Chemické a technologické aspekty problematiky oxidace měděných kontaktů elektrických zařízení používaných v úpravnách vod | Článek v časopise Mladý vědec
Chuprová, L. V. Chemické a technologické aspekty problému oxidace měděných kontaktů elektrických zařízení používaných v čistírnách vod / L. V. Chuprová, O. V. Ershova, E. R. Mullina. — Text: přímý // Mladý vědec. — 2013. — č. 9 (56). — S. 77-80. — URL: https://moluch.ru/archive/56/7712/ (datum přístupu: 14.02.2025).
Drůbežářské podniky patří mezi největší spotřebitele vody, což má za následek velké množství produkovaných odpadních vod. Zpracování drůbežího odpadu, jatečního odpadu a čištění vysoce koncentrovaných odpadních vod je důležitou součástí práce každého podniku a vyžaduje zavedení moderních technologií a zařízení pro čištění odpadních vod a zpracování hnoje, které zvýší ziskovost podniku snížením ekologických plateb, racionálním využíváním energetických zdrojů a nakládáním s odpady.
Složení odpadních vod je různé a závisí na kapacitě podniku, jeho produkčním profilu, technickém vybavení, druhu a věku porážených a zpracovávaných ptáků. Charakteristickým znakem odpadních vod z těchto podniků je vysoký obsah tuků, bílkovin, sloučenin dusíku a fosforu a dalších specifických kontaminantů. Vypouštění takto vysoce koncentrovaných odpadních vod bez předběžného čištění do komunálních čistíren vede k narušení kyslíkového režimu v biologických čistírnách, změnám koncentrací vodíkových iontů, druhovým změnám mikroflóry, zvýšení kalového indexu a odstraňování aktivovaného kalu z čistíren. Úprava takové odpadní vody zahrnuje značnou spotřebu rozpuštěného kyslíku a v důsledku toho je potřeba dodávat velký objem vzduchu pro provzdušňování. Oxidaci také ztěžuje významný obsah organických látek obsahujících dusík a fosfor.
V provozech na zpracování drůbeže se tlaková flotace používá k fyzikálnímu a chemickému čištění vody. Podstatou této metody je shromáždit nečistoty a vynést je na povrch pomocí vzduchových mikrobublin, které s nečistotami tvoří silné flotační komplexy. Aby toho bylo dosaženo, vstupuje do flotační komory paralelně s odpadní kapalinou roztok přesycený vzduchem, ze kterého se v důsledku poklesu tlaku uvolňují drobné bublinky plynu. Flotační komplexy (bubliny plynu s částicemi kontaminantů) stoupající na povrch kapaliny tvoří flotační pěnu, která se snadno odstraňuje z povrchu kapaliny.
Výzkum a praktické využití elektrických zařízení v úpravnách vody ukazuje, že podléhají rychlé a často nepředvídatelné destrukci, konkrétně dochází k rychlé oxidaci měděných kontaktů zařízení, což má nežádoucí vliv na chod celého čistícího komplexu a vede k rychlému selhání zařízení.
Jedním z nejvýznamnějších důvodů poklesu spolehlivosti elektrických zařízení obsahujících měděné kontakty jsou různé vlivy agresivního prostředí na ně.
Je známo, že v atmosférických podmínkách, na rozdíl od mnoha jiných kovů, měď nepodléhá korozi, protože na jejím povrchu se tvoří tenká rovnoměrná vrstva (film) korozních produktů, která neobsahuje žádné agresivní sloučeniny, které by mohly za jakýchkoli podmínek zničit kov. Ve vodě a roztocích neutrálních solí má měď také dostatečnou stabilitu, která je znatelně snížena přítomností kyslíku a oxidačních činidel. V mořské vodě, provzdušňované nízkými průtoky, se měď vyznačuje malým rovnoměrným rozpouštěním (asi 0,05 mm/rok). Při vysokých rychlostech průtoku kapaliny a nárazech paprsků se rychlost koroze mědi výrazně zvyšuje [3].
Na vzniku korozních procesů však přispívají faktory jako vlhkost a teplota vzduchu a také složení atmosféry. Agresivní vlastnosti atmosféry ve vztahu ke kovům jsou navíc dány nejen vlhkostí, ale také znečišťujícími látkami, které se do ní dostávají. Aby bylo možné zjistit příčiny oxidace měděných kontaktů elektrického zařízení a učinit technická rozhodnutí o problému, byly provedeny studie v dílně fyzikální a chemické úpravy vody (PCT) na drůbežářské farmě.
V souladu s ISO 11357 byla provedena analýza zoxidovaných vzorků měděných kontaktů v různých prostorách úpravny procesní vody za účelem zjištění kvalitativního složení korozních produktů. Stanovení bylo provedeno pomocí diferenciální skenovací kalorimetrie a termogravimetrické analýzy (DSC a TG) na synchronním termickém analyzátoru STA449F3 Jupiter od NETZSCH. Výsledky testu jsou uvedeny na obrázcích 1–3.
Na základě získaných dat bylo zjištěno, že korozní produkty obsahují následující složky: sulfid měďnatý CuS (teplota rozkladu > 450 °C); sulfid měďný Cu2S (teplota rozkladu 1129 °C); oxid měďnatý CuO (teplota rozkladu > 800 °C); oxid měďnatý Cu2O (teplota rozkladu 1242 °C); chlorid měďnatý CuCl2 (teplota rozkladu 596 °C); chlorid měďný CuCl (teplota rozkladu 1212°C).
Rýže. 1. DSC a TG křivky vzorků měděných kontaktů elektrických zařízení dílny technické vody FHO
Rýže. 2. Křivka DSC a TG experimentálního vzorku č. 2 (tlakově-reagenční flotační platforma)
Rýže. 3. Křivka DSC a TG prototypu č. 3 (pracovní plocha operátora)
Výsledky experimentu nám umožnily předpokládat, že elektrické zařízení je provozováno v agresivním prostředí, jehož součásti při interakci s měděnými kontakty je ničí a vyřazují z provozu zařízení. Proto je nutné určit stupeň agresivity prostředí zkoumáním atmosférického pozadí pracovního prostoru úpravny vody a dalších faktorů ovlivňujících složení atmosféry.
Pro testování byly odebrány vzorky vzduchu z pracovního prostoru provozní místnosti (1. NP) a flotační zóny (2. NP) fyzikálně chemické čistírny průmyslové vody. Kvantitativní chemický rozbor vzduchu je uveden v tabulce č.1.
Na základě získaných údajů bylo zjištěno, že vzduch v pracovním prostoru obsahuje tyto složky: čpavek, sirovodík (dihydrosulfid), chlor, chlorovodík (hydrochlorid), oxid siřičitý, které jsou klasifikovány jako žíravé plyny. Získané výsledky kvalitativního a kvantitativního složení ovzduší v pracovním prostoru, studium právní a regulační dokumentace umožnilo určit, že prostředí, ve kterém elektrická zařízení pracují, je středně agresivní. Přítomnost několika korozivních plynů v atmosféře a vysoká vlhkost dále zvyšuje její agresivitu, což je hlavní vnější faktor přispívající ke korozi měděných kontaktů a selhání zařízení [2].
Pro identifikaci dalších faktorů ovlivňujících složení atmosféry v pracovním prostoru úpravny vody byly provedeny studie na průmyslové vodě přicházející k úpravě z drůbežích jatek (vzorek č. 1) a po cyklu flotace (vzorek č. 2). Výsledky analýzy jsou uvedeny v tabulce č. 2.
Kvantitativní chemická analýza ovzduší pracovního prostoru
Místo odběru vzorků
Stanovené ukazatele
Jednotky měření
Výsledky výzkumu, charakteristika chyb
Pracoviště obsluhy čistírny. První patro (místnost operátora)