Biofilm
Mikroben brauchen, wie andere Lebensformen auch, günstige Bedingungen, unter denen sie sich entwickeln.
Leider sind diese günstigen Bedingungen für Menschen und gerade für die Kontrolleure von Verdunstungskühlwassersystemen ungünstig: Hier kommen Mikroben besonders zahlreich vor, bedingt durch die über den Keislauf geförderte Nährstoffkonzentration.
Aufgrund der ständig feuchten Oberflächen in Kühlwasser-systemen führt das üppige Wachstum von Mikroben zur Bildung von Biofilmen. Bei den Mikroorganismen, die in Kühlsystemen vorkommen, handelt es sich in der Regel um gewöhnliche Boden-, Wasser- und Luftmikroben, die entweder über Zusatzwasser, Prozesslecks oder aus der Luft in das System gelangen und je nach Wasserquelle variieren. Ihre Kontrolle hängt davon ab, ob sie in planktonischer (frei schwimmender) oder sessiler (anhaftender) Form vorliegen. Die sessile Form ist für die Biofilmbildung verantwortlich. Wie bereits erwähnt, bilden sich Biofilme auf benetzten Oberflächen-, wie z. B. Wärmetauscherrohren. Die verursachenden Mikroorganismen, die sie bilden, scheiden Polysaccharide aus, wenn sie untergetaucht werden. Es kann ein gelartiges Netzwerk entstehen. Dadurch können die Mikroorganismen nicht mehr durch den normalen Wasserfluss beseitigt werden. Die Wirkung eines Biozids wird ebenso eingeschränkt, unabhängig davon, ob es sich um ein oxidierendes oder nicht oxidierendes Mittel handelt.
Aus diesem Grund kann die Bekämpfung von Biofilmen Biozid-Dosierungen erfordern, die um ein Vielfaches höher sind als für die Bekämpfung planktonischer Arten. Ist der Befall eines Systems erst einmal eingetreten, können selbst mechanische Reinigungsverfahren nicht alle Spuren des Biofilms entfernen. Oberflächen, die betroffen waren, sind anfälliger für eine Besiedlung als neue Oberflächen, da Restmaterialien des Biofilms das Wachstum fördern und die Zeitspanne zwischen dem Wiederauftreten des Befalls verkürzen.
Einige Auswirkungen von Biofilm:
- Biofilme wirken wie eine Isolierung, wobei die Leistung des Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Dicke des Biofilms abnimmt.
- Biofilme können Korrosion fördern, die als mikrobiell beeinflusste Korrosion (MIC) bekannt ist, wobei die Mikroben als Katalysatoren für herkömmliche Korrosionsformen wirken.
- Allein die Anwesenheit der Mikroben verhindert, dass Korrosionsschutz die Metalloberflächen erreichen und passivieren.
- Korrosionsreaktionen werden durch mikrobiologische Wechselwirkungen beschleunigt.
- Mikrobielle Nebenprodukte können das Metall direkt schädigen.
Eine große mikrobiologische Population in einem Kühlwassersystem ist alles andere als wünschenswert, eine regelmäßige Kontrolle ist daher unerlässlich, damit ihre Auswirkungen auf das Betriebssystem minimiert werden können – auch weil sie sich exponentiell vermehren können.
| Material | Verwendungszweck | Korrosionsbeständigkeit | Probleme |
|---|---|---|---|
| Aluminium | Einige Kesselwärmetauscher und Radiatoren | Gute Gesamtkorrosions-beständigkeit in sauerstoff-haltigem Wasser mit neutralem oder leicht alkalischem pH-Wert. | Die Einwirkung eines hohen pH-Wertes führt zu einem schnellen Metallverlust und zur Bildung von Aluminiumhydroxidschlamm. |
| Copper & Copper Alloys | Kupferrohre, Ventile und Messingbeschläge | Gute Gesamtkorrosions- beständigkeit bei neutralem oder mäßig alkalischem pH-Wert; in belüftetem Wasser wird Kupfer durch Erosionskorrosion, Flussmittelrückstände und Ablagerungskorrosion angegriffen. | Kupferionen, die ins Wasser gelangen, können zu Lochfraßkorrosion bei Stahl führen. Äußere Verschmutzung kann bei Messung Spannungskorrosion hervorrufen. |
Weichstahl & Gusseisen | Stahlrohre, Kesselwärmetauscher, Umwälzpumpen | Ein niedriger Gehalt an gelöstem Sauerstoff führt zu gleichmä-ßiger Korrosion und zur Bildung von Magnetitschlamm. Ein hoher Gehalt an gelöstem Sauerstoff verursacht Lochfraß an den Materialerhebungen. | Die Bildung von unlöslichen Eisenoxiden in Form von Schwebstoffen erhöht den Verschleiß der Pumpen und das Risiko von Unterbodenkorrosion strömungsarmen Bereichen, in denen Sedimentation auftritt. |
| Verzinkter Stahl | Einige Rohrleitungssysteme | Innenverzinkte Rohre und Formteile sollten nicht in Heizungsanlagen verwendet werden (s. Abschnitt 3.1.1). | Bildung von Zinkhydroxid durch schwebende Feststoffe. |
| Edelstahl | Plattenwärmetauscher, Pumpengussteile, Kleinteile Gelegentlich Rohrleitungen | Sehr gute Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion, kann aber bei hohen Chlorid-konzentrationen anfällig für Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion sein. | Keine |
| Kunststoff | Kunststoffrohre einschließlich Unterbodenheizungen Kleinteile | Widerstandsfähig gegen Korrosion, kann jedoch durch physikalische Einflüsse, z. B. Sonnenlicht, beschädigt werden. | Sauerstoffdurchlässigkeit im Kunststoffrohr. Die Druckbeständigkeit nimmt mit der Temperatur ab. |
| Gummi | Flexible Schlauchauskleidungen (EPDM), O-Ringe und Dichtungen | Korrosionsbeständig, können jedoch einem allmäh- lichen chemischen und physika-lischen Abbau unterliegen, der zu einem Verlust der Flexibilität und zu Rissen führen kann. | Begünstigt die Bildung von Biofilm. |
Kesselstein
Typischerweise handelt es sich bei Härteablagerungen um Ausfällungen von Kalzium- und Magnesiumverbindungen (z. B. Kalziumkarbonat, Magnesiumsilikat).
Er kann die Lebensdauer des Systems verkürzen und den Energieverbrauch, die Wartungs- und Betriebskosten erhöhen, indem er sich in HVAC-Kühlsystemen und Prozesswassersystemen ablagert. Mit steigender Wassertemperatur wird Kalziumkarbonat weniger löslich, weshalb sich in Kühlwassersystemen Kesselstein in der Regel an den heißesten Oberflächen, wie z. B. Wärmeübertragungsstellen, ablagert. Infolge dieser stark isolierenden Ablagerungen ist die Fähigkeit des Systems, Wärme zu übertragen, eingeschränkt.
Da Kesselstein in den Rohrleitungen Platz wegnimmt, kann er außerdem zu einer Verringerung der Durchflussmenge führen.
Es erfordert nicht nur mehr Aufwand, Energie durch diese Ablagerungen zu transportieren, sondern die Korrosionsschutzmittel können auch nicht mehr an die Systemmetallurgie adsorbieren, was zu einer Unterschichtkorrosion führen kann.
Die Menge und die Wahrscheinlichkeit von Kesselsteinablagerungen wird durch eine Reihe von Parametern beeinflusst, darunter ein hoher Kalzium- und Magnesiumgehalt, eine hohe Alkalinität und ein hoher pH-Wert, weshalb eine Überwachung dieser Parameter unerlässlich ist.
In den meisten Fällen wird eine Messung des Langelier-Sättigungsindex (LSI) des Wassersystems mit dem Ergänzungswasser und theoretischen "Zyklen" dieses Wassers durchgeführt, um festzustellen, wie viele Konzentrationszyklen auf der Grundlage der erwarteten Leistung des verwendeten Kesselstein-/Korrosionsinhibitors sicher eingehalten werden können.
