder Blasenanlagerung | Referenzmessung außerhalb der Blasenfahne durchführen |
| Messung reagiert deutlich langsamer als früher | Verschmutzte Membran beziehungsweise Sensorkappe | Sensor reinigen und Reaktionszeit prüfen |
| Messwert driftet über Tage | Sensoralterung, Membran, Sensorkappe oder Kalibrierung | Sensorzustand und Kalibrierung kontrollieren |
| Zwei Sensoren im selben Becken zeigen 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 Mobile Sauerstoffmessgeräte
Für Kontroll-, Vergleichs- und Servicemessungen sind mobile Gelöstsauerstoffmessgeräte besonders hilfreich.
Mit einer mobilen Messung kann beispielsweise überprüft werden, ob ein stationärer Sensor in der Hauptblasenfahne andere Werte liefert als einige Meter entfernt im gleichen Becken.
Damit lassen sich lokale Sauerstoffunterschiede und Messstellenprobleme wesentlich besser voneinander unterscheiden.
19.2 Galvanische beziehungsweise elektrochemische Sensoren
Galvanische Sauerstoffsensoren sind bewährte Messsysteme für Wasser- und Umweltanwendungen.
Da das Messprinzip Sauerstoff an der Membran verbraucht, muss eine ausreichende Flüssigkeitsbewegung vorhanden sein.
Bei stark belüfteten Anwendungen sollte jedoch nicht versucht werden, diese Anströmung über möglichst starken direkten Blasenaufprall zu erzeugen.
Ziel ist eine ausreichend gleichmäßige Flüssigkeitsbewegung bei möglichst geringem direktem Kontakt zwischen Luftblasen und Messfläche.
19.3 Optische Sauerstoffsensorik
Optische Gelöstsauerstoffsensoren können insbesondere für kontinuierliche Prozessmessungen interessant sein.
Da sie praktisch keinen Sauerstoff an der aktiven Messfläche verbrauchen, benötigen sie keine klassische Mindestanströmung wie elektrochemische Sensoren.
Bei stark belüfteten Becken bleibt die Positionierung jedoch auch bei diesem Messprinzip relevant.
Luftblasen sollten nicht dauerhaft auf der Sensorkappe verbleiben.
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, in einem Bypass oder in 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, bringt aber gleichzeitig große Mengen an Luftblasen in die Nähe der Messstelle.
Treffen diese Blasen direkt auf die Membran beziehungsweise Sensorkappe oder bleiben dort kurzzeitig haften, kann der Sensor sprunghafte oder 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 Sensorausrichtung kann dazu beitragen, dass aufsteigende Luftblasen an der aktiven Fläche vorbeigleiten.
Das Messprinzip muss ebenfalls berücksichtigt werden.
Galvanische beziehungsweise andere elektrochemische Sensoren benötigen eine ausreichende Flüssigkeitsanströmung, weil sie Sauerstoff an ihrer Membran verbrauchen.
Optische Sensoren benötigen diese Mindestströmung grundsätzlich nicht, können bei ungünstiger Montage aber ebenfalls durch direkten Blasenkontakt beeinflusst werden.
Temperatur, Luftdruck, Salinität, Sensorverschmutzung und Kalibrierzustand beeinflussen die Messung zusätzlich.
Für eine belastbare Diagnose gilt deshalb:
Sensorposition prüfen → direkten Blasenkontakt reduzieren → zulässige Sensorausrichtung kontrollieren → Messprinzip berücksichtigen → bei elektrochemischen Sensoren ausreichende Wasseranströmung sicherstellen → Temperatur und Druck plausibilisieren → Sensorkopf kontrollieren und reinigen → Kalibrierung prüfen → Messwert außerhalb der Blasenfahne vergleichen → erst danach Filterung oder Prozessregelung verändern.
Der wichtigste praktische Grundsatz lautet damit: Für eine gute Gelöstsauerstoffmessung benötigt der Sensor nicht möglichst viele Luftblasen, sondern einen repräsentativen Kontakt zur Flüssigkeit unter Bedingungen, die zum eingesetzten Messprinzip passen.
21. Häufige Fragen zu Gelöstsauerstoffsensoren bei starker Belüftung
21.1 Können Luftblasen einen Gelöstsauerstoffsensor beeinflussen?
Ja. Größere Luftblasen, die direkt auf der aktiven Messfläche sitzen oder dort zerplatzen, können sprunghafte beziehungsweise scheinbar zu hohe Sauerstoffwerte verursachen.
21.2 Warum zeigt der Sensor bei Luftblasen häufig zu viel Sauerstoff an?
Die aktive Messfläche kommt lokal mit einer sauerstoffreichen Gasphase beziehungsweise Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche in Kontakt. Diese Situation unterscheidet sich vom gelösten Sauerstoff im umgebenden Wasser.
21.3 Bedeutet ein hoher Sauerstoffwert immer einen Blasenfehler?
Nein. Starke Belüftung kann auch tatsächlich zu einer hohen Sauerstoffkonzentration beziehungsweise 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 optimale Position hängt jedoch von Becken- und Prozessgeometrie ab.
21.6 Hilft eine andere Sensorausrichtung?
Ja. Abhängig von der Sensorbauform kann eine geeignete geneigte, vertikale oder nach unten gerichtete Montage verhindern, dass aufsteigende Blasen dauerhaft auf der aktiven Messfläche liegen.
21.7 Benötigt ein optischer Sauerstoffsensor Strömung?
Eine klassische Mindestanströmung ist grundsätzlich nicht 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 Ist starke Belüftung deshalb ideal für einen galvanischen Sensor?
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.
21.10 Warum schwankt der Messwert bei laufender Belüftung stärker?
Mögliche Ursachen sind direkte Luftblasen an der Messfläche, tatsächliche lokale Sauerstoffschwankungen und starke Turbulenz am Messpunkt.
21.11 Kann ein Digitalfilter das Problem lösen?
Ein Filter kann einzelne Spitzen glätten, beseitigt aber keine ungeeignete Sensorposition oder Luftblasen auf der Messfläche.
21.12 Warum ist die Temperatur wichtig?
Die Sauerstofflöslichkeit nimmt mit steigender Temperatur ab. Eine korrekte Temperaturmessung und -kompensation gehört deshalb zur Gelöstsauerstoffmessung.
21.13 Warum wird der Luftdruck berücksichtigt?
Der atmosphärische Druck beeinflusst den Sauerstoffpartialdruck und damit insbesondere die Berechnung der Sauerstoffsättigung.
21.14 Wann muss die Salinität korrigiert werden?
Wenn das Medium relevante Mengen gelöster Salze enthält, beispielsweise in Meerwasser, Aquakultur oder salzhaltigen Prozesslösungen.
21.15 Können Ablagerungen ebenfalls schwankende Werte verursachen?
Ja. Beläge auf Membran beziehungsweise Sensorkappe können Stoffübertragung, Ansprechzeit und Blasenanhaftung beeinflussen.
21.16 Sollte bei schwankenden Werten sofort neu kalibriert werden?
Nein. Zunächst sollten Sensorposition, Blaseneinfluss, Anströmung, Verschmutzung und Temperatur geprüft werden. Eine neue Kalibrierung beseitigt keinen Einbaufehler.
21.17 Warum reagieren manche Sauerstoffsensoren langsamer als andere?
Messprinzip, Membran beziehungsweise Sensorkappe, Temperatur, Flüssigkeitsbewegung und Sensoraufbau beeinflussen die Ansprechzeit.
21.18 Kann eine schlechte Sensorposition die Belüftungsregelung beeinflussen?
Ja. Falsch hohe oder stark schwankende Sauerstoffwerte können dazu führen, dass Gebläse beziehungsweise Belüfter unnötig stark nachregeln.
21.19 Ist eine mobile Vergleichsmessung sinnvoll?
Ja. Eine mobile Messung an mehreren Stellen des Beckens kann helfen, lokale Prozessunterschiede von einem Problem der stationären Messstelle zu unterscheiden.
21.20 Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Geräteauswahl?
Hilfreich sind Medium, Sauerstoffbereich, Temperatur, Salinität, Art und Intensität der Belüftung, Strömungsverhältnisse, Einbauposition, mobile oder kontinuierliche Messung, gewünschte Datenaufzeichnung und die Frage, ob der Messwert nur dokumentiert oder direkt zur Prozessregelung verwendet wird.