Kühlturm: ORP-Kontrolle von Chlor

Die Vermehrung von Mikroorganismen und die daraus resultierende Schleimbildung ist ein Problem, das häufig in wässrigen Systemen auftritt. Zu den problematischen schleimproduzierenden Mikroben können Bakterien, Pilze und/oder Algen gehören. Schleimablagerungen treten typischerweise in vielen industriellen wässrigen Systemen auf, einschließlich Kühlwassersystemen, Systemen von Zellstoff- und Papierfabriken, Erdölbetrieben, Ton- und Pigmentschlämmen, Freizeitwassersystemen, Luftwaschsystemen, Zierbrunnen, Pasteurisierungsanlagen für Lebensmittel, Getränke und industrielle Prozesse sowie Süßwassersystemen , Gaswäschersysteme, Latexsysteme, Industrieschmierstoffe, Schneidflüssigkeiten usw.

Das Wachstum dieser Organismen ist ein ernstes Problem in kommunalen und industriellen Wassersystemen wie Durchlauf- oder Umlaufkühlwassersystemen, Kühlbecken, Ansaugrohren, Ballastwassertanks und Schiffsreservoirs, die Wasser aus befallenen Gewässern beziehen. Mikroben können viele Probleme verursachen, darunter Druckverlust durch Verschmutzung der Rohrleitungen und des Wärmetauschers, Verlust der Wärmetauschereffizienz aufgrund der Beschichtung der Wärmetauscheroberflächen, Förderung und Beschleunigung von Korrosion auf Metalloberflächen, längere Ausfallzeiten oder Brüche in Papierbögen im Zellstoff und Papiersysteme sowie Verschlechterung der Kühlturmkomponenten.

Dieses Wachstum kann zu schweren Verstopfungen und Schäden an den von ihnen besiedelten Systemen führen, was zu Systemausfällen und kostspieligen Reinigungen und Reparaturen führt. Aufgrund der schädlichen Auswirkungen von unkontrolliertem biologischem Wachstum und Kontamination in vielen industriellen Prozessen wurden verschiedene Biozide und antimikrobielle Mittel entwickelt, um die Beseitigung und Kontrolle des biologischen Wachstums zu unterstützen. Biozide und antimikrobielle Mittel werden zur Kontrolle des mikrobiellen Wachstums in verschiedenen wässrigen Medien eingesetzt.

Oft reicht ein einziges Biozid nicht aus, um das biologische Wachstum in wässrigen Medien zu kontrollieren. Biozide können in Kombination wirken, d.h. synergistisch, um eine bessere Biozidleistung zu erzielen, im Gegensatz zur Wirksamkeit, die erreicht wird, wenn jedes Biozid einzeln verwendet wird. Die Kombination zweier Biozide kann zu einer verbesserten Wirksamkeit führen, die über die kumulative oder additive Wirkung der beiden Biozide hinausgeht. Dies spiegelt wahrscheinlich eine synergistische biozide Wirkung auf einige wesentliche Bestandteile der Zelle für das Überleben und nachhaltiges Wachstum wider. Eine Kombination zweier synergistisch wirkender Biozide ermöglicht die Zugabe geringerer Mengen der einzelnen Biozide, um das gewünschte Maß an Kontrolle zu erreichen. Eine gängige Praxis besteht darin, abwechselnd zwei verschiedene Arten von Bioziden zu verabreichen, um zu verhindern, dass das biologische Wachstum gegen die eine oder die andere resistent wird. Diese "Schock" Die Behandlung ist sehr erfolgreich bei der Kontrolle unerwünschten biologischen Wachstums. Dies hat sowohl positive Auswirkungen auf die Umwelt als auch auf die Wirtschaft. Es ermöglicht eine geringere Freisetzung potenzieller Umweltschadstoffe und ein kosteneffizienteres Kontrollprogramm für verschiedene Industriesysteme.

Chlor wird als oxidierendes Biozid verwendet, um dieses biologische Wachstum in den meisten industriellen Kühltürmen zu kontrollieren. Die Überwachung des ORP (Oxidation Reduction Potential)/Redox ist sehr nützlich, da sie Millivolt-Messwerte mit der Desinfektionsstärke des Wassers korrelieren kann.

Damit Chlor (Cl2) in den Kühltürmen ordnungsgemäß funktioniert, muss es in der oxidierenden Form von hypochloriger Säure (HOCl) oder Hypochlorition (OCl-) vorliegen. Das Gleichgewicht zwischen den drei Spezies ist pH-abhängig und kann mithilfe von Oxidations-Reduktionspotential-Elektroden (ORP) überwacht werden.

ORP ist ein Maß für die Oxidations- oder Reduktionsstärke einer Lösung. Die chemische Betrachtungsweise von Redoxprozessen besteht darin, dass das Reduktionsmittel Elektronen auf das Oxidationsmittel überträgt. Bei der Reaktion verliert also das Reduktionsmittel oder Reduktionsmittel Elektronen und wird oxidiert, während das Oxidationsmittel oder Oxidationsmittel Elektronen aufnimmt und reduziert wird. Wenn bei einer chemischen Reaktion Elektronen von einer Spezies auf eine andere übertragen werden, wird die Reaktion als Oxidations-Reduktions-Reaktion bezeichnet. wobei die Oxidations- und Reduktionsmittel als Redoxpaar bezeichnet werden.

Oxidations- und Reduktionsreaktionen treten gemeinsam auf, die durch eine Reduktionsreaktion erzeugten Elektronen müssen durch eine Oxidationsreaktion gewonnen werden. Der Elektronentransfer zwischen den beiden Spezies dauert an, bis das Gleichgewicht erreicht ist.

ORP misst das Verhältnis der Aktivitäten der oxidierenden und reduzierenden Spezies in einer Lösung. Dies zeigt die Elektronenaktivität der Lösung an, d. h. ihre Fähigkeit, eine andere Substanz zu oxidieren oder zu reduzieren; es gibt keinen Hinweis auf die Konzentration des vorherrschenden Oxidations- oder Reduktionsmittels. Die Reaktionsgeschwindigkeit variiert mit der Konzentration des Redoxsystems, hohe Konzentrationen sind schnell und niedrige Konzentrationen sind langsam.

Aktivität und Messung von Chlor

Unterhalb eines pH-Werts von 1,9 liegt Chlor im Wasser als zweiatomiges Molekül (Cl2) vor. Wenn der pH-Wert über 1,9 steigt, oxidiert Chlor das Wasser und erzeugt HOCl, das oberhalb eines pH-Werts von 7,3 weiter in OCl dissoziiert. Elementares Chlor ist bei der Abtötung von Organismen nicht so wirksam wie HOCl und OCl-. Für eine optimale Wirksamkeit ist es daher wünschenswert, den pH-Wert des Kühlturms auf einen Wert zwischen 7 und 8 zu regeln. Es ist auch notwendig, die Chlormenge im Turm zu kontrollieren, um sicherzustellen, dass genügend Chlor vorhanden ist, um das biologische Wachstum zu kontrollieren, aber nicht so viel, dass es zu Korrosion der Ausrüstung oder einer übermäßigen Belastung der Wasseraufbereitungsanlage kommt. Ein ORP-Messsystem kann verwendet werden, um sowohl die Menge als auch die Aktivität des Chlors im Kühlwasser anzuzeigen.

            

                 

Da die Zugabe von Chlor die Oxidationsfähigkeit von Wasser erhöht, ist die Messung des ORP ein nützlicher Indikator für die Menge und Wirksamkeit des im Wasser vorhandenen Chlors. Wie wir jedoch gesehen haben, beeinflusst der pH-Wert das Oxidationspotenzial des verfügbaren Chlors, sodass der ORP mit pH-Änderungen sowie Änderungen des Chlorgehalts schwankt. Um einen Hinweis auf den Chlorgehalt zu erhalten, müssen wir die ORP-Messung um die Auswirkungen schwankender pH-Werte kompensieren. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, die normalerweise verwendete Ag/AgCl-Referenzelektrode der Redox-Elektrode durch eine pH-Messelektrode zu ersetzen.

Messsystem

Wenn die Gesamtchlormenge im System konstant bleibt, sich der pH-Wert jedoch ändert, ändert sich der gemessene ORP-Wert entsprechend. Um die Chlorzugabe mit ORP zu steuern, müssen wir daher die Messung für pH-Änderungen kompensieren. Der einfachste Weg, dies zu tun, ist der Austausch einer pH-Elektrode anstelle der Referenzelektrode, die bei einem FLXA21 oder PH450G verwendet wird, das für den ORP-Betrieb konfiguriert ist. Diese Technik ist nur in einem engen pH-Bereich von 6,5 bis 8,0 gültig und sollte nur in einfachen Systemen verwendet werden, die bei stabilen Temperaturen arbeiten. (Die Messung kompensiert keine Temperaturänderungen.) Sie sollte nicht in Situationen verwendet werden, in denen sich die Hintergrundzusammensetzung stark ändern kann, z. B. in Abwasserströmen oder Aufbereitungsbecken. Abbildung 1 zeigt typische ppm-Chlorwerte im Vergleich zu mV-Messwerten.