Gewusst wie: Der richtige Check beim Industriewasser

In der Industrie verwendetes Brauchwasser muss bestimmten Qualitätsstandards entsprechen, die je nach Branche unterschiedlich sind. Die Überwachung der Wasserqualität in industriellen Prozessen ist deshalb von entscheidender Bedeutung. Es ist erwiesen, dass die regelmäßige Kontrolle von Industriewasser Risiken und Systemkomplikationen mindern kann, bevor sie problematisch werden. Zudem gibt es für viele Bereiche konkrete gesetzliche Vorgaben für die Art der Kontrolle und die Vorgehensweise bei den Untersuchungen.

Vorbehandlung

Roh- und Zusatzwasser

Roh- und Zusatzwasser sollte wenigstens auf Mindestwerte getestet werden. Gerade vor dem Hintergrund der jüngsten Klimaveränderungen mit Dürren und Überschwemmungen kann die Wasserqualität erheblich beeinträchtigt werden. Mindestkontrollen sind: 

• Leitfähigkeit –    
  misst den Gehalt an gelösten Feststoffen und wird für den Nachweis einer Veränderung der Wasserqualität im Vergleich zu früheren Messwerten verwendet.
• pH –     
  bestätigt die Wasserqualität und kann auf Verunreinigungen hinweisen, die beim Leitungswasser allerdings selten vorkommen.
• Härte –     
  bestätigt die Wasserqualität und kann zur Diagnose/Einstellung einer nachgeschalteten Vorbehandlungsanlage verwendet werden. Wenn der Härtegrad gestiegen ist, muss die Regenerationshäufigkeit eines Wasserenthärters vor Ort wahrscheinlich neu eingestellt werden. Wird dies nicht beachtet, kann es zu einem Überlaufen des Enthärters und zu Problemen mit der Kesselsteinkontrolle kommen.
• Chlorid –    
  muss regelmäßig überprüft werden und immer dann, wenn eine Veränderung der “normalen” Wasserqualität vermutet wird.

Enthärtetes Wasser

Roh- und Zusatzwasser muss auch enthärtet werden, bevor es im industriellen Prozess verwendet werden kann. Hier muss die Leistung des Wasserenthärtungsprozesses überprüft werden. Die Leitfähigkeit/TDS ist ebenfalls vorgesehen, da es sich um einen einfachen Test handelt, der schnell Probleme bei der Regeneration von Wasserenthärtern aufzeigen kann. Ein Wasserenthärter muss mit Salz (Natriumchlorid) regeneriert werden, nachdem er durch die Entfernung von Härte aus dem einströmenden Zusatzwasser "erschöpft" wurde.

• Härte –     
  Ein ordnungsgemäß funktionierender Wasserenthärter sollte in der Lage sein, < 2 ppm Härte zu liefern.
• Chlorid (Leitfähigkeit/TDS)  –    
  Damit wird überprüft, ob der Wasserenthärter ordnungsgemäß regeneriert wurde und das gesamte überschüssige Salz aus dem Enthärter gespült ist, bevor eingesetzt wird. Um dies genau zu beurteilen, sollten Sie den Enthärter unmittelbar nach Abschluss des Regenerationsprozesses testen. Der Chloridgehalt sollte nicht höher sein als der Zusatzwasserwert. Wenn es gefahrlos möglich ist, können Sie eine Regeneration vor Ort vornehmen, um diese Kontrolle durchzuführen.

Sonstige Formen der Vorbehandlung

Es gibt viele andere Formen der Vorbehandlung, wie Entalkalisierung, Umkehrosmose, Entmineralisierung, Ultrafiltration usw. Allgemein wird empfohlen, einen Erfolgtest durchzuführen, um das Ergebnis der Vorbehandlung zu kontrollieren. Ein kurzes Beispiel: Eine Demineralisierungsanlage kann nahezu destilliertes Wasser fast ohne gelöste Feststoffe produzieren. Eine einfache Leitfähigkeitsprüfung ist eine gute Messung zur Beurteilung der Leistung. Beachten Sie, dass es sich hierbei um die empfohlenen Mindesttests handelt.

Geschlossene Wassersysteme

Geschlossene Wassersysteme sind von der Umwelt abgeschottet und verbrauchen in ihrem normalen Betrieb nur sehr wenig Zusatzwasser. Ein richtig "dichtes" System hat nicht mehr als 5 % Zusatzwasser pro Jahr, da solche geschlossenen Wassersysteme die im Zusatzwasser vorhandene Menge an gelösten Feststoffen nicht aufkonzentrieren. Das bedeutet in der Regel, dass die Bildung von Kesselstein auf Kalziumbasis kein so großes Risiko darstellt wie die Korrosion in diesen Systemen.

Die empfohlenen Mindestprüfungen für ein geschlossenes Wassersystem umfassen:

• Leitfähigkeit –    
  Die Leitfähigkeit eines geschlossenen Systems kann je nach anfänglicher Leitfähigkeit des Zusatzwassers und der Art der chemischen Behandlungen variieren.
  Durch die Messung der Leitfähigkeit bei der Inbetriebnahme und bei jeder Kontrolle können Sie Trends innerhalb der Spezifikation überwachen und große Veränderungen der Messwerte erkennen. Ein deutlich niedrigerer Leitfähigkeitswert kann auf ein Leck im System hindeuten. Ein deutlich höherer Messwert kann anzeigen, dass seit der letzten Kontrolle Chemikalie(n) zugesetzt wurde(n) oder eine Verunreinigung stattgefunden hat.
• pH-Wert –     
  Eine routinemäßige Überwachung (Trend) des pH-Werts liefert ebenso wie die Leitfähigkeit hinreichend Aufschluss darüber, ob das System läuft.
  Ein hoher pH-Wert könnte eine übermäßige Zugabe von Chemikalien oder eine Verunreinigung bedeuten.
  Ein niedriger pH-Wert weist in der Regel darauf hin, dass eine Form der Verunreinigung stattgefunden hat oder sich ein hohes Maß an sulfatreduzierenden Bakterien (SRBs) im System festgesetzt hat und Schwefelwasserstoff mit niedrigem pH-Wert als Nebenprodukt abgibt. Systeme mit einem messbar hohen Anteil an SRB's werden wahrscheinlich auch eine starke Biofilmbildung aufweisen.
• Härte –     
  geschlossene Systeme nicht durch Verdunstung „hochfahren", sollte der Härtegrad in der Nähe des Zusatzwasserspiegels oder knapp darunter liegen, denn ein Teil der Härte kann aus der Lösung herausgefallen sein.
• Eisen –    
  Im Gegensatz zur Härte ist Korrosion ein häufiges Problem und in der Regel die Hauptursache für Ausfälle in geschlossenen Wasser-Systemen. Korrosionsprobleme können direkt zur Installation des Systems zurückverfolgt werden und sind allzu oft das Ergebnis eines unzureichenden Vorinbetriebnahmeprogramms. 
• Gehalt an Korrosionsschutzmitteln – 
  Eine der wichtigsten Prüfungen, die bei jedem Service-Besuch durchgeführt werden sollten, ist die Überprüfung des Gehalts an Korrosionsschutzmitteln. Im Allgemeinen werden die meisten geschlossenen Wassersysteme mit Korrosionsschutzmitteln auf Molybdat- oder Nitritbasis als primäre chemische Komponente behandelt. Unabhängig davon, welches Mittel verwendet wird, sollte es geben, und es sollte bei jedem Kontrolle auf seinen Wirkstoff getestet werden. Anhand der Testergebnisse lässt sich dann beurteilen, ob das Betriebssystem mit weiteren Chemikalien ergänzt werden muss. 

Anmerkung: Weitere Tests, die an geschlossenen Systemen durchgeführt werden können, sind Alkalität (P & M), Chlorid, Härte usw. Aber die oben genannten Wassertests sollten ausreichen, um dem Betreiber genügend Informationen zu liefern, um jedes geschlossene Wassersystem unter Kontrolle zu halten. 

• Mikrobiologische Tests -
  Es gibt mehrere mikrobiologische Tests, die durchgeführt werden können. Dazu gehören Dipslides für den allgemeinen Bakteriengehalt (TVC's), spezifischere Dipslides für Pseudomonas (aeruginosa oder Spezies) sowie Tests für Nitrit reduzierende Bakterien (NRB's) und Sulfat reduzierende Bakterien (SRB's). Bei Systemen, die Glykol zur Gefrierpunktsenkung enthalten, sind Kontrollen auf Hefen und Schimmelpilze eine gute Empfehlung. Für jede dieser mikrobiologischen Kontrollen muss die Probe für eine bestimmte Zeit bei einer bestimmten Temperatur bebrütet werden, aber in der Regel werden die Aktivitätsniveaus deutlich früher als bei den anderen Tests ermittelt.
• Trübung/Schwebstoffe –
  Eine visuelle Kontrolle der Wasserklarheit ist der einfachste Test, aber immer ein guter Indikator für den Zustand des Betriebssystems. bzw. die suspendierten Feststoffe werden in der Regel visuell geprüft, und es wird ein "Erscheinungsbild"-Ergebnis eingetragen. Wenn ein Multiparameter-Photometer für die Prüfung vor Ort verwendet wird, kann wahrscheinlich einer oder beide Tests von einem elektronischen Messgerät durchgeführt werden.

Kühlturm-Systeme

Kühltürme werden eingesetzt, um Wärme aus einem zu kühlenden Prozess (z. B. Maschinenkühlung/Klimaanlage/Kühlung) über ein Wasserumlaufsystem abzuführen, das schließlich über einen Kühlturm fließt. Während des Betriebs ist ein Kühlturm konstruktionsbedingt offen für die Umwelt und weist Verdunstungsverluste in unterschiedlichem Ausmaß auf. Diese Verdunstungsverluste führen dazu, dass sich der Gehalt an gelösten Feststoffen im Wasser der MU im System aufkonzentriert. Dieser Aspekt von Kühltürmen, der gemeinhin als "Cycling-up" bekannt ist, verlagert den Schwerpunkt von der Korrosion auf die Kesselsteinbildung, wenn es um die Hauptprobleme bei der Verwendung von Wasser als Wärmerückgewinnungsmedium geht, es sei denn, es wird eine Form der Wasserenthärtung eingesetzt.
Allgemein sind alle Tests, die für geschlossene Wassersysteme empfohlen werden, auch bei der routinemäßigen Prüfung von Kühltürmen anwendbar. Es besteht jedoch ein erhebliches Interesse an den Alkalitäten (M & P) und den Härtegraden (insbesondere Kalziumhärte), da sie mit der Wahrscheinlichkeit der Kesselsteinbildung zusammenhängen. Im Einzelnen sind folgende Kontrollen zu empfehlen:

• Alkalität (M, P & OH) –     
  Es gibt in der allgemeinen Wasserchemie 3 Arten von Alkalität, die erörtert werden müssen, wenn es um allgemeine Wasserchemie geht. Es handelt sich um die Bikarbonat- (HCO3-) Alkalität, die Karbonat- (CO32-) Alkalität und die Hydroxid- (OH) Alkalität (siehe Abb. 3). Diese Alkalitätstypen sind unterschiedlich stark alkalisch. 
  HCO Alkalität - besteht bis zu einem maximalen pH-Wert von ca. 8.0
  CO3- Alkalität besteht bis zu einem maximalen pH-Wert von ca. 10.5
  OH Alkalität besteht bis zu einem maximalen pH-Wert von ca. 14.0
  Alle Rohwässer auf der ganzen Welt haben einen unterschiedlichen Grad an HCO3- Alkalität. Da diese Form der Alkalität nur einen pH-Wert von etwa 8,0 erzeugen kann und vor allem bei Vorhandensein von Wasserhärte einen hohen Löslichkeitsgrad aufweist, scheint es "sicher" zu sein, Wasser mit HCO3- Alkalität für die meisten Kühlwasseranwendungen zu verwenden. Es ist jedoch gut dokumentiert, dass sich Wasser mit HCO3- Alkalität beim Erhitzen durch einen chemischen Prozess in CO32-Alkalität umwandelt, die einen höheren charakteristischen pH-Wert von etwa 10,5 aufweist. 
  Je mehr Wasser zur Wärmeabfuhr verwendet wird, was natürlich die Wassertemperatur erhöht, desto mehr CO32- Alkalität wird erzeugt, was zu einem entsprechenden Anstieg des pH-Werts führt.  
• Härte (Gesamt- und Kalziumhärte) –
  Die Prüfung des Härtegrads bei jeder SV ist der Schlüssel zur Überwachung des Systems auf potenzielle Verkalkungsprobleme. Die Überwachung des Kalziumhärtegrads im Zusatzwasser und der Vergleich mit dem Kalziumhärtegrad im hochgefahrenen Kühlturm wird als "Kalziumbilanz" bezeichnet. Beträgt die Kalziumhärte des MU-Wassers 200 ppm, und ein Kühlturm würde mit 3,0 Konzentrationszyklen (CoC) gesteuert, dann wäre ein Kalziumhärtegrad von 600 ppm im Kühlturm ideal. Je mehr wir das Wasser erwärmen, desto mehr CO32- Alkali wird sich bilden, und je mehr Wärme aufgenommen wird, desto mehr CaCO3 wird aus der Lösung herausgefällt.
• Leitfähigkeit / TDS –     
  Die Messung der Leitfähigkeit / TDS wurde bereits unter den geschlossenen Wassersystemen erwähnt, aber es ist wichtig zu beachten, dass sie in der Regel als Kontrollparameter für Kühlturmsysteme verwendet wird. Ein automatisches Ablasskontrollsystem, das auf einer Inline-Leitfähigkeitssonde basiert, steuert ein Ablassventil, um den erforderlichen CoC aufrechtzuerhalten.
• Biozide –         
  Die Kontrolle des mikrobiologischen Gehalts in einem Kühlturmsystem ist aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung, u. a. zur Legionellenbekämpfung, um das Risiko einer Ansteckung mit der Legionärskrankheit zu verringern, sowie zur Kontrolle anderer pathogener Mikroben.
  Die Kontrolle umfasst in der Regel eine Kombination aus physischer Kontrolle des Kühlturms, um das Risiko der Exposition gegenüber einem Aerosol während des Betriebs zu verringern (z. B. Tropfenabscheider), und dem Einsatz von chemischen und/oder nicht-chemischen Bioziden. Es ist zu beachten, dass eine mikrobiologische Kontrolle auch dazu beiträgt, die Bildung von Biofilmen zu minimieren was die Möglichkeit von Verstopfungen, in Bereichen mit geringem Durchfluss und schlechtem Wärmeaustausch und die Möglichkeit von Unterlagerungs-korrosion verringern. Oxidierende Biozide wie Brom, Chlor und Chlordioxid werden in der Regel in einem kontinuierlichen, niedrigen Dosierungsprogramm mit Verdunstungskühlsystemen verwendet. Diese oxidierenden Biozide werden routinemäßig durch die Verwendung eines nicht oxidierenden Biozids in Schockdosierung" unterstützt. Es ist wichtig, dass das oxidierende Biozid nicht überdosiert wird, da es zu einem höheren Korrosionsniveau führen kann.

Kesselwasser

Folgende Wassertypen sollten beim Einsatz in Dampfkesseln getestet werden, um zufriedenstellende Betriebsbedingungen zu gewährleisten:

• Zusatzwasser/Rohwasser
• Enthärtetes Zusatzwasser (erfordert NULL Härtegrade)
• Kondensatrücklauf
• Speisewasser (Kombination der oben genannten Wässer in unterschiedlichen Mengen)
• Kesselwasser

Getestet werden sollten folgende Faktoren:

• Alkalität –     
  Aufgrund der Temperaturen und Drücke, die in einem in Betrieb befindlichen Dampfkessel herrschen, bildet sich im Kessel OH-Hydroxid-Alkalität. Man könnte meinen, dass dies aufgrund des zu erwartenden hohen pH-Werts ein Problem darstellt, aber Baustahl "bevorzugt" einen pH-Wert im Bereich von pH = 11,0-12,5, was das Korrosionspotenzial für die Stahlkonstruktion minimiert. Jeder Kesseltyp (Hersteller) hat empfohlene Werte für die Kontrolle der M&P-Alkalität, die geeignete Werte für die OH-Alkalität liefern, die in Kombination mit den richtigen Werten des Schlammkonditionierungs-zusatzes (in der Regel Phosphat) eine ordnungsgemäße "Konditionierung" von Kalzium- oder Magnesiumhärte in Form von flüssigem Schlamm ermöglicht, der über die Bodenabschlämmung entfernt werden kann.
  Diese OH-Alkalität sorgt in Kombination mit der richtigen Menge an Schlammkonditionierungsmittel (in der Regel Phosphat) dafür, dass Kalzium- und Magnesiumhärte als flüssiger Schlamm konditioniert" wird, der über die Bodenabschlämmung entfernt werden kann.
  Es ist wichtig zu beachten, dass ein zu hoher Alkaligehalt in einem Kessel, die Oberflächenspannung des Wassers erhöht und es den Dampfblasen erschwert, sich an der Grenzfläche zwischen Wasser und Dampf zu lösen und in den Dampfraum des Kessels zu gelangen. Dies wird als "nasser" Dampf bezeichnet und führt zu einer Verschleppung von Kesselwasser in den Dampf, was Probleme bei der Dampfnutzung und beim Betrieb von Kondensatableitern verursachen kann. 
• Temperatur –     
  Der Gehalt an gelösten Gasen (insbesondere O2 & CO2) im Wasser ist direkt proportional zur Temperatur des Wassers. Wenn beide Gase nicht in den Kessel gelangen, können sie Korrosionsprobleme verursachen. Deshalb sollte die Speisewassertemperatur so hoch wie möglich gehalten werden. Kondensatrückführungen, Frischdampfeinspritzsysteme und / oder Entlüfter können bei der Erhöhung der Speisewassertemperatur von Vorteil sein.
• Sauerstoffabsorber –
  Sauerstoff im Kesselspeisewasser sollte verhindert werden. Daher ist es üblich, einen Sauerstofffänger in den Speisewasserbehälter (oder den heißen Brunnen) oder direkt in die Speisewasserleitung vor der Speisewasserpumpe zu dosieren. Es ist wichtig, dass die Zugabe der Chemikalie mit ausreichender Reaktionszeit erfolgt, um den gesamten Sauerstoff abzufangen, bevor er den Kessel erreicht.
  Die meisten Sauerstoffabsorber auf Sulfitbasis sind katalysiert, so dass die Sauerstoffaufnahme 10 bis 100 Mal schneller erfolgt als bei unkatalysiertem Sulfit. Wenn Kobalt als Katalysator verwendet wird, wird es bei einem pH-Wert von 9,3 oder mehr inaktiv. Daher ist es wichtig, einen separaten Misch-/Dosiertank nur für die katalysierten Sulfitlösungen zu verwenden.
  Der Kobaltkatalysator setzt sich als braune Flocken ab.
  Wenn sich dieses Material im Dosierbehälter ansammelt, ist der Katalysator ausgefallen. Wenn Sie Ihre Kesselwasserproben testen ist es wichtig, zuerst den Sulfitgehalt zu prüfen, da sich der Gehalt ändern kann, wenn die Probe beim Abkühlen Luftsauerstoff aufnimmt.
  Zu den anderen Formen von Sauerstoffabsorbern gehören folgende Chemikalien. Tannin ist hier aufgeführt, wirkt aber sowohl als Filmbildner (Tannatfilm) als auch als Sauerstofffänger:
  • Natriumsulfit
  • Erythorbat
  • Diethylhydroxylamin (DEHA)
  • Hydrochinon
  • Hydrazin
  • Carbohydrazid
  • Methylethylketoxim (MEKO)
  • Tannin
  Es ist wichtig zu beachten, dass die Hersteller von Kesseln oder die Lieferanten von Chemikalien Anleitungen für die Kontrollwerte der verschiedenen Arten von Sauerstoffabsorbern bereitstellen.
• Schlammkonditionierer –
  Wie bei den Sauerstoffabscheidern gibt es auch bei den Schlammkonditionierern viele verschiedene Formate mit wahrscheinlich Hunderten von proprietären Mischungen. Einige versuchen, die Feststoffe in Lösung zu halten, so dass sie mit der Oberflächenabschlämmung entfernt werden können, z. B. Konditionierer auf Chelatbasis.
  Andere, wie z. B. Konditionierer auf Phosphatbasis, versuchen, "flüssige" Schlämme für die Abschlämmung von unten zu bilden. Anders als bei der Dosierung von Sauerstoffbindemitteln ist es nicht erforderlich, die Reserve zu erhöhen, wenn der Kessel nicht in Betrieb ist, da kein Speisewasser in den Kessel gelangt und somit auch kein erhöhter Bedarf an Schlammkonditionierern besteht.
  Wichtig zu beachten ist, dass die Kesselprobe vor dem Test auf eine Phosphatreserve gefiltert werden muss, um Kalzium/Phosphat-Komplexe zu entfernen, die als Reservephosphat getestet werden könnten.
• pH-Wert (Kondensat) –
  Bei der Umwandlung von HCO3- in CO32- und schließlich in OH- wird CO2 freigesetzt, das als Gas mit dem Dampf abströmt.
  Wenn der Dampf so weit abgekühlt ist, dass er zu Kondensat kondensiert, so dass das CO2 wieder in Form von HCO3- gelöst ist, wäre ein pH-Wert um 8,0 zufriedenstellend.
  Wenn sich das CO2 jedoch wieder im Kondensat auflöst, bildet es Kohlensäure H2CO3, die den pH-Wert des Kondensats auf 4,0-5,0 senken kann. Dieses Kondensat mit niedrigem pH-Wert kann die Kondensatrücklaufleitung korrodieren lassen, vor allem am unteren Ende des Rohrs, das der sauren Flüssigkeit ausgesetzt ist.

Mögliche Störungen bei der Industriewasserkontrolle

Bei der Durchführung von Analysemethoden müssen die Benutzer die durchzuführenden Tests sorgfältig überwachen und besonders auf Details wie den pH-Wert der Probe, die Sauberkeit des Probenbehälters und die von den chemischen Reagenzien erzeugte Farbe achten. In komplexen Wassersystemen, wie sie in Wasseraufbereitungsanlagen vorkommen, gibt es viele Arten von Chemikalien, die eine Kreuzreaktivität mit den an der Messung beteiligten Chemikalien aufweisen können. Diese Kreuzreaktionen können dazu führen, dass eine andere Farbe als erwartet erzeugt wird.
Fachleute für Wasseraufbereitung sollten nicht nur die Zusammensetzung ihres Systems kennen, sondern auch die Chemie hinter den von ihnen verwendeten Analyseverfahren. Mit der Kenntnis der Chemie lassen sich potenzielle Probleme aufgrund von Interferenzen vermeiden oder ausgleichen. Wenn diese Störungen nicht berücksichtigt werden, können falsche Entscheidungen bei der Behandlung des Wassersystems getroffen werden, die zu Problemen wie erhöhter Korrosion oder Biofilmbildung führen. Unsere Geräte und Reagenzien sind so konzipiert, dass sie einige dieser Interferenzen so weit wie möglich abzuschwächen, aber der Anwender muss auch die Verantwortung für die Beseitigung dieser häufigen Probleme übernehmen. Im Folgenden finden Sie eine Liste der häufigsten Interferenzen, die bei der Anwendung von Analysemethoden berücksichtigt werden sollten: