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Umweltanalytik Flugzeugenteisung: TOC-Prozessanalysatoren kontrollieren Abwässer

| Autor / Redakteur: Sascha Hupach* / Dr. Ilka Ottleben

Bei der Enteisung von Flugzeugtragflächen entstehen mitunter Schmelzwässer und Abwässer mit hohen Konzentrationen an organischen Verbindungen. Dennoch lässt sich diese Praktik zu unserer aller Sicherheit nicht gänzlich vermeiden. Die Abwässer sorgsam zu kontrollieren, leistet einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz.

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Abb. 1: Die Enteisung von Tragflächen und Rollfeldern – während der Kälteperiode auf Flughäfen unerlässlich.
Abb. 1: Die Enteisung von Tragflächen und Rollfeldern – während der Kälteperiode auf Flughäfen unerlässlich.
(Bild: ©Janet Worg - stock.adobe.com)

Wer zwischen Oktober und März mit dem Flugzeug verreist, sieht es alle Jahre wieder: die Enteisungsspritze. Große mobile Fahrzeuge besprühen die Flugzeuge vor dem Abflug oder die Rollfelder mit einem Gemisch aus Wasser, Alkohol und Zusatzstoffen. Das sind Bestandteile wichtiger Sicherheitsmaßnahmen, die während der Kälteperiode auf Flughäfen notwendig sind.

Denn: Eis auf Tragflächen kann sich beim Start des Flugzeugs oder während des Flugs lösen, in die Triebwerke gelangen und dort großen Schaden anrichten. Zudem vergrößert anhaftendes Eis das Gewicht der Maschine und erhöht den Kraftstoffverbrauch. Vereiste Tragflächen verändern außerdem die aerodynamischen Eigenschaften des Fliegers: der Auftrieb vermindert sich und die Steuerung ist beeinträchtigt. Das sind viele Einflüsse, die die Sicherheit des Flugzeugs gefährden und nicht zuletzt zu schweren Unfällen führen können.

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Zur Enteisung auf Flughäfen kommen verschiedene Enteisungsmittel zum Einsatz: auf Flugzeugen zumeist ein Wasser-Glycol-Gemisch, auf Rollflächen etwa formiathaltige Enteiser. Um die Umwelt nicht unnötig zu belasten, nutzen die Flughäfen Substanzen, die biologisch sehr gut abbaubar sind. Dennoch entstehen hier mitunter Schmelzwässer und Abwässer mit hohen Konzentrationen an organischen Verbindungen.

Weichen kontrollieren die Abwässer

Damit diese nicht in die Umwelt gelangen, werden die Abwässer aufgefangen und teilweise in einem Auffangbecken gesammelt. Manche Wässer dürfen direkt in ein Fließgewässer, andere müssen erst in eine Abwasserreinigung. An manchen Flughäfen sind daher so genannte Weichen installiert, die Wässer geringer Konzentrationen von Wässern hoher Konzentrationen trennen. Diese Weichen können Pumpwerke oder schiebergesteuerte Bauwerke sein.

Wasser, dessen Konzentration es erlaubt, direkt in ein Fließgewässer zu laufen, lässt sich direkt abführen. Erhöht sich die Konzentration, schaltet die Weiche um und separiert es in ein Sammelbecken oder führt es der Einleitung in eine Kläranlage zu.

Aber auch die Abgabe des Wassers in manche Kläranlage kann zu Problemen führen, wenn die Konzen­tration der organischen Bestand­teile zu hoch ist. So kann z.B. die biologische Reinigungsstufe einer Abwasserreinigungsanlage drohen umzukippen. Demnach ist es wichtig, die Konzentration der organischen Fracht in den anfallenden Wässern zu kontrollieren, denn auch hier gilt: sicher ist sicher.

TOC-Prozessanalysatoren zur Kontrolle von Abwasser

Zur Bestimmung der organischen Verunreinigungen hat sich seit langem der Summenparameter TOC etabliert (TOC = Total Organic Carbon, gesamter organischer Kohlenstoff). Er lässt sich einfach, schnell und sicher bestimmen und bedarf nur weniger Verbrauchsmittel.

Die meist verwendete Methode zur Bestimmung des TOC ist die so genannte Direktmethode (oder NPOC-Methode = Non Purgeable Organic Carbon, nicht ausblasbarer organischer Kohlenstoff). Hierbei wird die Probe zunächst mit einer Mineralsäure (z.B. 1 M HCl) angesäuert. Dieser Vorgang wandelt anorganische Kohlenstoffkomponenten zu Kohlenstoffdioxid um, wie Carbonate oder Hydrogencarbonate, das durch ein Spülgas aus der Probe ausgetrieben wird. Anschließend wird ein Aliquot der Probe (z.B. 50 µl) in sauerstoffhaltiger Umgebung auf einen heißen Platinkatalysator injiziert. Hier oxidieren die organischen Substanzen zu Kohlenstoffdioxid. Ein Trägergas transportiert das entstandene CO2 zur Detektion zu einem NDIR-Detektor.

Diese Art der Analytik lässt sich mit modernen Analysatoren voll­automatisch durchführen, nicht nur im Labor, sondern auch „online“ – im Prozess. Genau solche TOC-Prozessanalysatoren kommen auf Flughäfen zum Einsatz. Der Vorteil liegt darin, dass sich die Probenströme engmaschig überwachen lassen – eine Analyse dauert weniger als fünf Minuten.

TOC-Analyse mit dem TOC-4200

Der TOC-4200 von Shimadzu ist ein solches Online-TOC-Analysengerät. Ein Probenstrom schließt an eine Probenentnahmeeinheit des Systems an; i.d.R. ist die Lösung „maßgeschneidert“.

So könnte z.B. eine Pumpe einen Teilstrom zur Probenentnahmeeinheit des Analysators befördern. Das TOC-4200 entnimmt einen Teil der Probe, säuert ihn an und entfernt mit einem Spülgas das entstandene CO2 aus den Carbonaten und Hydrogencarbonaten. Die anschließende Oxidation der organischen Komponenten erfolgt bei 680 °C auf einem hocheffektiven Platinkatalysator. Die Verbrennungstemperatur liegt damit unterhalb der Schmelzpunkte gängiger Salze, wie Chloride und Sulfate. Das erhöht die Standzeit und das Wartungsintervall des Analysators.

Wenn der TOC-Wert ermittelt ist, muss dieser für gewöhnlich an eine Prozessleitwarte übertragen werden. Dazu stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Neben den etablierten 4 – 20 mA Leitungen, verfügt das TOC-4200 über Modbus oder die Möglichkeit per LAN-Anschluss im Netzwerk sichtbar zu sein.

Ein großer Vorteil solcher Prozess-Analysatoren liegt in der Möglichkeit, einen Probenstrom engmaschig zu kontrollieren, gerade um große Mengen eines Abwasserstroms zu überwachen, dessen Konzentration sich schnell verändern kann. Denn die TOC-Konzentrationen solcher Oberflächenwässer können stark schwanken, je nach Wetterlage und Einsatz von Enteisungsmitteln.

Die Konzentrationen können je nachdem bis zu 80.000 mg/l TOC betragen. Andererseits können die Konzentrationen auch auf einem niedrigen Niveau von unter 10 mg/l sinken. Hier ist es von Vorteil, ein flexibles TOC-System einzusetzen. Der TOC-4200 etwa besitzt eine automatische Verdünnungsfunktion; steigen die Konzentrationen an, kann das System die Proben automatisch verdünnen und messen. Auch diese Funktion erhöht die Standzeit eines Analysators.

* S. Hupach: Shimadzu Deutschland, 47269 Duisburg

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