Учебное пособие в двух частях

Часть 2

Хабаровск 1998

Брианна Початек и Эрик Йегги

Данная статья направлена на рассмотрение распространённого заблуждения о том, что катионообменное умягчение воды вызывает коррозию. Это не так: правильно настроенный водоумягчитель не делает обработанную воду более коррозионной. Ниже приведены несколько фактов, которые часто приводят людей к этому ошибочному выводу.

Во-первых, природно мягкая вода обычно является коррозионной. Следовательно, умягчённая вода также должна быть коррозионной, верно? Это является логической ошибкой, поскольку природно мягкая вода склонна к коррозии из-за низкого pH и низкого общего содержания растворённых веществ (TDS), тогда как катионообменное умягчение не вызывает ни одного из этих условий.

Во-вторых, карбонат кальция (накипь) часто рассматривается как средство защиты от коррозии, и поскольку умягчители предотвращают образование накипи, удаляя кальций и магний, они, следовательно, должны вызывать коррозию, верно? Это также является ошибочным утверждением. Несмотря на отсутствие научных доказательств того, что карбонат кальция образует равномерный защитный слой, защищающий от коррозии свинца или меди, данная практика продолжает упоминаться как способ защиты от коррозии.

Жители города Флинт (штат Мичиган) начали жаловаться на качество воды вскоре после того, как город начал использовать воду из реки Флинт в качестве источника водоснабжения. Парадоксально, но власти объяснили жалобы высоким уровнем жёсткости воды в реке. Очевидно, жёсткость не защитила никого во Флинте от коррозии свинца. Ниже мы подробнее рассмотрим эти заблуждения и научные аспекты, связанные с умягчителями и коррозией. Но сначала рассмотрим, что представляет собой коррозия.

Воздействие коррозии

Коррозия — это естественный процесс, при котором материал разрушается под воздействием окружающей среды, иногда переходя в более стабильное химическое состояние через реакции окисления или восстановления. Это представляет серьёзную проблему в системах водораспределения, где металлические трубы постоянно подвергаются коррозии.

Коррозия может вызывать множество нежелательных эффектов в системе водоснабжения. К физическим последствиям коррозии относятся протечки, изменение цвета воды и поверхностей, наличие осадка и взвешенных частиц в воде, проблемы со вкусом и запахом, а также механическое разрушение труб.

Коррозия также может приводить к попаданию опасных побочных продуктов в питьевую воду. Два наиболее распространённых продукта коррозии в системах водоснабжения — это свинец и медь; оба вещества имеют серьёзные последствия для здоровья.

Свинец может попадать в питьевую воду в результате его вымывания из свинцовых вводов, свинцового припоя, используемого в медных трубопроводах, а также из латунных и бронзовых фитингов. Дети подвержены наибольшему риску, поскольку они усваивают 40–50% поступающего в организм свинца, тогда как взрослые — около 3–10%. Беременные женщины также находятся в группе высокого риска. Возможные последствия включают низкую массу тела при рождении, задержки развития, снижение IQ, ухудшение слуха, снижение концентрации внимания, повреждение почек и репродуктивные нарушения.

Медь также является распространённым продуктом коррозии. Она необходима для организма, однако как недостаток, так и избыток вредны. Медь участвует в образовании ферментов, необходимых для различных функций организма. Однако её избыток может вызывать отравление, проявляющееся желудочно-кишечными расстройствами, повреждением печени и почек, а также осложнениями болезни Вильсона.

Факторы, ускоряющие коррозию

Коррозия — неизбежный естественный процесс, происходящий во всех металлах, контактирующих с водой, содержащей растворённые соли. Существует множество факторов, ускоряющих коррозию, среди которых:

• высокая скорость потока и/или турбулентность

• высокая температура

• низкий TDS

• контакт разнородных металлов

• низкий pH

• углекислый газ

• образование биоплёнки (микробиологически индуцированная коррозия)

• химические агенты (хлор, хлорамины, растворённый кислород)

• повышенное соотношение хлоридов к сульфатам (CSMR)

Высокая скорость и турбулентность потока могут вызывать эрозию и кавитацию. Кавитация возникает при быстром движении воды или резком изменении направления потока, что приводит к образованию пузырьков низкого давления. Их схлопывание создаёт ударные волны, повреждающие трубы.

Температура ускоряет химические реакции; при температуре выше 70°C скорость коррозии значительно возрастает.

Полностью деминерализованная вода (RO/DI) обладает высокой коррозионной способностью, так как стремится растворять ионы. Поэтому WQA рекомендует не использовать металлические трубы после таких систем. Умягчители не удаляют TDS и не вызывают такого эффекта.

Контакт разнородных металлов вызывает гальваническую коррозию. Пример — соединение оцинкованной стали с медью. Диэлектрические муфты могут уменьшить этот эффект.

Отложения накипи могут формировать микрогальванические элементы.

Низкий pH увеличивает коррозию, так как кислоты способствуют окислению металлов.

CO₂ может образовывать угольную кислоту, усиливая коррозию.

Биоплёнки способствуют микробиологической коррозии.

Окислители (кислород, хлор) также усиливают коррозию.

Высокое соотношение CSMR может увеличивать вымывание свинца. Неправильная настройка умягчителя (недостаточная промывка) может увеличить CSMR.

Распространённые заблуждения

Одной из причин ошибочного мнения является путаница между природно мягкой и умягчённой водой. Природно мягкая вода обладает низким pH и низким TDS и является коррозионной. Умягчённая вода не снижает pH и не уменьшает TDS.

Другое заблуждение — что накипь защищает трубы. Научных доказательств этому нет: накипь неоднородна и не обеспечивает защиту.

Исследования

Исследование EPA показало, что умягчённая вода не приводит к увеличению вымывания металлов.

Исследование BSI показало отсутствие значимой разницы в коррозии между жёсткой и умягчённой водой.

Исследование METALogic не выявило увеличения коррозии меди и оцинкованной стали при использовании умягчённой воды.

Заключение

Коррозия — сложный процесс, зависящий от множества факторов. Важно различать природно мягкую и умягчённую воду. Катионообменное умягчение не снижает pH, не уменьшает TDS и не способствует коррозии. Также отсутствуют доказательства того, что накипь является эффективной защитой от коррозии.

Позиция WQA: правильно настроенный катионообменный водоумягчитель не делает воду более коррозионной.

Об авторах

Брианна Початек — координатор по техническим вопросам WQA. Работает в ассоциации с 2016 года. Имеет степень бакалавра биологии.

Эрик Йегги — директор по техническим вопросам WQA, работает с 2009 года. Имеет степень бакалавра химии.

Об организации

WQA — международная некоммерческая ассоциация, представляющая индустрию водоочистки.

Что должен знать будущий хозяин системы очистки воды.

Периодическая Таблица Элементов Д. И. Менделеева