Kas plastkraapaja on antimaterdav kanalisatsiooni puhastusjaamade jaoks?

Korrosiooniprobleemide mõistmine heitvee puhastuskeskkondades

Metallkraeterite probleem: kõrge korrosioonikiirus reovetepuhastuses

Jäätmete süsteemides kasutatavad metallharkid saavad pidevalt kokku erinevate keemiliste ainetega, nagu vesiniksulfiid, kloriidid ja mitmesugused happed, mis neid pidevalt lagundavad. Rost tekib kiiresti, mis aja jooksul nõrgendab konstruktsiooni, lisaks on olemas ka mikroobide tekitatud korrosioon, mis põhjustab terasosades augusid ja tõmbepragu. Kõik need erinevad viisid, kuidas harki degradatsioon toimub, viivad tavaliselt rikkeideni palju varem kui eeldatav eluiga, mis põhjustab olulisi probleeme tehase töös. Mõned seadmed teatavad umbes 40% suurenenud seismise ajast neist probleemidest tulenevalt, mis mõjutab tugevalt päevapäevaselt reoveepuhastustehaste töö efektiivsust.

Kuidas plastmaterjalid takistavad keemilist ja bioloogilist lagunemist

Kõrge tihedusega polüetüleen (HDPE) ja polüuretaan takistavad korrosiooni nende mitteaktiivsete molekulaarstruktuuride tõttu, mis ei toeta elektrokeemilisi reaktsioone agressiivsete jäätmete ainete ning nende sileda pinnaga takistatakse ka biofilmide teket, vähendades mikrobioloogiliselt mõjutatud korrosiooni (MIC) 65–80% võrreldes metallsete alternatiividega.

Levinud materjalid äravoolereinistuses: roostevabast terasest kuni inseneripolümeerideni

Rojalise terase valimine on endiselt levinud selle algse tugevuse tõttu, kuid isegi hea kvaliteediga 316 marki roostevaba teras hakkab kloriidirikkades kohtades paari aasta jooksul, 2–3 aastaga, kooruma. Uuemad tehnilised materjalid, nagu ultrakõrgemolekulmassiga polüetüleen (UHMWPE), kestavad palju kauem. Need võivad püsida esmiste settimisbaarides kuskil 8 kuni isegi 12 aastat. Mõned inimesed kasutavad ka segatud lahendusi, paigaldades metallkarssidele polümeerseid nooli, et saavutada tasakaal hinnas ja vastupidavuses. Kuid teise astme töötlusalades, kus pH-tase kõigub märkimisväärselt, valivad enamik operaatoreid siiski täielikult plastkarssid, kuna need suudavad raskemates tingimustes paremini vastu ja ei lagune nii kiiresti.

Plastist raked lahendavad neid väljakutseid materjaliteaduse innovatsioonide kaudu ja pakuvad tõestatud strateegiat nende hoolduse vähendamiseks kaasaegses heitveeinfrastruktuuris.

Miks plastist raked pakuvad paremat korrosioonikindlust rasketes tingimustes

Polüuretaani ja HDPE molekulaarne stabiilsus korrosiivses heitvees

Kui juttu on korrosioonikindlusest, siis eristuvad polüuretaan ja HDPE kraapjad ligikaudu 98% kaitsega lagunemise eest. Sellele muljetavaldavale tulemusele on kolm põhjust. Esiteks tähendab nende mitteporsus, et mikroobid ei saa nendesse sisse tungida, olles tihedusega 0,94 kuni 0,98 grammi kuupsentimeetri kohta. Teiseks jäävad polümeerahelad stabiilseteks isegi kloori kontsentratsiooni juures alla 500 osa miljoni kohta või väävelhappe puhul pH-väärtustel alla 1. Kolmandaks ei kannata need materjalid galvaanilise korrosiooni all, kuna nad lihtsalt ei juhi elektrit. Testid on näidanud, et pärast 10 000 tundi väga happelistes kuni leeliselistes tingimustes, mille pH jääb vahemikku 2 kuni 12, säilitavad need plastid endiselt umbes 89% oma esialgsest tõmbetugevusest. See on tegelikult neli korda parem kui epoksiiga kaetud terasest alternatiividel sarnastes testides.

Juhtumiuuring: 5-aastane jõudluse võrdlus roostevabast terasest ja plastkraapjate vahel

Üks Kesk-Euroopa jäätmete puhastustehas võrdles identseid primaarsete settimisvoolikute skraperite materjale:

Plastskraperite süsteem vähendas töökatkestusi 73% ja aastase remondikulu 18 000 USA dollari võrra, kinnitades pikaajalist kuluefektiivsust agressiivsetes tingimustes.

Trend: Üha suurem mittemetallsete skraperite kasutamine kohalikes tehastes

Üle kahe kolmandiku USA reoveepuhastustest kasutab tänapäeval polümeerpõhiseid krampimisüsteeme, kui nad paigaldavad uusi seadmeid. - Miks? - Miks? Investeeringu tagasimaksed tulevad üsna kiiresti, tavaliselt umbes 22 kuu jooksul, pluss on vaja umbes 40% vähem energiat, sest need süsteemid lihtsalt ei võitle veevooluga nii palju kui vanemad mudelid. Enamik insenereid on viimasel ajal hakanud kasutama kõrge tihedusega polüetüleeni materjale. Nad kestavad umbes 15 aastat isegi pidevalt vee all, mis on mõistlik, arvestades, et korroosiooniküsimused põhjustavad peaaegu 4 iga 10 seadme katkemist veepuhastuskeskustes vastavalt uuringule, mis avaldati ajakirjas Materials Performance tagasi aastal 2023.

Plastist ja metalli karskid: kestvuse ja hoolduse otsene võrdlus

Korroosioonimehanismid metallides: oksüdatsioon, koobemärgised ja stressikreekimine

Metallhõõrud on haavatavad oksüdatsioonile lahustunud hapniku (2-4 ppm), kloriidipõhise korrosiooni (kuni 1500 mg/L rannikul asuvates tehastes) ja pingekorroosile keevituskohades. Aastal 2022 tehtud NACE Internationali uuring leidis, et 72% roostevabade terasest hõõrude rikest põhineb just neil mehhanismidel, mille keskmised remondikulud jõudsid $740 000ni (Ponemon 2023).

Tulemusnäitajad: Rikkumiste sagedus ja hooldusintervallid

Plasthõõrude aastane rikkumissagedus on 83% madalam kui metallsete süsteemide puhul, nagu näitab tööstusharu võrdlusuuring. Hooldusintervallid pikenevad metallhõõrude iga 50 tunni tagant üle 800 tunni pikkuseks polümeerkonstruktsioonide puhul. Asendusetsükli andmed näitavad kõige olulisemat erinevust:

Plasthõõrude piirangud: toimivus äärmuslikes pH-väärtustes

Kuigi tavalised HDPE-kraapmed on väga vastupidavad, kaotavad need 12 kuu jooksul pH 2 keskkonnas 15% tõmbekindlust, võrreldes 2% degradatsiooniga neutraalsetes tingimustes. Samas säilitavad arenenud materjalid, nagu PVDF (polüvinüülidendifluoriid), oma terviklikkuse vahemikus pH 0–14 ja kaovad vähem kui 0,5% materjali aastas, mistõttu sobivad nad ideaalselt äärmuslikeks kasutusvaldkondadeks.

Sobivaimad korrosioonikindlate plastkraapmete valiku tavased reoveekasutuses

Põhimaterjali valiku kriteeriumid pikaajalise usaldusväärsuse tagamiseks

Kui valida plastsidet, tuleb esmalt arvestada kaht olulist tegurit: kui hästi see vastab keemiliste ainete mõjule ja kas säilitab oma kuju koormuse all. UHMWPE ja polüuretaan on eriti soovitatavad, kuna neil on madal tihedus vahemikus 0,94–0,98 grammi kuupsentimeetri kohta, mistõttu need ei imbu aineid hõlpsasti. Need materjalid säilitavad umbes 89 protsenti oma algsest tugevusest ka pärast üle 10 000 tunni kestvat kokkupuudet happeliste või leelistega tingimustes, mille pH jääb vahemikku 2–12, nagu eelmisel aastal avaldatud Materjalide Innovatsiooni Aruandes kirjeldatud. Neile, kes peavad tegema kokkupuute konkreetsete kemikaalidega, näiteks kloriinikontsentratsiooniga alla 500 osa miljoni kohta või väävelhappega, tuleks valida materjale, mille keemiline inertsus on vähemalt 98 protsenti, et tagada pikk kasutusiga ilma degradatsiooniprobleemideta.

Konstruktsioon ja paigaldustegurid, mis maksimeerivad sideme eluiga

Optimeeritud tera geomeetria, mis on kooskõlastatud settimisvooliku mõõtmetega, vähendab kulumist ja energiakasutust. 2023. aasta uuring leidis, et FEA-disainitud skraperid vähendasid asenduskulusid 65% võrra abrasiivsetes setete tingimustes. Olulised paigaldustegurid hõlmavad:

• Muutuva sagedusega ajamid, mis kohanduvad sete viskoossusega, saavutades kuni 85% energiasäästu
• Modulaarsed kinnitussüsteemid, mis võimaldavad ±5 mm sidususe tolerantsi, et takistada kinnijäämist
• Tugevdatud tuumakonstruktsioonid, mis säilitavad deformatsiooni alla 0,3% 15 kN koormuse all

Tulevikusuunad: Polümeeritehnoloogia edusammud äravoolukeskkondades

Uued komposiitkonstruktsioonid sisestavad klaaskiudtuuma HDPE-matriitsidesse, suurendades löögikindlust 40%. 2024. aasta eeluurimus näitas, et polümeersegud, millesse on integreeritud pH-tundlikud nanosensoorid, parandasid hoolduse ennustamise täpsust 72%. Uurijad arendavad ka biolagunevaid lisandeid, mis vähendavad mikroplastide eraldumist 70%, samal ajal kui säilitatakse HDPE vastupidavus jäätmetevesi rakendustes.

KKK

Mis põhjustab korrosiooni metallist kraapurites, mida kasutatakse jäätmete puhastuslikes?

Metallist kraapurite korrosiooni põhjustab peamiselt kemikaalide, nagu vesiniksulfiid, kloriidid ja erinevad happed, esinemine jäätmes vees, samuti mikrobioloogiliselt mõjutatud korrosioon (MIC), mis tekitab augud ja pingetrisse.

Miks eelistatakse plastmaterjale, nagu HDPE ja polüuretaan, jäätmete puhastuslikes?

Plastmaterjale, nagu HDPE ja polüuretaan, eelistatakse nende mitteaktiivse molekulaarse struktuuri tõttu, mis ei toeta elektrokeemilisi reaktsioone agressiivsete jäätmevee komponentidega, ning nende siledate pindade tõttu, mis vähendavad mikrobioloogiliselt mõjutatud korrosiooni.

Kuidas võrduvad plastkraapid metallist kraapuritega korrosioonikindluse poolest?

Plastist rikutid pakuvad erakordset koroosionikindlust, umbes 98% kaitset degradatsiooni vastu. Need ei kannata galvaanilise koroosiooni all ja säilitavad pikema aja jooksul rasketes tingimustes suure osa oma esialgsest tõmbekindlusest võrrelduna metallsete alternatiividega.

Millised on plastikrikkude kasutamise kululised tagajärjed võrreldes metallrikkudega?

Plastikrikkude kasutamine võib vähendada tööseisakuid kuni 73% ja oluliselt langetada aastaseid remondikulusid. Neil on ka pikem asendusperiood, mis viib madalamatele pikaajalistele hoolduskuludele ja parandab üldist majanduslikku tõhusust agressiivsetes keskkondades.