Wie ein TSS-Sensor funktioniert (Total Suspended Solids)

Was sind Gesamt-Suspendierte Feststoffe?

Gesamt-Suspendierte Feststoffe beziehen sich auf Partikel, die physikalisch im Wasser suspendiert, aber nicht gelöst sind. Im Gegensatz zu gelösten Salzen, die die Leitfähigkeit beeinflussen, bleiben suspendierte Feststoffe als kleine Teilchen im Wasser schweben.

Beispiele sind:

• Ton und Schluff

• Organische Ablagerungen

• Algen

• Bakterienkolonien

• Biofilmfragmente

• Industrielle Partikel

TSS wird typischerweise gemessen in:

mg/L (Milligramm pro Liter)

Höhere TSS-Werte weisen in der Regel auf höhere Trübung und geringere Wassertransparenz hin, obwohl Trübung und TSS nicht genau die gleiche Messung sind.

Grundprinzip eines TSS-Sensors

Die meisten modernen TSS-Sensoren arbeiten mit optischer Messung, indem sie speziell erkennen, wie Partikel Licht streuen.

Das Prinzip ist relativ einfach:

1. Der Sensor sendet einen Lichtstrahl aus (normalerweise Infrarot oder Nahinfrarot).

2. Schwebeteilchen im Wasser streuen das Licht.

3. Ein Photodetektor misst die Intensität des gestreuten Lichts.

4. Die Sensorelektronik wandelt das gemessene Signal in einen TSS-Konzentrationswert um.

Je mehr Partikel im Wasser vorhanden sind, desto mehr Licht wird gestreut, was zu einem höheren TSS-Wert führt.

Lichtstreuungsmessung

Die am häufigsten verwendete optische Methode ist die Nephelometrie, bei der der Detektor Licht misst, das um 90 Grad von der Lichtquelle gestreut wird.

Der Prozess funktioniert folgendermaßen:

1. Ein LED-Emitter sendet Licht in die Wasserprobe.

2. Schwebeteilchen unterbrechen das Licht.

3. Teilchen streuen das Licht in mehrere Richtungen.

4. Ein Detektor, der in einem Winkel von 90° positioniert ist, misst die Intensität des gestreuten Lichts.

Die interne Kalibrierungskurve des Sensors wandelt dieses optische Signal in einen TSS-Wert in mg/L um.

Diese Technik ist sehr empfindlich gegenüber kleinen Partikeln und wird häufig in der Umwelt- und Abwasserüberwachung eingesetzt.

Infrarotlicht zur Vermeidung von Interferenzen

Viele TSS-Sensoren verwenden Infrarotlicht (IR), typischerweise um 850 nm.

Infrarot wird bevorzugt, weil:

• Es Störungen durch Wasserfarbe reduziert.

• Es die Beeinflussung durch Sonnenlicht minimiert.

• Es weniger von der Algenpigmentierung beeinflusst wird.

Dadurch sind stabilere Messungen in natürlichen Gewässersystemen und industriellen Umgebungen möglich.

Trübung vs TSS

Trübung und TSS sind eng verwandte, aber nicht identische Messgrößen.

Trübung

• Misst die Wassertrübung, die durch Partikel verursacht wird.

• Ausgedrückt in NTU (Nephelometrische Trübungseinheiten).

TSS

• Misst die tatsächliche Massenkonzentration von suspendierten Feststoffen.

• Ausgedrückt in mg/L.

Ein Trübungssensor misst die optische Streuung direkt, während ein TSS-Sensor in der Regel Kalibrierungskurven anwendet, um die Streuintensität mit der tatsächlichen Feststoffkonzentration zu korrelieren, die durch Labormethoden gefiltert wurde.

Da Partikelgröße und -zusammensetzung variieren, müssen TSS-Sensoren oft für spezifische Anwendungen kalibriert werden.

Arten von TSS-Sensoren

1. Optische TSS-Sensoren

Dies sind die am weitesten verbreiteten Sensoren.

Sie enthalten:

• Lichtemitter (LED oder Laser)

• Photodetektor

• Optisches Fenster

• Signalelektronik zur Verarbeitung

Vorteile:

• Echtzeitmessung

• Keine chemischen Reagenzien erforderlich

• Geringer Wartungsaufwand

Diese Sensoren sind häufig in Kläranlagen, Aquakultursystemen und industriellen Wasseranwendungen zu finden.

2. Laserstreeungssensoren

Hochpräzisionssensoren verwenden manchmal Laserlichtquellen anstelle von LEDs.

Vorteile:

• Stärker fokussierter Strahl

• Höhere Empfindlichkeit

• Bessere Partikelerkennung

Diese werden oft in der Forschung und in hochpräzisen Überwachungssystemen eingesetzt.

Sensorverschmutzung und Reinigung

Da TSS-Sensoren auf optische Fenster angewiesen sind, können sie beeinträchtigt werden durch:

• Biofilmbildung

• Algenwachstum

• Mineralische Ablagerungen

• Sedimentablagerungen

Um ungenaue Messwerte zu verhindern, beinhalten viele industrielle Sensoren:

• Automatische Wischer

• Druckluftreinigung

• Antifouling-Beschichtungen

Regelmäßige Reinigung und Kalibrierung sind wichtig für zuverlässige Messungen.

Typische TSS-Bereiche

Verschiedene Anwendungen arbeiten in unterschiedlichen TSS-Bereichen:

Bedeutung in Wasseraufbereitungssystemen

Die Überwachung suspendierter Feststoffe ist entscheidend, da hohe TSS-Werte:

• Den Sauerstofftransfer reduzieren können

• Das Biofilmwachstum erhöhen können

• Bewässerungssysteme verstopfen können

• Die Filtrationseffizienz verringern können

• Das aquatische Leben beeinträchtigen können

In biologischen Systemen wie Aquakultur oder Hydrokultur können übermäßige suspendierte Feststoffe auch das Bakterienwachstum fördern und die Wasserqualität verschlechtern.

TSS-Überwachung in fortschrittlichen Wasseraufbereitungen

In fortschrittlichen Wasseraufbereitungstechnologien, wie Nanobubble-Belüftungs- und Oxidationssystemen, bietet die TSS-Überwachung Einblicke in die Systemleistung.

Zum Beispiel:

• Eine sinkende TSS kann auf verbesserte Biofilmdurchbrechung oder Partikeloxidation hinweisen.

• Stabile niedrige TSS-Werte können auf ein besseres mikrobielles Gleichgewicht hinweisen.

• Steigende TSS können auf Biofilmablösung oder Systemstörungen hinweisen.

Da suspendierte Feststoffe den Sauerstofftransfer und die biologische Aktivität stark beeinflussen, werden TSS-Sensoren häufig zusammen mit verwendet:

• Sauerstoffzehrungsmessern (DO-Messern)

• ORP-Sensoren

• pH-Sensoren

• Leitfähigkeitssensoren

Zusammen bieten diese Messwerte ein umfassendes Bild der Wasserchemie und der Leistungsfähigkeit der Behandlung.