Gelöste Gase

Auswirkungen von gelösten Gasen auf Laboranwendungen

Gelöste Gase können sowohl die Kohlensäurekonzentration erhöhen als auch zur Bildung von Stickstoff- oder Sauerstoffblasen führen, die sich negativ auf Prozesse wie Partikelzählung oder Spektrophotometrie auswirken können. Bei mikrobiologischen Prozessen, bei denen aufbereitetes Wasser in offenen Behältern verwendet wird, wird das Wasser schnell wieder durch Gase aus der Luft verunreinigt.

Kohlendioxid (CO₂) ist neben Sauerstoff und Stickstoff eines der drei Hauptgase, die sich aus der Atmosphäre in Wasser auflösen. Im Gegensatz zu den beiden anderen, die nicht geladen sind, ist CO₂ jedoch leicht negativ geladen und verhält sich daher wie ein schwaches Anion.

Wenn Ihr Speisewasser einen höheren Kohlendioxidgehalt hat, lohnt es sich, einen optionalen Entgaser zu Ihrem Wasseraufbereitungssystem hinzuzufügen. Sprechen Sie mit Ihrem lokalen ELGA Spezialisten, um Informationen zur besten Lösung für Ihr Speisewasser zu erhalten.

Auswirkungen von CO₂ in Wasseraufbereitungssystemen

In aufbereitetem Wasser dissoziiert Kohlendioxid zu einer schwachen Kohlensäure, die die Kapazität von Anionenaustauscherharzen verringert.

CO₂ + H₂O ⇔ H₂CO₃ ⇔ H⁺ + HCO₃^-

CO₂ verringert den spezifischen Widerstand von gereinigtem Wasser und senkt den pH-Wert, da es im Gleichgewicht mit Kohlensäure (H₂CO₃) in Wasser gelöst vorliegt. Bei einem „normalen“ pH-Bereich kann im Wasser gelöstes CO₂ von Umkehrosmose-Modulen (RO) nicht entfernt werden und die Verbindung passiert die Membran mit dem Permeat. Weil es sich wie ein Anion verhält, verbraucht es anschließend bei der Entfernung die Kapazität von nachfolgenden Ionenaustauscherharzen. 

Wie kann CO₂ aus Wasser entfernt werden?

Im Wesentlichen kann CO₂ entfernt werden, indem es entweder aus der Lösung herausgepresst oder in eine Form überführt wird, in der die RO-Membran es entfernen kann. Bei großen Systemen werden Gebläse-Entgasungstürme verwendet, im kleineren Maßstab wird jedoch häufiger eine Entgasungsmembran verwendet. Die alternative „Umwandlungsmethode“ besteht darin, Natronlauge so in den RO-Zulauf zu dosieren, dass der pH-Wert über 8,5 liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass das gesamte CO₂ in HCO_3- umgewandelt wird. Diese Verbindung kann Umkehrosmose effektiv entfernen. Auch eine Ionenaustauscherpatrone mit Mischbettharz entfernt das Gas sehr effektiv, aber dies kann bei hohen CO₂-Konzentrationen einen häufigen Patronenwechsel erforderlich machen und damit die Betriebskosten deutlich erhöhen.

Wie ELGA Kohlendioxidgas aus Laborwasser entfernt

Der Ansatz von ELGA LabWater besteht darin, eine Entgasungsmembran zu verwenden, da die Durchflussmengen relativ niedrig sind. Für die Entfernung von CO₂ ist es üblich, die Membran mit Niederdruckluft zu durchströmen, um das CO₂ zum Verlassen des Wassers zu bewegen. Die ELGA-Lösung erzeugt jedoch auf der Nichtwasserseite ein durch einen Ejektor induziertes Vakuum, um das CO₂ über die Membrane zu „saugen“. Dies hat den Vorteil, dass weniger Verrohrungen und Anschlüsse erforderlich sind und keine Druckluft (oder ein Kompressor!) benötigt wird.

Leistung von ELGA Entgasungsmodulen

Mit einer Entgasungsmembran erwarten wir, im aufbereiteten Wasser immer deutlich unter 5 mg/l CO₂ und meist unter 1 mg/l CO₂ zu erreichen. Dieser Wert wird nach der Feinfiltration in einer nachfolgenden Ionenaustauscherkartusche noch niedriger sein.

Wann sollte eine CO₂-Entfernung eingesetzt werden?

Es gibt Gründe dafür, sie immer einzusetzen. Mit Blick auf die RO-Permeatqualität und/oder die Lebensdauer nachschalteter Ionenaustauscherkartuschen zeigt eine CO₂-Entfernung aber den größten Nutzen bei Wasser, das einen niedrigen pH-Wert (<6) und/oder eine hohe Bikarbonat-Alkalität (>200 mg/l) hat.

Ein Hinweis: Der pH-Wert des RO-Permeats wird immer niedriger sein als der pH-Wert des Speisewassers. Dies ist normal und beruht auf dem Entfernen anderer puffernder Verunreinigungen durch die RO, wodurch ein CO₂-reiches Permeat zurückbleibt. Es wurde keine Säure zugesetzt!