Vai plastmasas skrāpējs ir pretkorozijas materiāls notekūdeņu attīrīšanas stacijām?

Korozijas izmaiņu izpratne notekūdeņu attīrīšanas vidē

Problēma ar metāla skrāpjiem: augsts korozijas līmenis notekūdeņu attīrīšanā

Notekūdeņu sistēmās izmantotie metāla skrāpēji tiek intensīvi ietekmēti dažādu ķīmisku vielu, piemēram, ūdeņraža sulfīda, hlorīdu un dažādu skābju, kas tos pastāvīgi atkļūv. Drīz veidojas rūsa, kas laika gaitā vājina struktūru, kā arī pastāv problēma ar mikrobiem, kas izraisa koroziju, tēraudā izveidojot bedrītes un spraugas. Visi šie dažādie skrāpēju bojājumu veidi parasti noved pie darbības traucējumiem daudz agrāk nekā paredzēts kalpošanas laiks, kas rada ievērojamas problēmas iekārtu darbībā. Dažas iekārtas ziņo par aptuveni 40% lielu palielinājumu darbības pārtraukumu ilgumā dēļ šīm problēmām, kas nopietni ietekmē attīrīšanas staciju ikdienas efektivitāti.

Kā plastmasas materiāli pretojas ķīmiskai un bioloģiskai degradācijai

Augstas blīvuma polietilēns (HDPE) un poliuretāns iztur koroziju, jo to neaktīvās molekulārās struktūras neveicina elektroķīmiskas reakcijas ar agresīviem notekūdeņu reaģentiem. To gludās virsmas arī ierobežo biorēdījumu veidošanos, samazinot mikrobioloģiski ietekmēto koroziju (MIC) par 65–80% salīdzinājumā ar metāla alternatīvām.

Bieži sastopamie materiāli notekūdeņu attīrīšanā: no nerūsējošā tērauda līdz inženiertehniskajiem polimēriem

Nerūsējošais tērauds joprojām bieži tiek izvēlēts, jo sākotnēji tas ir ļoti izturīgs, taču pat kvalitatīviem 316 markas paraugiem pēc 2 vai 3 gadiem parādās nelielas bedrītes, ja tie tiek pakļauti vides apstākļiem ar augstu hlorīdu saturu. Jaunāki inženiertehniskie materiāli, piemēram, ultraugsta molekulmasas polietilēns (UHMWPE), iztur daudz ilgāk. Šie materiāli primārajās notierētāja tvertnēs var saglabāties no 8 līdz pat 12 gadiem. Daži to kombinē, montējot polimēra lāpstiņas uz metāla rāmjiem, cenšoties iegūt labāko no abiem pasaulēm — gan cenas, gan kalpošanas ilguma ziņā. Tomēr sekundārās attīrīšanas zonās, kur pH līmenis svārstās diezgan strauji, lielākā daļa operatoru tomēr dod priekšroku pilnībā plastmasas skrāpējiem, jo tie izturīgāk iztur šādus agresīvus apstākļus un neizjūk tik ātri.

Plastmasas skrāpēji šīs problēmas risina, izmantojot materiālu zinātnes inovācijas, un piedāvā pārbaudītu stratēģiju, kā samazināt uzturēšanas darbus mūsdienu notekūdeņu infrastruktūrā.

Kāpēc plastmasas skrāpēji nodrošina augstāku korozijas izturību smagās ekspluatācijas apstākļos

Poliuretāna un HDPE molekulārā stabilitāte agresīvos notekūdeņos

Kad runa ir par korozijas izturību, poliuretāna un HDPE skrāpēji izceļas ar aptuveni 98% aizsardzību pret degradāciju. Šim ievērojamajam rezultātam ir trīs galvenie iemesli. Pirmkārt, to neporaina struktūra nozīmē, ka mikrobi nevar iekļūt iekšā, pateicoties blīvumam no 0,94 līdz 0,98 gramiem uz kubikcentimetru. Otrkārt, polimēru ķēdes paliek stabili pat tad, ja tie saskaras ar hloru koncentrācijā zem 500 daļām miljonā vai sērskābi pH līmenī zem 1. Un treškārt, šiem materiāliem neuzmāksies galvaniska korozija, jo tie vienkārši nevada elektrību. Testi ir parādījuši, ka pēc 10 000 stundām ekstremāli skābās līdz sārmainās vidē ar pH no 2 līdz 12 šie plastmasas materiāli saglabā aptuveni 89% no sākotnējās stiepes izturības. Tas faktiski ir četrreiz labāk nekā epoksīda pārklātā tērauda alternatīvām līdzīgos testos.

Piemēra izpēte: 5 gadu ilga salīdzinošā analīze starp nerūsējošā tērauda un plastmasas skrāpējiem

Vidzemes novada notekūdeņu attīrīšanas iekārtās tika salīdzināti identiski primārie nosēdinaļi, izmantojot dažādas skrāpju materiālu:

Plastmasas sistēma samazināja ekspluatācijas pārtraukumus par 73% un gadskārtējās remonta izmaksas par 18 000 USD, apstiprinot ilgtermiņa izmaksu efektivitāti agresīvos apstākļos.

Tendence: Komunālajās iekārtās pieaugošs nemetālisko skrāpju lietojums

Vairāk nekā divas trešdaļas notekūdeņu attīrīšanas iekārtu visā ASV šobrīd izvēlas polimēru bāzes skrāpēšanas sistēmas, uzstādot jaunu aprīkojumu. Kāpēc? Nu, ieguldījumu atdeve pienāk diezgan ātri — parasti aptuveni pēc 22 mēnešiem — un turklāt tiek patērēti aptuveni 40 procenti mazāk enerģijas, jo šīs sistēmas daudz mazāk pretojas ūdens plūsmai salīdzinājumā ar vecākiem modeļiem. Pēdējā laikā lielākā daļa inženieru ir sākuši izmantot augsta blīvuma polietilēna materiālus. Tie kalpo aptuveni 15 gadus, pat pastāvīgi būdami zem ūdens, kas ir saprotams, ņemot vērā, ka korozijas problēmas rada gandrīz četrus no katriem desmit aprīkojuma bojājumiem ūdens attīrīšanas stacijās, kā norādīts 2023. gadā žurnālā Materials Performance publicētā pētījumā.

Plastmasas pret metāla skrāpēm: tieša ilgtspējības un uzturēšanas salīdzināšana

Korozijas mehānismi metālos: oksidācija, punktuveida korozija un spraugu rašanās

Metāla skrāpēji ir uzņēmīgi pret oksidāciju no šķīstošā skābekļa (2–4 ppm), hlorīdu izraisītu punktveida koroziju (līdz 1500 mg/L piekrastes iekārtās) un spraugu koroziju svarīgākajos metinājumos. 2022. gada NACE International pētījums atklāja, ka 72 % no nerūsējošā tērauda skrāpēju bojājumiem rodas tieši no šiem faktoriem, vidējās remonta izmaksas sasniedzot 740 000 USD (Ponemon, 2023).

Veiktspējas rādītāji: Bojājumu biežums un apkopes intervāli

Plastmasas skrāpējiem ir par 83 % zemāks gadskārtējais bojājumu biežums salīdzinājumā ar metāla sistēmām, liecina nozares salīdzināšanas dati. Apkopes intervāli palielinās no katrām 50 stundām metāla skrāpējiem līdz vairāk nekā 800 stundām polimēra konstrukcijām. Aizvietošanas cikli rāda vislielāko atšķirību:

Plastmasas skrāpēju ierobežojumi: darbība ekstrēmos pH apstākļos

Kaut arī parastie HDPE skrāpēji ir ļoti izturīgi, tiem pēc 12 mēnešiem pH 2 vidē zūd 15% stiepes izturība, salīdzinot ar 2% degradāciju neitrālos apstākļos. Tomēr uzlabotiem materiāliem, piemēram, PVDF (polivinilidēnfluorīdam), raksturīga integritāte visā pH 0–14 diapazonā ar mazāk nekā 0,5% gadu iegulto materiālu zudumu, kas to padara par ideālu izvēli ekstrēmās lietojumprogrammās.

Labākās prakses korozijizturīgu plastmasas skrāpēju izvēlē notekūdeņu lietojumos

Galvenie materiālu atlases kritēriji ilgtermiņa uzticamībai

Izvēloties plastmasas skrāpēju, ir divi galvenie faktori, ko vajadzētu vispirms ņemt vērā: cik labi tas iztur pret ķīmiskiem savienojumiem un vai tas saglabā savu formu, pārciešot slodzi. UHMWPE un poliuretāns tiek ieteikti kā īpaši piemēroti materiāli, jo tie viegli neuzsūc vielas, pateicoties zemajam blīvumam — no 0,94 līdz 0,98 gramu uz kubikcentimetru. Šie materiāli arī saglabā aptuveni 89 procentus no sākotnējās izturības pat pēc vairāk nekā 10 000 stundām eksponēšanas skābās vai sārmainās vidēs ar pH no 2 līdz 12, kā norādīts pagājušā gada Materiālu inovāciju ziņojumā. Tiem, kas strādā ar hloru koncentrācijā zem 500 daļām miljonā vai sērskābes lietojumiem, vajadzētu meklēt materiālus, kuru ķīmiskā inercē vērtējums ir vismaz 98 procenti, lai nodrošinātu ilgtermiņa darbību bez degradācijas problēmām.

Konstrukcijas un uzstādīšanas faktori, kas maksimizē skrāpēja kalpošanas laiku

Optimizēta lāpstiņas ģeometrija, kas atbilst skaidrotāja izmēriem, samazina nodilumu un enerģijas patēriņu. Pētījums 2023. gadā parādīja, ka FEA projektēti skrāpji samazināja aizvietošanas izmaksas par 65% abrazīvos dūņu apstākļos. Svarīgi uzstādīšanas faktori ietver:

• Mainīgās frekvences piedziņas, kas pielāgojas dūņu viskozitātei, sasniedzot līdz 85% enerģijas ietaupījumiem
• Modulāras montāžas sistēmas, kas ļauj ±5 mm izlīdzināšanas toleranci, lai novērstu bloķēšanos
• Pastiprinātas kodolstruktūras, kas uztur mazāk nekā 0,3% deformāciju pie 15 kN slodzēm

Nākotnes tendences: Polimēru tehnoloģijas attīstība notekūdeņu vides apstākļiem

Jauni kompozīta dizaini iegulda stikla šķiedras kodolus HDPE matricās, palielinot triecienizturību par 40%. 2024. gada pilotpētījums parādīja, ka polimēru maisījumi ar iegultajiem pH-jutīgajiem nanosensoriem uzlaboja apkopes prognozēšanas precizitāti par 72%. Pētnieki attīsta arī bioloģiski noārdāmas piedevas, kas samazina mikroplastika izdalīšanos par 70%, nekompromitējot HDPE izturību notekūdeņu lietojumos.

BUJ

Kas izraisa koroziju metāla skrāpējos, ko izmanto notekūdeņu attīrīšanā?

Korozija metāla skrāpējos galvenokārt ir saistīta ar eksponēšanu ķīmiskiem savienojumiem, piemēram, ūdeņraža sulfīdam, hlorīdiem un dažādām skābēm, kas atrodas notekūdeņos, kā arī ar mikrobioloģiski ietekmētu koroziju (MIC), kas rada bedrītes un spraugas materiālā.

Kāpēc notekūdeņu attīrīšanas iekārtās tiek dota priekšroka plastmasas materiāliem, piemēram, HDPE un poliuretānam?

Plastmasas materiālus, piemēram, HDPE un poliuretānu, dēvē par labākiem to neaktīvās molekulārās struktūras dēļ, kas neveicina elektroķīmiskas reakcijas ar agresīviem notekūdeņu komponentiem, kā arī tā gludā virsma samazina mikrobioloģiski ietekmēto koroziju.

Kā plastmasas skrāpēji salīdzinājumā ar metāla skrāpējiem pārsniedz korozijas izturībā?

Plastmasas skrāpēji piedāvā lielisku korozijas izturību, aptuveni 98% aizsardzību pret degradāciju. Tie nepiedzīvo galvanisko koroziju un ilgstošas agresīvas vides iedarbības laikā saglabā augstu sākotnējās stiepes izturības procentu salīdzinājumā ar metāla alternatīvām.

Kādas ir izmaksu sekas, izmantojot plastmasas skrāpējus nevis metāla skrāpējus?

Plastmasas skrāpēju izmantošana var samazināt ekspluatācijas pārtraukumus līdz pat 73% un ievērojami samazināt gadskārtējās remonta izmaksas. Tiem ir arī garāks nomaiņas cikls, kas noved pie zemākām ilgtermiņa uzturēšanas izmaksām un uzlabo kopējo izmaksu efektivitāti agresīvās vidēs.