Korozija v kanalizacijskih in kanalizacijskih sistemih

Korozija v kanalizacijskih in odpadnih sistemih je kompleksen proces uničenja kovin, betona in drugih konstrukcijskih materialov pod skupnim vplivom vlage, žveplovih spojin, kloridov, organskih snovi, mikroorganizmov in spremenljivih kisikovih pogojev. Posebej agresivni pogoji se pojavljajo v zaprtih kanalizacijskih sistemih, črpališčih, rezervoarjih za odpadne vode, procesnih komorah in čistilnih napravah, kjer se lahko razvijejo anaerobna območja, ki spodbujajo nastanek vodikovega sulfida (H₂S).
V kanalizacijskih sistemih ni enega samega, univerzalnega mehanizma korozije. Glede na sestavo odpadne vode in zasnovo sistema se lahko hkrati pojavijo enakomerna korozija, jamkasta korozija, špranjska korozija, galvanska korozija, mikrobna korozija (MIC) in kislinsko povzročena korozija. Zato je treba pri izbiri materiala upoštevati ne le sestavo same tekočine, temveč tudi atmosfero nad površino odpadne vode, temperaturo, pH, vsebnost kloridov, možnost nastajanja usedlin in pogoje pretoka.

Zakaj je okolje v odplakah korozivno?

Odpadna voda predstavlja zelo raznoliko kemijsko in biološko okolje. Njena sestava je odvisna od izvora, stopnje razredčitve, temperature, časa zadrževanja v sistemu in prisotnosti industrijske odpadne vode. V komunalnih kanalizacijskih sistemih so glavnega pomena žveplove spojine, kloridi, dušikove spojine, organske snovi in ​​mikrobna aktivnost.
V pogojih pomanjkanja kisika lahko sulfatno reducirajoče bakterije povzročijo nastanek sulfidov. Glede na pH se nekateri sulfidi pojavljajo kot raztopljeni vodikov sulfid (H₂S). Ta plin se lahko sprošča iz odpadne vode in kopiči v ozračju kanalov, jaškov, rezervoarjev in črpališč.
Posebej intenzivno sproščanje H₂S se lahko pojavi na območjih turbulence, kot so prelivi, prelomi, izpusti izpustnih cevi, ekspanzijske komore in mesta nenadnih sprememb smeri toka.

Korozija zaradi vodikovega sulfida – eden najpomembnejših mehanizmov uničenja kanalizacijskega sistema

Ena od tipičnih nevarnosti v kanalizacijskih sistemih je prisotnost vodikovega sulfida. Vodikov sulfid je lahko koroziven za nekatere kovine, vendar se najnevarnejši mehanizem pojavlja na mokrih površinah, ki se nahajajo nad nivojem odplak.
Vodikov sulfid prehaja iz tekoče faze v atmosfero kanala in se nato raztopi v plasti vlage, ki pokriva strukturne površine. Mikroorganizmi, ki oksidirajo žveplo, lahko pretvorijo žveplove spojine v žveplovo kislino. Posledično lahko lokalni pH površine pade na zelo nizke vrednosti.
Diagram procesa lahko predstavimo na poenostavljen način:
sulfati → sulfidi → H₂S → biološka oksidacija → H₂SO₄ → korozija materiala
Ta pojav se pogosto imenuje biogena korozija z žveplovo kislino in je še posebej pomemben za betonske konstrukcije, komponente iz ogljikovega jekla in nezaščitene kovinske površine.

Zakaj je korozija lahko največja nad površino odplak?

Značilnost korozije kanalizacije je možnost zelo hudega uničenja materiala v delih cevovoda, ki niso trajno potopljeni v odplake. To velja zlasti za zgornje dele kanalov, strope rezervoarjev, jaške in procesne komore.
To območje hkrati vsebuje vlago, H₂S in kisik, ki so bistveni za mikroorganizme, ki oksidirajo žveplove spojine. Zato se na površini lahko tvori žveplova kislina, ki povzroči močan kemični napad.
V gravitacijski kanalizaciji je lahko vrh cevi še posebej ranljiv. Intenzivna korozija, ki jo opazimo nad površino odplak, je eden od razlogov, zakaj lahko ocenjevanje agresivnosti zgolj na podlagi kemijske analize tekočine privede do napačnih zaključkov.

Korozija betona v kanalizacijskem sistemu

Beton se pogosto uporablja pri gradnji kanalov, jaškov, rezervoarjev in komponent čistilnih naprav. Njegovo naravno alkalno okolje zagotavlja relativno dobro zaščito armature, vendar lahko dolgotrajna izpostavljenost kislinam povzroči postopno uničenje cementne matrice.
Pri biogeni žveplovi koroziji žveplova kislina reagira s sestavinami cementne paste. Eden od reakcijskih produktov je kalcijev sulfat, znan tudi kot sadra. Lahko pride tudi do tvorbe etringita. Ti reakcijski produkti ne zagotavljajo prvotne trdnosti betona in lahko povzročijo mehčanje, razpokanje, luščenje in izgubo materiala.
Postopno propadanje betona lahko sčasoma razkrije jekleno armaturo. Ko se zaščitno alkalno okolje izgubi, postane armatura bistveno bolj dovzetna za korozijo.

Korozija ogljikovega jekla

Ogljikovo jeklo, ki se uporablja v cevovodih, podpornih konstrukcijah, rezervoarjih, komponentah črpalk in opremi čistilnih naprav, je v vlažnih okoljih z odpadno vodo dovzetno za korozijo.
Hitrost razgradnje se lahko poveča zaradi prisotnosti H₂S, kloridov, kislih komponent odpadne vode in usedlin, ki tvorijo lokalne korozijske celice. Območja z omejenim dostopom kisika, prostori pod usedlinami in strukturne razpoke so še posebej ranljiva.
V praksi ogljikovo jeklo, ki deluje v agresivnih okoljih z odplakami, zahteva ustrezno zaščito, npr. premaze, obloge, zaščito pred korozijo ali uporabo materiala z večjo odpornostjo.

Nerjaveče jeklo v kanalizacijskih instalacijah

Nerjaveča jekla lahko zagotavljajo zelo dobro vzdržljivost komponent za kanalizacijske in čistilne naprave, vendar izraz "nerjaveče jeklo" ne pomeni odpornosti na vsako kanalizacijsko okolje.
Primarni problem je možnost lokalne poškodbe pasivne plasti. V prisotnosti kloridov se lahko razvije jamkasta korozija, medtem ko se korozija v špranjah lahko pojavi v razpokah, pod tesnili, usedlinami in konstrukcijskih spojih.
Pomembna je tudi temperatura. Z naraščanjem temperature in koncentracije kloridov se pri mnogih priljubljenih nerjavnih jeklih povečuje tveganje za lokalno korozijo.

Izbira nerjavečega jekla za kanalizacijske instalacije

Pred izbiro določene kakovosti je treba analizirati sestavo odpadne vode. Preprosta opredelitev medija kot "odpadne vode" ni zadostna podlaga za izbiro materiala. Komunalne odpadne vode in odpadne vode iz kemične, živilske, galvanizacije in petrokemične industrije lahko ustvarijo povsem različna korozivna okolja.

Pomen kloridov

Kloridi so eden najpomembnejših dejavnikov, ki vplivajo na trajnost nerjavnih jekel. Lahko destabilizirajo pasivno plast in sprožijo jamkasto korozijo. Tveganje se povečuje s koncentracijo kloridov, temperaturo ter prisotnostjo razpok in usedlin.
V okoljih s povišano vsebnostjo kloridov se lahko jeklo 1.4301 ali 1.4307 izkaže za nezadostno. Jeklo 1.4404 ponuja večjo odpornost zaradi prisotnosti molibdena, ko pa okolje postane bolj agresivno, so lahko upravičena dupleks, superdupleks ali visoko legirana superavstenitna jekla.

PREN in izbira jekla za kanalizacijo

Za začetno oceno odpornosti nerjavnih jekel proti jamkasti koroziji se lahko uporabi PREN (ekvivalentno število odpornosti proti jamkasti koroziji). Preprosto povedano, njegova vrednost je odvisna predvsem od vsebnosti kroma, molibdena in dušika.
Višja vrednost PREN običajno kaže na večjo odpornost materiala na nastanek jamkaste korozije v kloridnem okolju. Vendar pa se PREN ne sme obravnavati kot samostojno merilo za izbiro materiala. Ne upošteva vseh parametrov dejanskega okolja, kakovosti površine, zasnove spoja, varilnih pogojev, prisotnosti usedlin ali drugih kemičnih sestavin odpadne vode.

Mikrobiološka korozija MIC

Kanalizacijske napeljave sodijo med okolja, ki so še posebej ugodna za razvoj mikrobiološko pogojene korozije (MIC).
Mikroorganizmi ne rabijo neposredno "pojesti" kovine. Njihova aktivnost lahko spremeni lokalne elektrokemijske razmere na površini materiala, povzroči spremembe pH, sodeluje pri transformaciji žveplovih spojin in tvori biofilm, pod katerim se razvijejo lokalni pogoji, ugodni za korozijo.
Biofilm lahko omeji transport kisika in povzroči razlike v oksigenaciji med različnimi površinami. Lokalne korozijske celice se lahko razvijejo pod sedimenti in biološkimi plastmi, zato je poškodba zaradi MIC pogosto zelo lokalizirana.

Sedimenti in subsedimentarna korozija

Pesek, biološki produkti, blato in druge usedline, ki se kopičijo v napravi, lahko ustvarijo območja z drugačnimi pogoji od okoliškega okolja.
Pod nanosom je transport kisika omejen, lokalni pH in kemična sestava elektrolita pa se lahko spremenita. Pri nerjavnih jeklih lahko to spodbudi izgubo pasivnosti in lokalno korozijo.
Z vidika trajnosti instalacije je pomembno, da so elementi zasnovani tako, da se zmanjša nastanek mrtvih con in omogoči učinkovito čiščenje.

Špražna korozija

Prirobnice, prekrivanja, tesnilni prostori, pritrdilni elementi in druge ozke reže lahko ustvarijo pogoje, ki spodbujajo korozijo v špranjah.
Znotraj vrzeli je izmenjava medijev z okoljem otežena. Pomanjkanje kisika lahko povzroči izgubo sposobnosti regeneracije pasivne plasti, spremembe v sestavi elektrolitov pa lahko dodatno povečajo agresivnost lokalnega okolja.
Zaradi tega pri kanalizacijskih instalacijah ni pomembna le prava vrsta materiala, temveč tudi ustrezna zasnova elementov.

Galvanska korozija

Kanalizacijski sistemi in čistilne naprave pogosto vsebujejo komponente iz različnih kovin. Ko sta dva različna kovinska materiala v električnem stiku in si hkrati delita skupni elektrolit, lahko nastane galvanska celica.
To je lahko še posebej neugodno, kadar je majhna površina manj žlahtnega materiala povezana z veliko površino žlahtnejšega materiala. V takih primerih se lahko lokalna hitrost korozije anodnega materiala znatno poveča.
Tveganje je med drugim omejeno z ustrezno izbiro parov materialov, električno izolacijo komponent in ustrezno zasnovo povezav.

Industrijska odpadna voda – okolje, ki zahteva individualno analizo

Industrijska odpadna voda predstavlja veliko večji izziv glede materialov. Vsebuje lahko kisline, baze, kloride, žveplove spojine, oksidante, topila in druge kemične spojine v koncentracijah, ki so večkrat višje od tipične komunalne odpadne vode.
Izbira materiala zgolj na podlagi pH-ja morda ne bo zadostovala. Dva medija z enakim pH-jem lahko kažeta popolnoma različno agresivnost do določene zlitine.
V takih primerih je treba upoštevati vsaj naslednje:

• popolna kemična sestava odpadne vode,
• koncentracija agresivnih sestavin,
• pH in možnost njegovih sprememb,
• obratovalna in najvišja temperatura,
• koncentracija klorida,
• prisotnost oksidativnih ali redukcijskih spojin,
• kisikovi pogoji,
• hitrost pretoka in turbulenca,
• možnost nastanka usedlin in biofilmov,
• pogoji za občasno zaustavitev naprave.

Materiali, ki se uporabljajo v kanalizacijskih instalacijah

Komponente namestitve, ki so še posebej dovzetne za korozijo

Največje tveganje se ne pojavlja vedno na celotni površini namestitve. Lokalno se lahko še posebej agresivni pogoji pojavijo v:

• krone gravitacijskih kanalov,
• kanalizacijski jaški,
• črpališča za odplake,
• ekspanzijske komore izpustnih cevi,
• zadrževalni in tehnološki rezervoarji,
• mesta nenadne spremembe smeri toka,
• prelivi in ​​kaskade, ki povzročajo turbulenco,
• občasno navlažena območja,
• območja kopičenja usedlin,
• vrzeli in strukturni spoji,
• elementi, ki se nahajajo v vlažni atmosferi, ki vsebuje H₂S.

Kako zmanjšati korozijo v kanalizacijskih sistemih?

Učinkovita zaščita mora zajemati tako izbiro materiala kot tudi oblikovalske in operativne rešitve. Uporaba dražje zlitine sama po sebi ne zagotavlja trajnosti, če zasnova spodbuja nastanek vrzeli, stagnacije in usedlin.
Osnovne dejavnosti vključujejo:

• izbira materiala, ki ustreza dejanski sestavi odpadne vode,
• omejevanje časa zadrževanja odplak in ustvarjanje anaerobnih pogojev,
• omejevanje nenadzorovanega sproščanja H₂S,
• prezračevanje prostorov, kjer se lahko kopiči vodikov sulfid,
• izogibanje vrzeli in mrtvim strukturnim prostorom,
• omejevanje kopičenja usedlin,
• redno čiščenje in pregled napeljav,
• uporaba ustreznih zaščitnih premazov in oblog,
• pravilna izvedba in obdelava varjenih spojev iz nerjavečega jekla,
• izolacija neugodnih galvanskih parov.

Pomen kakovosti površine nerjavečega jekla

Odpornost nerjavečega jekla proti koroziji ni odvisna le od njegove kemične sestave. Pomembni dejavniki so tudi kakovost površine, konstrukcija zvara in stanje toplotno prizadetega območja.
Površinska kontaminacija z delci ogljikovega jekla, ostanki varilnega okuje, termično razbarvanje in nepravilna obdelava lahko lokalno poslabšajo odpornost proti koroziji.
Po izdelavi konstrukcije iz nerjavečega jekla je morda potrebno ustrezno očistiti površino, odstraniti razbarvanje zaradi varjenja in obnoviti pogoje, ki omogočajo ustrezno pasivizacijo.

Spremljanje korozije kanalizacijskih napeljav

V obratih s povečanim tveganjem korozije je spremljanje obratovalnih pogojev ključnega pomena. Glede na vrsto obrata lahko spremljanje vključuje pH, temperaturo, vsebnost raztopljenega kisika, koncentracijo sulfidov v odpadni vodi in H₂S v kanalizacijski atmosferi.
Stanje konstrukcije je mogoče spremljati z vizualnimi in kamernimi pregledi, meritvami debeline kovinskih komponent in oceno izgube materiala. V primeru betona je lahko ključnega pomena ocena stanja površine in globine obrabe.
Zgodnje odkrivanje pogojev, ki spodbujajo korozijo, pogosto omogoča zmanjšanje stroškov popravil in preprečevanje izgube tesnosti ali nosilnosti komponent inštalacij.

Korozija v kanalizacijskih in kanalizacijskih sistemih je posledica kombinacije kemičnih, elektrokemičnih in bioloških dejavnikov. Eden najpomembnejših mehanizmov je nastanek vodikovega sulfida v anaerobnih pogojih, njegovo sproščanje v kanalizacijsko atmosfero in njegova biološka oksidacija v žveplovo kislino na mokrih površinah nad gladino kanalizacije.
Pri kovinah so dodatne nevarnosti kloridi, usedline, razpoke, stik med različnimi materiali in mikrobna korozija. Zato mora izbira materiala temeljiti na analizi dejanskih obratovalnih pogojev.
V milejših okoljih se lahko uporabljajo priljubljena nerjavna jekla, kot je 1.4404/316L. Z naraščajočo vsebnostjo kloridov in agresivnostjo okolja bo morda treba preiti na dupleks 1.4462, super dupleks 1.4410 ali visoko legirana super avstenitna jekla, kot sta 1.4547 in 1.4529. Za agresivne industrijske odpadne vode je treba vsako izbiro materiala analizirati posebej, pri čemer je treba upoštevati celotno kemično sestavo, temperaturo in obratovalne pogoje.

Vrste korozije jekla in kovin

Enakomerna korozija jekla in kovin
Jamkasta korozija nerjavnih jekel
Špražna korozija nerjavnih jekel
Medkristalna korozija nerjavečega jekla
Razpoke v SCC-ju zaradi napetostne korozije
Galvanska korozija
Erozijska korozija
Kavitacijska korozija
Korozijska utrujenost
Korozija s trenjem
Mikrobiološka korozija MIC
Visokotemperaturna korozija

Delitev korozije glede na okolje

Morska korozija – korozija jekla in kovin v morski vodi
Atmosferska korozija
Korozija tal
Korozija v sladki in industrijski vodi
Korozija v kloridnih okoljih
Korozija v kislem okolju
Korozija v alkalnih okoljih
Korozija v plinih in izpušnih plinih
Korozija v kanalizacijskih in kanalizacijskih sistemih
Korozija v kemičnem in petrokemičnem okolju

Sorodne teme

CPT – kritična temperatura jamkaste korozije nerjavnih jekel in nikljevih zlitin
PREN – indeks odpornosti proti koroziji z jamičasto korozijo za nerjaveče jeklo
CCT – Kritična temperatura špranjske korozije nerjavnih jekel in nikljevih zlitin