Środki chemiczne stosowane do uzdatniania wody chłodzącej i kotłowej

Korozja instalacji, sedymentacja i rozwój mikroorganizmów to najczęstsze problemy instalacji wodnych w obiektach. Zanieczyszczeniu rurociągów i wody oraz zmniejszeniu efektywności pracy urządzeń można zapobiec, stosując odpowiednie środki chemiczne. Przedstawiamy typowe procesy uzdatniania wody chłodzącej i kotłowej.

W obiektach, w których znajdują się instalacje wody chłodzącej, grzewczej lub kotłowej często pojawiają się problemy dotyczące czystości i drożności rurociągów. Trzy najbardziej typowe zjawiska to: korozja instalacji, sedymentacja i rozwój mikroorganizmów. Prowadzą one do zanieczyszczenia oraz zarastania rurociągów, co z kolei przyczynia się do izolacji powierzchni wymiany ciepła, a tym samym zmniejszenia efektywności pracy urządzeń i obniżenia ich żywotności.

Środki chemiczne stosowane do uzdatniania wody chłodzącej i kotłowej

Tym niepożądanym zjawiskom można zapobiec, dozując do wody odpowiednie środki chemiczne. Należą do nich w szczególności inhibitory korozji, substancje sekwestrujące, dyspergatory i biocydy.
• Inhibitory korozji
• Wybór odpowiedniego rodzaju inhibitora?
• Środki sekwestrujące
• Środki dyspergujące
• Biocydy

Inhibitory korozji

Inhibitory korozji to substancje dozowane do wody (lub innych cieczy) w celu zmniejszenia szybkości korozji. Mechanizm działania zależy od rodzaju inhibitora. Inhibitory korozji można podzielić na trzy grupy: inhibitory anodowe, inhibitory katodowe i inhibitory adsorpcyjne.

Inhibitory anodowe są stosowane w roztworach o neutralnym pH, a mechanizm ochrony polega tu na tworzeniu warstwy nierozpuszczalnych produktów na powierzchni metalu, które chronią do przed korozją. W kontekście inhibitorów anodowych często stosowany jest termin pasywacja. Środki te muszą być stosowane w odpowiednio wysokich stężeniach, w przeciwnym razie efekt mógłby być odwrotny od zamierzonego. Korozja zostałaby przyspieszona oraz byłaby bardzo nierównomierna. Anodowymi inhibitorami korozji mogą być chromiany, molibdeniany, azotyny, azotany, krzemiany lub fosforany itp.

Drugą grupą są katodowe inhibitory korozji. Związki cynku lub polifosforany mogą być stosowane jako inhibitory katodowe w roztworach o odczynie obojętnym. Substancje te, wraz z produktami korozji, opóźniają reakcje depolaryzacji zachodzące na katodzie.

A- korozja międzykrystaliczna, B- korozja naprężeniowa, C- korozja mikrobiologiczna, D- korozja erozyjna.

Inhibitory adsorpcyjne hamują zjawiska korozji zarówno na anodzie, jaki i na katodzie. Substancje te zmniejszają szybkość korozji poprzez adsorpcję na powierzchni metalu. Są to głównie substancje organiczne, zwłaszcza zawierające azot lub siarkę – takie jak aminy lub tiole.

Jak to jest w praktyce? Wybór odpowiedniego rodzaju inhibitora.

W praktyce możliwe jest łączenie kilku rodzajów inhibitorów korozji. W rzeczywistości działanie inhibitora często zależy od systemu korozji metal-medium. Skuteczność inhibitora zależy głównie od temperatury i stężenia jonów metali w środowisku.

Gdy instalacja składa się z wielu rodzajów elementów metalowych, dozowanie kilku różnych inhibitorów korozji jest konieczne w celu uzyskania odpowiedniego efektu. Skuteczność wybranej procedury dozowania środków jest określana za pomocą metody oceny korozji opartej na zmianach masy i objętości metalu po poddaniu go działaniu środowiska korozyjnego zgodnie z normą EN ISO 8407. Do oceny szybkości korozji można również zastosować metody elektrochemiczne.

Korozja w układach wodnych składających się z różnych rodzajów metali jest powodowana tworzeniem się ogniwa galwanicznego. Metale umieszczone w środowisku wodnym stają się elektrodami. Połączenie dwóch elektrod o różnym potencjale elektrochemicznym sprzyja korozji. Mniej szlachetny metal (anoda) jako pierwszy ulega korozji galwanicznej.

Korozja galwaniczna

Rozwiązaniem może być zastosowanie anody magnezowej, która często jest dodawana do kotłów. Magnez jest mniej szlachetny niż inne metale powszechnie występujące w obwodzie. Jest więc pierwszym metalem, który uleganie korozji galwanicznej w systemie.
W celu zapobiegania korozji galwanicznej stosowane są również inhibitory składające się ze polielektrolitów lub amin w połączeniu z solami cynku. W przeszłości stosowane były także również chromiany, jednak ze względny na toksyczność sześciowartościowego chromu zostały wycofane z użytku.

Środki sekwestrujące

Podstawowym zadaniem tych środków jest zapobieganie tworzeniu się osadów, tj. głównie wydzielaniu się węglanu wapnia i magnezu z roztworu. Środki sekwestrujące to substancje chemiczne, których struktura molekularna może otaczać i utrzymywać określony rodzaj jonów w stabilnym, rozpuszczalnym kompleksie, zapobiegając w ten sposób ich wydzielaniu w postaci stałej i tworzeniu się osadów.

Polifosforany są jednymi z najczęściej stosowanych środków sekwestrujących, ale mogą być również stosowane jako substancje o charakterze cukru lub poliakrylany.

Dyspergatory

Celem dyspergatorów jest ograniczenie tworzenia się osadów. Stosowane są substancje naturalne, takie jak garbniki, skrobia lub lignina oraz syntetyczne polimery, takie jak poliakrylany lub poliestry. Związki te powodują, że substancje rozpuszczone w wodzie uzyskują odpowiedni ładunek elektryczny i zaczynają się wzajemnie odpychać. Utrzymuje je to w tak zwanym stanie pływalności i zapobiega osadzaniu się na instalacji.

Biocydy

Powstawanie mikroorganizmów w obiegu pary jest na ogół wykluczone ze względu na wysoką temperaturę. Jednak warunki panujące w obiegu chłodniczym są idealne do powstawania i rozwoju mikroorganizmów, glonów, pleśni i grzybów. Mają one wystarczającą ilość tlenu, pożywienia, optymalną wartość pH, a także idealną temperaturę do rozwoju i namnażania.
Istnieje kilka rodzajów środków i metod stosowanych do dezynfekcji wody oraz powierzchni instalacji. Oprócz biocydów utleniających stosowane są również biocydy nieutleniające, które w niektórych przypadkach są bardziej skuteczne. W celu profilaktyki czystości instalacji stosowane są oba rodzaje biocydów w odpowiedniej kombinacji. Przy wyborze biocydu należy wziąć pod uwagę korozyjny wpływ utleniających biocydów na stopy miedzi w instalacji.

Biocydy utleniające

Pochodne chloru (podchloryn sodu, dwutlenek chloru, chlor gazowy) lub brom, lub ich kombinacje, to najczęściej stosowane biocydy utleniające.

Podchloryn sodu

Jedną z klasycznych metod dezynfekcji jest dozowanie podchlorynu sodu. Działanie biobójcze jest głównie spowodowane niezdysocjowanym kwasem podchlorawym. Jego dysocjacja zależy głównie od pH i jest wysoka w zakresie pH typowym dla obiegów chłodniczych (pH 8,0-9,0). Z tego powodu preferowany jest brom, ponieważ udział niezdysocjowanej formy jest wyższy przy pH obiegów chłodniczych.

Brom i podchloryn sodu

Często stosowana jest również mieszanka bromków i podchlorynu sodu. Kwas bromowy jest mniej biobójczy niż kwas podchlorawy, jednak brom ma wyższą skuteczność biobójczą przy pH 8,0-9,0, co zwykle ma miejsce w obiegach chłodniczych.

Dwutlenek chloru

Coraz częściej do dezynfekcji wody stosowany jest dwutlenek chloru. Jest znacznie lepiej rozpuszczalny w zimnej wodzie, ma większą zdolność dezynfekcji i jest skuteczniejszy przy zasadowym pH wody. Jeśli chodzi o obiegi chłodnicze, stosowanie dwutlenku chloru okazuje się być lepszą alternatywą dla wspomnianego wcześniej chlorowania.

Biocydy nieutleniające

Nieutleniające biocydy są wykorzystywane w obiegach, gdzie stosowanie utleniających biocydów byłoby nieodpowiednie ze względów zdrowotnych, bezpieczeństwa lub mogłyby wpływać na zwiększenie szybkości korozji. Nieutleniające biocydy obejmują na przykład czwartorzędowe sole amonowe, chlorowane fenole itp.
Biocydy są zwykle dozowane w połączeniu z biodyspergatorami, które niszczą warstwę ochronną biofilmu i umożliwiają przenikanie biocydu do jego wnętrza.