Nachhaltige Vermeidung von mineralischen Ablagerungen in wasserführenden Systemen
In allen wasserführenden Systemen kann es unter den passenden Bedingungen zu organischen sowie anorganischen Ablagerungen kommen. Beleuchtet wird der Mechanismus der Kristallisation bei anorganischen Belägen. Außerdem wird ein Ausblick auf die Möglichkeiten zur Verhinderung von Belägen gegeben. Neben Kalk, Gips und Magnesiumhydroxid wird ein Fokus auf die Bildung von Struvit gelegt.
Wird von Ablagerungen in flüssigkeitsführenden Systemen gesprochen, so ist zwischen anorganischen und organischen Ablagerungen zu unterscheiden. Bei organischen Ablagerungen handelt es sich meist um Biofilme, Schleime etc., die in diesem Beitrag nicht betrachtet werden. Der Blick richtet sich im Weiteren auf die Bildung von anorganischen Belägen, die meist aus kristallisierten Metallsalzen bestehen. Der Kristallisationsmechanismus ist in diesem Zusammenhang der erste Schritt zum besseren Verständnis dieses komplexen Themas. Die einzelnen Schritte innerhalb eines Kristallisationsprozesses sind dabei unabhängig von der Art des Salzes, einfach betrachtet, immer gleich. Am Beispiel von Calciumcarbonat wird dieser Vorgang veranschaulicht. Calcium ist praktisch in jedem natürlich zur Verfügung stehenden Wasser als Ion gelöst, umgangssprachlich als Wasserhärte bezeichnet. Gleiches gilt für das Carbonat-Ion bzw. das Hydrogencarbonat-Ion, welche man als Alkalität bezeichnet. Diese befinden sich im sogenannten chemischen Gleichgewicht und somit in einem thermodynamisch stabilen Zustand. Wenn Wasser in industriellen Anwendungen gebraucht wird, sei es als Kühl-, Prozess-, oder Spülwasser etc. wird dieses stabile Gleichgewicht oftmals gestört. Im betrachteten Fall ist meistens die Erwärmung des Wassers, einhergehend mit Verdunstung, die primäre Störung. Bei der Verdunstung entweicht nur reines Wasser, die im Wasser gelösten Ionen bleiben zurück und konzentrieren sich dadurch auf. Irgendwann wird das Löslichkeitsprodukt des Salzes, hier Calciumcarbonat, überschritten und es beginnt die Kristallisation von Calciumcarbonat. Es bilden sich zunächst Keimkristalle, die sich aber immer noch in einer Gleichgewichtsreaktion mit den gelösten Ionen befinden, der Keimkristall bildet sich, löst sich abergleichzeitig wieder auf. Irgendwann kommt der Punkt, an dem dieser Keimkristall weiterwächst und so die ersten Mikrokristalle bildet, die sich auf Oberflächen anlagern und so die Basis für eine feste Ablagerung bilden. Ist dieser Schritt getan, wird das weitere Anwachsen des Belages deutlich vereinfacht und im Nachgang sogar beschleunigt, ein sehr wichtiger Aspekt für die spätere Betrachtung der nachhaltigen Belagverhinderung. Dieser Prozess läuft vorzugsweise als Erstes an Stellen mit turbulenten Strömungsverhältnissen ab, zum Beispiel Schweißnähte, Pumpen, Rohrbögen, Verengungen etc. Von dort breitet sich die Belagbildung weiter aus.
| Copyright: | © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH | |
| Quelle: | Wasser und Abfall 07/08 (August 2022) | |
| Seiten: | 4 | |
| Autor: | Michael Voges  Andreas Peist | |
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