Penelitian tentang korosi dan penghambatan pipa baja galvanis dalam sistem pasokan air

Studi korosi dan penghambatannya dalam ** pipa baja galvanis ** dalam sistem pasokan air adalah area penting dari ilmu infrastruktur, menggabungkan elektrokimia, Rekayasa Material, dan masalah kesehatan masyarakat. Berurusan dengan topik ini membutuhkan membedah mekanisme mendasar dari seng dan degradasi besi, dan kemudian mengeksplorasi strategi kimia dan fisik yang digunakan untuk mengurangi efek ini dan memperpanjang kehidupan sistem.

Mekanisme korosi baja galvanis dalam sistem air

Pipa baja galvanis beroperasi berdasarkan prinsip ** Perlindungan Korban **. Lapisan luar seng dimaksudkan untuk menjadi anoda, berkorban secara istimewa untuk melindungi katoda baja yang mendasarinya. Namun, Perlindungan ini terbatas, dan lingkungan korosif sistem air kota memperkenalkan kompleksitas yang mengarah pada kegagalan dari waktu ke waktu.

Tahap degradasi

Proses korosi biasanya tersegmentasi menjadi tiga tahap yang berbeda namun tumpang tindih, Didorong terutama oleh ** oksigen terlarut ** dan ** kimia air **:

1. Tahap korosi seng dan pasif awal

Saat pipa galvanis baru diperkenalkan, Seng yang terpapar bereaksi dengan oksigen terlarut ($\teks{HAI} \teks{₂}$) Dan, terpenting, **alkalinitas dan kekerasan ** ($\teks{Ca} \teks{²⁺}$, $\teks{Mg} \teks{²⁺}$, $\teks{HCO} \teks{₃} \teks{^–}$) hadir di dalam air.

Pembentukan film pelindung: Idealnya, Reaksi ini membentuk padat, stabil ** lapisan pasif **, sering terdiri dari seng karbonat dasar ($\teks{Zn} \teks{₅}(\teks{OH}) \teks{₆}(\teks{BERSAMA} \teks{₃}) \teks{₂}$), kalsium karbonat ($\teks{Caco} \teks{₃}$), atau seng hidroksida ($\teks{Zn}(\teks{OH}) \teks{₂}$) endapan. Stabilitas dan integritas lapisan ini sangat penting; Film yang kuat dapat memperpanjang umur pipa secara signifikan dengan mengisolasi logam dari air curah.
Sensitivitas Kimia Air: Tingkat pasif sangat sensitif terhadap indeks saturasi ** langlier ($\teks{LSI}$)**. Rendah $\teks{pH}$, alkalinitas rendah, dan air kekerasan rendah (air lunak) secara inheren lebih agresif karena mereka menghambat pembentukan teks pelindung $ {Caco} \teks{₃}$ component in the film, mengarah ke pembubaran seng murni yang lebih cepat.

2. Tahap transisi dan pitting

Ini adalah titik kegagalan sistem pengorbanan. Lembur, gerusan fisik dari aliran air atau serangan kimia lokal (sering dengan ** ion klorida ($\teks{Cl} \teks{^–}$)** atau ion sulfat ($\teks{JADI} \teks{₄} \teks{^2-}$)) melanggar lapisan pelindung.

Pembalikan anoda: Dalam kondisi tertentu, khususnya pada suhu tinggi (above $60°\text{C}$ or $140°\text{F}$), potensi elektrokimia antara seng dan besi dapat ** terbalik **. Seng, yang biasanya anodik, bisa menjadi katodik bagi baja yang mendasarinya. Saat ini terjadi, Baja yang baru terpapar menjadi anoda dan berkorban dengan cepat - mekanisme kegagalan bencana.
Serangan lokal (Pitting): Setelah baja terpapar secara lokal melalui pori atau cacat di lapisan seng, kecil, bentuk sel korosi yang sangat aktif. Area seng di sekitarnya bertindak sebagai katoda, Mengemudi pembubaran anodik dari area baja kecil yang terbuka, mengarah ke korosi pitting ** cepat ** dan perforasi pipa.

3. Tahap korosi baja terakhir (Tuberkulasi)

Setelah area yang signifikan dari baja dasar terpapar, Mekanisme korosi primer bergeser ke oksidasi zat besi.

Tuberkulasi: Produk oksidasi besi, seperti hidroksida besi ($\teks{Fe}(\teks{OH}) \teks{₂}$) dan oksida besi merah/hitam berikutnya ($\teks{Fe} \teks{₂}\teks{HAI} \teks{₃}$, $\teks{Fe} \teks{₃}\teks{HAI} \teks{₄}$), mengendapkan di lokasi korosi. Ini menciptakan gundukan lokal yang dikenal sebagai ** tuberkel **.
Kegagalan hidrolik: Tuberkulasi tidak hanya mengonsumsi bahan pipa; itu sangat membatasi diameter internal pipa, mengarah ke pengurangan dramatis dalam kapasitas hidrolik ** ** dan peningkatan biaya energi pemompaan. Lebih-lebih lagi, endapan ini, bersama dengan biofilm mikroba potensial, berkontribusi pada penurunan kualitas air (misalnya, “air merah” keluhan).

Strategi penghambatan: Mitigasi dan kontrol

Penelitian tentang mitigasi korosi berfokus pada dua rute utama: Mengoptimalkan Kimia Air untuk Mempromosikan Pasifan Alami, dan memperkenalkan agen kimia (inhibitor) untuk menstabilkan permukaan logam.

1. Pengkondisian Kimia Air (Strategi non-kimia)

Strategi yang paling berkelanjutan adalah menyesuaikan sifat alami air untuk mendorong film pelindung yang stabil.

PH dan kontrol alkalinitas: Maintaining the water’s $\teks{pH}$ within an optimal range (khas $7.5$ ke $8.5$) dan memastikan alkalinitas ** yang memadai ** mendukung presipitasi teks pelindung $ {Caco} \teks{₃}$ and basic zinc carbonates. Sweet spot ini meminimalkan pembubaran kedua seng (at low $\teks{pH}$) dan film PASSIVATING terakhir (at high $\teks{pH}$).
Penyesuaian kekerasan: Meningkatkan ** Kekerasan Kalsium ** (Jika airnya sangat lunak) adalah strategi umum, sebagai kehadiran $ teks{Ca} \teks{²⁺}$ ion sangat penting untuk membentuk padat, skala seperti $ teks{Caco} \teks{₃}$ component that stabilizes the overall passivation layer.

2. Inhibitor korosi kimia (Alat mitigasi utama)

Inhibitor adalah senyawa kimia yang ditambahkan dalam jumlah jejak yang mengganggu proses korosi elektrokimia. Mereka diklasifikasikan berdasarkan mekanisme perlindungan mereka:

A. Inhibitor anodik (Pembentukan film)

Senyawa ini membentuk penghalang pelindung secara khusus di anodik (korosi) situs, secara efektif mempolarisasi permukaan logam.

Fosfat: Kelas paling umum digunakan saat ini, Terutama ** ortofosfat ** ($\teks{Setelah} \teks{₄} \teks{^3-}$). Mereka bereaksi dengan ion logam terlarut ($\teks{Zn} \teks{²⁺}$, $\teks{Fe} \teks{²⁺}$) untuk membentuk yang tidak larut, film tipis ($\teks{Zn} \teks{₃}(\teks{Setelah} \teks{₄}) \teks{₂}$ or $\text{Fe} \teks{₃}(\teks{Setelah} \teks{₄}) \teks{₂}$) langsung di dinding pipa. Tujuannya adalah film ** seng ortofosfat ** yang memberikan kuat, perlindungan yang stabil.
Silikat: Secara historis digunakan, silikat membentuk film yang sangat tidak larut yang menghalangi akses ion agresif ke permukaan logam. Efektivitas mereka sering ditingkatkan saat dikombinasikan dengan inhibitor lain.

B. Inhibitor katodik (Perlambatan reduksi oksigen)

Inhibitor ini memperlambat reaksi katodik (Pengurangan oksigen), secara efektif mengendalikan arus yang mendorong korosi.

Polifosfat: Fungsi ini sebagai agen pengambilan, mencegah pembentukan endapan hidroksida besi tebal ($\teks{Fe}(\teks{OH}) \teks{₃}$) yang mana yang akan membentuk tuberkel. Mereka menjaga ion logam tetap larut, mengurangi yang terlihat “air merah” masalah, tetapi umumnya kurang efektif untuk secara langsung menghentikan kehilangan logam daripada ortofosfat. Sering, A ** Campuran Ortho- dan polifosfat ** digunakan untuk memberikan pencegahan korosi langsung (ortho) dan sekuestrasi (poli).

C. Sistem Inhibitor Blended

Praktik modern jarang menggunakan inhibitor tunggal. Penelitian berfokus pada mengoptimalkan campuran sinergis, seperti:

Campuran orto-polifosfat: Pendekatan umum ini memberikan pasif segera (ortho) Sambil menjaga air tetap stabil dan bersih (poli), Mengelola tujuan perlindungan dan kejelasan air yang bersaing.
Campuran fosfat-silikat: Ini memanfaatkan keuletan pembentukan film silikat dan kemampuan polarisasi fosfat yang kuat, sering mencapai hasil yang lebih baik daripada kedua senyawa saja, Terutama di kimia air yang lebih lembut.

Arah Penelitian Masa Depan

Sementara baja galvanis secara bertahap dihapus dalam konstruksi baru, Mengelola jutaan kilometer perpipaan galvanis yang ada tetap menjadi tantangan utama. Penelitian di masa depan harus fokus:

Pengaruh biofilm: Interaksi kompleks antara inhibitor, Produk Korosi, dan biofilm mikroba masih belum sepenuhnya dipahami. Biofilm dapat mengkonsumsi oksigen atau membuat kondisi asam lokal, mempercepat korosi bahkan di hadapan inhibitor.
Pemantauan lanjutan: Mengembangkan non-invasif, Teknik pemantauan real-time (misalnya, Analisis Noise Elektrokimia, Model Prediksi Pembelajaran Mesin) Untuk menilai secara akurat laju penipisan dan integritas lapisan seng di tempat.
Penghambatan hijau: Menjauh dari inhibitor berbasis fosfor tradisional, yang berkontribusi pada eutrofikasi air, menuju lebih ramah lingkungan, Alternatif tidak beracun yang berasal dari produk alami atau senyawa organik khusus.