氧化還原電位（ORP）在消毒劑使用中測量

由于固有的強(qiáng)氧化性和消毒能力，氯產(chǎn)品被廣泛應(yīng)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，這是在線控制中頗有價(jià)值的指標(biāo)。

阿 普 爾 頓涂布紙有限責(zé)任公司（ 美國Combined Locks）

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

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

BCTMP （漂白化學(xué)熱機(jī)械漿）和不同級別的機(jī)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因給料過多對色彩控制造成不利影響已成為一項(xiàng)巨大

的挑戰(zhàn)。

  造紙廠的應(yīng)用歷史

該廠曾經(jīng)安裝了*臺氧化還原電位計(jì)，用于監(jiān)測離開Dynasand上流式過濾器和在引力作用下進(jìn)入75 萬加侖清潔井內(nèi)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(jì)則用于監(jiān)測離開清潔井而進(jìn)入造紙廠分配系統(tǒng)的水。次年，第三臺氧化還原電位計(jì)被安裝在過濾水分配系統(tǒng)末端，以確保整個(gè)系統(tǒng)的充分消毒

在冬季，隨著河水溫度接近冰點(diǎn)，用于消毒的次氯酸鈉和用于絮凝和脫色的明礬的反應(yīng)時(shí)間大大放慢。氧化還原電位和常規(guī)細(xì)菌數(shù)量核實(shí)了消毒失效的情況。作為一項(xiàng)補(bǔ)救措施，

二氧化氯被添加到過濾器中，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(jī)上采用氧化還原電位技術(shù)。在未來5 年內(nèi)，針對各種網(wǎng)下白水環(huán)的在線氧化還原電位測量發(fā)生故障的主要原因正是探頭結(jié)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(jī)的壓頭箱。在該區(qū)域物料的流速可以非常有效地防止探頭結(jié)垢。作為一套補(bǔ)充預(yù)防措施，安裝了可伸縮的

護(hù)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(yàn)兩方面的觀察

在造紙廠的正常運(yùn)行過程中，已發(fā)現(xiàn)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”試驗(yàn)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(xù)進(jìn)行總結(jié)。

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(nèi)嵌氧化還原電位測量回路安裝后，獲得以下結(jié)果，簡述如下：擁有在頂端（溶液接地）近的鉑觸點(diǎn)的預(yù)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CPI 認(rèn)證的可伸縮護(hù)套InTrac 777/NPT、TRI-LOCK™安全系統(tǒng)和沖洗腔，用于定期清洗，同時(shí)無須中斷工藝過程；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，以驗(yàn)證氧化還原反應(yīng)，除非在穩(wěn)定的條件下（見圖1）。

連續(xù)提高氯氣進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)了氧化還原電位讀數(shù)的正（+）增長。降低氯氣進(jìn)給速度使

得氧化還原電位讀數(shù)的正（+）增長幅度減少。

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重大的工藝過程變動就是紙張中斷。標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)橄到y(tǒng)中的

所有還原劑液體被切斷，但氧化劑繼續(xù)流入，系統(tǒng)中的過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(xiàn)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。

越來越多的上述任一填料都會降低氧化還原電位值。有了這一信息，我們就能夠在觀

察上述氧化劑的需求量后，通過減少的方法，使急劇的變化保持穩(wěn)定，而不是在機(jī)器

中斷處*切斷一些填料。

引入工藝用水

在機(jī)器中斷處，將補(bǔ)充的新鮮工藝用水抽進(jìn)機(jī)器系統(tǒng)內(nèi)。這種水的氯氣殘留水平相當(dāng)

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

等級變化

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

則導(dǎo)致氧化還原電位下降。

用后廢料

用后廢料作為還原劑會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(jī)試用后的數(shù)月內(nèi)，pH 電極InPro 3250 SG、可伸縮護(hù)套InTrac 777/NPT 和變

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

基于氧化還原電位結(jié)果進(jìn)行了調(diào)整。造紙廠接著進(jìn)一步采取后一工藝過程步驟，將傳

送器發(fā)來的信號回饋到造紙廠的DCS 過程控制系統(tǒng)，以便在控制中心提供實(shí)時(shí)在線測

量。

快速的

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

會消耗更多的氧化劑，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(nèi)處于目標(biāo)控制范圍內(nèi)，如

圖2 所示。這樣的結(jié)果是不符合規(guī)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(jiān)測zui為明顯的經(jīng)濟(jì)效益是有能力在機(jī)器中斷處和CFS 中斷處維持更高

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

化還原電位，并且調(diào)整氧化劑進(jìn)給以維持*的運(yùn)行條件。

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

用可伸縮的護(hù)套尤其無須維護(hù)。在整個(gè)造紙廠的幾個(gè)應(yīng)用點(diǎn)，基于氧化還原電位的針

對氧化劑的監(jiān)測和控制已被證明是有效的微生物消毒方法。

當(dāng)氧化劑需求根據(jù)不同的產(chǎn)品變動或過程干擾而發(fā)生波動時(shí)，氧化還原電位控制的好

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

金回報(bào)。

圖2：