Урок 6

Введение

Коррозия — проблема трудная. В противоположность проблемам с жесткостью, железом и марганцем, которые мы изучали до сих пор, причины и методы устранения коррозии следует изучить тщательно, и тогда водоподготовка даст хорошие результаты.

6 Коррозия

Коррозия — это явление, связанное с поведением металла в окружающей среде. Для наших целей мы рассмотрим поведение металлов, используемых в водопроводных системах, в пресной воде, используемой для бытовых целей. Коррозию также правильно описывают, как стремление металлов возвращаться в свое природное состояние в виде руды. Этот процесс может включать в себя второй этап, при котором оксид, гидроксид или карбонат металла может образовывать отложения в месте коррозии. Таким образом, коррозия происходит, когда металл растворяется в воде и ли разлагается водой. В некоторых случаях продукты второго этапа коррозии или отложения могут служить защитой от дальнейшей коррозии.

Сложности добавляет то, что разные металлы имеют разную склонность к коррозии в одной и той же воде (или не имеют склонности к коррозии вовсе). Определенный тип воды может вызывать коррозию одного металла, и не вызывать коррозии другого, в то время, как другой тип воды — наоборот.

Вода сама по себе может быть очень разной. Поверхностные воды очень отличаются от грунтовых. И те, и другие изменяются в зависимости от географических условий, а грунтовые воды — еще и в зависимости от времени года. Многие территориальные общины получают воду из разных источников, а некоторые из них даже смешивают поверхностные и грунтовые воды. То есть, водная среда очень разнообразна.

Бытовые водопроводы — это еще одна разнообразная среда. Тот факт, что в одном доме в водопроводной системе и устройствах, использующих воду, могут использоваться различные металлы, сплавы и даже неметаллы, добавляет свои вариации и сложности.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что, к сожалению, источники бытового водоснабжения могут быть разнообразными в плане их качества и склонности к коррозионной активности. Точно так же и материалы, используемые для строительства водопроводов, имеют разную склонность к коррозии.

До этого момента мы рассматривали коррозию в воде как физическое явление, изменяющееся в зависимости от химических загрязнителей (газов и минералов), присутствующих в воде, а также в зависимости от химического состава материалов, из которых изготовлен водопровод. Мы пока не рассматривали физические факторы, такие как температура воды и скорость водного потока, которые могут значительно влиять на показатели коррозии и эрозии.

И последнее. Общепризнано, что коррозия металлов имеет электрохимическую природу, являющуюся результатом течения электрического тока между электродами, в частности, между разными металлами, или же между анодными и катодными участками на поверхности какого-то одного металла. На анодном
участке происходит разложение металла. Это нас подводит к третьей переменной или к третьему источнику сложностей: к тому факту, что металлические поверхности неоднородны по составу, что приводит к тому, что на поверхности одного и того же металла могут быть анодные и катодные участки. Металлические загрязнители, накопления отложений или продуктов коррозии, и даже плотно прилегающие органические отложения могут прямо или косвенно влиять на образование электрических коррозийных цепей или гальванических элементов.

Отличным методом контроля коррозии в водонагревателях является катодная защита, заключающаяся в использовании магниевого или алюминиевого протекторного анода. При химическом контроле коррозии подавляют реакции на электродах. С тех пор, как в начале этого века стали идентифицировать проблемы, связанные с коррозией в муниципальных системах водоснабжения и домашних водопроводах в США, решение все еще ускользает от исследователей, также как и точное определение первопричины коррозии и возможность предсказывать или предвидеть темпы коррозии и срок полезной службы систем водоснабжения.

Хотя и были достигнуты значительные успехи, в основном, в использовании устойчивых к коррозии материалов и в использовании катодной защиты водонагревателей, каждое такое решение сталкивалось с проблемами его применения на всей территории страны. Фактически, использование всех материалов или систем открыло новые разновидности проблем с коррозией, которые до этого были непредсказуемы.

Коррозия в водопроводных системах зависит от такого количества несвязанных между собой переменных, что коррозионный потенциал источника водоснабжения невозможно предопределить с помощью какого-либо простого уравнения или коэффициента коррозии. Так же как и не существует рецепта для универсального решения проблемы коррозии.

Индекс насыщения Ланжелье

В 1936 г. Ланжелье указал при обсуждении индекса насыщения (коэффициента растворимости карбоната кальция), носящего его имя: «индекс насыщения Ланжелье — это показатель тенденций в направлении и движущей силы, но он никоим образом не является мерой продуктивности. Возможность покрытия трубы будет зависеть от способности воды сопротивляться изменению индекса после неблагоприятного воздействия». Поскольку индекс Ланжелье относится только к состоянию насыщения карбонатом кальция в данный момент времени, было бы неправильным определять воду с отрицательным индексом Ланжелье как коррозионно-активную. Было бы более точным сказать, что образец воды с положительным индексом Ланжелье образует отложения карбоната кальция, а вода с отрицательным индексом не образует, а наоборот, растворяет карбонат кальция. Таким образом, эти индексы, которые базируются на уравнениях, описывающих растворимость карбоната кальция, являются приблизительной мерой растворяющей способности, а не коррозионной активности. Это доказано в случаях со многими источниками водоснабжения, которые не соответствуют прогнозам, сделанным с помощью этих индексов. Например, существует множество источников водоснабжения, имеющих очень высокие показатели данного индекса и, вместе с этим, являющихся коррозионно-активными. Другие же источники, наоборот, имеют отрицательный индекс, но не являются коррозионно-активными. Эти факты прямо противоречат первоначальному предположению, что положительные значения индекса означают отложения карбоната кальция в трубах и, таким образом, их защиту, в то время как отрицательные значения индекса означают недостаток в таких отложениях (т.е. растворение карбоната кальция, находящегося на трубах) и, таким образом, наличие коррозионного потенциала.

Однако, несмотря на то, что никакое простое уравнение или индекс коррозии не могут точно спрогнозировать коррозионный потенциал источника водоснабжения, а также, несмотря на то, что универсальных методов устранения коррозии не существует, за более чем 60 лет водными химиками и инженерами была проделана большая заслуживающая доверия работа по определению причин коррозии в источниках водоснабжения и разработке методов ее устранения. Результатом этих исследований стали надежные методы устранения определенных проблем, связанных с коррозией, в точках использования, хотя эти методы и не являются универсальными для всех типов коррозии во всех источниках водоснабжения. Однако, зная конкретные характеристики воды, существующие водопроводные системы и другие необходимые факторы, специалист по водоподготовке в точке использования может успешно применять определенные методы устранения коррозии.

Причины коррозии

Коррозию можно определить как разрушительный распад — съедание — металлов в результате электрохимической активности.

Есть три основных вида коррозии, вызванных:

1. Кислородом.

2. Кислотами.

3. Гальваническим эффектом.

Когда имеет место коррозия металлов, во всех трех случаях происходит химическая реакция одного вида. К примеру, железо реагирует следующим образом:

Что вызывает эту реакцию, зависит от продуцента коррозии. Например, если причиной коррозии является кислород, то эта часть всей реакции выглядит так:

Скомбинировав эти две половины реакции, получим:

Здесь произошло поглощение металлического железа. Теперь двухвалентное железо может прореагировать с дополнительным кислородом, чтобы образовать оксид двухвалентного железа или быть унесенным водой в виде ионного железа.

Коррозия железа. Коррозия железа может происходить при наличии доступа к влаге в воздухе, а также в воде. Металлические столбы ограждения являются поразительным примером коррозии в результате воздействия кислорода и влаги. Над уровнем земли эти столбы подвержены воздействию в первую очередь кислорода, в то время как под землей — влаги. Внимательное изучение ржавых металлических
столбов показывает, что большинство коррозии происходит как раз на уровне земли, где присутствуют и кислород, и влага.

В случае, когда причиной коррозии являются кислоты, «кислотная» половина реакции выглядит так:

Скомбинировав половины реакции, получим такое уравнение:

В случае возникновения гальванического эффекта, половина реакции такова:

Эта реакция произойдет, если в растворе присутствуют ионы меди. В других случаях водород может образовываться, как в примере В.

После того, как произошла реакция Е, окончательное расположение ионов двухвалентного железа (образованного кислотой или в результате гальванического эффекта) будет зависеть от уровня pH и растворенного в воде кислорода. Потенциальное разнообразие условий велико, что может привести к самым
разным результатам.

Мы ограничили наши примеры коррозионной активности воздействием на железо. Это, возможно, не покажется странным, так как мы все склонны думать, что коррозия в первую очередь касается железа. Большинство считает железо — наиболее часто используемый металл — металлом, который легче всего подвергается коррозии.

Некоторые металлы имеют большую химическую активность, некоторые меньшую. Некоторые реагируют и образуют ионы и соединения быстрее других. Такие реакции связаны с готовностью металла высвобождать электроны при формировании соединений или ионов. Например, некоторые металлы соединяются с кислородом или водородом довольно легко, другие относительно инертны. Калий, с одной стороны, очень легко соединяется с кислородом, золото, напротив, чрезвычайно стабильно.

Схема активности металлов (см. ниже) показывает, что шесть металлов являются более активными в химическом отношении, чем железо. Все они окисляются легче. Неожиданным может оказаться расположение в этом списке над железом алюминия и цинка.

Когда алюминий или цинк подвергаются воздействию воздуха, происходит окисление. Однако образовавшийся оксид плотно прилипает к металлу под ним. Таким образом, он служит защитным покрытием, предотвращающим дальнейший контакт между обнаженным металлом и воздухом.

Когда же окисляется железо, то ржавчина по мере образования может, наоборот, отпадать. Причиной этому служит то, что при окислении железа образуется довольно пористый материал. В некоторых случаях, эти отложения отпадают или смываются, при этом постоянно обнажая металл под ними. Даже когда оксид железа не отделяется от металлической поверхности, он не формирует достаточно твердого покрытия, которое предотвращало бы дальнейшую коррозию. Для предотвращения коррозии железа, обычно на его поверхность наносят покрытия из другого материала.

Некоторые распространенные металлы, расположенные в порядке уменьшения их активности от анодных до катодных 

                                                             

Какой вывод можно сделать из наблюдений и предыдущего материала относительно факторов, вызывающих коррозионную активность воды?

Если вода кислая или даже слегка щелочная, она имеет склонность к коррозионной активности. Несомненно, вы были свидетелями примеров, когда сильные кислоты быстро растворяли металлы. Когда уровень pH воды низкий, происходит то же самое, только медленнее. Причин того, что вода является кислой, может быть несколько. Например, это может быть вызвано присутствием определенных растворенных газов, таких как углекислый газ или сероводород.
Также кислотность может быть вызвана определенными кислыми промышленными стоками.

Шахтные воды часто содержат высокие концентрации сильных кислот и, возможно, являются самыми коррозийными из всех «естественных» источников воды. Кроме того, они часто содержат очень большое количество железа. Однако такие шахтные воды можно обрабатывать с довольно приемлемым результатом,
в случае, если содержание сульфатов в них не слишком высоко. Если кислая вода начинает разъедать стенки металлической емкости, то вся плоскость обычно подвергается коррозии довольно равномерно. Исключение составляют случаи, когда вода течет через емкость по одному и тому же пути. В этом случае вода, скорее всего, выест в металле глубокие желоба.

Любопытно, что побочный продукт коррозии часто служит защитой металла от дальнейшего разрушения. Один из распространенных таких побочных продуктов — это газообразный водород. (Реакции, в результате которых образуется водород, показаны в примерах В и Г). Если вода неподвижна, водород действует
в качестве защитной пленки, предотвращающей дальнейшую коррозию. Другой побочный продукт — это карбонат цинка, которых образуется при коррозии оцинкованных труб. Другие побочные продукты образуются в зависимости от типа металла. Во многих случаях они имеют склонность к действию в качестве
защитной пленки. Если вода смывает такие побочные продукты, то они, конечно, не могут защитить металл от дальнейшего разрушающего действия коррозии.

Электрическая проводимость воды также влияет на ее коррозионную активность. Хорошо известно, что электрический ток возникает при погружении пластин из разнородных металлов в токопроводящий раствор. В этом случае, определенное и измеримое количество электричества будет протекать через соединение между пластинами. Это соединение может быть обеспечено внешним проводом или прямым контактом между металлическими пластинами.

Электролиты. Вещества, ионизирующие раствор, то есть, распадающиеся на ионы. Такие растворы способны проводить электрический ток.

Данная схема иллюстрирует очень интересный эксперимент. Она показывает, как вода при определенных условиях может быть хорошим электрическим проводником. Когда вода является проводником, лампочка будет светиться.

Налейте в лабораторный стакан дистиллированную воду. Лампа не светится. Это говорит о том, что дистиллированная вода является непроводником. Теперь долейте в дистиллированную воду раствор сахара или спирта. Электрического тока все еще нет. Такие растворы называют неэлектролитами.

И, наконец, растворите в дистиллированной воде какое-нибудь соединение, например, поваренная соль. Теперь лампочка ярко засветится, что свидетельствует о том, что данное соединение является электролитом.

Например, если цинковую и медную пластины поместить в раствор, проводящий электричество, и соединить их проводом, произойдет следующее:

1. Цинк будет перемещаться в раствор в виде ионов цинка.

2. Через соединительный провод будет протекать электрический ток.

Подобная ситуация может возникнуть и в домашнем водопроводе. Иногда случается так, что оцинкованная труба контактирует с медью или латунью (вид медного сплава). При таких обстоятельствах существует упомянутое второе условие — прямой контакт между металлическими пластинами. Поскольку вода — это электролитический раствор (т.е., она способна проводить электрический ток), цинк с оцинкованной трубы станет перемещаться в раствор в виде ионов. Чем выше проводимость воды, тем быстрее будет протекать эта реакция. Через некоторое время потерю ионов цинка можно будет определить по износу трубы.

Таким образом, мы можем сказать: когда разнородные металлы контактируют в растворе, способном проводить электрический ток, происходит два события:

1. Между двумя металлами протекает электрический ток.

2. Один из металлов постепенно растворяется.

Во многих домашних водопроводах оцинкованные трубы используются совместно с латунными кранами или другой арматурой. На каждом соединении между разнородными металлами вырабатывается электрический ток, что вызывает коррозию одного из металлов. Скорость протекания этой реакции во многом зависит от проводимости воды и соотношения количества латуни к количеству цинка. В свою очередь, проводимость зависит от количества различных минералов в воде. К счастью, вода из большинства источников имеет низкую проводимость. Поэтому в этом случае коррозия не вызывает особых проблем. Однако, в некоторых источниках водоснабжения этот вид коррозии повышает количество железа в воде и приводит к преждевременному выходу из строя труб и водонагревателей. Гальваническая коррозия вызывает образование ямок и разъедание менее благородного из двух металлов.

Благородный. Когда этот термин применяется к металлам, он описывает их стойкость к коррозии. Чем более благородным является металл, тем сильнее его сопротивляемость коррозии.

Такой вид коррозии возникает у мест соединения менее благородных металлов с более благородными. Поэтому использование одного металла во всей системе может предотвратить этот вид коррозии.

Однако, хотя это действительно помогает, это не гарантирует предотвращение коррозии. Почему? Потому что на металлических поверхностях могут находиться местные загрязнители. Это могут быть загрязнители в цинке, использованном для оцинковки стальных труб. Также загрязнители могут присутствовать из-за наличия металлических или неметаллических веществ в самой воде. В любом случае, возможность возникновения коррозии есть всегда. Скорость коррозии, вызванной электролитическим действием, зависит от растворенных минеральных веществ в воде. Чем больше таких веществ, тем сильнее способность воды проводить электрический ток. И, следовательно, тем выше ее коррозионная активность.

Свободный кислород в воде также может вызывать коррозию. Также как металлы ржавеют или тускнеют на воздухе, металлы в водопроводе тоже могут быть подвержены пагубному воздействию кислорода. Кислород в воде объединяется с металлами и образует оксиды. Происходит такая же химическая реакция, как и в случае, когда влажный воздух вызывает образование ржавчины на незащищенных металлических поверхностях. В воде или во влажном воздухе во время реакции с кислородом поглощается какое-то количество металла.

При коррозии в системах водоснабжения, вызванной присутствием кислорода, происходит скорее образование отдельных глубоких углублений, а не общее видоизменение всей металлической поверхности. Результат воздействия может выглядеть не таким уж и плохим, по сравнению с тем, когда страдает вся поверхность. Но единственная маленькая дырочка может вывести из строя целую составляющую водопровода.

Повышение температуры влияет на темпы коррозии, поскольку при этом повышается скорость протекания электрохимической реакции коррозии. Как правило, повышение температуры повышает коррозионную активность воды. В бытовых системах водоснабжения использование больших объемов горячей воды ускоряет коррозионные процессы в трубах горячей воды. И даже в случае, если в трубах холодной воды уровень коррозии низкий или ее нет вообще, в трубах горячей воды уровень коррозии может быть высоким. Практически во всех бытовых водопроводах гораздо более вероятно возникновение коррозии в трубах горячей воды. Исследования показывают, что темпы коррозии стали могут повыситься в три-четыре раза от обычного, если температура повысится с 60°F до 140°F (с 15,5°С до 60°С). При температурах выше 140°F темпы коррозии могут удваиваться с каждым повышением температуры на 20 градусов.

Точно определить источник проблем с коррозией в каждом случае не всегда просто, поскольку три главных первопричины коррозии могут переплетаться. Но вам все равно нужно иметь какое-то предположение о том, что именно вызывает коррозию.

Многие ошибочно уверены, что поддержание определенного уровня жесткости в воде является лучшим методом предотвращения коррозии. В основе этого лежит идея о том, что минералы жесткости образуют накипь на стенках труб, которая защищает их от коррозии. И если при правильном контроле этот метод может работать в определенных условиях, на него нельзя положиться в быту, поскольку он может вместо предотвращения проблем, наоборот, вызывать их. Почему? Поскольку в бытовых условиях температура и скорость потока воды постоянно изменяются, поддерживать однородную и непроницаемую накипь практически невозможно. Довольно трудно создать и поддерживать нужное количество покрытия из накипи. Если ее будет слишком много, она может ограничивать скорость потока воды и затруднять эффективную передачу тепла. По мере образования накипи стоимость возрастает, а эффективность падает. Поэтому жесткость — плохой ответ на проблемы коррозии.

Что же можно сделать с коррозией? Есть несколько общепринятых методов решения этой проблемы. Они включают нейтрализующие фильтры, полифосфаты, силикаты, поглотители растворенного кислорода, устраняющие блуждающие токи в трубах, использование неметаллических пластиковых труб и арматуры, а также защитные покрытия. Использование каждого из таких методов приводит к определенному успеху в минимизации коррозионной активности и жесткой, и мягкой воды. Какова вероятность успеха этих методов? Ответ будет: «Все зависит от...». И все потому, что причины коррозии различны. Кроме того, проблема может усугубляться другими факторами. Все оказывает свое влияние на возможность успешного применения существующих методов решения проблем с коррозией. Выбор метода в каждом случае зависит от тщательного изучения факторов коррозии, а также других имеющихся проблем.

Нейтрализующие фильтры

Баки с известняковым щебнем (кальцитом) помогают устранить кислотность, возникающую благодаря углекислому газу (угольной кислоте) или небольшим количествам неорганических кислот. При использовании этого метода кислота соединяется с карбонатами известняка и формирует относительно безобидные бикарбонаты. Известковые фильтры удобны в использовании и не требуют тщательного ухода. Владелец должен только время от времени добавлять известняковый щебень

При использовании этих фильтров могут возникнуть две проблемы:

1. Нейтрализация кислоты может вызвать нестабильность, что может привести к тому, что будет легко образовываться накипь. Если кислоты  много, такая фильтрация может разбалансировать воду, что приводит к необходимости использования умягчителя для удаления жесткости.

2. Удаление кислой среды может усилить проблемы с железом. Если вода содержит железо, использование известкового фильтра может вызвать отложение трехвалентного железа внутри или даже после фильтра и, таким образом, усугубить проблему окрашивания. Чтобы фильтр не забивался осажденным железом, может потребоваться более частая обратная промывка.

Фосфаты

Ортофосфаты, как и силикаты, реагируют с небольшими количествами находящихся в воде ионов металлов, таких как цинк, свинец, медь, железо, марганец, кальций, магний и кремний, а также с металлами, входящими в состав водопроводных систем. При этом на стенках труб образуется тонкая, плотная, некоррозийная пассивирующая пленка. Эта пленка почти такая же, как стеклянное покрытие. Эти пленки или покрытия предотвращают контакт воды и металлических деталей и таким образом предотвращают коррозию. Полифосфаты, такие как триполифосфат натрия, пирофосфат натрия, гексаметафосфат натрия, а также группа, известная под названием биметаллические стекловидные фосфаты, также образуют растворимые соединения железа, марганца, кальция, магния, кремния, свинца и других металлов в процессе секвестрации (см. стр. 120).

Полифосфаты получаются путем дегидратации или конденсации ортофосфатов. Иногда полифосфаты стремятся регидрироваться и снова возвратиться в ортофосфатную форму. Интенсивность возвращения усиливается при высокой температуре воды, низких значениях pH, с течением времени, а также в присутствии оксидов некоторых тяжелых металлов, включая железо. В состав полифосфатов, поставляемых на рынок, также может входить цинк, который подавляет стремление к возвращению в прежнее состояние.

Полифосфаты в растворе анионоактивны и могут быть удалены с помощью анионного обмена. Однако, после реакции с металлами (например, железом) полифосфаты превращаются в липкий коллоидный осадок, который необходимо отфильтровывать (например, с помощью 5-микронного картриджного фильтра или фильтровального песка №20 на дне слоя смолы умягчителя) или растворять кислотой (например, лимонной, уксусной или фосфорной) в регенерационном рассоле.

Если воду, имеющую высокую концентрацию кальция, способного осаждаться, обработать полифосфатами в количестве не более 0,5 мг/л, это уже предотвратит осаждение накипи СаСO₃. Полифосфаты также могут удерживать железо и марганец в растворе (секвестрация) в условиях, в которых они иначе осядут, в присутствии кислорода или хлора при высоких уровнях pH.

Кроме того, полифосфаты предотвращают отложение накипи посредством искривления обычной формы кристалла кальцита при осаждении СаСО₃. Структура накипи становится слабой и уже неспособной к нарастанию. Поскольку полифосфаты обладают сильным зарядом, они притягивают частицы осадка и не позволяют им оседать, так как эти частицы отталкиваются друг от друга.

Смешанные фосфаты входят в состав различных смесей полифосфатов и ортофосфатов. Такие смешанные формулы обладают свойствами подавления коррозии, присущими ортофосфат-ионам и способностью к секвестрации (комлпексообразованию), присущей полифосфатам.

Смесь фосфатов для контроля коррозии обычно состоит из около 60% полифосфатов и 40% ортофосфатов. Фосфатные пленки непостоянны. С течением времени они растворяются и смываются. Чтобы это предотвратить, необходимо подавать фосфаты в воду более-менее постоянно.

На первом этапе фосфатные ингибиторы должны подаваться в дозах, в 10 раз превышающих нормальные. Это делается с целью нанесения пассивирующей пленки. Как только она образуется, для поддержания однородной пассивирующей пленки необходима доза 0,5-1 мг/л. Кроме того, следует добавить количество, необходимое для поглощения железа, марганца, жесткости и других составляющих воды. Для достижения наилучших результатов, как правило, необходимо подавать антикоррозионную смесь фосфатов в количестве 1-3 мг/л и поддерживать pH на уровне 7,4-7,8.

Для секвестрации применяются смеси из 80% полифосфатов и 20% ортофосфатов. Объемы подачи — 1 мг/л смеси на каждый мг/л железа и марганца плюс 1 мг/л на каждые 10 грейнов на галлон (171 мг/л) общей жесткости. Для секвестрации магниевой жесткости фосфатные смеси на основе калия более эффективны, чем фосфаты на основе натрия.

Для потребностей водоподготовки промышленность выпускает фосфаты в жидкой и кристаллической форме. Они применяются такими способами:

1. Впрыскивание с помощью насоса-дозатора.

2. Использование специально приготовленных составов в небольших баках или картриджах. В процессе производства фосфаты соединяются с кальцием и магнием. При помещении в небольшой смеситель или картридж, эти составы медленно растворяются. Если через резервуар направить часть воды, она захватит необходимое для системы количество полифосфатов. Такие составы могут подаваться в воду с помощью дозатора pot или фосфатного картриджного фильтра.

Pot-тип дозатор химических реагентов

Если для подавления коррозии используются твердые полифосфаты, целесообразно применять бак для их растворения, наподобие бака, показанного на рисунке.

Слабым местом этого второго метода является невозможность обеспечения ровной концентрации полифосфатов. Для выравнивания подачи целесообразно применять смесители или выравнивающие/ накопительные баки. Кроме того, рекомендуется обеспечивать немного более высокую концентрацию, чем необходимые 5-20 мг/л (ppm), чтобы компенсировать неполное смешивание.

Другие реагенты

Водоканалы и промышленные предприятия для подачи в частично умягченную воду для уменьшения коррозионных тенденций иногда используют силикат натрия (Na₂Si₄O₉), или жидкое стекло. Как и полифосфаты, силикат формирует защитную пленку. В некоторых случаях для повышения уровня pH

добавляется каустическая сода в качестве вспомогательного средства для остановки коррозии. Силикат натрия соединяется с кальцием и образует силикат кальция (CaSiO₃) — жесткую, плотную пленку. В использовании силикатов имеются определенные недостатки. Трудно найти силикат, который растворяется
в нужном темпе, не слишком медленно, но и не слишком быстро. Необходим также тщательный контроль процесса подачи силиката натрия в воду. Более того, при изменении температуры защитная кремнеземная отстает от стенок сосуда. Поглотители растворенного кислорода — это еще один промышленный подход к решению проблем коррозии с помощью химических реагентов. Сульфит натрия и нитрит натрия уже давно используются как поглотители кислорода.

Некоторые эксперты в области коррозии придерживаются мнения, что первопричиной коррозии является растворенный кислород. Если это так, то можно ожидать, что поглотители растворенного кислорода могут устранять коррозию при всех температурах. И нужно сказать, что получаемые результаты
оправдывают их длительное применение. Кроме того, применение поглотителей кислорода — метод недорогой. Но, к сожалению, они могут сделать воду непригодной для питья. По этой причине их можно использовать только для определенных технических нужд.

Ниже приведены реакции, происходящие в воде при использовании сульфита натрия и нитрита натрия в качестве поглотителей кислорода:

Защитные покрытия

Защитные покрытия являются хорошей базовой защитой от коррозионно-активной воды. По этой причине широко практикуется оцинковка стальных труб. Покрытие стальных труб цинком служит двум целям:  (1) это предотвращает контакт воды со сталью и (2) такое покрытие имеет тенденцию «залечивать» свои бреши. Когда цинковое покрытие разрушено от механического или коррозионного воздействия, цинк, находящийся вблизи, поступает в раствор, а затем откладывается в виде оксида цинка на незащищенную сталь и формирует новое защитное покрытие. В этом случае для защиты стали используется гальванический эффект. Широко используются и другие виды покрытия. Среди них — покрытие стеклом, красками и другие органические покрытия. Все они доказали свою большую или меньшую эффективность.

Главной проблемой покрытий является трудность в нанесении непрерывного покрытия. Трудно покрыть металл, не оставляя пропусков или незащищенных мест. К сожалению, такие пропуски могут усилить коррозионную активность. Даже крошечная брешь может быть причиной неприятностей. В остеклованной
емкости, например, небольшая брешь может быть причиной того, что коррозия будет распространяться под покрытием как раковая опухоль. Технологии нанесения покрытий за последние годы достигли значительных успехов. Стеклянное покрытие стало настолько надежным, что производители предоставляют на водонагреватели 10 или даже 15-летнюю гарантию. И хотя успехи впечатляют, на практике, в основном, ограничиваются внутренними поверхностями баков и больших резервуаров. За исключением редких случаев, покрывать таким образом длинные трубы слишком дорого.

Изолирующие фитинги

Там, где в водопроводных системах должны быть соединены разнородные металлы, гальваническую коррозию существенно уменьшает использование непроводящих соединительных деталей (фитингов). Такие непроводящие фитинги разрывают соединение между разнородными металлами, что резко уменьшает течение электрического тока между ними. Результат — практически полное прекращение электрохимической коррозии в местах соединений. Там, где контактируют поверхности с относительно большими площадями, хорошо работают изоляционные втулки. Наглядный пример — это вводы и выводы водонагревателей. Однако использование таких втулок для всех кранов в системе может быть  непрактичным. Этот недостаток особенно проявляется в случае малоразмерных соединений.

Коррозия в контексте естественной мягкой
воды и умягченной воды

Очень жаль, что некоторые «эксперты» классифицируют умягченную воду как коррозионно-активную. Несомненно, такое мнение является следствием практического опыта со многими источниками водоснабжения в Новой Англии.

В этом регионе большинство вод являются естественным образом мягкими. Фактически, они имеют низкое общее солесодержание. Поэтому это недостаток растворенных веществ, а не мягкость как таковая, делает такую воду агрессивной и коррозионно-активной. В этой воде также содержится значительное количество углекислого газа. Поэтому вода является и мягкой, и коррозионно-активной.

Вода на юго-западе страны в плане коррозии резко отличается от воды в Новой Англии. Вместо жесткости 2-3 грейна на галлон (34,2-51,3 мг/л), ее жесткость в некоторых районах достигает от 200 до 300 грейнов на галлон (3420-5130 мг/л).

Вода юго-запада США является коррозионно-активной, в первую очередь, из-за ее высокого минерального содержания, которое повышает электрическую проводимость. В свою очередь, это приводит к усилению гальванической коррозии. Как видно из этих двух примеров, жесткая вода может быть настолько же коррозионно-активной, как и мягкая. Но мягкость не является, ни причиной коррозии, ни средством от коррозии. И умягчение воды с помощью ионообменного оборудования не изменяет факторов, влияющих на коррозию: общее содержание минералов, электропроводность, содержание кислорода, кислотность и температура. Обмен ионов кальция и магния на ионы натрия никак не влияет на коррозионную активность.

НОРМЫ ПОДАЧИ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ
УСТРАНЕНИЯ КОРРОЗИИ

Реагент	Каустическая сода	Кальцинированная сода	Бикарбонаты	Известь	Фосфаты	Силикаты
Дозировка (мг/л)	5—30	10—40	5—30	5—20	1—3	10—30

ТЕХНОЛОГИИ УСТРАНЕНИЯ КОРРОЗИИ

ТЕХНОЛОГИЯ	ОПИСАНИЕ	ПРИМЕНЕНИЕ	ПРЕИМУЩЕСТВА	НЕДОСТАТКИ
Фильтр с известняковым щебнем	Вода проходит через бак с известняковым щебнем. Кислоты соединяются с карбонатами известняка и образуют безвредные бикарбонаты.	Кислая вода	Низкая начальная стоимость. Простота в обслуживании.	Придает воде жесткость. При нейтрализации кислоты усугубляются проблемы с железом.
Подача кальцинированной соды	Раствор карбоната натрия подается в воду для нейтрализации кислотности.	Кислая вода	Вода не приобретает жесткости. Количество нейтрализующего раствора может регулироваться точно.	Более высокая начальная стоимость, чем у известкового фильтра. Может усиливать проблемы с железом.

ТЕХНОЛОГИИ УСТРАНЕНИЯ КОРРОЗИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

ТЕХНОЛОГИЯ	ОПИСАНИЕ	ПРИМЕНЕНИЕ	ПРЕИМУЩЕСТВА	НЕДОСТАТКИ
Подача фосфатов в растворенном или кристаллическом виде	Подается раствор смеси фосфатов либо устанавливается картридж с кристаллами, которые растворяются в воде. При этом на металлических поверхностях образуется стекловидное покрытие, и ионы растворенных в воде металлов секвеструются. Иногда смеси содержат силикаты с целью улучшения подавления коррозии меди и медных сплавов, а также коррозии в мягкой, кислой воде. В начале процесса обработки рекомендуется дозировка 5-10 мг/л. Через один-два месяца образуется однородная защитная пленка, и дозировка может быть уменьшена и поддерживаться на уровне около 1 мг/л.	Коррозионно- активная жесткая вода	Хорошие результаты для большинства металлов, используемых в бытовых водопроводах. Также помогает предотвратить оседание растворенного железа и образование рыжей воды.	Полифосфаты в горячей воде могут обратно превращаться в предыдущую форму и сбрасывать связанное железо и марганец. Могут затруднять другие процессы водоподготовки, такие как ионный обмен, удаление железа/ марганца и обратный осмос.
Подача растворов силикатов (например, силиката натрия)	Силикат натрия (жидкое стекло) используется для уменьшения коррозии уже более 50 лет. Как правило начальный уровень подачи силиката натрия — 20-30 мг/л (ppm) в течение 2 месяцев, затем дозировку нужно установить на уровне 8-15 мг/л (ppm).	Корозионно- активная вода с низкой жесткостью, низкой щелочностью и pH меньше 8,4.	Коррозия и рыжая вода или синее/ зеленое окрашивание эффективно снижается в случаях использования оцинкованного железа, желтой латуни и меди в горячей и холодной воде.	Может образовываться неприемлемая кремниевая накипь, например, в исходной воде бойлеров. Также возможно образование пятен от промывочной воды. Может затруднять другие процессы водоподготовки, такие как такие как ионный обмен, удаление железа/ марганца и обратный осмос.

ТЕХНОЛОГИИ УСТРАНЕНИЯ КОРРОЗИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

ТЕХНОЛОГИЯ	ОПИСАНИЕ	ПРИМЕНЕНИЕ	ПРЕИМУЩЕСТВА	НЕДОСТАТКИ
Поглотители растворенного кислорода	Нитрат натрия, сульфит натрия и определенные натуральные органические соединения широко применяются для нужд промышленности. Уменьшение концентрации растворенного кислорода до менее чем 0,5 мг/л обычно обеспечивает адекватную защиту от коррозии. При концентрации растворенного кислорода более 3 мг/л можно ожидать сильной коррозии.	Растворенный кислород	Устраняет источник проблемы, а не просто защищает от коррозионной активности.	В основном, нельзя использовать для питьевой воды.
Защитные покрытия	Различные металлические и неметаллические покрытия наносятся на поверхности, контактирующие с водой. Покрытия защищают металл от контакта с водой.	Различные покрытия могут использоваться в случае разных коррозионных проблем.	Обеспечивают защиту, если покрытие плотное и однородное. Могут быть приспособлены для решения любой проблемы с коррозией.	Лучше всего подходят для баков, резервуаров и т.п. Слишком дорогие для применения с большинством труб (кроме оцинкованных стальных труб). Если образуется брешь, коррозия может быть чрезвычайно сильной.
Изолирующие фитинги	Неметаллические втулки, используемые для соединений между неоднородными металлами, разрывают поток электрического тока между двумя металлами и предотвращают электрохимическую коррозию.	Соединения неоднородных металлов, подверженные воздействию токопроводящей воды.	Наилучшее решение проблемы, если необходимо соединить между собой неоднородные металлы.	Лучше всего работают там, где площади соединения большие. Не подходят для малоразмерных соединений.