04 Aug 2015

Lichtinduzierte Katalyse schützt vor Fouling

Lichtinduzierte Katalyse mit LED-Licht ist eine Alternative zum Biozideinsatz und der Verwendung von UV-Lampen

04 Aug 2015

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um mikrobiologisches Wachstum und damit verbundene Bio-Fouling in der Kühlwasserbehandlung zu vermeiden. Die gängisten Verfahren sind sicherlich die Verwendung geeigneter Biozide oder auch der Einsatz von hoch energetischen UV-Lampen. Wer auf beides verzichten will, sollte sich näher mit dem Einsatz lichtinduzierter Katalyse mithilfe von LED-Licht beschäftigen.

Offene Kühlkreisläufe sind die effektivste und wirtschaftlichste Alternative zur technischen Wärmeabfuhr

Rückkühlwerk

Foto: Wikipedia.de / CC 3.0

In vielen chemischen und technischen Prozessen und Stofftrennvorgängen wird die freigesetzte Wärmeenergie über offene Kühlkreisläufe mit Rückkühlwerken abgeführt. Der Wärmetransport erfolgt über das im Kreislauf gepumpte Kühlwasser und die Wärmeabfuhr durch partielle Verdunstung des Wassers im Rückkühlwerk. Die dabei entstehenden Wasserverluste werden durch Zusatzwasser ergänzt, wobei zur Vermeidung von Härteausfällungen regelmäßig ein bestimmter Anteil des Kühlwassers abgeschlämmt und in den Vorfluter abgeführt werden muss.

Rückkühlwerk Zellstoffwerk Rosenthal

Foto: Wikipedia / publ. dom., CC 3.0

Da bei diesen Verdunstungsprozessen große Mengen Umgebungsluft durch den Wasserfilm gezogen bzw. geblasen werden müssen, kommt es in der Regel zu einer Anreicherung von in dieser Luft enthaltenen Mikroorganismen in dem Kühlwasser. Zur Vermeidung von mikrobiologischem Wachstum in dem Kühlwasser werden daher oft gesundheits- und/oder umweltgefährdende Biozide oder energieintensive UV-Lampen eingesetzt. Diese Maßnahmen beeinträchtigen oft nicht nur die Mikrobiologie, sondern auch die Qualität des Kühlwassers bis hin zu einer gesteigerten Korrosionswirkung und Belastung des Vorfluters.

Verkeimung von offenen Kühlkreisläufen muss verhindert werden

Insbesondere in der Pharmaindustrie ist der Einsatz von Giftstoffen auch im Kühlwasser höchst unerwünscht. Eine mögliche Alternative stellt daher in diesem Industriebereich die  Kühlwasserbehandlung durch geringe Mengen an 30%igen Wasserstoffperoxid in Verbindung mit geeigneten Vollmetallkatalysatoren dar; so kann die Mikrobiologie innerhalb des zulässigen Grenzwertes (< 10.000 KBE/ml) gehalten und der Aufwuchs von Biofilmen vermieden werden. In einem solchen Verfahren entstehen sog. Biotenside (partiell oxidierte Fettsäuren aus Bakterienhüllen).

Parallel zur Bekämpfung des mikrobiellen Wachstums erfolgt in der Regel auch der Zusatz von Produkten zur Härtestabilisierung und für die Vermeidung von Korrosionseffekten. Die Kombination dieser 3 Technologien verhindert die Belagsbildung in Rohrleitungen und Wärmetauschern und verbessert so in erheblichem Umfang den möglichen Wäremabtransport – und ermöglicht die Einhaltung der teilweise strengen Vorschriften im Hinblick auf AOX und andere schwer abbaubare Inhaltsstoffe.

Lichtinduzierte Katalyse mittels LED-Licht braucht keine Chemikalien

LED-Strahler

Foto: pixabay / CC0

Will man auch auf den Einsatz des in Handling und Stabilität nicht ganz unkritischen, hochkonzentrierten Wasserstoffperoxids verzichten, bietet sich die LED-lichtinduzierte Katalyse zur Herstellung der Biotenside an. Hierfür kommen spezielle Mineral-Metall-Folien, konfektioniert in speziellen Modulen, unter Einwirkung von sichtbarem Licht in Form von energiesparenden LED zum Einsatz. Da das LED-Licht alternierend bereitgestellt werden muss, erfolgt die Ansteuerung der Belichtung über eine Steuereinheit, die zugleich auch die Funktion der LED kontrolliert. Die Leistungsaufnahme beträgt lediglich 5 W und liegt damit deutlich unterhalb der Leistungsaufnahme von UV-Lampen (> 100 W) – was zu merklichen Energieeinsparungen führt.

Die entscheidenden Vorteile der lichtinduzierten Biotensidbildung sind:

  • Dem Wasser werden keinerlei Oxidationsmittel oder andere Hilfsstoffe zugesetzt.
  • Es treten keine unerwünschten Neben- und/oder Folgeprodukte auf.

Die bewährte Härtestabilisierung und Korrosionsinhibierung kann beibehalten werden.

Damit bietet sich dem Anlagenbetreiber eine chemiefreie, energiesparende Möglichkeit der Verhinderung von mikrobiellem Wachstum im Kühlwasser ohne Nebenreaktionen; als angenehmer Nebeneffekt kann auch auf die Lagerung von Gefahrstoffen verzichtet werden (in der Regel sind alle chemischen Biozide Gefahrstoffe und häufig auch noch grundwassergefährdend), und das Abwasser wird ebenfalls nicht zusätzlich belastet.

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