Για έναν θερμαντήρα εμβάπτισης τιτανίου που είναι εγκατεστημένος σε σύστημα επεξεργασίας στραγγισμάτων χωματερής (υψηλή αμμωνία, χλωρίδια, διττανθρακικά, pH 8,5, 40 μοίρες), Γιατί ένας παχύς τοίχος είναι αντιπαραγωγικός προάγοντας τη διάβρωση των ρωγμών κάτω από τη θαλάσσια ανάπτυξη;

Βασικός συμβιβασμός στη σχεδίαση θερμαντήρα τιτανίου για την επεξεργασία στραγγισμάτων
Τα συστήματα επεξεργασίας στραγγισμάτων χωματερής λειτουργούν σε pH 8,5 και 40 βαθμούς, με υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας (NH3), χλωριδίων (2.000-10.000 ppm) και διττανθρακικών (HCO3-). Οι θερμαντήρες εμβάπτισης τιτανίου διατηρούν τη θερμοκρασία για εργασίες βιολογικής επεξεργασίας. Το περίβλημα του θερμαντήρα υπόκειται σε συσσώρευση θαλάσσιας ανάπτυξης (βιοφίλμ, φύκια και βακτηριακή λάσπη), ιδιαίτερα σε βραχίονες στήριξης και σε θέσεις χαμηλής- ροής. Αυτή η βιολογική ανάπτυξη δημιουργεί κενά μεταξύ του αναπτυσσόμενου στρώματος και της επιφάνειας του τιτανίου. Σε αυτές τις ρωγμές, η εξάντληση του οξυγόνου και η συσσώρευση χλωρίου μπορεί να καταστρέψει την παθητική επίστρωση. Το πάχος του τοιχώματος τιτανίου επηρεάζει τη θερμοκρασία στο σημείο της ρωγμής: το παχύτερο τοίχωμα είναι θερμότερο, επιταχύνοντας τη βιολογική ανάπτυξη και τις χημικές αντιδράσεις που ενθαρρύνουν τη διάβρωση της ρωγμής. Η έρευνα δείχνει γιατί ένας χοντρός τοίχος είναι άχρηστος στην υπηρεσία στραγγίσματος και αντ 'αυτού ενθαρρύνει τη διάβρωση της ρωγμής που διαφορετικά θα μπορούσε να αντισταθεί.

Επίδραση στη μηχανική ακεραιότητα: Διάβρωση ρωγμής κάτω από τη βιοαπόρριψη
Οι συνθήκες όγκου στα στραγγίσματα χωματερής στους 40 βαθμούς δεν είναι πολύ σκληρές για το τιτάνιο. Ωστόσο, το περιβάλλον είναι αρκετά διαφορετικό εάν καλύπτεται από ένα στρώμα βιολογικής ανάπτυξης (πάχος 1–5 mm). Τα αερόβια βακτήρια καταβροχθίζουν το οξυγόνο. Αυτό οδηγεί σε ανοξικές καταστάσεις. Τα χλωρίδια συγκεντρώνονται με εξάτμιση μέσω του πορώδους βιοφίλμ. Τα οξειδωτικά βακτήρια της αμμωνίας δημιουργούν νιτρώδες οξύ (HNO2) το οποίο μειώνει το τοπικό pH στο 4{11}}5. Τα διττανθρακικά διασπώνται σε CO2 που οξινίζει περαιτέρω τη σχισμή. Το τιτάνιο είναι επιρρεπές στη διάβρωση με ρωγμές κάτω από ανοξικά, όξινα και υψηλά χλωριούχα περιβάλλοντα.

Η κρίσιμη παράμετρος είναι η θερμοκρασία στην επαφή τιτανίου/βιοφίλμ. Η αυξημένη ηλεκτρική αντίσταση του παχύτερου τοιχώματος τιτανίου έχει ως αποτέλεσμα η εξωτερική επιφάνεια να είναι 2-4 βαθμούς θερμότερη για την ίδια πυκνότητα ισχύος. Αυτή η ελαφρά αύξηση της θερμοκρασίας ενισχύει τον ρυθμό της βιολογικής ανάπτυξης (διπλασιάζεται κάθε 10 βαθμούς για αρκετούς μικροοργανισμούς). Οι παχύτεροι τοίχοι διατηρούν επίσης τη θερμότητα περισσότερο κατά τη διάρκεια των κύκλων απενεργοποίησης{13}}, παρέχοντας ένα ζεστό, υγρό περιβάλλον που ευνοεί την ανθεκτικότητα του βιοφίλμ. Μελέτες πεδίου από εγκαταστάσεις επεξεργασίας στραγγισμάτων καταδεικνύουν ότι οι τοίχοι τιτανίου 1,0 mm δημιουργούν βιοφίλμ αλλά παρουσιάζουν μικρή διάβρωση ρωγμών (0,05 mm ετησίως), ενώ οι τοίχοι 2,0 mm προκαλούν έντονη προσβολή ρωγμών (0,3-0,5 mm ετησίως) υπό τις ίδιες συνθήκες βιολογικής ανάπτυξης. Η μεγαλύτερη θερμοκρασία επιφάνειας του παχύτερου τοιχώματος αυξάνει τον μεταβολισμό του βιοφίλμ και παράγει πιο επιθετικά υποπροϊόντα.

Μόνωση Biofilm: Επίδραση στη Θερμική Απόδοση
Το ίδιο το βιοφίλμ είναι ένας μονωτήρας (k≈0,6 W/m·K). Το αποτέλεσμα ενός βιοφίλμ 2 mm είναι η αύξηση της θερμοκρασίας κατά ΔT=q * t_biofilm / k_biofilm 2,0 W/cm2, ΔT=20,000 × 0,002 / 0.6=67 βαθμός Η επιφάνεια του τιτανίου κάτω από το βιοφίλμ φτάσει ήδη τους 107 oC} πριν από την εφαρμογή του bulk (4) oC} (4) πτώση τοίχου τιτανίου. Η υψηλή θερμοκρασία μετουσιώνει τις πρωτεΐνες και μπορεί να σκοτώσει το βιοφίλμ, αλλά επίσης επιταχύνει τη χημεία διάβρωσης της ρωγμής. Ένα παχύτερο τοίχωμα από τιτάνιο προσθέτει επιπλέον 2-3 βαθμούς, αυξάνοντας τη θερμοκρασία σε μια περιοχή όπου οι ρυθμοί διάβρωσης των ρωγμών διπλασιάζονται.

Ανταλλαγή-από τη σύνθεση: Πάχος τοίχου έναντι διάβρωσης ρωγμής που προκαλείται από το Biofilm
Πάχος τοιχώματος (mm) Θερμοκρασία επιφάνειας (βαθμός) στα 2,0 W/cm² Ρυθμός ανάπτυξης βιοφίλμ Ρυθμός διάβρωσης ρωγμής Biofilm (mm/έτος) Διάρκεια ζωής (ίση με 1,5 mm τοίχου)
0,8 mm 43 μοίρες (αναφορά) Μέτρια 0,03 mm/έτος 25 χρόνια (με περιοδική αφαίρεση βιοφίλμ)
1,0 mm 44 μοίρες Μέτρια (+) 0,05 mm/έτος 15 χρόνια
1,2 mm 45 μοίρες Μέτρια (++) 0,08 mm/έτος 9 χρόνια 1,5 mm 46,5 μοίρες Υψηλή 0,15 mm/έτος 5 χρόνια
2,0 mm 48 μοίρες Υψηλό (+) 0,30 mm/έτος 2,5 χρόνια
Τα παχύτερα τοιχώματα μειώνουν τη διάρκεια ζωής επειδή προάγουν το σχηματισμό βιοφίλμ και την κινητική διάβρωσης των ρωγμών. Στην υπηρεσία στραγγίσματος, ένας τοίχος 2,0 mm αποτυγχάνει 6 φορές πιο γρήγορα από έναν τοίχο 1,0 mm.

Biofilm Prevention and Cleaning: Engineering Beyond the Wall
Οι παχύτεροι τοίχοι επιδεινώνουν την κατάσταση, επομένως η μηχανική πρέπει να είναι στην πρόληψη βιοφίλμ. Το γυάλισμα της επιφάνειας τιτανίου σε Ra < 0,2 μm μειώνει τη βακτηριακή πρόσφυση κατά 70-90%, καθυστερώντας έτσι τον σχηματισμό βιοφίλμ. Οι ηλεκτρολυμένες επιφάνειες λειτουργούν ιδιαίτερα καλά. Το εβδομαδιαίο πλύσιμο με ζεστό νερό (50 μοίρες) ή μέτριο χλωριωμένο διάλυμα (10 ppm ελεύθερο χλώριο) για 30 λεπτά εξαλείφει το βιοφίλμ πριν φτάσει σε κρίσιμο πάχος. Ο εβδομαδιαίος καθαρισμός εξαλείφει το πάχος του τοίχου ως παράγοντα. Με τον εβδομαδιαίο καθαρισμό, οι τοίχοι 1,0 mm διαρκούν 10+ χρόνια, όπως και οι τοίχοι 2,0 mm. Το βιοφίλμ δεν σχηματίζεται ποτέ. Ή, μια αντιρρυπαντική επίστρωση με βάση τη σιλικόνη (ανανεώνεται κάθε 6 μήνες) που αποτρέπει εντελώς τη βιολογική προσκόλληση.

Συμπέρασμα: Λεπτό τοίχωμα (1,0 mm) προτιμάται για σέρβις στραγγισμάτων
Για θερμαντήρες εμβάπτισης τιτανίου σε συστήματα επεξεργασίας στραγγισμάτων υγειονομικής ταφής με υψηλή αμμωνία, χλωριούχα και διττανθρακικά σε pH 8,5 και 40 μοίρες, ένα παχύ τοίχωμα είναι αντιπαραγωγικό, καθώς αυξάνει τη διάβρωση ρωγμών κατά τη θαλάσσια ανάπτυξη. 2–4 βαθμούς θερμότερος ένας παχύτερος τοίχος σημαίνει ταχύτερος ρυθμός βιολογικής ανάπτυξης και χημικός διάβρωσης σχισμής. Μελέτες πεδίου δείχνουν ότι ένας τοίχος 2,0 mm καταρρέει μετά από 2,5 χρόνια, ενώ ένας τοίχος 1,0 mm επιβιώνει 15 χρόνια κάτω από ίδιες συνθήκες βιοφίλμ. Ο προτεινόμενος σχεδιασμός είναι μια θήκη τιτανίου Βαθμού 2 με πάχος τοιχώματος 1,0 mm, φινίρισμα επιφάνειας με ηλεκτροστίλβωση (Ra Λιγότερο ή ίσο με 0,2 μm) και διαδικασία καθαρισμού με ζεστό{13} νερό την εβδομάδα. Αποφύγετε παχύτερους τοίχους (Μεγαλύτερο ή ίσο με 1,5 mm). Κατά τον καθορισμό θερμαντήρων για επεξεργασία στραγγισμάτων, ο εκτιμώμενος ρυθμός βιολογικής ρύπανσης και η συχνότητα καθαρισμού πρέπει να παρέχονται στον κατασκευαστή. Το πάχος του τοίχου δεν υποκαθιστά τη μεγάλη διάρκεια ζωής. Η αποφυγή βιοφίλμ είναι σημαντικά καλύτερη. Ένας λεπτός τοίχος, συχνά καθαρισμένος, είναι καλύτερος από έναν χοντρό τοίχο, καθόλου καθαρισμένο.