W jaki sposób skraplacze plastikowe odpierają korozję w oczyszczalniach ścieków?

Dlaczego skrobaki metalowe ulegają awarii w środowisku ściekowym

H₂S, kwasy organiczne oraz korozja wywołana przez mikroorganizmy (MIC) przyspieszają degradację metali

Gdy siarkowodór (H2S) przedostaje się do systemów kanalizacyjnych, przekształca się w kwas siarkowy, który niszczy ochronne warstwy tlenkowe na powierzchniach metalowych. Jednocześnie wszystkie te kwasy organiczne obniżają pH poniżej 4, tworząc wyjątkowo agresywne warunki, które niszczą cienkie ochronne warstwy na metalach. Dodatkowo występuje korozja mikrobiologicznie uwarunkowana (MIC), która jeszcze bardziej pogarsza sytuację. Bakterie redukujące siarczany (SRB) wykorzystują zarówno siarczany, jak i same metale jako źródło pożywienia, powodując tempo korozji o 200–400% wyższe niż przy typowych, niemikrobiologicznych procesach korozji. Zgodnie z różnymi raportami inżynierów ds. korozji elementy ze stali nierdzewnej narażone na te warunki zużywają się zwykle w zakresie od 0,8 do 1,2 mm rocznie. To wyjaśnia, dlaczego niemal połowa (około 43%) metalowych skrobaków stosowanych w środowiskach kwasowych wewnątrz oczyszczalni ścieków wymaga wymiany co około 18 miesięcy. Skutki finansowe szybko narastają, gdy sprzęt ulega awariom wcześniej niż przewidziano.

Korozja galwaniczna i zjawisko punktowego zniszczenia w elementach skrobiących ze stali nierdzewnej i żeliwa

Gdy różne metale wchodzą ze sobą w kontakt, na przykład śruby ze stali nierdzewnej umieszczone na ramach z żeliwa sferoidalnego, powstają między nimi ogniwia galwaniczne. Te małe reakcje elektrochemiczne rzeczywiście niszczą materiały od trzech do pięciu razy szybciej niż zwykła korozja działająca samodzielnie. Jony chlorkowe chętnie przenikają przez mikroskopijne wady na powierzchni stali nierdzewnej. Gdy tylko dostaną się do wnętrza, zaczynają tworzyć agresywne wtrącenia (głębokie ubytki), które znacznie osłabiają konstrukcję. Obserwowano przypadki, w których wytrzymałość konstrukcyjna spadała o około 40–60 procent już po kilku latach ekspozycji. Tymczasem żeliwo sferoidalne ma swoje własne problemy. Grafit w tych materiałach ulega korozji jako pierwszy, podczas gdy faza ferrytowa stopniowo się rozpuszcza, pozostawiając strukturę przypominającą szwajcarski ser – jednak nie wystarczająco wytrzymałą, by utrzymać obciążenia. Sytuacja pogarsza się jeszcze bardziej, gdy wartość pH spadnie poniżej 4, co często ma miejsce w pobliżu terenów przemysłowych. Nagle sprzęt, który miał działać przez dekadę, ulega awarii już po dwóch latach. Zespół konserwacyjny ponosi średnio o 74 procent więcej kosztów na naprawę takich uszkodzeń metalowych w porównaniu do prostego wymiany części na skrobaki wykonane z tworzywa sztucznego – co na pierwszy rzut oka może wydawać się droższe, ale w dłuższej perspektywie przynosi oszczędności.

Jak skraplacze plastikowe osiągają wyższą odporność na korozję

Obojętność elektrochemiczna: brak utleniania ani wypłukiwania jonów w agresywnej chemii ścieków

Materiały takie jak polietylen o bardzo wysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE) i nylon 6/66 wyróżniają się tym, że nie ulegają reakcjom chemicznym w trudnych warunkach. Te zaprojektowane polimery po prostu nie utleniają się ani nie uwalniają jonów przy narażeniu na korozyjne ścieki. Ich wyjątkowość wynika z budowy cząsteczkowej, która w ogóle nie przewodzi prądu elektrycznego, więc nie ma ryzyka wystąpienia korozji galwanicznej między różnymi materiałami. Zakres gęstości tych tworzyw mieści się w okolicach 0,94–0,98 g/cm³, tworząc powierzchnie tak zwarte, że mikroorganizmy trudno przyczepiają się do nich, a substancje chemiczne mają problemy z ich przebijaniem. Nawet przy stężeniach chloru sięgających 500 części na milion lub roztworach kwasu siarkowego o pH poniżej 1 te materiały nadal zachowują się niezwykle dobrze, zachowując około 98% odporności na korozję. Przyspieszone w laboratorium testy wykazują również coś imponującego: po czasie ekspozycji odpowiadającym rzeczywistym warunkom trwającym mniej więcej 10 000 godzin w warunkach od silnie kwasowych do silnie zasadowych (pH od 2 do 12) materiały zachowują około 89% swojej pierwotnej wytrzymałości na rozciąganie. Taka trwałość oznacza, że elementy wykonane z tych polimerów mogą służyć znacznie dłużej niż tradycyjne alternatywy metalowe, zanim zaczną wykazywać oznaki degradacji.

Profil odporności chemicznej poliamidu 6/66 i UHMWPE na siarczki, pozostałości chloru oraz organiczne związki o niskim pH

Poliamid 6/66 wykazuje bardzo dobrą odporność na stężenia siarkowodoru występujące w beczkach fermentacyjnych beztlenowych. Tymczasem UHMWPE posiada powierzchnię odporną na działanie wody, która skutecznie odpycha kwasowe związki przy niższych wartościach pH – związki te zwykle agresywnie atakują powierzchnie metalowe. W zakresie odporności na dezynfekcję chlorem oraz na pęknięcia spowodowane działaniem siarczków te tworzywa sztuczne przewyższają metale powlekane epoksydowo nawet czterokrotnie, zgodnie z wynikami badań przyspieszonych przeprowadzonych na tych materiałach. Cała ta odporność chemiczna ma również istotny wpływ na koszty eksploatacji. Badania systemów oczyszczania ścieków wykazały, że operatorzy oszczędzają około dwóch trzecich całkowitych kosztów przy użyciu tych materiałów zamiast opcji ze stali nierdzewnej.

Zalety konstrukcyjne skrobaków wykonanych z tworzyw sztucznych wykraczające poza odporność na korozję

Zapobieganie mikrobiologicznej korozji (MIC): nieprzewodzące i niemieszczące składników odżywczych powierzchnie hamują tworzenie się biofilmu bakterii redukujących siarczany (SRB)

Plastikowe skrobaki rzeczywiście bardzo dobrze radzą sobie z korozją wywołaną mikroorganizmami (MIC), ponieważ eliminują dwa główne czynniki sprzyjające jej powstawaniu: reakcje elektrochemiczne oraz dostępne składniki odżywcze. Materiał plastikowy nie przewodzi prądu elektrycznego, co zakłóca proces przenoszenia elektronów przez siarczanki redukujące (SRB) podczas ich procesów metabolicznych. Ponadto, ponieważ plastik nie jest metalem i nie zawiera źródeł węgla, bakterie nie mają czego się przywierać podczas tworzenia tych uciążliwych biofilmów. Badania przeprowadzone w oczyszczalniach ścieków wskazują, że polietylen o bardzo wysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE) może zmniejszyć przyrost biofilmu SRB o około 70%. To znacznie ogranicza problemy z korozją punktową spowodowaną gromadzeniem się osadu oraz oznacza, że operatorzy nie muszą tak często stosować drogich środków biobójczych ani czasochłonnych metod czyszczenia mechanicznego.

Korzyści operacyjne: mniejsze zapotrzebowanie na konserwację, dłuższy okres użytkowania oraz niższy całkowity koszt posiadania w porównaniu z alternatywami metalowymi

Współczynnik stabilności elektrochemicznej przynosi dość istotne korzyści w zakresie eksploatacji na terenie obiektów. Zakłady na całym terytorium kraju odnotowały około 40-procentowe skrócenie czasu konserwacji rocznej po przejściu na te systemy zbudowane z modułów plastycznych. Co jeszcze lepsze? Uciążliwe problemy z korozją, które wcześniej pochłaniały tak dużo czasu techników, znikają zupełnie. Elementy ze stali nierdzewnej mają jednak zupełnie inną historię: wymieniane są co dwa lata, a chodzi tu o poważne kwoty – ok. 700 tys. USD plus dodatkowe koszty za każde nowe wyposażenie. Plastikowe skrobaki opowiadają zupełnie inną historię: działają bezawaryjnie przez ponad dekadę, wymagając jedynie krótkiej inspekcji raz w roku. Dane potwierdzają tę koncepcję: analiza kosztów całkowitych cyklu życia wskazuje na oszczędności w zakresie 30–35%, co potwierdza również praktyka. Przykładem może być jedna oczyszczalnia ścieków w regionie Środkowego Zachodu USA – po przejściu na plastikowe skrobaki w ciągu zaledwie dwunastu miesięcy eksploatacji udało się zmniejszyć łączne koszty o prawie 18%.

Często zadawane pytania

Dlaczego metalowe skrobaki zawodzą w środowiskach ściekowych?

Metalowe skrobaki zawodzą w środowiskach ściekowych z powodu czynników takich jak przemiana siarkowodoru w kwas siarkowy, obniżenie poziomu pH oraz korozja mikrobiologicznie uwarunkowana (MIC) wywoływana przez bakterie redukujące siarczany.

W jaki sposób plastikowe skrobaki osiągają wyższą odporność na korozję?

Plastikowe skrobaki, wykonane z materiałów takich jak UHMWPE i nylon 6/66, są elektrochemicznie obojętne i nie ulegają utlenieniu ani korozji w agresywnych warunkach ścieków, zachowując odporność na korozję na poziomie do 98%.

Jakie są korzyści operacyjne wynikające z zastosowania plastikowych skrobaków?

Plastikowe skrobaki zapewniają mniejsze zapotrzebowanie na konserwację, dłuższą żywotność użytkową oraz niższy całkowity koszt posiadania. Zapobiegają korozji, mogą służyć ponad dekadę i wymagają rzadszych wymian w porównaniu z alternatywami metalowymi.