Die Abkürzung TOC steht für Total Organic Carbon und bezeichnet den Gehalt von aus organischen Verbindungen stammendem Kohlenstoff im Anlagenwasser. Dietmar Ende, perma-trade Wassertechnik, erklärt, inwiefern dieser die Korrosionsprozesse in Heiz- und Kühlkreisläufen beeinflussen kann. Zudem führt er aus, welche Möglichkeiten es gibt, TOC aus dem Anlagenwasser zu reduzieren.
Was bedeutet TOC genau und welche Rolle spielt dieser Wert in der „Wasser-Chemie“?
Dr. Dietmar Ende: TOC ist die Abkürzung für „Total Organic Carbon“, es handelt sich hier um einen Summenparameter, der den gesamten organischen Kohlenstoff einer Wasserprobe angibt, also von gelösten wie ungelösten organischen Stoffen. Je höher der TOC-Wert, desto verunreinigter ist die Probe. Da organische Stoffe von Mikroben verstoffwechselt werden und diesen als Nahrung dienen, begünstigen sie deren Vermehrung. Die Folgen reichen von Geruchsbildung über Störung der Wärmeübertragung bis zu stark erhöhten Korrosionswahrscheinlichkeiten.
Aufnahme von TOC in die VDI 6044
In die neue VDI 6044 für Kalt- und Kühlwasserkreisläufe wurde auch ein Richtwert für TOC aufgenommen. Warum ist es hier wichtig, den TOC-Wert im Auge zu behalten? Welche Rolle spielt er für die Qualität des Anlagenwassers?
Ende: Vor allem Kühlwasserkreisläufe, die im Temperaturbereich bis 40 °C arbeiten, bieten vom Temperaturfenster her oft ideale Bedingungen für die Vermehrung von Mikroorganismen. Stimmt dann noch das Nahrungsangebot, treten die o. g. Probleme auf.
Deshalb die Aufnahme dieses Parameters in die Richtlinie VDI 6044.
In Heizkreisläufen ist die Vermehrung von Mirkoorganismen weniger ein Problem, weshalb dieser Parameter bislang nicht in die VDI 2035 aufgenommen wurde.
Wie gelangt der Kohlenstoff ins Anlagenwasser von Heiz- und Kühlkreisläufen?
Ende: Quellen für TOC in geschlossenen Anlagen sind oft unbeabsichtigt eingespülte Kleinmengen von Frostschutzmitteln über Schläuche und Spülpumpen, als auch Korrosionsinhibitoren oder nicht vollständig ausgespülte Reinigungsmittel auf Fruchtsäurebasis. Seltener auch Öle durch defekte Ölkühler, beispielsweise von BHKWs.
Inwiefern wirkt sich eine zu hohe TOC-Belastung auf das Korrosionsgeschehen aus?
Ende: Frostschutzmittel auf Glykolbasis werden beispielsweise mikrobiell zu organischen Säuren abgebaut, die den pH-Wert auf < 5 absenken können. Bei diesem niedrigen pH-wert kommt es dann zur Säurekorrosion. Auf der anderen Seite können spezielle Mikroorganismen (z. B. Sulfatreduzierer) auch das im Umlaufwasser enthaltene Sulfat zu Sulfid oder elementarem Schwefel reduzieren. Beide Stoffe fördern die Korrosion von Schwarzstahl ungemein.
Wichtige Richtwerte
Welche Richtwerte sollten eingehalten werden, um Schäden in der Anlage vorzubeugen?
Ende: Schäden an Anlagen lassen sich einerseits ganz einfach vermeiden, indem das Nahrungsangebot für Mikroorganismen begrenzt wird, diese sozusagen auf Diät gesetzt werden.
Dies lässt sich zunächst durch eine möglichst niedrige TOC-Konzentration (< 25 mg/l, VDI 6044) und auch eine salzarme Betriebsweise (< 100 µS/cm, VDI 2035) erreichen, bei der von Vornherein nur wenig Sulfat im Anlagen- oder Nachspeisewasser vorliegt.
Zusätzlich sollte sich der pH-Wert im alkalischen Bereich der Richtlinien bewegen, damit die verbauten Metalle eine schützende Passivschicht ausbilden können.
Wie lässt sich der TOC-Wert überhaupt messen?
Ende: Der TOC-Wert wird i. d. R. in einem Labor bestimmt. Dabei werden die organischen Verbindungen durch ein starkes Oxidationsmittel vollständig zu Kohlendioxid oxidiert und anschließend das entstehende CO2 mit einem geeigneten Detektor erfasst.
Und wenn man nun festgestellt hat, dass Handlungsbedarf in Sachen TOC besteht: Welche Möglichkeiten gibt es heute auf dem Markt, TOC, also Kohlenstoff, aus dem Anlagenwasser zu entfernen?
Ende: Bei hohen Belastungen (> 500 mg/l) empfiehlt sich oft ein Austausch des Anlagenwassers. Bei niedrigeren Konzentrationen, organischen Korrosionsinhibitoren (Benzotriazole) oder einer Verschmutzung mit Mineralöl sollte vorzugsweise eine Teilstromfiltration über Kornaktivkohle erfolgen. Aber auch eine gewöhnliche Teilstromentsalzung reduziert den TOC-Gehalt um bis zu 30 %, wenn sich das Frostschutzmittel Glykol durch oxidativen oder mikrobiellen Abbau bereits weitgehend in organische Säuren abgebaut hat.