Ausgabe Januar 2000


Trübungsmessung von Abwasser

Einführung
Steigende Forderungen von Seiten des Umweltschutzes bei gleichzeitiger Kosteneinsparung erzwingen Weiterentwicklungen im Bereich Abwasserreinigung. Ziel dieses Projektes ist es eine Versuchsanordnung zu finden, die es ermöglicht, den Grad farbiger Verunreinigung des Abwassers zu messen. Wichtig dabei ist die Kenntnis, welcher Farbstoff im Abwasser vorhanden ist, so daß entsprechende Reinigungsverfahren gewählt werden können.

Theorie
Wenn ein aus weißem Licht bestehender Strahl eine mit Flüssigkeit gefüllte Küvette durchsetzt, so erfolgt eine Lichtschwächung. Der austretende Lichtstrom ist kleiner als der auf die Küvette auftreffende Lichtstrom. Unter Lichtstrom versteht man die in der Zeiteinheit auf die Küvette fallende Lichtenergie. Der Verlust ist durch Reflexionen an den Grenzflächen Luft/Glas und Glas/Flüssigkeit, durch Absorption in den Küvettenwänden, durch Streuung an suspendierten Teilchen, hauptsächlich aber durch Absorption in der Flüssigkeit bedingt. Die durch Reflexion und Absorption in den Glaswänden verursachten Verluste werden nie rechnerisch berücksichtigt. Sie werden experimentell mit Hilfe einer Kompensationsküvette eliminiert

Bei klaren Lösungen läßt sich durch sorgfältiges und sauberes Arbeiten die Lichtschwächung durch Streuung (Tyndal-Effekt) vernachlässigen. Beim Abwasser hat sich jedoch als problematisch herausgestellt, daß neben den farbigen Verunreinigungen, welche echte Lösungen darstellen, auch Kolloid und Schwebeteilchen enthalten sind.

Die Extinktion berechnet sich wie folgt:

sext = sabs + sstr

Die Lichtintensitšt berechnet sich dann:

I(x) = Io * e(-sext * x)

Die Verminderung des Lichtstromes durch Absorption in der Flüssigkeit kann sich in den einzelnen Spektralbereichen verschieden stark auswirken. In diesem Falle erscheint die Lösung farbig, und zwar ist die Farbe des austretenden Lichtbündels zur Farbe der absorbierten Strahlung komplementär. Absorbiert eine Lösung im grünen Bereich so erscheint sie purpurrot.

Das Maß der Absorption einer Substanz wird üblicherweise als Funktion der Wellenlänge wiedergegeben. Will man ein Meßverfahren, welches alle Arten von farbigen Lösungen bestimmen kann, so muß man die Transparenz bei verschiedenen Wellenlängen auswerten. Hierzu bietet sich eine Auswertung mit den XYZ-Farbwerten an.

Meßverfahren
Die Trübungsmessung erfolgt nach der Winkelverteilung eines mit einem Laser durchleuchteten Raumes. Bei Auftreffen des parallelen Laserbündels werden die einzelnen Strahlen je nach Größe und Dichte der Teilchen verschieden stark abgelenkt. Im Extremfall erfolgt sogar eine Reflexion des Lichtes. Zur Auswertung muß die Energieverteilung über einen möglichst weiten Bereich erfolgen. Problematisch ist allerdings, daß die Distanz des Lichtweges nicht verschieden lang sein darf. Mit Hilfe der Lasermessung kann der Grad des Intensitätsverlustes des Lichtstroms aufgrund der Streuung zur Korrektur der Lichtabsorption herangezogen werden.

Hierbei ist folgende Anordnung nötig:


Auswertung
Folgende Probenanordnung wird verwendet: Von drei Farbstoffen mit unterschiedlichem Absorptions-verhalten werden vier Lösungen mit unterschiedlicher Konzentration angesetzt. Jede der vier Konzentrationen wird mit unterschiedlichen Mengen an Kolloid versetzt, so daß jeweils 4x4 Proben in 3 verschiedenen Kolloidkonzentrationen zur Verfügung stehen. Zum Vergleich dienen die Lösungen ohne Kolloid.

Die Auswertung erfolgt mittels eines von der Firma SEPA entwickelten Computerprogramms. Die Berechnung erfolgt über die Farbwertanteile der Meßlösung im Vergleich zu reinem Wasser. 

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