Quanto può risparmiare un impianto di trattamento delle acque reflue passando da componenti per raschiatore in acciaio inossidabile a componenti in materiale composito?

Il problema dell’acciaio inossidabile nella corrosione delle acque reflue

A stazione di trattamento delle acque reflue Gestisce 50.000 metri cubi al giorno di acque reflue urbane e opera in un ambiente chimicamente aggressivo. L’effluente del sedimentatore primario contiene da 150 a 400 mg/L di ioni cloruro derivanti dall’addolcimento delle acque domestiche, dagli scarichi industriali e dal ruscellamento del sale utilizzato per la sgombero stradale. Il trattamento secondario introduce solfuro di idrogeno prodotto dalla digestione anaerobica dei fanghi: concentrazioni comprese tra 5 e 50 ppm nello spazio libero sopra i bacini di sedimentazione si trasformano in acido solforico mediante ossidazione biologica su qualsiasi superficie al di sopra del livello dell’acqua. Questo ambiente attacca l’acciaio inossidabile in modi che il suo nome — «inossidabile» — induce ingannevolmente gli ingegneri a ritenere che non possa subire corrosione.

Pitting da cloruri, attacco da solfuro di idrogeno e corrosione galvanica negli ambienti dei sedimentatori

Tre meccanismi di corrosione degradano i componenti in acciaio inossidabile dei raschiatori in un stazione di trattamento delle acque reflue . Pitting da cloruri: gli ioni cloruro penetrano il passivo strato di ossido di cromo sull'acciaio inossidabile 304 a concentrazioni superiori a 100 mg/L quando la temperatura dell'acqua supera i 30 °C, generando fossette che si trasformano in perforazioni attraverso la parete entro 2–4 anni. L'acciaio inossidabile 316, contenente molibdeno, resiste al pitting a concentrazioni più elevate, ma costa il 40–60% in più e subisce corrosione nelle zone di saldatura, dove la zona termicamente alterata perde molibdeno. Attacco da solfuro di idrogeno: l'H₂S si converte in acido solforico tramite batteri Thiobacillus sulle pareti del serbatoio al di sopra del livello dell'acqua, producendo un pH basso fino a 1,0–2,0. Questo acido dissolve la matrice ferrosa, lasciando una struttura indebolita che cede sotto carico meccanico. Corrosione galvanica in ogni collegamento tra acciaio inossidabile e acciaio al carbonio: un perno della catena raschiante in acciaio inossidabile 304 a contatto con una ruota dentata in acciaio al carbonio genera una cella galvanica, accelerando l'usura della ruota dentata da 3× a 5×.

Caso reale — Guasto della catena raschiante in un impianto municipale dopo 18 mesi

Municipale stazione di trattamento delle acque reflue In una regione costiera del Sud-Est asiatico, nel 2021 è stato sostituito il sistema di catene raschiatore primario con catene in acciaio inossidabile 304. A metà del 2023 — dopo 18 mesi di servizio — i magli della catena situati al livello dell’acqua presentavano evidenti fenomeni di corrosione localizzata (pitting) e tre magli si erano spezzati, facendo cadere la pala raschiatrice nel chiarificatore e rendendo necessaria un’arresto di quattro giorni per il recupero assistito da gru. L’analisi dell’acqua ha rivelato una concentrazione di cloruri pari a 280 mg/L e di H₂S pari a 12 ppm nello spazio sovrastante il liquido. L’impianto ha sostituito l’intero sistema con componenti raschiatore compositi prodotti da HSHUAKE (Hengshui Huake Rubber & Plastic), un’azienda con 18 anni di esperienza nella realizzazione di sistemi raschiatori per fanghi non metallici, attiva in oltre 100 paesi. La nuova catena — realizzata in plastica tecnica rinforzata con fibra di vetro e formulata con stabilizzanti UV — non ha mostrato alcun segno di corrosione, alcuna perdita di peso né alcun degrado meccanico dopo 24 mesi. L’impianto ha successivamente convertito altri due chiarificatori.

Materiali Compositi — Costo, Durata e Prestazioni

FRP e plastiche ingegneristiche rispetto all'acciaio inossidabile 304 e 316 — Un'analisi comparativa

A stazione di trattamento delle acque reflue Il confronto tra componenti per raschietti in materiale composito e quelli in acciaio inossidabile valuta quattro parametri. Resistenza alla corrosione: le plastiche ingegneristiche (PA6 con fibra di vetro, UHMWPE, POM) e l'FRP sono inertì nei confronti di cloruri, solfuro di idrogeno e acido solforico su tutta la gamma della chimica delle acque reflue. Durata: le catene per raschietti in materiale composito, correttamente formulate, durano da 10 a 15 anni nelle acque reflue municipali, ovvero da 3 a 5 volte la vita utile di 2–4 anni dell'acciaio inossidabile 304 in condizioni aggressive. Peso: i materiali compositi pesano dal 60% al 75% in meno. Un elemento di raschietto in materiale composito che pesa 8 kg sostituisce un elemento in acciaio inossidabile da 25 kg. Costo iniziale: i componenti per raschietti in plastica ingegneristica costano dal 15% al 30% in meno rispetto all'acciaio inossidabile 304 e dal 40% al 55% in meno rispetto all'acciaio inossidabile 316 per singolo componente.

Confronto dei costi energetici e di manutenzione

Dimensionamento del motore di trazione, sostituzione dei componenti soggetti ad usura e riduzione della manodopera

La riduzione di peso dei componenti per raschietti in materiale composito in un stazione di trattamento delle acque reflue produce tre risparmi. Dimensionamento del motore di trazione — i materiali compositi richiedono un motore dal 30% al 40% più piccolo. Un motore da 2,2 kW sostituisce un motore da 3,7 kW, consentendo un risparmio annuo di 13.000 kWh (circa 1.600 €). Gli ingranaggi che azionano le catene in materiale composito durano da 2 a 3 volte di più, senza accoppiamenti galvanici. I componenti in materiale composito possono essere sollevati da due operatori senza l’ausilio di una gru, riducendo il tempo annuo di manutenzione di 40–60 ore-uomo per chiarificatore.

Aspetti pratici di installazione e retrofit

Riduzione del peso, assemblaggio modulare e compatibilità con le strutture esistenti dei serbatoi

Retrofit di un stazione di trattamento delle acque reflue La sostituzione dei componenti degli scraper da acciaio inossidabile a composito non richiede modifiche strutturali. I componenti in composito sono modulari: le maglie della catena, le sezioni delle pale e le lame raschianti si assemblano mediante connessioni con perno e spina utilizzando semplici utensili manuali. Un chiarificatore di 40 metri che, per l’installazione in acciaio inossidabile, richiedeva una gru mobile da 50 tonnellate può essere manutenuto con ponteggi e sollevamento manuale. I sistemi in composito vengono dimensionati su misura in base alla lunghezza, larghezza e profondità dell’acqua del serbatoio, adattandosi alla distanza esistente tra i centri delle ruote dentate, in modo che la sostituzione possa avvalersi del sistema di azionamento già installato, con la sola necessità di ridimensionare il motore.

Domande frequenti

Quanto risparmia un impianto di trattamento delle acque reflue passando a scraper in materiale composito?

A stazione di trattamento delle acque reflue Passare da componenti in acciaio inossidabile 304 a componenti in materiale composito consente un risparmio del 15–30% sui costi iniziali dei componenti, del 30–40% sull’energia assorbita dal motore di azionamento e elimina i cicli di sostituzione, che si verificano ogni 2–4 anni con l’acciaio inossidabile in ambienti aggressivi di acque reflue. HSHUAKE ha fornito sistemi di scraper non metallici a impianti in oltre 100 paesi.

Quanto durano i componenti in materiale composito dei raschiatori nelle acque reflue?

componenti in materiale composito dei raschiatori in un stazione di trattamento delle acque reflue durano da 10 a 15 anni, ovvero da 3 a 5 volte più a lungo dell’acciaio inossidabile 304 in condizioni aggressive di cloruri e H₂S. HSHUAKE offre una garanzia estesa sui suoi sistemi di raschiatori non metallici.

I raschiatori in materiale composito sono altrettanto resistenti dell’acciaio inossidabile?

Sì. Le materie plastiche ingegnerizzate rinforzate con fibra di vetro utilizzate nei stazione di trattamento delle acque reflue sistemi di raschiatori presentano una resistenza a trazione compresa tra 150 e 220 MPa, pari o superiore alla resistenza allo snervamento dell’acciaio inossidabile 304 (205 MPa), con un peso ridotto di circa il 75%.

Quali sono le cause della corrosione dell’acciaio inossidabile negli impianti di trattamento delle acque reflue?

La corrosione localizzata da cloruri a concentrazioni superiori a 100 mg/L, la conversione dell’idrogeno solforato in acido solforico da parte dei batteri Thiobacillus e la corrosione galvanica nei punti di giunzione tra acciaio inossidabile e acciaio al carbonio provocano il guasto dei raschiatori in acciaio inossidabile in un stazione di trattamento delle acque reflue arco di tempo compreso tra 2 e 4 anni.

È possibile installare retroattivamente i raschiatori in materiale composito negli scrematori esistenti?

Sì. I componenti del raschiatore composito per un stazione di trattamento delle acque reflue sono realizzati su misura in base alle dimensioni del serbatoio esistente, con distanza tra i centri delle ruote dentate e interasse delle pale corrispondenti. L’installazione richiede soltanto utensili manuali, senza necessità di accesso con gru.

Quali operazioni di manutenzione richiedono i sistemi raschiatori compositi?

I sistemi raschiatori compositi in un stazione di trattamento delle acque reflue richiedono un’ispezione visiva annuale della tensione della catena, dell’usura dei denti delle ruote dentate e dello stato delle pale. Non è necessaria alcuna protezione anticorrosione, verniciatura o protezione catodica: il materiale è intrinsecamente inerte rispetto alla chimica delle acque reflue.