氧化還原電位（ORP）在消毒劑使用中測量

氧化還原電位（ORP）在消毒劑使用中測量

由于固有的強氧化性和消毒能力，氯產(chǎn)品被廣泛應用于制漿和造紙工業(yè)。氧化還

原電位（ORP）測量提供了氯氣濃度，這是在線(xiàn)控制中頗有價(jià)值的指標。

阿 普 爾 頓涂布紙有限責任公司（ 美國Combined Locks）

阿普爾頓涂料有限責任公司位于美國威斯康星州Combined Locks，每天由三臺造紙

機生產(chǎn)不含磨木漿的涂布紙（CFS）。CFS等級生產(chǎn)線(xiàn)上各有不同的裝備，其中包括

BCTMP （漂白化學(xué)熱機械漿）和不同級別的機器和回收廢紙。此后，如何讓氧化劑

足以控制微生物含量而又不會(huì )因給料過(guò)多對色彩控制造成不利影響已成為一項巨大

的挑戰。

  造紙廠(chǎng)的應用歷史

該廠(chǎng)曾經(jīng)安裝了*臺氧化還原電位計，用于監測離開(kāi)Dynasand上流式過(guò)濾器和在引力作用下進(jìn)入75 萬(wàn)加侖清潔井內進(jìn)行存儲和封閉的水。所安裝的第二個(gè)氧化還原電位計則用于監測離開(kāi)清潔井而進(jìn)入造紙廠(chǎng)分配系統的水。次年，第三臺氧化還原電位計被安裝在過(guò)濾水分配系統末端，以確保整個(gè)系統的充分消毒

在冬季，隨著(zhù)河水溫度接近冰點(diǎn)，用于消毒的次氯酸鈉和用于絮凝和脫色的明礬的反應時(shí)間大大放慢。氧化還原電位和常規細菌數量核實(shí)了消毒失效的情況。作為一項補救措施，

二氧化氯被添加到過(guò)濾器中，用作一種新的快速替代消毒劑。很明顯，下一步就是在造紙機上采用氧化還原電位技術(shù)。在未來(lái)5 年內，針對各種網(wǎng)下白水環(huán)的在線(xiàn)氧化還原電位測量發(fā)生故障的主要原因正是探頭結垢。2004 年，梅特勒-托利多公司INGOLD 在清潔工作臺上安裝了氧化還原探頭，其位置非常接近＃1 紙機的壓頭箱。在該區域物料的流速可以非常有效地防止探頭結垢。作為一套補充預防措施，安裝了可伸縮的

護套，允許操作人員清洗探頭，以防發(fā)生污染。

從操作和實(shí)驗兩方面的觀(guān)察

在造紙廠(chǎng)的正常運行過(guò)程中，已發(fā)現有若干原因及效果影響了氧化還原電位的關(guān)系。此外，有意的“擾動(dòng)”試驗也已實(shí)施，以便進(jìn)一步論證更深層次的相互作用，隨后繼續進(jìn)行總結。

梅特勒-托利多公司提供的氧化還原技術(shù)在梅特勒-托利多公司提供的內嵌氧化還原電位測量回路安裝后，獲得以下結果，簡(jiǎn)述如下：擁有在頂端（溶液接地）近的鉑觸點(diǎn)的預加壓的液體電解質(zhì)的氧化還原電位電極InPro 3250SG 允許測量氧化還原電位；經(jīng)過(guò)CPI 認證的可伸縮護套InTrac 777/NPT、TRI-LOCK™安全系統和沖洗腔，用于定期清洗，同時(shí)無(wú)須中斷工藝過(guò)程；pH2100e 變送器擁有RTD診斷功能，同時(shí)帶有PID 控制。

二氧化氯的進(jìn)料速度

對氯氣進(jìn)給速度進(jìn)行有意的變動(dòng)，以驗證氧化還原反應，除非在穩定的條件下（見(jiàn)圖1）。

連續提高氯氣進(jìn)給速度實(shí)現了氧化還原電位讀數的正（+）增長(cháng)。降低氯氣進(jìn)給速度使

得氧化還原電位讀數的正（+）增長(cháng)幅度減少。

氧化還原電位關(guān)系的其他原因及影響

紙張中斷影響

影響氧化還原電位值的zui重大的工藝過(guò)程變動(dòng)就是紙張中斷。標準流程是在中斷處切

斷染料、灰分和廢紙。在每個(gè)中斷處，氧化還原電位值都大幅度升高，因為系統中的

所有還原劑液體被切斷，但氧化劑繼續流入，系統中的過(guò)量氧化劑是造成漂白和色彩

控制損失的原因。

填充材料

另一個(gè)重要的發(fā)現是填充材料、顆粒碳酸鈣和沉淀碳酸鈣的令人意想不到的還原潛力。

越來(lái)越多的上述任一填料都會(huì )降低氧化還原電位值。有了這一信息，我們就能夠在觀(guān)

察上述氧化劑的需求量后，通過(guò)減少的方法，使急劇的變化保持穩定，而不是在機器

中斷處*切斷一些填料。

引入工藝用水

在機器中斷處，將補充的新鮮工藝用水抽進(jìn)機器系統內。這種水的氯氣殘留水平相當

高。大量的工藝用水進(jìn)入系統后，氧化還原電位值每次都會(huì )增加。

等級變化

在某些情況下，不同等級產(chǎn)品之間的變化會(huì )導致氧化還原電位值的增加，而其他等級

則導致氧化還原電位下降。

用后廢料

用后廢料作為還原劑會(huì )引起氧化還原電位值的降低。

梅特勒-托利多公司的解決方案

在＃1 紙機試用后的數月內，pH 電極InPro 3250 SG、可伸縮護套InTrac 777/NPT 和變

送器pH 2100e 組成的氧化還原測量系統又安裝在了其它兩臺機器上。氧化劑添加程序

基于氧化還原電位結果進(jìn)行了調整。造紙廠(chǎng)接著(zhù)進(jìn)一步采取后一工藝過(guò)程步驟，將傳

送器發(fā)來(lái)的信號回饋到造紙廠(chǎng)的DCS 過(guò)程控制系統，以便在控制中心提供實(shí)時(shí)在線(xiàn)測

量。

快速的

在所有的應用中，安裝一套氧化還原測量系統可幾乎立刻實(shí)現。許多“還原劑”

會(huì )消耗更多的氧化劑，從而影響消毒作用。了解這些相互作用就可以采取糾正措施，

以盡量減少氧化還原電位干擾，使得污染物在更短的時(shí)間內處于目標控制范圍內，如

圖2 所示。這樣的結果是不符合規格的產(chǎn)品顏色的處理時(shí)間更短，同時(shí)保持足夠多的

消毒作用。

氧化還原電位監測zui為明顯的經(jīng)濟效益是有能力在機器中斷處和CFS 中斷處維持更高

的運行水平，而沒(méi)有典型的微生物控制損失和隨后紙張上的沉積物/破洞。設定一個(gè)氧

化還原電位，并且調整氧化劑進(jìn)給以維持*的運行條件。

事實(shí)已經(jīng)證明，在線(xiàn)測量氧化還原電位是可以實(shí)現的。所需的維護降至zui低限度，使

用可伸縮的護套尤其無(wú)須維護。在整個(gè)造紙廠(chǎng)的幾個(gè)應用點(diǎn)，基于氧化還原電位的針

對氧化劑的監測和控制已被證明是有效的微生物消毒方法。

當氧化劑需求根據不同的產(chǎn)品變動(dòng)或過(guò)程干擾而發(fā)生波動(dòng)時(shí)，氧化還原電位控制的好

處更大。其結果將生產(chǎn)停機時(shí)間降至zui低限度，并提高產(chǎn)品質(zhì)量，由此帶來(lái)豐厚的資

金回報。

圖2：