5.4. Отложения и коррозия в системах водоснабжения

При транспортировке воды по трубопроводам на их внутренней поверхности могут образовываться отложения. В состав отложений входят выпавшие в осадок твердые вещества, например, карбонат кальция и гидроксид магния, продукты коррозии, мик-

робная слизь, масло или консистентная смазка.

Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов при их взаимодействии с окружающей средой.

Существует несколько видов коррозии. Механизм ее образования и специфика взаимодействия с металлами рассмотрены в специальной литературе. Уровень коррозии выражают потерями металла (г/(м2ч) или мм/год) по десятибалльной шкале коррозионной стойкости металлов. В среднем в системах водоснабжения потери металла составляют 0,25 — 0,40 мм/год, что отвечает 4-му баллу стойкости.

Для предотвращения образования отложений и уменьшения коррозии оборудования нужно предпринимать ряд мер.

В промышленные воды вводят специальные добавки: ингибиторы, диспергаторы, поверхностно-активные вещества и модификаторы кристаллов. Диспергаторы — органические вещества, которые адсорбируются на молекулах примесей и не дают им слипаться в осадок, ПАВ усиливают действие диспергаторов. Модификаторы кристаллов представляют собой химические вещества, препятствующие образованию кристаллов. В их присутствии осадки остаются рыхлыми и легко подвижными.

Наиболее широкое применение для предотвращения отложений и борьбы с коррозией получили ингибиторы. Различают анодные и катодные ингибиторы, которые соответственно снижают скорости анодной и катодной реакций. Особое место среди ингибиторов коррозии занимают комплексоны. Термин «комплексоны» был предложен основоположником исследований этой группы соединений — Г. Шварценбахом (Германия).

Комплексонами, или хелантами, называют вещества, которые с катионами металлов образуют прочные растворимые комплексные соединения.

Впервые комплексоны были выпущены в 1936 г. фирмой «Farben Industrie» (трилон А и трилон Б) для умягчения воды. В России изучение хелантов было начато в 1959 г. Первым шагом в этом направлении был синтез комплексона «этилендиамин — NNN'N1 — тетрауксусная кислота» (ЭТДА). Позже был синтезирован ряд фосфорсодержащих комплексонов. Среди них нужно выделить ок- сиэтилидендифосфоновую (ОЭДФК) и нитрилотриметиленфос- фоновую (НТФК) кислоты.

Реагенты для обработки воды должны одновременно ингибировать образование минеральных отложений, коррозию и биообрастание. Эту проблему можно решить, проводя целенаправленный синтез с различными металлами: калиевые соли ОЭДФК препятствуют солеотложению; цинковый комплекс ОЭДФК проявляет антикоррозионные свойства; медный комплекс ОЭДФК обладает биоцидным и альгецид- ным действием.

При выборе ингибиторов коррозии рассматривают вопросы, касающиеся их эффективности, стоимости и экологической безопасности.

В качестве ингибиторов коррозии могут использоваться простые соли на основе силикатов, фосфатов и хроматов. Высшие аминокислоты представляют собой весьма перспективные реагенты в борьбе с коррозией, накипью и биологическими отложениями. Однако применение этих соединений ограничивается высокой стоимостью их синтеза.

Доступнее поликарбоновые аминокислоты (комплексоны ЭТДА, НТА и др.). Но несмотря на хорошие антинакипные свойства, они являются слабыми ингибиторами коррозии.

Более высокими защитными свойствами от коррозии обладают их фосфорсодержащие аналоги (ОЭДФК, НТФК, ФБТК). Введение этих комплексонов защищает металл в жестких водах, где они образуют соединения с катионами Ca2t и Mg2+. Наиболее эффективна обработка воды цинкофосфонатом, на основе которого создан препарат ОЭДФЦ.

Важным показателем ингибиторов является токсичность. Ингибиторы применяют в многотоннажных производствах, связанных со сбросом большого количества сточных вод. При этом промышленная дозировка вещества не должна превышать его ПДК в сбросных водах. В табл. 5.15 приведены систематизированные данные по экологической оценке отдельных веществ или смесевых препаратов, применяемых в качестве ингибиторов. Как показывают данные таблицы, из простых ингибиторов силикаты имеют наиболее высокое значение ПДК и, следовательно, они наименее токсичны. Фосфаты и нитриты более опасны.

Наиболее часто применяемые ингибиторы ЭДТА (ПДК 0,5 мг/л) и ОДА (ПДК 0,03 мг/л) различаются по степени токсичности.

Очень высокой токсичностью обладают аминопроизводные ингибиторы коррозии. Это относится как к простым веществам (гидразин), так и к сложным смесевым препаратам (ИКБ-2-2 и И КБ-6-2) (см. табл. 5.15).

Рассмотрим пример выбора ингибиторов для стабилизации воды в системах водооборотных циклов. При организации водооборотных циклов для охлаждающей воды должен быть предусмотрен ряд мер для сохранения стабильности воды и организована система ее

Таблица 5.15. Рыбохозяйственные экологические нормативы (ПДК, ОБУВ) для ингибиторов коррозии и солеотложений

* Последними исследованиями выявлена высокая мутагенная активность. Запрещено применение в производстве ряда стран.

** Неопубликованные данные.

*** Санитарно-гигиенический норматив.

Таблица 5.16. Влияние ингибиторов на основе соединений хрома на скорость коррозии стали (СтЗ) в системе водоснабжения

Таблица 5.17.

очистки. В системах оборотного водоснабжения для снижения коррозии металлов в воду вводят ингибиторы (габл. 5.16).

Как видно из приведенных данных, добавление к воде ингибитора снижает скорость коррозии на два порядка.

Ранее в качестве ингибиторов коррозии применяли препараты на основе солей хрома. Препараты на основе хроматов являются высокоэффективными ингибиторами коррозии, однако они очень токсичны и экологически опасны. Для обеспечения норм ПДК перед сбросом в водоемы требуется разбавить промышленные воды, содержащие эти ингибиторы, не менее чем в 2000 раз. Это обстоятельство привело к тому, что во многих развитых странах использование за последние 20 лет хромсодержащих ингибиторов снизилось многократно (табл. 5.17).

В настоящее время наиболее часто в системах теплоснабжения применяют фосфатные ингибиторы, иногда с использованием добавок.

В последние годы увеличилось число исследований, направленных на изучение и использование экологически безопасных методов защиты от коррозии. Можно выделить два направления в решении этого вопроса: создание и производство нового класса ингибиторов, имеющих высокое значение ПДК; разработка альтернативных методов подготовки воды для предотвращения коррозии в водно-паровом тракте.

Одним из представителей нового класса ингибиторов является препарат Гидро-Х (см. табл. 5.15), который производится фирмой «Hydro-X А/S» (Дания) и экспортируется более чем в 80 стран мира. Он используется для выделения из воды соединений кальция и магния, а также для снижения скорости коррозии. Его получают методом экстракции щелочью морских водорослей. При этом природные вещества (лигнин, танин, фосфаты и др.), переходят в раствор и выполняют роль коагулянтов, флокулянтов, ингибиторов коррозии. Эффективность препарата высока, а допустимая концентрация в воде более чем на порядок превышает ПДК других промышленных ингибиторов.

В качестве альтернативных методов подготовки воды предложены электрохимическая обработка воды для снижения биологической коррозии, а также применение ультразвуковых акустических устройств.

Эффективным методом снижения коррозии является повышение pH воды. Рядом исследователей показано, что при pH gt; 9,8 происходит пассивация поверхности металла и скорость коррозии многократно снижается. Этот эффект оказался столь значительным, что новыми нормативными документами РАО ЕС введено разрешение на эксплуатацию и транспортировку воды в сетях промышленного и коммунального пользования при pH 9,8, а в отдельных случаях — при pH 10,3.