EN
Miksi metalliraivaimet epäonnistuvat jätevesiympäristöissä
H₂S, orgaaniset hapot ja mikrobiologisesti vaikutettu korroosio (MIC) kiihdyttävät metallin rappeutumista
Kun rikkivety (H2S) pääsee jätevesijärjestelmiin, se muuttuu rikkihappoksi, joka syö pois metallipintojen suojaavat oksidikalvot. Samalla kaikki orgaaniset hapot laskevat pH-tasoa alle 4, mikä luo erityisen kovia olosuhteita, jotka tuhoavat metallien ohuet suojaavat kalvot. Tämän lisäksi mikrobiologisesti vaikutettu korroosio eli MIC tekee tilanteesta vielä pahemman. Nämä sulfaattia pelkistävät bakteerit (SRB) käyttävät ravinnokseen sekä sulfaatteja että itse metalleja, mikä aiheuttaa vaurioita 200–400 prosenttia nopeammin kuin tavallisissa ei-biologisissa korroosioprosesseissa. Eri korroosioinsinöörintietoraporttien mukaan ruostumattomasta teräksestä valmistetut komponentit, jotka ovat alttiina näille olosuhteille, kuluvat tyypillisesti 0,8–1,2 millimetriä vuodessa. Tämä selittää, miksi lähes puolet (noin 43 %) jätevedenpuhdistamoissa happamissa olosuhteissa käytetyistä metalliharjaimista täytyy vaihtaa noin 18 kuukauden välein. Taloudellinen vaikutus kasvaa nopeasti, kun laitteet jatkuvasti epäonnistuvat ennenaikaisesti.
Galvaaninen korroosio ja pienten reikien muodostuminen ruostumattomasta teräksestä ja valuraudasta valmistetuissa raivinkomponenteissa
Kun eri metallit tulevat kosketukseen toistensa kanssa, kuten ruostumattomasta teräksestä valmistetut ruuvit, jotka istuvat valurautaisissa kehikoissa, niiden välille muodostuu galvaanisia kennoja. Nämä pienet elektrokemialliset reaktiot syövät materiaaleja kolme–viisi kertaa nopeammin kuin tavallinen korroosio yksinään tekee. Kloridi-ionit rakastavat tunkeutua pieniin vaurioihin ruostumattoman teräksen pinnassa. Kun ne pääsevät sisälle, ne alkavat muodostaa näitä haitallisiksi kutsuttuja koloja, jotka heikentävät rakenteen lujuutta merkittävästi. Olemme nähneet tapauksia, joissa rakenteellinen kokonaisuus on heikentynyt noin 40–60 prosenttia vain muutaman vuoden altistumisen jälkeen. Samalla valurauta kohtaa omia ongelmiaan. Näissä materiaaleissa grafiitti usein korrodoituu ensin, kun taas ferriittiosat liukenevat pois, jättäen jälkeensä rakenteen, joka näyttää juurikuinka mutta ei enää kestä mitään. Tilanne huononee entisestään, kun pH-arvo laskee alle 4, mikä tapahtuu melko usein teollisuusalueiden läheisyydessä. Yhtäkkiä laitteisto, joka oli tarkoitettu kestämään kymmenen vuotta, alkaa epäonnistua jo kahden vuoden sisällä. Huoltotyöryhmät käyttävät noin 74 prosenttia enemmän rahaa näiden metalliongelmien korjaamiseen verrattuna siihen, että osat vaihdettaisiin muovisuihkureihin – mikä saattaa aluksi vaikuttaa kalliilta, mutta pitkällä aikavälillä säästää rahaa.
Kuinka muoviraapaimet saavuttavat erinomaisen korroosionkestävyyden
Elektrokemiallinen inerttisyys: ei hapettumista tai ionien liukenemista aggressiivisessa jätevesikemiassa
Materiaalit, kuten erittäin korkeamolekyylinen polyeteeni (UHMWPE) ja nyloni 6/66, erottautuvat siitä syystä, että ne eivät reagoi kemiallisesti kovissa olosuhteissa. Nämä suunnitellut polymeerit eivät lainkaan hapetu tai vapauta ioneja altistuessaan syövyttävälle jätevedelle. Niiden erityisominaisuuden aiheuttaa niiden molekyylinen rakenne, joka ei lainkaan johtaa sähköä, joten galvaanisen korroosion syntymismahdollisuus eri materiaalien välillä on olematon. Näiden muovien tiukkuusalue on noin 0,94–0,98 grammaa kuutiosenttimetrissä, mikä luo niin tiukkoja pintoja, että mikrobit vaikeasti tarttuvat niihin ja kemikaalit vaikeasti tunkeutuvat niihin sisään. Edes klooripitoisuuden ollessa 500 osaa miljoonasta tai rikkihappoliuoksen pH-arvossa alle 1 nämä materiaalit kestävät tilannetta huomattavan hyvin, ja niiden korroosionkestävyys säilyy noin 98 prosenttia. Myös laboratoriotestit, jotka on kiihdytetty ajan suhteen, osoittavat vaikuttavia tuloksia: vastaavanlaisen todellisen käytön aikana, joka kattaa noin 10 000 tuntia erinomaisen happamista alkaliseen pH-alueeseen (pH 2–12), materiaalit säilyttävät noin 89 prosenttia alkuperäisestä vetolujuudestaan. Tämäntyyppinen kestävyys tarkoittaa, että polymeerikomponentit kestävät huomattavasti pidempään kuin perinteiset metallivaihtoehdot ennen kuin niissä ilmenee merkkejä heikkenemisestä.
Nylon 6/66:n ja UHMWPE:n kemiallinen kestävyys rikkipitoisille yhdisteille, jäännöskloorille ja alhaisen pH:n orgaanisille yhdisteille
Nylon 6/66 kestää erinomaisesti vetyrikksia sisältäviä pitoisuuksia, joita esiintyy anaerobisissa hajottimissa. Toisaalta UHMWPE:llä on vedenpitävä pinta, joka torjuu happamia yhdisteitä alhaisemmissa pH-arvoissa, jotka usein syövät metallipintoja melko voimakkaasti. Kun kyseessä on kestävyys klooridesinfiointiaineita ja rikkipitoisten yhdisteiden aiheuttamia halkeamia vastaan, nämä muovit ovat nopeassa kiihdytettyssä testauksessa osoittautuneet nelinkertaisesti kestävämmiksi kuin epoksi-pintakäsittelty metalli. Kaikki tämä kemiallinen kestävyys vaikuttaa merkittävästi myös taloudelliseen puoleen. Tutkimukset jätevesijärjestelmistä osoittavat, että käyttäjät säästävät noin kaksi kolmasosaa kokonaiskustannuksistaan, kun käytetään näitä materiaaleja sen sijaan, että käytettäisiin ruostumatonta terästä.
Muoviharjan suunnittelun edut korroosionkestävyyden lisäksi
MIC:n ehkäisy: ei-sähköjohtavat ja ei-ravinnolliset pinnat estävät rikkahappobakteerien (SRB) biofilmien muodostumista
Muoviset raapaimet toimivat itse asiassa hyvin mikrobiologisesti aiheutettua korroosiota (MIC) vastaan, koska ne poistavat kaksi suurta tekijää, jotka edistävät sitä: sähkökemialliset reaktiot ja saatavilla olevat ravinteet. Muovimateriaali ei johtaa sähköä, joten se häiritsee rikkibakteerien (SRB) elektroninsiirtoa niiden aineenvaihduntaprosesseissa. Lisäksi koska muovi ei ole metallia eikä sisällä hiililähteitä, bakteereilla ei ole mitään, johon kiinnittyä biofilmien muodostumisen aikana. Tutkimukset jätevesien käsittelylaitoksista osoittavat, että erinomaisen korkeamolekyylisen polyeteenin (UHMWPE) käyttö voi vähentää rikkibakteerien biofilmikiinnitystä noin 70 prosentilla. Tämä vähentää merkittävästi lietteen kertymän aiheuttamia kuoppautumisongelmia ja tarkoittaa, että käyttäjien ei tarvitse turvautua yhtä usein kalliisiin biosidien käyttöön tai aikaa vieviin mekaanisiin puhdistusmenetelmiin.
Käyttöhyödyt: Vähentynyt huolto, pidempi käyttöikä ja alhaisempi kokonaishuoltokustannus verrattuna metallivaihtoehtoihin
Elektrokemiallinen vakauskerroin tuo merkittäviä etuja maalla tapahtuvaan toimintaan. Kasvillisuuslaitokset ympäri maata ovat saavuttaneet noin 40 %:n vähentymän vuotuisessa huoltotyössä, kun ne siirtyvät näihin muovimoduuleista valmistettuihin järjestelmiin. Entä vielä parempi? Ne ärsyttävät korroosiong ongelmat, jotka aiemmin vievät paljon teknikoiden aikaa, katoavat kokonaan. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut osat kertovat kuitenkin eri tarinan. Niitä täytyy vaihtaa joka toinen vuosi, ja puhumme tässä todella suurista summista – noin 700 000 dollaria ja muuta vaihtorahaa jokaiselle uudelle asennukselle. Muoviset raapaimet kertovat täysin eri tarinan. Nämä säilyvät toimintakykyisinä yli kymmenen vuoden ajan, ja niitä tarvitaan tarkistaa vain kerran vuodessa. Luvut tukevat tätä myös. Elinkaaren kustannusten analyysi osoittaa säästöjä noin 30–35 %:ssa, mikä vastaa myös käytännön kokemuksia. Otetaan esimerkiksi yksi jätevesien käsittelylaitos Keski-Yhdysvalloissa. Sen siirtyessä muoviraapaimiin se onnistui vähentämään kokonaiskustannuksiaan lähes 18 %:lla jo ensimmäisen toimintavuoden aikana.
UKK
Miksi metalliharjat epäonnistuvat jätevesiympäristöissä?
Metalliharjat epäonnistuvat jätevesiympäristöissä esimerkiksi vety-sulfidin muuttuessa rikkihappoksi, mikä alentaa pH-arvoa, sekä mikrobiologisesti vaikutettua korroosiota (MIC), jota aiheuttavat sulfaattia pelkistävät bakteerit.
Miten muoviharjat saavuttavat paremman korrosiosta kestävyyden?
Muoviharjat, jotka on valmistettu materiaaleista kuten UHMWPE ja nyloni 6/66, ovat elektrokemiallisesti inerttejä eivätkä hapetu tai korrodoi aggressiivisissa jätevesiolosuhteissa, säilyttäen jopa 98 %:n korrosiosta kestävyyden.
Mitkä ovat muoviharjojen käyttöedut?
Muoviharjat tarjoavat vähemmän huoltoa, pidemmän käyttöiän ja alhaisemman kokonaishintaisen omistuskustannuksen (TCO). Ne lieventävät korroosiota, kestävät yli kymmenen vuotta ja niitä ei tarvitse vaihtaa yhtä usein kuin metallivaihtoehtoja.