โรงบำบัดน้ำเสียสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้มากน้อยเพียงใดโดยการเปลี่ยนจากชิ้นส่วนที่ทำจากสแตนเลสไปเป็นชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตสำหรับอุปกรณ์ขูดตะกอน

ปัญหาของสแตนเลสในการกัดกร่อนน้ำเสีย

เอ สถานีบำบัดน้ำเสีย การจัดการน้ำเสียจากชุมชนปริมาณ 50,000 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน ซึ่งดำเนินงานในสภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีรุนแรง น้ำทิ้งจากถังตกตะกอนขั้นต้นมีไอออนคลอไรด์อยู่ระหว่าง 150 ถึง 400 มิลลิกรัมต่อลิตร ที่มาจากการนุ่มน้ำในครัวเรือน การปล่อยน้ำเสียจากภาคอุตสาหกรรม และน้ำชะล้างเกลือที่ใช้โรยถนน กระบวนการบำบัดขั้นที่สองทำให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์จากการย่อยสลายของตะกอนแบบไม่ใช้ออกซิเจน — โดยมีความเข้มข้นระหว่าง 5 ถึง 50 ส่วนต่อล้านส่วน (ppm) ในช่องว่างอากาศเหนือถังตกตะกอน ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นกรดซัลฟูริกผ่านกระบวนการออกซิเดชันทางชีวภาพบนพื้นผิวใดๆ ที่อยู่เหนือระดับน้ำ สภาพแวดล้อมเช่นนี้ก่อให้เกิดการกัดกร่อนสแตนเลสในลักษณะที่ชื่อเรียก "สแตนเลส" กลับทำให้วิศวกรเข้าใจผิดว่าจะไม่เกิดการกัดกร่อน

การกัดกร่อนแบบเกิดหลุมจากคลอไรด์ การกัดกร่อนจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ และการกัดกร่อนแบบเกิดกระแสไฟฟ้าจากโลหะต่างชนิดกันในสภาพแวดล้อมของถังตกตะกอน

กลไกการกัดกร่อนสามประการที่ทำให้ชิ้นส่วนที่ปัดตะกอนจากสแตนเลสเสื่อมสภาพใน สถานีบำบัดน้ำเสีย การกัดกร่อนแบบจุดจากคลอไรด์ — ไอออนคลอไรด์จะแทรกซึมผ่านชั้นออกไซด์ของโครเมียมที่เป็นพาสซีฟบนสแตนเลสเกรด 304 เมื่อความเข้มข้นเกิน 100 มิลลิกรัมต่อลิตร และอุณหภูมิน้ำสูงกว่า 30°ซ ทำให้เกิดรูพรุนที่ค่อยๆ ลึกจนทะลุผ่านผนังภายในระยะเวลา 2 ถึง 4 ปี สแตนเลสเกรด 316 ซึ่งมีโมลิบดีนัมสามารถต้านทานการกัดกร่อนแบบจุดได้ดีขึ้นที่ความเข้มข้นสูงกว่า แต่มีราคาสูงกว่า 40% ถึง 60% และยังคงเกิดการกัดกร่อนบริเวณรอยเชื่อม เนื่องจากโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนสูญเสียโมลิบดีนัมไป การโจมตีจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ — ก๊าซ H₂S จะเปลี่ยนเป็นกรดซัลฟิวริกผ่านแบคทีเรีย Thiobacillus ที่เกาะอยู่บนผนังถังเหนือระดับน้ำ ทำให้ค่า pH ลดลงเหลือเพียง 1.0 ถึง 2.0 กรดนี้ละลายโครงสร้างแมทริกซ์ของเหล็ก ทิ้งไว้ซึ่งโครงสร้างที่อ่อนแอซึ่งไม่สามารถรับแรงทางกลได้ การกัดกร่อนแบบกาลวานิกที่จุดต่อระหว่างสแตนเลสกับเหล็กกล้าคาร์บอนทุกจุด — หมุดโซ่ขูดเกรด 304 ที่สัมผัสกับเฟืองโซ่ที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอน จะก่อให้เกิดเซลล์กาลวานิก ซึ่งเร่งอัตราการสึกหรอของเฟืองโซ่ให้เพิ่มขึ้น 3 ถึง 5 เท่า

กรณีศึกษาจริง — ความล้มเหลวของโซ่ขูดในโรงงานบำบัดน้ำเสียของเทศบาลภายใน 18 เดือน

เทศบาล สถานีบำบัดน้ำเสีย ในปี 2021 โรงงานในพื้นที่ชายฝั่งของเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ได้เปลี่ยนโซ่ขูดตะกอนตัวหลักเป็นสแตนเลส 304 ภายในระยะเวลา 18 เดือน หรือช่วงกลางปี 2023 โซ่ที่ระดับน้ำเริ่มมีร่องรอยการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม และมีโซ่ขาด 3 ข้อ ทำให้แผ่นขูดตะกอนหลุดตกลงไปในถังตกตะกอน จนต้องหยุดดำเนินการ 4 วัน เพื่อใช้เครนช่วยดึงขึ้นมา การวิเคราะห์น้ำพบคลอไรด์ 280 มก./ลิตร และ H₂S ในอากาศ 12 ppm โรงงานจึงเปลี่ยนระบบทั้งหมดเป็นชิ้นส่วนขูดตะกอนแบบคอมโพสิตจาก HSHUAKE (Hengshui Huake Rubber & Plastic) ผู้ผลิตที่มีประสบการณ์ 18 ปี ด้านระบบขูดตะกอนวัสดุไม่ใช่โลหะ ซึ่งให้บริการกว่า 100 ประเทศ โซ่ที่เปลี่ยนใหม่ ผลิตจากพลาสติกวิศวกรรมเสริมใยแก้วสูตรป้องกันรังสี UV ไม่พบการกัดกร่อน ไม่มีการสูญเสียน้ำหนัก และไม่มีการเสื่อมสภาพทางกล หลังใช้งาน 24 เดือน โรงงานยังได้ปรับเปลี่ยนถังตกตะกอนเพิ่มอีก 2 แห่ง

วัสดุคอมโพสิต — ต้นทุน อายุการใช้งาน และสมรรถนะ

ไฟเบอร์กลาสเสริมแรง (FRP) และพลาสติกวิศวกรรม เทียบกับสแตนเลสเกรด 304 และ 316 — การวิเคราะห์แบบเปรียบเทียบข้างต่อข้าง

เอ สถานีบำบัดน้ำเสีย การเปรียบเทียบชิ้นส่วนที่ใช้กวาดตะกอนซึ่งทำจากคอมโพสิตกับสแตนเลส ประเมินค่าตามพารามิเตอร์สี่ประการ ได้แก่ ความต้านทานการกัดกร่อน — พลาสติกวิศวกรรม (PA6 ที่เสริมด้วยไฟเบอร์กลาส, UHMWPE, POM) และ FRP ไม่ทำปฏิกิริยากับคลอไรด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และกรดซัลฟูริก ภายใต้สภาวะเคมีของน้ำเสียทุกระดับ ระยะเวลารับใช้งาน — โซ่กวาดตะกอนที่ผลิตจากคอมโพสิตที่ออกแบบอย่างเหมาะสมสามารถใช้งานได้นาน 10 ถึง 15 ปี ในระบบบำบัดน้ำเสียขององค์กรปกครองส่วนท้องถิ่น ซึ่งยาวนานกว่าสแตนเลสเกรด 304 ถึง 3 ถึง 5 เท่า ที่มีอายุการใช้งานเพียง 2 ถึง 4 ปีในสภาวะที่รุนแรง น้ำหนัก — วัสดุคอมโพสิตมีน้ำหนักเบากว่า 60% ถึง 75% โดยชิ้นส่วนกวาดตะกอนที่ทำจากคอมโพสิตหนัก 8 กิโลกรัม สามารถแทนที่ชิ้นส่วนกวาดตะกอนที่ทำจากสแตนเลสซึ่งหนัก 25 กิโลกรัม ต้นทุนเริ่มต้น — ชิ้นส่วนกวาดตะกอนที่ทำจากพลาสติกวิศวกรรมมีราคาต่ำกว่าสแตนเลสเกรด 304 15% ถึง 30% และต่ำกว่าสแตนเลสเกรด 316 40% ถึง 55% ต่อชิ้น

การเปรียบเทียบต้นทุนพลังงานและต้นทุนการบำรุงรักษา

การคำนวณขนาดมอเตอร์ขับเคลื่อน การเปลี่ยนชิ้นส่วนที่สึกหรอ และการลดภาระแรงงาน

การลดน้ำหนักของชิ้นส่วนกวาดตะกอนที่ทำจากคอมโพสิตใน สถานีบำบัดน้ำเสีย สร้างการประหยัดสามประการ ได้แก่ การลดขนาดมอเตอร์ขับเคลื่อน — วัสดุคอมโพสิตต้องใช้มอเตอร์ที่เล็กลง 30% ถึง 40% มอเตอร์ขนาด 2.2 กิโลวัตต์สามารถแทนที่มอเตอร์ขนาด 3.7 กิโลวัตต์ ทำให้ประหยัดพลังงานได้ 13,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อปี (ประมาณ 1,600 ยูโร) ฟันเฟืองที่ขับเคลื่อนโซ่แบบคอมโพสิตมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 2 ถึง 3 เท่า โดยไม่เกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีระหว่างโลหะต่างชนิดกัน ชิ้นส่วนคอมโพสิตสามารถยกขึ้นโดยคนงานเพียงสองคนโดยไม่ต้องใช้เครน จึงลดเวลาแรงงานสำหรับการบำรุงรักษาลง 40 ถึง 60 ชั่วโมงต่อปีต่อแต่ละแท็งก์ตกตะกอน

ข้อพิจารณาด้านการติดตั้งและการปรับปรุงระบบ

การลดน้ำหนัก การประกอบแบบโมดูลาร์ และความเข้ากันได้กับโครงสร้างแท็งก์ที่มีอยู่

การปรับปรุงระบบแบบต่อเติม สถานีบำบัดน้ำเสีย การเปลี่ยนจากชิ้นส่วนที่ทำจากสแตนเลสเป็นชิ้นส่วนที่ทำจากคอมโพสิตไม่จำเป็นต้องปรับโครงสร้างใดๆ ชิ้นส่วนคอมโพสิตมีลักษณะแบบโมดูลาร์ — ข้อต่อโซ่ ส่วนของใบพัด และใบกวาดสามารถประกอบเข้าด้วยกันได้ด้วยระบบหมุดและแหวนหยุด (pin-and-cotter connections) โดยใช้เครื่องมือพื้นฐานที่จัดการด้วยมือเท่านั้น สำหรับถังตกตะกอนความยาว 40 เมตร ซึ่งเดิมต้องใช้เครนเคลื่อนที่ขนาด 50 ตันในการติดตั้งชิ้นส่วนสแตนเลส ปัจจุบันสามารถบำรุงรักษาได้ด้วยโครงเหล็กชั่วคราว (scaffolding) และการยกด้วยแรงงานคน ระบบที่ทำจากคอมโพสิตจะถูกออกแบบให้มีขนาดเฉพาะตามความยาว ความกว้าง และความลึกของระดับน้ำในถัง โดยสอดคล้องกับระยะห่างระหว่างศูนย์กลางเฟืองที่มีอยู่แล้ว ทำให้สามารถนำระบบขับเคลื่อนเดิมมาใช้งานได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลง ยกเว้นเพียงการลดขนาดมอเตอร์ลงเท่านั้น

คำถามที่พบบ่อย

การเปลี่ยนมาใช้ใบกวาดแบบคอมโพสิตจะช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายให้กับโรงงานบำบัดน้ำเสียได้มากน้อยเพียงใด

เอ สถานีบำบัดน้ำเสีย การเปลี่ยนจากชิ้นส่วนใบกวาดสแตนเลสเกรด 304 เป็นชิ้นส่วนแบบคอมโพสิตช่วยลดต้นทุนเริ่มต้นของชิ้นส่วนได้ 15% ถึง 30% ลดการใช้พลังงานของมอเตอร์ขับเคลื่อนได้ 30% ถึง 40% และกำจัดวงจรการเปลี่ยนชิ้นส่วนที่เกิดขึ้นทุก 2 ถึง 4 ปีในกรณีที่ใช้สแตนเลสในสภาพน้ำเสียที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง บริษัท HSHUAKE ได้จัดจำหน่ายระบบใบกวาดแบบไม่ใช่โลหะให้กับโรงงานบำบัดน้ำเสียในกว่า 100 ประเทศ

ส่วนประกอบของที่กวาดแบบคอมโพสิตมีอายุการใช้งานนานเท่าใดในน้ำเสีย

ส่วนประกอบของที่กวาดแบบคอมโพสิตใน สถานีบำบัดน้ำเสีย มีอายุการใช้งาน 10 ถึง 15 ปี — ยาวนานกว่าสแตนเลสเกรด 304 ถึง 3 ถึง 5 เท่า ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์รุนแรง HSHUAKE ให้การรับประกันระยะเวลายาวนานขึ้นสำหรับระบบกวาดแบบไม่ใช่โลหะของตน

ที่กวาดแบบคอมโพสิตมีความแข็งแรงเท่ากับสแตนเลสหรือไม่

ใช่ วัสดุพลาสติกวิศวกรรมเสริมด้วยไฟเบอร์กลาสที่ใช้ใน สถานีบำบัดน้ำเสีย ระบบกวาดมีความแข็งแรงแรงดึงอยู่ที่ 150 ถึง 220 เมกะพาสคาล — เทียบเคียงหรือสูงกว่าความแข็งแรงแรงดึงของสแตนเลสเกรด 304 (205 เมกะพาสคาล) แต่มีน้ำหนักน้อยลงประมาณ 75%

สาเหตุใดที่ทำให้สแตนเลสเกิดการกัดกร่อนในโรงงานบำบัดน้ำเสีย

การกัดกร่อนแบบจุดจากคลอไรด์เมื่อมีความเข้มข้นเกิน 100 มิลลิกรัม/ลิตร การเปลี่ยนแปลงไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นกรดซัลฟูริกโดยแบคทีเรียสายพันธุ์ Thiobacillus และการกัดกร่อนแบบกาล์วานิกบริเวณจุดเชื่อมต่อระหว่างสแตนเลสกับเหล็กคาร์บอน ส่งผลให้ที่กวาดสแตนเลสเสียหายใน สถานีบำบัดน้ำเสีย ภายใน 2 ถึง 4 ปี

สามารถติดตั้งที่กวาดแบบคอมโพสิตแทนที่ระบบเดิมในเครื่องตกตะกอนที่มีอยู่แล้วได้หรือไม่

ใช่ ชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตสำหรับเครื่องขูดแบบรวมมีการปรับขนาดให้เหมาะกับถังที่มีอยู่แล้ว โดยให้ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางเฟืองและระยะห่างของใบพัดสอดคล้องกัน การติดตั้งสามารถทำได้ด้วยเครื่องมือพื้นฐานโดยไม่จำเป็นต้องใช้เครน สถานีบำบัดน้ำเสีย ต้องการการเข้าถึงด้วยเครน

ระบบเครื่องขูดแบบคอมโพสิตต้องการการบำรุงรักษาอย่างไร

ระบบเครื่องขูดแบบคอมโพสิตใน สถานีบำบัดน้ำเสีย ต้องมีการตรวจสอบสภาพด้วยสายตาเป็นประจำทุกปี ทั้งความตึงของโซ่ สภาพการสึกหรอของฟันเฟือง และสภาพของใบพัด ไม่จำเป็นต้องใช้การป้องกันการกัดกร่อน การทาสี หรือการป้องกันด้วยระบบคาโทดิก เนื่องจากวัสดุมีคุณสมบัติเฉื่อยต่อสารเคมีในน้ำเสียโดยธรรมชาติ