مشکل رسوب گذاری و خوردگی در تاسیسات مرتبط با آب

رسوب گذاری و خوردگی در تاسیسات مرتبط با آب دو مشکل بسیار شایع در نگهداری و بهره برداری سیستم های مرتبط با آب است. مرکز پژوهش های صنعتی و معدنی آب و فاضلاب نویان در ادامه این مقاله با ارائه شرح کاملی از دلایل تشکیل رسوب و خوردگی در تاسیسات مرتبط با آب ، به راه های جلوگیری از انواع مختلف رسوب گذاری و خوردگی خواهد پرداخت.

رسوب گذاری در تاسیسات مرتبط با آب چگونه اتفاق می افتد ؟

فرآیند رسوب گذاری در اثر واکنش کاتیون های منیزیم و کلسیم با دیگر مواد محلول در آب ایجاد می شود. رسوب گذاری در سیستم به دلایل مختلفی اتفاق می افتد که در ادامه به شرح آنان خواهیم پرداخت.
به دلیل فوق اشباع شدن مواد معدنی محلول در آب هسته های کریستالی از این مواد تشکیل شده و سپس با رشد کریستال ها رسوب بر روی سطح ایجاد می شود. ایجاد هسته های اولیه رسوب در اثر حضور ذرات غبار یا رسوبات قبلی و محصولات خوردگی باعث سرعت بخشیدن به رسوب گذاری در سیستم می شود. هرچه زمان تماس محلول فوق اشباع با هسته های ایجاد شده بیشتر باشد، رسوبات بیشتر و چسبنده تری ایجاد می شود.
قابل ذکر است که با توجه به لایه مرزی مومنتم ، حرارت و جرم که نقش بسیار مهمی در رسوب گذاری دارد، سرعت بالای سیال گاهی اوقات باعث تشدید رسوب شده و در بعضی مواقع مانع از رسوب گذاری خواهد شد.
همچنین حضور حباب در سیستم تاثیر زیادی بر رسوب گذاری دارد. در اثر کاهش حلالیت بعضی نمک ها با دما این نمک ها در داخل حباب فوق اشباع شده و بعد از فروپاشی حباب رسوب این نمک ها در فصل بین جامد و مایع تشکیل می شود.

رسوب گذاری نمک ها در تاسیسات مرتبط با آب

در حالت کلی رسوب گذاری نمک های منیزیم هیدروکسید، کلسیم کربنات و ترکیبات آهن به pH سیستم وابسته بوده و کاهش pH تمایل نمک ها را به نگهداری در حالت محلول افزایش داده، در حالی که افزایش pH باعث افزایش رسوب گذاری این نمک ها خواهد شد.
حلالیت تمامی نمک هایی که در سیستم ایجاد رسوب می کنند، تابع دما، فشار، pH و تغییر جریان می باشد. اولین عامل در رسوب گذاری، فوق اشباع شدن محلول به دلیل تغییر در شرایط محیطی است. مشخصات رسوب به نوع نمک محلول، تعداد هسته های اولیه، درجه فوق اشباعیت و شرایط محیطی دارد. بالا بودن سرعت آب در سیستم در بعضی مواقع مانع از تشکیل رسوب شده و گاهی اوقات ایجاد رسوب را تشدید می کند، که این وابسته به لایه مرزی انتقال حرارت، جرم و مومنتم است.

تشکیل رسوب کلسیم کربنات در سیستم های مرتبط با آب

در توضیح تشکیل رسوب کلسیم کربنات در سیستم های مرتبط با آب باید در ابتدا اشاره نمود که گاز کربن دی اکسید محلول در آب در اثر تغییر در فشار جزئی و دما آب را ترک کرده و به دلیل به هم خوردن تعادل کربنات و بی کربنات باعث ایجاد رسوب کلسیم کربنات در سیستم خواهد شد. در دماهای نه چندان بالا به علت افزایش قلیاییت یا حرارت سختی بی کربناتی به کربنات کلسیم تبدیل شده و رسوب ایجاد می شود. در صورتی که گونه های مختلف کربن دی اکسید (کربنات، بی کربنات و حالت آزاد) در تعادل باشند، رسوب گذاری و خوردگی در سیستم اتفاق نخواهد افتاد. با استفاده از اندیس رسوب می توان تمایل آب به خوردگی و رسوب گذاری را در سیستم محاسبه کرد. این اندیس نشان دهنده اختلاف pH آب بدون تمایل به خوردگی و رسوب گذاری با pH آب صنعتی است. در صورتی که این اندیس صفر باشد، آب هیچ تمایلی به خوردگی و رسوب گذاری ندارد. مثبت بودن این اندیس نشان دهنده فوق اشباع بودن و رسوب گذاری و منفی بودن آن نشان دهنده عدم تعادل شیمیایی در آب است که در صورت حضور رسوب در سیستم ممکن است باعث ایجاد خوردگی شود.
با استفاده از شاخص پایداری رایزنر RSI، ارتباط بین حالت اشباع کلسیم کربنات با ایجاد پوسته به صورت کمی نشان داده می شود.
رسوبات کربنات کلسیم ایجاد شده در سیستم را می توان با استفاده از اسیدشویی با کلریدریک اسید از سیستم حذف کرد. اما به دلیل اینکه این اسید خورنده است، بدون اضافه کردن ممانعت کننده شیمیایی باعث تشدید خوردگی خواهد شد. با استفاده از رقیق سازی محلول کلریدریک اسید و استفاده از هگزامین به عنوان ممانعت کننده شیمیایی و شستشویی چندمرحله ای تا حد مطلوبی می توان رسوبات را در سیستم کاهش داد. قابل ذکر است که اسید شویی تاثیر زیادی بر رسوبات سولفات کلسیم نداشته و جهت حذف این رسوبات از سیستم در مرحله اول جهت تبدیل کلسیم سولفات به کلسیم کربنات و کلسیم هیدروکسید ، رسوبات با کربنات سدیم یا سود شستشو داده می شود و در مرحله دوم رسوبات با اسیدشویی از سیستم حذف می شود. مابقی رسوبات ایجاد شده در سیستم را می توان با روش های مکانیکی از سیستم حذف کرد.

خوردگی در سیستم های مرتبط با آب

خوردگی در سیستم های مرتبط با آب باعث تغییر در ویژگی های ماده و ایجاد مشکلات زیان آوری همچون کاهش عمر تجهیزات، سوراخ شدن لوله، هدر رفت آب و در نهایت خسارت های مالی بسیار بالا می شود. علاوه بر هزینه های زیاد برخی از فلزات سنگین مانند سرب و آرسنیک در اثر خوردگی لوله ها به آب آشامیدنی وارد می شود.

مهم ترین عوامل ایجاد خوردگی در سیستم های آبی

دما، سرعت آب، میزان اکسیژن محلول، pH، یون کلر و کلر باقی مانده از جمله پارامترهای مهم در خوردگی هستند. تغییرات دما بر روی خواص فیزیکی و شیمیایی ناخالصی ها موجود در آب تاثیر گذار می باشد. همچنین تغییر دما باعث تغییر در میزان حلالیت گازهای محلول در آب از جمله اکسیژن و کلر شده و بروی خوردگی اثرگذار است. در غیاب حضور اکسیژن محلول در آب خوردگی فلزات بسیار کند است، اما در دمای بالا و در حضور اکسیژن محلول خوردگی شدید ایجاد می شود. در نتیجه با استفاده از روش های شیمیایی و مکانیکی باید میزان اکسیژن محلول در آب را به حداقل رساند. رابطه خوردگی با سرعت آب وابسته به مکانیسم انتقال جرم و مکانیسم شیمیایی است، در صورتی که کنترل خوردگی با مکانیسم انتقال جرم باشد، شدت خوردگی به شدت تحت تاثیر سرعت آب است. در صورت استفاده از مواد شیمیایی ضد خوردگی، افزایش سرعت آب باعث پخش شدن بهتر مواد و در نتیجه کاهش خوردگی خواهد شد. اما سرعت بسار بالای آب باعث ایجاد فرسایش و خوردگی بسیار شدید خواهد شد. حضور کلر باقی مانده در آب به عنوان یک اکسید کننده قوی باعث ایجاد خوردگی بسیار شدید در سیستم خواهد شد. همچنین حضور یون کلر باعث تشدید خوردگی می شود زیرا این یون جزء یون های مهاجم در آب است.

ایجاد خوردگی بیولوژیکی در سیستم های آبی

عامل اصلی خوردگی بیولوژیکی در سیستم های آبی حضور باکتری های خاصی در تاسیسات آبی می‌باشد. در توضیحی کامل تر باید اشاره کرد که حضور باکتری های تولید کننده متان ، باکتری های کاهش دهنده سولفات ، باکتری های گوگرد و آهن و باکتری های احیا کننده نیترات باعث ایجاد خوردگی بیولوژیکی در سیستم خواهد شد که باکتری های آهن و احیا کننده سولفات جزء مهمترین مواد در این دسته هستند. در بعضی از موارد با اضافه کردن کلر نه تنها خوردگی افزایش نمی یابد، بلکه کلرزنی سرعت خوردگی را کاهش می دهد، در این سیستم ها خوردگی بیولوژیکی بسیار شدیدتر از خوردگی الکتروشیمیایی است.