H2S-meter

Zowel huishoudelijk als industrieel afvalwater kan allerlei zwavelverbindingen bevatten. In de riolering kunnen sulfaatafbrekende bacteriën deze verbindingen omzetten in waterstofsulfide (H2S). Dit gebeurt vooral als het water geen zuurstof bevat, bijvoorbeeld water dat lang stilstaat in een gemaalkelder of persleiding. Waterstofsulfide is slecht oplosbaar en komt nadat het is gevormd vrij uit het afvalwater. In de vrijvervalriolering kunnen daardoor hoge concentraties H2S van honderden ppm (Engels: parts per million) in de rioolatmosfeer ontstaan. Dit kan overal in de riolering gebeuren, maar berucht zijn locaties waar drukriolering of persleidingen inprikken op de vrijvervalriolering. H2S zorgt voor twee problemen: het tast beton aan en vormt een gevaar bij werken in de riolering. Betoncorrosie door H2S Bacteriën zoals Acidithiobacillus thiooxidans (Thiobacillus concretivorus) die zich boven de waterspiegel op de buiswand bevinden, zetten waterstofsulfide om in zwavelzuur (H2SO4): H2S + 2O2 → H2SO4 Zwavelzuur is een sterk zuur. Door de omzetting daalt de zuurgraad (pH) in het condenswater op de buiswand tot circa 1. Deze zuurgraad is zeer agressief voor beton, waardoor corrosie optreedt. Door deze aantasting kan de buisdikte met snelheden tot meerdere mm per jaar afnemen, waardoor de levensduur van betonnen rioolbuizen kan teruglopen van meer dan 60 jaar naar 20 jaar of minder. Figuur A Controleer op H2S en andere gassen met een gasmeter voor het betreden van een besloten ruimte Vergroot afbeelding Toxiciteit Gasvormig H2S is toxisch (giftig) en potentieel schadelijk voor de gezondheid vanaf enkele tientallen ppm. Bij werken in de riolering is het dus altijd van belang om – onder meer – de concentratie H2S te weten. Meer informatie over veilig werken in de riolering vindt u bij Veilig werken.  Waterstofsulfide heeft een kenmerkende geur van rotte eieren. Een rotte-eierenlucht is dus een indicatie van gevaar. Maar let op: bij hogere concentraties raakt het reukorgaan verlamd, waardoor u de karakteristieke geur niet meer waarneemt. Ga voor een H2S-check dus nooit alleen op uw neus af! De grenswaarde voor personeel in de riolering is 2,3 mg/m3. Tabel A geeft nog enkele concentraties waarbij symptomen kunnen optreden. Dit zijn concentraties die in de riolering kunnen voorkomen. Concentraties gasvormig H2S kunnen worden weergegeven als mg/m3 of als ppm. Bij een luchtdruk van 1 atmosfeer en een temperatuur van 25 °C is 1 ppm gelijk aan 1,4 mg/m3. Tabel A Toxiciteit waterstofsulfide   Concentratie H2S [mg/m3] Concentratie H2S [ppm] Reukgrens 0,01 0,007 Grenswaarde werknemer - tijdgewogen gemiddeld 8 uur 2,3 1,6 Tijdelijke gezondheidsklachten 10 minuten blootstelling 3,6 2,6 Levensbedreigende concentratie 10 minuten blootstelling 110 79 Concentratie waarbij reukorgaan verlamd raakt 210 150 H2S meten De meest gebruikelijke technologie voor een H2S-sensor is een elektrochemische cel. Een elektrochemische H2S-meter is goedkoop en klein. Het meetinstrument (zie figuur A) is gevuld met een elektrolyt (een geleidende oplossing van ionen). Hierin bevinden zich drie elektroden. Het meetinstrument heeft een kleine opening naar buiten en daarachter een hydrofoob membraan. Dit membraan zorgt ervoor dat de elektrolyt niet naar buiten, maar gas wel naar binnen kan. Direct achter het membraan (daarop bevestigd) zit een meetelektrode. H2S-gas dat door de opening en door het membraan komt, oxideert op de meetelektrode (de anode). Hierbij komen elektronen en waterstofionen vrij. De waterstofionen bewegen zich door de elektrolyt naar de counterelektrode (de kathode) waar de reductiereactie plaatsvindt. De elektronen lopen via een stroommeter (ampèremeter) naar de counterelektrode. Een spanningsbron zorgt voor een constant potentiaalverschil (gelijkstroom) tussen de anode en de kathode, waardoor de redoxreactie blijft verlopen bij de aanwezigheid van H2S. De derde elektrode is de referentie-elektrode waarmee een eventuele afwijking in de potentiaal wordt gemeten en verrekend. Zo'n afwijking kan ontstaan doordat er een oxidelaag op de meetelektrode komt. Het aantal redoxreacties en daarmee de stroomsterkte is lineair afhankelijk van de concentratie H2S. Omdat het meetprincipe uitgaat van het meten van de stroomsterkte, heet een elektrochemische gasmeter ook wel een amperometrische gasmeter (Engels: amperometric gas sensor). Praktische aandachtspunten Voor een betrouwbare gasmeting moet u voldoende tijd nemen. De typische responstijd is enkele tientallen seconden. De responstijd van het instrument vindt u in de specificaties van de fabrikant. De ideale samenstelling van de elektrolyt en van de meetelektrode is zodanig dat alleen het te meten gas ermee reageert zonder interferentie (verstoring) van andere gassen. In de praktijk meet een H2S-meter niet volledig specifiek, zodat die interferentie wel optreedt. Dit kan meetafwijkingen naar boven of naar beneden opleveren. U kunt in de specificatie van de meetapparatuur vinden welke andere gassen interfereren en in welke mate. Elektrochemische gasmeters hebben een hoge gevoeligheid en precisie (Engels: repeatability). Na verloop van tijd kan de sensor wel gaan verlopen. Daarom moet u de sensor elk halfjaar (laten) kalibreren. De levensduur van de sensor is (mede) afhankelijk van de snelheid waarmee de elektrolyt uit het instrument verdampt. Normaal gesproken gaat een sensor twee tot drie jaar mee. In hete en droge milieus kan de verdamping sneller gaan, waardoor de levensduur korter is. Bij zeer lage temperaturen (-20 °C) neemt de responstijd toe en kan de meter de werkelijke concentratie significant onderschatten. Het elektrochemische meetprincipe is niet niet inherent veilig. De afwezigheid van een stroom kan namelijk betekenen dat er geen H2S-gas aanwezig is, maar het kan ook komen doordat de sensor niet goed werkt. Sommige fabrikanten hebben daarom een elektronische functie (sensor health monitoring) ingebouwd die een melding geeft bij disfunctioneren. Als alternatief kunt u ook een tweede (redundante) meting uitvoeren.