Nach Absprache mit Abteilungsvorstand Martin Letschnig wurde im Schwerpunktlabor ermöglicht, die Aufbauarbeit auszuführen. Dabei sollte ein bereits vorhandener mobiler Aufbau (siehe Abbildung 1) in eine vollautomatische Regelungsanlage für den simulierten Mikroplastik-Abbau umgebaut werden.
Im Detail soll mithilfe eines chemischen Reaktionssystem eine Trübung reproduzierbar erzeugt werden und mittels Trübungssensor detektiert werden. Dieser Schritt soll die Anwesenheit von Mikroplastik simulieren. Bei Überschreitung eines definierten Grenzwertes soll danach die Trübung durch dosierte Zugabe von Reagenzien wieder aufgehoben werden, um den mikrobiellen Abbau des Mikroplastiks darzustellen.
Fr. Linsbauer und Hr. Reiter prüften verschiedene chemische Reaktionssysteme, deren Trübung reproduzierbar erzeugt und wieder aufgehoben werden kann. Dabei kam ein pH abhängiges Reaktionssystem mit Fe2+/Fe3+ - Ionen in die engere Auswahl.
Die Messung der Trübung durch einen Sensor gestaltete sich aufgrund einer veralteten Softwarebibliothek des Herstellers als sehr aufwendig, sodass hier erst ermittelt werden musste, wie der Sensor angesprochen und die Messdaten erhoben werden können. Da keine Kennlinie vorhanden ist wie die Spannungswerte in die international gebräuchlichere Einheit NTU (Nephelometric Turbidity Unit) umgerechnet werden kann, erfolgte eine Kalibration durch selbst hergestellte Formazin-Trübungsstandards, da die industriell gefertigten Standards teuer sind.
Neben dem chemischen System wurde von Fr. Kaynar und Hr. Bernthaler an der Konstruktion eines Gehäuses für den Trübungssensor gearbeitet, sodass das Messsystem unter Durchfluss betrieben werden kann. Im Zuge des Herstellungsprozesses kam es zu verschiedenen Problemen, sodass vom ersten Prototyp bis zum fertigen Gehäuse zahlreiche fehlerhafte Bauteile entstanden (siehe Abbildung 2).
Die Dosierung der Reagenzien wird über ein Pumpen-Modul gewährleistet, das über mehrere Kanäle verfügt und auch eine Luftpumpe, sowie eine Kreiselpumpe für den Umlaufbetrieb beinhaltet. Der Bau eines Prototyps wurde von Koll. Ecker und mir begonnen. Als Mikrocontroller wurde ein Arduino MEGA mit L298 Motortreibermodulen und einem W5500 Interface zur Netzwerksteuerung gewählt.
Für den weiteren Verlauf des Projekts ist die Regelung sämtlicher Komponenten und Visualisierung des Prozesses geplant, sodass am Ende die Regelungstechnik und die dabei ablaufenden Reaktionen grafisch dargestellt werden können.
Abschließend danke ich ganz besonders den Schüler:innen der 5AHCI Fr. Kaynar, Fr. Linsbauer, Hr. Bernthaler und Hr. Reiter, dass sie sich auf die sehr anspruchsvolle Arbeit im Abschlussjahrgang eingelassen haben und bis jetzt trotz zahlreicher Rückschläge noch nicht die Freude daran verloren haben. Ebenso Koll. Raimerth für die Bereitstellung von Chemikalien für die Formazin-Standardlösungen und Koll. Ecker dafür Lösungen für unvorhersehbare Probleme zu finden.
Autor: Roman Hefele, Jänner 2024
