ما المبلغ الذي يمكن أن توفره محطة معالجة مياه الصرف الصحي عند التحول من مكونات الكشاطات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى المكونات المركبة؟

مشكلة الفولاذ المقاوم للصدأ في التآكل الناتج عن مياه الصرف

أ محطة معالجة الصرف الصحي يُدار ٥٠٬٠٠٠ متر مكعب يوميًّا من مياه الصرف الصحي البلدية، ويعمل النظام في بيئة كيميائية عدوانية. ويحتوي ماء الخرج من مرحلة الترسيب الأولي على أيونات الكلوريد بمقدار يتراوح بين ١٥٠ و٤٠٠ ملغم/لتر ناتجة عن عمليات تنقية المياه المنزلية، والتصريف الصناعي، وجريان ملح الطرق. أما معالجة المرحلة الثانية فتؤدي إلى تكوّن غاز كبريتيد الهيدروجين الناتج عن هضم الطين لاهوائيًّا — حيث تتراوح تركيزاته بين ٥ و٥٠ جزءًا في المليون في الطبقة الجوية فوق خزانات الترسيب، ثم تتحول هذه التركيزات إلى حمض الكبريتيك عبر الأكسدة البيولوجية على أي سطح يعلو مستوى الماء. وتؤدي هذه البيئة إلى هجومٍ على الفولاذ المقاوم للصدأ بطريقةٍ تُضلِّل المهندسين بسبب اسمه «المقاوم للصدأ»، إذ يوحي لهم خطأً بأنَّه لا يصدأ.

التصدع الناتج عن أيونات الكلوريد، وهجوم كبريتيد الهيدروجين، والتآكل الغلفاني في بيئات أجهزة الترسيب

تسبِّب ثلاث آليات تآكل تدهور مكونات المكشطة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في محطة معالجة الصرف الصحي تآكل الكلوريدات الناتج عن التآكل النقري — أيونات الكلوريد تخترق طبقة أكسيد الكروم السلبية على الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة 304 عند تركيز يتجاوز ١٠٠ ملغ/لتر عندما تزيد درجة حرارة الماء عن ٣٠°م، مُشكِّلةً حفرًا تتطوَّر لتصبح ثقوبًا نافذة عبر جدار الخزان خلال فترة تتراوح بين سنتين و٤ سنوات. أما الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة ٣١٦، الذي يحتوي على الموليبدنوم، فيتميَّز بمقاومة أعلى للتآكل النقري عند تركيزات أعلى، لكنه يكلف أكثر بنسبة ٤٠٪ إلى ٦٠٪، ويتأثر بالتآكل في مناطق اللحام حيث تفقد المنطقة المتأثرة بالحرارة جزءًا من محتواها من الموليبدنوم. هجوم كبريتيد الهيدروجين — يتحول غاز كبريتيد الهيدروجين (H₂S) إلى حمض الكبريتيك بواسطة بكتيريا الثايو باسيلس (Thiobacillus) العالقة على جدران الخزان فوق مستوى سطح الماء، مُنتجًا درجة حموضة تتراوح بين ١,٠ و٢,٠. ويؤدي هذا الحمض إلى إذابة المصفوفة الحديدية، تاركًا هيكلًا ضعيفًا يفشل تحت الأحمال الميكانيكية. التآكل الجلفاني عند كل نقطة اتصال بين الفولاذ المقاوم للصدأ والصلب الكربوني — فمثلاً، دبوس سلسلة الكشاط من الفولاذ المقاوم للصدأ ٣٠٤ المتصل بعجلة التروس المصنوعة من الصلب الكربوني يكوِّن خلية جلفانية، مما يسرِّع من تآكل عجلة التروس بمقدار ٣ إلى ٥ مرات.

حالة واقعية — فشل سلسلة الكشاط في محطة بلدية بعد ١٨ شهرًا

بلدية محطة معالجة الصرف الصحي في منطقة ساحلية في جنوب شرق آسيا، استبدلت محطة معالجة المياه سلاسل كشافات المُرسب الرئيسيّة بها سلاسل من الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع ٣٠٤ عام ٢٠٢١. وبحلول منتصف عام ٢٠٢٣ — أي بعد ١٨ شهرًا من التشغيل — ظهرت على حلقات السلسلة عند خط الماء علامات تآكل واضحة على شكل حفر صغيرة، وانكسرت ثلاث حلقات، ما أدى إلى سقوط لوحة الكشاف داخل المرسب واحتاج الأمر إلى إغلاق المحطة لمدة أربعة أيام لاسترجاع اللوحة يدويًّا باستخدام رافعة. وأظهر تحليل المياه تركيزًا بلغ ٢٨٠ ملغ/لتر من الكلوريد و١٢ جزءًا في المليون من غاز كبريتيد الهيدروجين (H₂S) في المساحة فوق سطح الماء. وقامت المحطة باستبدال النظام بالكامل بمكونات كشافة مصنوعة من مواد مركبة من شركة HSHUAKE (هينغشوي هواكي للمطاط والبلاستيك)، وهي شركة مصنِّعة لديها ١٨ عامًا من الخبرة في أنظمة كشافات الطين غير المعدنية وتخدم أكثر من ١٠٠ دولة. وقد حقَّقت سلسلة الاستبدال الجديدة — المصنوعة من البلاستيك الهندسي المعزَّز بألياف الزجاج وذات تركيبة مقاومة للأشعة فوق البنفسجية — نتائج ممتازة بعد مرور ٢٤ شهرًا، إذ لم تظهر عليها أي علامات تآكل، ولا فقدان في الوزن، ولا تدهور ميكانيكي. ومنذ ذلك الحين، قامت المحطة بتحويل مرسبين إضافيين إلى نفس النظام.

المواد المركبة — التكلفة، ومدة العمر الافتراضي، والأداء

البوليمر المقوى بالألياف (FRP) والبلاستيكات الهندسية مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجتين 304 و316 — تحليل مقارن جانبي

أ محطة معالجة الصرف الصحي يُقيِّم المقارنة بين مكونات كاشطات المواد المركبة والفولاذ المقاوم للصدأ أربعة معايير: مقاومة التآكل — حيث تتمتَّع البلاستيكات الهندسية (مثل البولي أميد 6 المدعم بألياف الزجاج، وبولي إيثيلين عالي الكثافة منخفض الوزن الجزيئي UHMWPE، وبولي أوكسي ميثيلين POM) والبوليمر المقوى بالألياف (FRP) بخواص كيميائية خاملة تجاه أيونات الكلوريد وغاز كبريتيد الهيدروجين وحمض الكبريتيك عبر كامل نطاق كيمياء مياه الصرف الصحي. العمر الافتراضي — فسلسلة الكاشطات المركبة المصممة بشكلٍ مناسب تدوم من ١٠ إلى ١٥ عامًا في محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية، أي ما يعادل ٣ إلى ٥ أضعاف عمر سلسلة الكاشطات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة ٣٠٤ والتي تتراوح بين سنتين وأربع سنوات في الظروف العدوانية. الوزن — تكون المواد المركبة أخف وزنًا بنسبة تتراوح بين ٦٠٪ و٧٥٪. فعلى سبيل المثال، تزن لوحة كاشطة مركبة ٨ كجم بينما تزن لوحة كاشطة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ٢٥ كجم. التكلفة الأولية — تقل تكلفة مكونات الكاشطات المصنوعة من البلاستيكات الهندسية بنسبة تتراوح بين ١٥٪ و٣٠٪ مقارنةً بتكلفة مكونات الكاشطات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة ٣٠٤، وبنسبة تتراوح بين ٤٠٪ و٥٥٪ مقارنةً بتكلفة المكونات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة ٣١٦ لكل مكوِّن.

مقارنة تكاليف الطاقة والصيانة

تحديد حجم محرك القيادة واستبدال المكونات المعرضة للتآكل وتقليل العمالة

يؤدي خفض وزن مكونات الكاشطات المركبة في محطة معالجة الصرف الصحي يُحقِّق ثلاث وفورات: حجم محرك القيادة — تتطلب المواد المركبة محركًا أصغر بنسبة ٣٠٪ إلى ٤٠٪. فيُستعاض عن محرك بقدرة ٣,٧ كيلوواط بمحرك بقدرة ٢,٢ كيلوواط، ما يوفِّر ١٣٠٠٠ كيلوواط ساعة سنويًّا (ما يعادل نحو ١٦٠٠ يورو). وتستمر التروس التي تُحرِّك السلاسل المركبة مدة أطول بعامل يتراوح بين ضعفين وثلاثة أضعاف دون الحاجة إلى أزواج جلفانية. ويمكن رفع المكونات المركبة بواسطة عاملَين فقط دون استخدام رافعة، مما يقلل من وقت الصيانة السنوي للعمالة بنسبة تتراوح بين ٤٠ و٦٠ ساعة شخصية لكل جهاز ترسيب.

الجوانب العملية الخاصة بالتركيب والتحديث

تخفيض الوزن، والتجميع الوحدات، والتوافق مع هياكل الخزانات الحالية

تحديث محطة معالجة الصرف الصحي لا يتطلب التحول من مكونات المكشطة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى المكونات المركبة إجراء تعديلات هيكلية. وتتميز المكونات المركبة بطابعها الوحدوي — حيث تُركَّب حلقات السلسلة وأقسام الجناح وشفرات الكشط باستخدام وصلات دبوسية ودبابيس تثبيت، وباستخدام أدوات يدوية بسيطة. ويمكن صيانة جهاز الترسيب ذي الطول ٤٠ مترًا، الذي كان يتطلب رافعة شوكية متحركة سعة ٥٠ طنًا لتثبيت المكونات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، باستخدام الأرصفة والرفع اليدوي فقط. وتُصمَّم أنظمة المكونات المركبة وفق أبعاد مخصصة تتناسب مع طول الخزان وعرضه وعمق المياه فيه، بحيث تتطابق مع المسافة المركزية الحالية بين التروس، مما يجعل عملية الترقية تستخدم نظام الدفع القائم مع إجراء تغيير بسيط يتمثل في تخفيض قدرة المحرك فقط.

الأسئلة الشائعة

كم توفر محطة معالجة مياه الصرف الصحي عند التحول إلى مكشطات مركبة؟

أ محطة معالجة الصرف الصحي يؤدي التحول من مكونات المكشطة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ عيار ٣٠٤ إلى المكونات المركبة إلى توفير يتراوح بين ١٥٪ و٣٠٪ في تكلفة المكونات الأولية، و٣٠٪ إلى ٤٠٪ في استهلاك طاقة محرك الدفع، كما يلغي دورات الاستبدال التي كانت تحدث كل سنتين إلى أربع سنوات في البيئات العدائية لمياه الصرف الصحي عند استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ. وقد زودت شركة HSHUAKE أنظمة مكشطات غير معدنية لمحطات معالجة في أكثر من ١٠٠ دولة.

كم تدوم مكونات المكشطة المركبة في مياه الصرف الصحي؟

مكونات المكشطة المركبة في محطة معالجة الصرف الصحي تدوم من ١٠ إلى ١٥ سنة — أي ما يعادل ٣ إلى ٥ أضعاف عمر الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع ٣٠٤ في الظروف العدوانية الغنية بالكلوريد وغاز كبريتيد الهيدروجين. وتوفّر شركة HSHUAKE ضمانًا ممتدًّا لأنظمتها غير المعدنية للمكشطات.

هل تمتلك المكشطات المركبة قوةً مساويةً لتلك الخاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ؟

نعم. فبلاستيكات هندسية مدعَّمة بألياف الزجاج المستخدمة في محطة معالجة الصرف الصحي أنظمة المكشطات تمتلك مقاومة شدّ تتراوح بين ١٥٠ و٢٢٠ ميجا باسكال — وهي مقاومةٌ تُوازي أو تفوق حد الخضوع للفولاذ المقاوم للصدأ من النوع ٣٠٤ (٢٠٥ ميجا باسكال)، مع انخفاض الوزن بنسبة تقارب ٧٥٪.

ما السبب وراء تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ في محطات معالجة مياه الصرف الصحي؟

تسبّب حفر الكلوريد عند تركيزات تزيد عن ١٠٠ ملغ/لتر، وتحوّل كبريتيد الهيدروجين إلى حمض الكبريتيك بواسطة بكتيريا الثايوبيسيلس، والتآكل الجلفاني عند نقاط التوصيل بين الفولاذ المقاوم للصدأ والصلب الكربوني، فشل المكشطات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في محطة معالجة الصرف الصحي خلال ٢ إلى ٤ سنوات.

هل يمكن تركيب المكشطات المركبة بشكل ترقية (ريتروفيت) داخل المُرسِبات الحالية؟

نعم. مكونات كشاطة مركبة لـ محطة معالجة الصرف الصحي مُصمَّمة خصيصًا حسب أبعاد الخزان الحالي، بحيث تتطابق مع المسافة بين مراكز الترس وتباعد الأجنحة. ويتم التركيب باستخدام أدوات يدوية بسيطة دون الحاجة إلى رافعة.

ما الصيانة المطلوبة لأنظمة الكشاطة المركبة؟

أنظمة الكشاطة المركبة في محطة معالجة الصرف الصحي تتطلب فحصًا بصريًّا سنويًّا لتوتر السلسلة، وارتداء أسنان الترس، وحالة الأجنحة. ولا يلزم أي حماية ضد التآكل أو طلاء أو حماية كاثودية — إذ إن المادة غير نشطة بطبيعتها تجاه كيمياء مياه الصرف الصحي.