Umwelttechnik und Umweltbiotechnologie

Der Wassergehalt ist neben der Temperatur die wichtigste Einflussgröße in kommerziell genutzten umwelttechnischen und umweltbiotechnologischen Prozessen. Bisher existierte jedoch weltweit kein Verfahren, welches für die schnelle Online-Feuchtemessung in Biomaterialien geeignet wäre. Messungen mit den bekannten Verfahren scheitern an der Inhomogenität des Messguts, am hohen Aufwand für Probennahme und -behandlung und an der mangelnden Robustheit verfügbarer Messtechnik.

Der überstrichene Feuchtebereich für solche Anwendungen ist in der Regel sehr breit und bewegt sich zwischen 5% und 80% Feuchtegehalt. Die meisten Mikroorganismen in technisch genutzten biologischen Prozessen finden ihr optimales Milieu bei einem Feuchtegehalt zwischen 30% und 60%. Diesen Feuchtegehalt sollte das Substrat - egal ob nun im Biofilter, bei der Kompostierung oder in anderen Anwendungen möglichst permanent aufweisen. Gerade bei den genannten Anwendungen ist dies jedoch unter Realbedingungen in der Regel nicht gegeben, so dass viele Prozesse nicht optimal verlaufen.

Die Ermittlung des Wasser- bzw. TS-Gehalts in derartigen Materialien war bisher eine unangenehme und langwierige Aufgabe. Für die gravimetrische Bestimmung im Trockenschrank mussten Proben entnommen und im Labor über einen Zeitraum von mehreren Stunden bis Tagen getrocknet werden. Dies führt dazu, dass eine F euchteüberwachung - wenn überhaupt - nur sporadisch und in der Regel nur mit unzureichenden Probemengen und Probenzahlen durchgeführt wird. Eine echte Prozessüberwachung ist auf diese Art nicht möglich.

Bisher bekannte Messverfahren zur Feuchtebestimmung im Prozess basieren in der Regel auf Luftfeuchtemessungen in den Abluftkanälen, sind damit indirekt und weisen aufgrund des Verfahrens größere oder kleinere Totzeiten auf.

Wegen der herausragenden Eigenschaften des Wassers im Mikrowellenbereich sind Mikrowellen-Feuchtemessverfahren geradezu prädestiniert für die Lösung der beschriebenen Messprobleme. Erfasst werden dabei die dielektrischen Eigenschaften des Wassers.

Durch die gewählte Messanordnung wird eine gute Einkopplung in das Material und die Erfassung eines großen Messvolumens (zwischen 50 und 100 l) erreicht. Dadurch wird sichergestellt, dass über auftretende Materialinhomogenitäten durch das Messverfahren selbst ein Mittelwert gebildet werden kann. So ermöglicht bereits die Einzelmessung repräsentative Aussagen zum Feuchte- oder TS-Gehalt. Die Eindringtiefe liegt in einer Größenordnung von 30 bis 50 cm radial. Die Messung erfolgt durch Einstechen des Messkopfs.

In diesem Zusammenhang sei noch auf die Unzulänglichkeiten des bisher üblichen Referenzverfahrens hingewiesen. Selbst die Entnahme einer repräsentativen Probe, bestehend aus mehreren Einzelproben, kann nicht verhindern, dass von der Probenahme bis zum Messergebnis aufgrund vieler kleinerer Einzelfehler nicht unerhebliche Abweichungen vom wahren Feuchtegehalt auftreten können. Diese dürften durchaus in der Größenordnung von etwa 3 bis 5% absolut liegen.

Das zum Einsatz kommende Mikrowellenverfahren ermöglicht eine sofortige zerstörungsfreie Bestimmung des Wasser- bzw. TS-Gehalts bei einem Feuchtegehalt zwischen 0 und 80% bzw. in einem TS-Bereich zwischen 20 und 100%. Die erzielte Messgenauigkeit erreicht dabei durchaus die des Referenzverfahrens.

Bei allen Messungen in organischen Materialien empfiehlt sich wegen der Inhomogenität des Materials und der Feuchteverteilung im Material eine Mittelwertbildung über mehrere Messstellen. Diese Funktion ist im Handheld MOIST 200, welches mit dem Einstichapplikator MOIST BIO kombiniert werden kann, bereits vorgesehen.

Für den Einsatz der Mikrowellen-Feuchtemesstechnik im umwelttechnischen bzw. umweltbiotechnologischen Bereich gibt es bereits zahlreiche Beispiele. Dazu zählen neben der Feuchtemessung in Kompost und der Feuchteüberwachung in Biofiltern auch die Feuchtebestimmung an bioenergetischen Materialien wie Holzhackschnitzeln, die Ermittlung des TS-Gehalts in Klärschlämmen usw.