Titano panardinamasis šildytuvas, sumontuotas sąvartyno filtrato valymo sistemoje (daug amoniako, chloridų, bikarbonatų, pH 8,5, 40 laipsnių), kodėl stora sienelė yra neproduktyvi, nes skatina plyšių koroziją, augant jūroje?

Pagrindinis kompromisas dėl titano šildytuvo dizaino nuotėkų valymui
Sąvartynų filtrato valymo sistemos veikia esant pH 8,5 ir 40 laipsnių, didelės koncentracijos amoniako (NH₃), chloridų (2000–10000 ppm) ir bikarbonatų (HCO₃⁻). Titano panardinamieji šildytuvai palaiko temperatūrą biologinio apdorojimo operacijoms. Šildytuvo apvalkalą veikia jūrinis augimas (bioplėvelė, dumbliai ir bakterijų dumblas), ypač prie atraminių laikiklių ir mažo srauto{8}}vietose. Dėl šio biologinio augimo susidaro tarpai tarp augančio sluoksnio ir titano paviršiaus. Šiuose plyšiuose deguonies išeikvojimas ir chlorido kaupimasis gali sunaikinti pasyvią dangą. Titano sienelės storis įtakoja temperatūrą plyšio vietoje: storesnė siena yra karštesnė, pagreitėja biologinis augimas ir cheminės reakcijos, skatinančios plyšių koroziją. Tyrimas iliustruoja, kodėl stora siena yra nenaudinga naudojant filtratą ir skatina plyšių koroziją, kuriai kitu atveju ji galėtų atsispirti.

Poveikis mechaniniam vientisumui: plyšių korozija po biologiniu užteršimu
Tūrinės sąlygos sąvartyno filtrate 40 laipsnių temperatūroje nėra labai atšiaurios titanui. Tačiau aplinka visai kitokia, jei ją dengia biologinio išsivystymo sluoksnis (1–5 mm storio). Aerobinės bakterijos suryja deguonį. Tai sukelia anoksines situacijas. Chloridai koncentruojami išgaruojant per porėtą bioplėvelę. Amoniaką oksiduojančios bakterijos sukuria azoto rūgštį (HNO2), kuri sumažina vietinį pH iki 4-5. Bikarbonatai skyla į CO₂, o tai dar labiau parūgština plyšį. Titanas yra linkęs į plyšių koroziją bevandenėje, rūgštinėje ir daug chlorido aplinkoje.

Esminis parametras yra titano / bioplėvelės kontakto temperatūra. Dėl padidėjusios storesnės titano sienelės elektrinės varžos išorinis paviršius įkaista 2-4 laipsniais esant tokiam pačiam galios tankiui. Šis nedidelis temperatūros kilimas pagreitina biologinio augimo tempą (keliems mikroorganizmams padvigubėja kas 10 laipsnių). Storesnės sienos taip pat ilgiau išlaiko šilumą per išjungimo{13} Lauko tyrimai iš filtrato valymo įrenginių rodo, kad 1,0 mm titano sienos sukuria bioplėvelę, tačiau mažai plyšinės korozijos (0,05 mm per metus), o 2,0 mm sienos sukuria stiprų plyšių ataką (0,3–0,5 mm per metus) tomis pačiomis biologinio vystymosi sąlygomis. Didesnė storesnės sienelės paviršiaus temperatūra padidina bioplėvelės metabolizmą ir gamina agresyvesnius šalutinius produktus.

Bioplėvelės izoliacija: įtaka šiluminėms savybėms
Pati bioplėvelė yra izoliatorius (k≈0,6 W/m·K). 2 mm bioplėvelės poveikis padidina temperatūrą ΔT=q * t_bioplėvelė / k_bioplėvelė 2,0 W/cm2, ΔT=20,000 × 0,002 / 0.6=67 laipsnis. titano sienos lašas. Aukšta temperatūra denatūruoja baltymus ir gali sunaikinti bioplėvelę, bet taip pat pagreitina plyšių korozijos chemiją. Storesnė titano sienelė prideda dar 2–3 laipsnius, padidindama temperatūrą regione, kuriame plyšių korozijos greitis padvigubėja.

Kompetencijos-sintezė: sienelės storis ir plyšių korozija, kurią sukelia bioplėvelė
Sienelės storis (mm) Paviršiaus temperatūra (laipsnis) esant 2,0 W/cm² Bioplėvelės augimo greitisBioplėvelės plyšio korozijos greitis (mm/metus) Eksploatacijos trukmė (lygus 1,5 mm sienai)
0,8 mm 43 laipsniai (nuoroda) Vidutinis 0,03 mm per metus 25 metai (periodiškai pašalinant bioplėvelę)
1,0 mm 44 laipsniai Vidutinis (+) 0,05 mm per metus 15 metų
1,2 mm 45 laipsniai Vidutinis (++) 0,08 mm per metus 9 metai 1,5 mm 46,5 laipsnis Aukštas 0,15 mm per metus 5 metai
2,0 mm 48 laipsniai Aukštas (+) 0,30 mm per metus 2,5 metų
Storesnės sienos sumažina tarnavimo laiką, nes skatina bioplėvelės susidarymą ir plyšių korozijos kinetiką. Atliekant filtrato paslaugą 2,0 mm siena sugenda 6 kartus greičiau nei 1,0 mm siena.

Biofilmų prevencija ir valymas: inžinerija už sienos
Storesnės sienos tik pablogina situaciją, todėl inžinerija turi būti skirta bioplėvelės prevencijai. Titano paviršiaus poliravimas iki Ra < 0,2 µm sumažina bakterijų sukibimą 70-90%, todėl sulėtėja bioplėvelės susidarymas. Ypač gerai veikia elektropoliruoti paviršiai. Kas savaitę plaunant šiltu vandeniu (50 laipsnių) arba vidutiniškai chloruotu tirpalu (10 ppm laisvo chloro) 30 minučių pašalinama bioplėvelė, kol ji pasiekia kritinį storį. Savaitinis valymas pašalina sienelių storį kaip veiksnį. Kas savaitę valant 1,0 mm sienos tarnauja 10+ metų, kaip ir 2,0 mm sienos. Bioplėvelė niekada nesusidaro. Arba silikono pagrindo antifouling danga (atnaujinama kas 6 mėnesius), kuri visiškai apsaugo nuo biologinio prisitvirtinimo.

Išvada: Plonasienei (1,0 mm) pageidautina nuotėkų tarnyba
Titano panardinamiesiems šildytuvams sąvartynų filtrato valymo sistemose, kuriose yra daug amoniako, chloridų ir bikarbonatų, kai pH 8,5 ir 40 laipsnių, stora sienelė yra neproduktyvi, nes ji padidina plyšių koroziją jūroje augant . 2–4 laipsniais karščiau, storesnė siena reiškia greitesnį biologinį vystymąsi ir plyšių korozijos chemiją. Lauko tyrimai rodo, kad 2,0 mm siena griūva po 2,5 metų, o 1,0 mm siena išgyvena 15 metų identiškomis bioplėvelės sąlygomis. Siūlomas dizainas yra 2 laipsnio titano apvalkalas su 1,0 mm sienelės storio, elektropoliruoto paviršiaus apdaila (Ra Mažiau arba lygi 0,2 µm) ir valymo šiltu vandeniu procedūra per savaitę. Venkite storesnių sienų (didesnė nei 1,5 mm arba lygi). Nurodant šildytuvus filtratui valyti, gamintojui turėtų būti pateiktas numatomas biologinio užsiteršimo greitis ir valymo dažnis. Sienelės storis nepakeičia ilgo tarnavimo laiko. Biofilmų vengimas yra žymiai geresnis. Plona siena, dažnai valoma, yra geriau nei stora siena, visiškai nevalyta.