氧化還原電位（ORP）在消毒劑使用中測(cè)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(cè)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(guó)Combined Locks）

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

機(jī)生產(chǎn)不含磨木漿的涂布紙（CFS）。CFS等級(jí)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(jí)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(huì)因給料過(guò)多對(duì)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(tái)氧化還原電位計(jì)，用于監(jiān)測(cè)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(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)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(cè)離開(kāi)清潔井而進(jìn)入造紙廠分配系統(tǒng)的水。次年，第三臺(tái)氧化還原電位計(jì)被安裝在過(guò)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(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(jī)上采用氧化還原電位技術(shù)。在未來(lái)5 年內(nèi)，針對(duì)各種網(wǎng)下白水環(huán)的在線氧化還原電位測(cè)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(tái)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(guò)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(dòng)”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(cè)量回路安裝后，獲得以下結(jié)果，簡(jiǎn)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(cè)量氧化還原電位；經(jīng)過(guò)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(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(duì)氯氣進(jìn)給速度進(jìn)行有意的變動(dòng)，以驗(yàn)證氧化還原反應(yīng)，除非在穩(wěn)定的條件下（見(jiàn)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(zhǎng)。降低氯氣進(jìn)給速度使

得氧化還原電位讀數(shù)的正（+）增長(zhǎng)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(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(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(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(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

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(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(huì)增加。

等級(jí)變化

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

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(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(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(cè)量系統(tǒng)又安裝在了其它兩臺(tái)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(guò)程步驟，將傳

送器發(fā)來(lái)的信號(hào)回饋到造紙廠的DCS 過(guò)程控制系統(tǒng)，以便在控制中心提供實(shí)時(shí)在線測(cè)

量。

快速的

在所有的應(yīng)用中，安裝一套氧化還原測(cè)量系統(tǒng)可幾乎立刻實(shí)現(xiàn)。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(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(cè)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(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(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(cè)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(wú)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(duì)氧化劑的監(jiān)測(cè)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(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(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(lái)豐厚的資

金回報(bào)。

圖2：