Com resisten la corrosió les rasquetes de plàstic en les plantes depuradores d'aigües residuals?

Per què fallen les rasquetes metàl·liques en entorns d'escorregament d'aigües residuals

L'H₂S, els àcids orgànics i la corrosió influenciada microbiològicament (CIM) acceleren la degradació dels metalls

Quan el sulfur d’hidrogen (H₂S) penetra en els sistemes d’escorregut, es transforma en àcid sulfúric, que corroïx les capes protectores d’òxid de les superfícies metàl·liques. Al mateix temps, tots aquests àcids orgànics fan baixar el pH per sota de 4, creant condicions extremadament agressives que destrueixen les fines capes protectores sobre els metalls. A més, hi ha la corrosió influenciada per microorganismes (MIC, per les seves sigles en anglès), que agrava encara més la situació. Aquestes bacteris reductores de sulfats (SRB) es nodreixen tant de sulfats com dels propis metalls, provocant taxes de corrosió entre un 200 i un 400 % superiors a les observades en processos de corrosió no biològics habituals. Segons diversos informes d’enginyeria de la corrosió, els components d’acer inoxidable exposats a aquestes condicions solen desgastar-se entre 0,8 i 1,2 mil·límetres cada any. Això ajuda a explicar per què gairebé la meitat (aproximadament el 43 %) dels raspalladors metàl·lics utilitzats en entorns àcids dins de les instal·lacions de tractament d’aigües residuals necessiten ser substituïts cada 18 mesos aproximadament. L’impacte financer s’acumula ràpidament quan l’equipament continua fallant prematurament.

Corrosió galvànica i picadures en components raspalladors d'acer inoxidable i ferro fos

Quan diferents metalls entren en contacte, com per exemple uns cargols d'acer inoxidable situats sobre bastidors de ferro fos, es formen cel·les galvàniques entre ells. Aquestes petites reaccions electroquímiques realment erosionen els materials de tres a cinc vegades més ràpid que la corrosió normal faria per si sola. Els ions clorur adoren trobar el camí a través de petits defectes en les superfícies d'acer inoxidable. Un cop hi entren, comencen a crear aquestes corrosives picades que debiliten notablement l'estructura. S'han observat casos en què la integritat estructural disminueix aproximadament entre un 40 i un 60 per cent després de només uns quants anys d'exposició. Mentrestant, el ferro fos també té els seus propis problemes. El grafit d'aquests materials tendeix a corroir-se primer, mentre que les parts de ferrita es dissolen, deixant enrere una estructura semblant a la del formatge suís, però que ja no és prou resistent per mantenir res unit. Les coses esdevenen encara pitjor quan el nivell de pH baixa per sota de 4, cosa que succeeix força sovint a prop de zones industrials. De sobte, aquell equipament que hauria d'haver durat una dècada comença a fallar en només dos anys. Els equips de manteniment despesen aproximadament un 74 per cent més en reparar aquests fallits metàl·lics comparat amb el simple fet de substituir les peces per raspadors de plàstic, cosa que pot semblar cara inicialment, però acaba suposant estalvis a llarg termini.

Com les rasquetes de plàstic aconsegueixen una resistència superior a la corrosió

Inertesa electroquímica: cap oxidació ni lixiviació d'ions en química agressiva d'aigües residuals

Materials com el polietilè d'ultra alt pes molecular (UHMWPE) i el niló 6/66 destaquen perquè no reaccionen químicament en condicions severes. Aquests polímers enginyeritzats simplement no s'oxiden ni alliberen ions quan es troben exposats a aigües residuals corrosives. El que els fa especials és la seva composició molecular, que no condueix l'electricitat gens, de manera que no hi ha cap possibilitat que es produeixi corrosió galvànica entre materials diferents. L'interval de densitat d'aquests plàstics oscil·la al voltant de 0,94 a 0,98 grams per centímetre cúbic, creant superfícies tan compactes que els microbis tenen dificultats per adherir-s'hi i els productes químics troben difícil penetrar-les. Fins i tot quan s'exposen a concentracions de clor d'unes 500 parts per milió o a solucions d'àcid sulfúric amb un pH inferior a 1, aquests materials resisten notablement bé, mantenint aproximadament el 98 % de la seva resistència a la corrosió. Les proves de laboratori accelerades en el temps mostren també un fet impressionant: després d'una exposició equivalent al món real d'uns 10.000 hores en condicions extremadament àcides fins a alcalines (de pH 2 a pH 12), els materials conserven aproximadament el 89 % de la seva resistència a la tracció original. Aquest tipus de durabilitat implica que els components polimèrics poden durar molt més que les alternatives metàl·liques tradicionals abans de mostrar signes de degradació.

Perfil de resistència química del niló 6/66 i el polietilè d’ultraalt pes molecular (UHMWPE) davant de sulfurats, residus de clor i orgànics de baix pH

El niló 6/66 resisteix molt bé els nivells d’hidrogen sulfurat presents en aquells digestors anaerobis. Per altra banda, l’UHMWPE presenta una superfície hidrofòbica que repel·leix els compostos àcids a valors de pH més baixos, els quals solen atacar de forma molt agressiva les superfícies metàl·liques. En quant a la resistència als desinfectants a base de clor i a les fissures causades per sulfurats, aquests plàstics superen quatre vegades els metalls revestits amb epòxid, segons proves accelerades realitzades sobre ells. Aquesta resistència química té, a més, un impacte significatiu també des del punt de vista econòmic: estudis sobre sistemes d’aigües residuals mostren que els operadors estalvien aproximadament dos terços dels costos totals quan utilitzen aquests materials en lloc d’opcions d’acer inoxidable.

Avantatges del disseny dels rascladors de plàstic més enllà de la resistència a la corrosió

Atenuació de la corrosió induïda per microbis (MIC): superfícies no conductores i no nutritives que inhibeixen la formació de biofilms de bacteris reductors de sulfats (BRS)

Els raspadors de plàstic funcionen realment bastant bé contra la corrosió influenciada per microbis (MIC), ja que eliminen dos factors importants que la provoquen: les reaccions electroquímiques i els nutrients disponibles. El material plàstic no condueix l'electricitat, de manera que interromp el mode de transferència d'electrons de les bacteris reductores de sulfats (SRB) durant els seus processos metabòl·lics. A més, com que el plàstic no és un metall i no conté fonts de carboni, no hi ha res a què puguin adherir-se les bacteris per formar aquelles biofilms tan molestes. La recerca realitzada en instal·lacions de tractament d'aigües residuals indica que el polietilè d'ultra alt pes molecular (UHMWPE) pot reduir l'adhesió de biofilms de SRB en aproximadament un 70 %. Això redueix significativament els problemes de picat causats per l'acumulació de fangs i implica que els operadors no han de recórrer tan sovint a biocides cars o a mètodes mecànics de neteja que requereixen molt de temps.

Beneficis operatius: manteniment reduït, vida útil més llarga i cost total de propietat inferior respecte als alternatives metàl·liques

El factor d'estabilitat electroquímica aporta alguns beneficis força interessants per a les operacions a terra. Les plantes de tot el país han experimentat una reducció d'aproximadament el 40 % del seu temps anual de manteniment quan passen a aquests sistemes fabricats amb mòduls de plàstic. I encara millor? Aquests problemes de corrosió tan molestos, que abans consumien tanta hora de treball dels tècnics, desapareixen completament. Les peces d'acer inoxidable, en canvi, tenen una història diferent: cal substituir-les cada dos anys, i parlem d'una quantitat important de diners: uns 700.000 $ més o menys per a cada nova instal·lació. Els raspadors de plàstic, però, mostren una realitat totalment diferent. Aquests dispositius continuen funcionant perfectament durant més d'una dècada, amb només una inspecció ràpida un cop l'any. Les xifres ho confirmen. L'anàlisi dels costos del cicle de vida mostra estalvis d'aproximadament el 30-35 %, cosa que l'experiència real també corrobora. Preneu com a exemple una planta de tractament d'aigües residuals del Midwest: després de passar als raspadors de plàstic, va aconseguir reduir gairebé el 18 % de les seves despeses totals en només dotze mesos d'operació.

FAQ

Per què fallen les rasquetes metàl·liques en entorns d’aigües residuals?

Les rasquetes metàl·liques fallen en entorns d’aigües residuals per factors com la transformació del sulfur d’hidrogen en àcid sulfúric, la reducció dels nivells de pH i la corrosió influenciada microbiològicament (CIM) causada per bacteris reductors de sulfats.

Com aconsegueixen les rasquetes de plàstic una resistència superior a la corrosió?

Les rasquetes de plàstic, fabricades amb materials com l’UHMWPE i el niló 6/66, són electroquímicament inerts i no s’oxiden ni es corrodin en condicions agressives d’aigües residuals, mantenint fins a un 98 % de resistència a la corrosió.

Quins són els avantatges operatius de fer servir rasquetes de plàstic?

Les rasquetes de plàstic ofereixen menys manteniment, una vida útil més llarga i un cost total d’adquisició inferior. Mitiguen la corrosió, tenen una durada superior a deu anys i requereixen substitucions menys freqüents que les alternatives metàl·liques.