Waterhygiëne in koelsystemen uitgelegd

Koelsystemen zijn essentieel voor veel industriële processen. Ze voeren warmte af uit installaties en zorgen ervoor dat productieprocessen veilig en efficiënt verlopen. Tegelijkertijd vormen deze systemen een complex watermilieu waarin verschillende fysische, chemische en biologische processen plaatsvinden. Wanneer de waterkwaliteit onvoldoende wordt beheerd, kunnen problemen ontstaan zoals biofilmvorming, corrosie en kalkaanslag.

Het belang van waterkwaliteit

Water in een koelsysteem circuleert vaak langdurig in een gesloten of halfopen circuit. Tijdens dit proces verandert de chemische samenstelling van het water voortdurend. Verdamping, toevoer van suppletiewater en contact met materialen beïnvloeden de waterkwaliteit.

Wanneer deze factoren niet goed worden gecontroleerd, kan het systeem te maken krijgen met drie hoofdproblemen: scaling, corrosie en biofouling. Deze processen kunnen de warmteoverdracht verminderen, energieverbruik verhogen en schade aan installaties veroorzaken.

Volgens de Cooling Technology Institute behoren deze drie factoren tot de belangrijkste oorzaken van prestatieverlies in koelsystemen (Cooling Technology Institute, Guidelines for Cooling Water Systems, 2015).

Cycles of concentration

Een belangrijk begrip in koeltorens is de zogenaamde cycles of concentration. Dit is de verhouding tussen de concentratie opgeloste zouten in het circulerende koelwater en die in het suppletiewater.

Tijdens het koelproces verdampt een deel van het water. De opgeloste mineralen blijven achter en worden daardoor steeds meer geconcentreerd. Als de concentratie te hoog wordt, kunnen zouten neerslaan en kalkaanslag vormen op warmtewisselaars en leidingen.

Om dit te voorkomen wordt een deel van het water regelmatig gespuid. Dit proces heet blowdown.

Biofilm en microbiologische groei

Koelwatersystemen bieden gunstige omstandigheden voor microbiologische groei. Temperaturen tussen ongeveer 20 en 35 graden Celsius en de aanwezigheid van voedingsstoffen kunnen leiden tot snelle groei van bacteriën, algen en schimmels.

Micro organismen kunnen zich hechten aan oppervlakken en een slijmlaag vormen die biofilm wordt genoemd. Biofilm kan de warmteoverdracht verminderen en de stroming in leidingen beïnvloeden. Daarnaast kan biofilm een rol spelen bij microbiologisch beïnvloede corrosie.

Onderzoek van de World Health Organization laat zien dat biofilmvorming in koelsystemen ook een rol kan spelen bij de groei van Legionella bacteriën (WHO, Legionella and the prevention of legionellosis, 2007).

Corrosie in koelwatersystemen

Corrosie ontstaat wanneer metalen materialen reageren met hun omgeving. In koelsystemen kan dit proces worden versneld door factoren zoals opgeloste zuurstof, lage pH waarden en microbiologische activiteit.

Corrosie kan leiden tot lekkages, verminderde betrouwbaarheid van installaties en vervuiling van het water met metaaldeeltjes. Daarom is het belangrijk dat de chemische balans van het koelwater goed wordt gecontroleerd.

Parameters zoals pH, alkaliniteit en opgeloste zuurstof spelen hierbij een belangrijke rol.

Scaling en mineralen

Scaling ontstaat wanneer opgeloste mineralen uit het water neerslaan en vaste afzettingen vormen op oppervlakken. Calciumcarbonaat is een van de meest voorkomende vormen van kalkaanslag in koelsystemen.

Deze afzettingen kunnen de warmteoverdracht sterk verminderen. Zelfs een dunne laag kalk kan het energieverbruik van een warmtewisselaar aanzienlijk verhogen.

Volgens onderzoek van het U.S. Department of Energy kan een kalkaanslaglaag van slechts 1 millimeter de warmteoverdracht al met meer dan tien procent verminderen (U.S. Department of Energy, Improving Steam System Performance, 2013).

Monitoring en beheer

Om problemen te voorkomen is het belangrijk dat de waterkwaliteit in koelsystemen continu wordt gecontroleerd. Veel installaties meten parameters zoals pH, geleidbaarheid, temperatuur en hardheid.

Door deze gegevens te analyseren kunnen operators tijdig ingrijpen wanneer de waterkwaliteit verandert. Moderne systemen maken steeds vaker gebruik van realtime monitoring en automatische regeling van spui en waterbehandeling.

Een goed beheer van waterhygiëne draagt bij aan een stabiele werking van koelsystemen en helpt om energieverbruik en onderhoudskosten te beperken.

Afvalwater als alternatieve bron voor koelwater

Naast het beheer van waterkwaliteit wordt in veel industriële sectoren ook gekeken naar de herkomst van het water dat in koelsystemen wordt gebruikt. Traditioneel wordt hiervoor vaak drinkwater of grondwater ingezet. Door toenemende waterstress en strengere regelgeving groeit de belangstelling voor alternatieve waterbronnen.

Gezuiverd afvalwater, ook wel effluent genoemd, kan in veel gevallen worden ingezet als suppletiewater voor koelsystemen. Wanneer afvalwater voldoende wordt behandeld kan het een stabiele en betrouwbare waterbron vormen voor industriële toepassingen.

De Europese Commissie ziet waterhergebruik als een belangrijke strategie om de druk op zoetwaterbronnen te verminderen en circulair watergebruik te stimuleren (European Commission, Water Reuse Regulation, 2020).

Waterkwaliteit bij hergebruik

Het gebruik van afvalwater in koelsystemen vraagt wel om een goede controle van de waterchemie. Effluent kan bijvoorbeeld hogere concentraties nutriënten, organische stoffen of zouten bevatten dan traditioneel suppletiewater.

Daarom wordt het water vaak eerst behandeld met filtratie, oxidatie of membraantechnologie. Deze technieken verwijderen zwevende stoffen, micro organismen en een groot deel van de opgeloste verontreinigingen.

Wanneer deze processen goed worden toegepast kan het behandelde water zeer geschikt zijn voor gebruik in koelsystemen.

Circulair koelwaterbeheer

Steeds meer industriële bedrijven ontwikkelen circulaire waterstrategieën waarbij waterstromen binnen het bedrijf zoveel mogelijk worden hergebruikt. Koelsystemen spelen hierin een belangrijke rol omdat zij grote waterstromen verwerken.

Door water intern te behandelen en opnieuw te gebruiken kan de afhankelijkheid van externe waterbronnen sterk worden verminderd. Tegelijkertijd neemt de hoeveelheid lozing naar het oppervlaktewater af.

Voorbeelden van dergelijke systemen zijn installaties waarbij afvalwater eerst wordt gezuiverd met filtratie, oxidatie en membraantechnologie voordat het opnieuw wordt ingezet als koelwater. Deze aanpak maakt het mogelijk om watergebruik aanzienlijk te verminderen en tegelijkertijd de waterkwaliteit in het systeem te beheersen.

Meer informatie over hoe dit soort circulaire koelwatersystemen worden toegepast is te vinden op de pagina over de technologieën van Pathema.

Conclusie

Waterhygiëne in koelsystemen wordt bepaald door een combinatie van fysische, chemische en biologische processen. Scaling, corrosie en biofilm vormen de belangrijkste risico’s voor de prestaties van een installatie.

Door waterkwaliteit continu te monitoren en de juiste waterbehandeling toe te passen kunnen deze risico’s worden beheerst. Tegelijkertijd kijken steeds meer bedrijven naar circulaire oplossingen, zoals het hergebruik van afvalwater als koelwaterbron.

Deze ontwikkelingen maken koelsystemen niet alleen efficiënter, maar ook duurzamer en beter bestand tegen de toenemende druk op zoetwaterbronnen.

Bronnen

Cooling Technology Institute. Guidelines for Cooling Water Systems. 2015.
World Health Organization. Legionella and the prevention of legionellosis. 2007.
U.S. Department of Energy. Improving Steam System Performance. 2013.
European Commission. Regulation on minimum requirements for water reuse. 2020.

‍