1.6: Корозія, залізо та марганець

Цілі навчання

• Опишіть механізми корозії
• Поясніть осадження накипу з точки зору насичення
• Опишіть методи боротьби з корозії
• Опишіть методи, що застосовуються для боротьби з залізом і марганцем

Контроль корозії та стабілізація води

Корозія є складною темою, що включає численні хімічні, електричні, фізичні та біологічні фактори. Кілька понять описують основні принципи корозії. Вибір і реалізація ефективної програми контролю корозії вимагає розуміння цих понять.

Корозія - це поступове розкладання або руйнування матеріалу хімічним впливом, часто внаслідок електрохімічної реакції. Корозія може бути викликана:

• Електроліз бродячого струму
• Гальванічна корозія, спричинена різнорідними металами
• Диференціально-концентраційні клітини

Корозія починається на поверхні матеріалу і рухається всередину. Тяжкість і тип корозії залежать від хімічних і фізичних характеристик води і матеріалу.

Електрохімічна корозія: гальванічний елемент

Металева корозія в питній воді завжди є результатом електрохімічної реакції. Електрохімічна реакція - це хімічна реакція, де потік електричного струму є важливою частиною реакції. Якщо електричний струм зупинити розривом ланцюга, хімічна реакція припиниться. Також якщо хімічну реакцію зупинити видаленням одного реагуючих хімікатів, потік електричного струму припиниться. Щоб виникла корозія, повинен бути присутнім електричний струм і хімічна реакція.

Псування металу під час корозії називається електрохімічною реакцією, оскільки відбувається хімічний і електричний процес. Складовими процесу є:

• Анод-точка, з якої втрачається метал і починається електричний струм. Анод (позитивний полюс) притягує негативно заряджені частинки або іони (аніони) в розчині електроліту. Аніони притягуються до анода під впливом різниці електричного потенціалу.
• Катод-точка, де електричний струм виходить з металу і тече до анода через електроліт. Катод - це негативний полюс або електрод електролітичного елемента або системи. Він буде притягувати позитивно заряджені частинки або іони (катіони) в розчині електроліту. Катіони притягуються до катода під впливом різниці електричного потенціалу.
• Електроліт-провідний розчин (вода з розчиненими солями). Речовина, яка розділяється на два або більше іонів при його розчиненні у воді.

Анод і катод повинні бути з'єднані. У залізній трубі у анода молекула заліза розчиняється у воді як іон заліза, а два електрони надходять до катода. На катоді електрони залишають метал в місці контакту з електролітом і вступають в реакцію з воднем у воді з утворенням газоподібного водню. Іони водню завжди присутні у воді від нормального відділення води, а електроліт контактує з анодом і катодом, завершуючи ланцюг.

На аноді розчинене залізо реагує з киснем і водою, утворюючи плівку іржі, складену спочатку гідроксид заліза. Додаткова вода та кисень потім реагують з гідроксидом заліза, утворюючи гідроксид заліза, який стає другим шаром над гідроксидом заліза.

Це багатошарове відкладення іржі відоме як горбок. Горбки можуть рости до такої міри, що несуча здатність труби значно знижується. Також в періоди великих швидкостей горбки можуть змішуватися, в результаті чого утворюється іржава або червоне забарвлення води. Освіта іржавого покриття на трубі надає ще один важливий вплив на швидкість корозії. У міру утворення плівки іржі вона починає покривати і захищати анод, сповільнюючи швидкість корозії. Якщо плівка іржі змивається, реакція корозії прискорюється.

Більш складна форма електрохімічної корозії обумовлена з'єднанням різнорідних металів. Цей вид корозії називається гальванічної корозії. Як і елемент корозії, гальванічна корозійна комірка має анод, катод і електроліт, а також з'єднання між анодом і катодом. Цей гальванічний елемент, однак, має два різнорідних металу на аноді і катоді. Ступінь, до якої той чи інший метал стане анодним (корозійним) в гальванічної реакції, пов'язана з його схильністю до вступу в розчин. У цьому процесі метал повертається до свого природного рудного стану. Відносну тенденцію різних металів до повернення до рудного стану демонструє їх положення на електрорушійному ряду або гальванічному ряду, в якому найбільш активні метали перераховані вгорі в таблиці 7.1. Електрорушійний або гальванічний ряд - це перелік металів і сплавів, представлений в порядку їх схильності до корозії (переходу в розчин). Розмір і ознака електродного потенціалу вказують на те, наскільки легко ці елементи будуть приймати або віддавати електрони, або роз'їдати.

Чим вище рівень активності, тим більша схильність металу до корозії. Крім того, чим далі два метали знаходяться на гальванічному ряду, тим більший потенціал гальванічної корозії. Більш активним металом будь-яких двох в гальванічному ряду завжди стане анод. Коли залізні та мідні водопровідні труби з'єднуються, залізо буде роз'їдати, якщо вода містить розчинений кисень, а мідь буде захищена. Завдяки активному розташуванню на гальванічній серії цинк та магній роблять чудові аноди, і вони зазвичай використовуються як жертовні аноди в резервуарах для води або для похованих трубопроводів для запобігання корозії. Ці реактивні метали, які називаються неблагородними металами, будуть, наприклад, корозії переважно алюмінію та заліза. Метал, такий як залізо, вступить в реакцію з розведеною соляною кислотою з утворенням водню.

З катодної сторони гальванічного ряду найменш активні реактивні метали називають благородними металами. Одним з найблагородніших металів є золото. Нержавіюча сталь є катодною для більшості металів, і вона використовується у критичних застосуваннях хімічної промисловості, де потенціал корозії великий. Нержавіюча сталь використовується в системах опріснення зворотного осмосу високого тиску завдяки чудовій корозійній стійкості в присутності високопровідної морської води.

Як показує гальванічний ряд, коли мідь і свинцевий припій контактують, свинець стає анодом і буде роз'їдати перевагу міді. Відносно висока токсичність свинцю та його анодні тенденції, чому свинець був заборонений до використання в системах розподілу питної води урядом США відповідно до Закону про безпечну питну воду 1986 року та правила свинцю та міді. Інші фактори, такі як хімія води, біологічні плівки та фізичні характеристики, такі як температура та швидкість потоку, відіграють певну роль у вираженості реакції корозії.

Важливою особливістю гальванічної корозії є відносний розмір анода і катода. Рівень гальванічного електричного струму збільшується в міру збільшення площі катода. Великий катод буде генерувати високий рівень електричного потенціалу. Якщо струм спрямований на невеликий анод, то відносно велика кількість металу розчиниться з наявної області анода і утворюються глибокі ями.

Фе → Фе2+ 2е-

О2 + 4е- + 2Н2О → 4ОН

Фе2+ 2ОН- → Фе (ОХ2)

4Фе (ОН) 2 + О2 → 2Фе2О3 + 4Н2О

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Електрохімічна корозія - Зображення COC OER ліцензовано відповідно до CC BY

Фактори, що впливають на корозію

Корозія складна з багатьма можливими змінними. На істотні елементи корозійного елемента, включаючи конкретний випадок гальванічного елемента, впливає збільшення або зменшення швидкості електрохімічної реакції. На швидкість електрохімічної реакції впливають фізичні, хімічні та біологічні фактори.

Фізичні фактори

Фізичні фактори, що впливають на корозію, включають тип і розташування матеріалів, що використовуються в системі, тиск в системі, вологість грунту, наявність бродячих електричних струмів, температуру і швидкість потоку води.

• Конструкція системи - тип матеріалів, що входять до складу анода і катода, впливають на корозію; особливо, розмір анода і катода.
• Тиск в системі - Високий тиск збільшує корозію, оскільки гази, які можуть окислювати будівельні матеріали, збільшують максимальну концентрацію цих газів у воді.
• Вологість грунту - Контакт з вологим грунтом може спричинити зовнішню корозію труб, оскільки волога діє як електроліт у корозійній комірці.
• Бродячий електричний струм - заземлення електричних ланцюгів до водопровідних труб і може посилити корозію. Корозія блукаючого струму сильніше виражена від заземлення постійного струму, ніж від заземлення змінного струму.
• Температура - Швидкість хімічних реакцій зазвичай збільшується в міру підвищення температури. Оскільки хімічні реакції беруть участь у корозії, підвищена температура, як правило, впливає на посилення корозії. Швидкість потоку має кілька значних впливів на корозію. Помірні витрати часто корисні, тоді як дуже високі або низькі витрати збільшують швидкість корозії.
• Негативний вплив: стагнація в умовах стоку води збільшує корозію. Однак висококиснева вода може стати більш корозійною в більш високих умовах потоку, оскільки рух води збільшує контакт кисню з поверхнею труби. При високих швидкостях може виникати ерозійно-корозійна корозія, особливо в мідних трубах. При ставках, що перевищують 5 футів/сек мідні трубки будуть розмиватися. Ця корозія більш помітна на ліктях і стиках і призводить до структурних пошкоджень труби. Циркулюючі системи гарячого водопостачання в будинках особливо схильні до ерозійної корозії через швидкості потоку і високої температури.
• Сприятливий вплив: вода, яка має захисні властивості, такі як схильність до осадження плівки карбонату кальцію або до якої додано інгібітор корозії, буде менш корозійною в умовах помірного потоку. Плівкоутворення вимагає осадження карбонату кальцію або інгібітора (фосфату або силікату) на поверхні металу. У застояній воді відкладення обмежено. При високих потоках він може відчищатися від труби, коли вона утворюється, або ерозійно-корозійна корозія може відбуватися швидше, ніж відкладення плівки.

Хімічні фактори

На корозію впливають різні хімічні фактори, такі як рН, лужність, залишки хлору, рівні розчинених твердих речовин, розчинені гази, такі як кисень та вуглекислий газ, а також типи та концентрації різних мінералів, присутніх у воді. Цими факторами є:

• Лужність - лужність - це здатність води нейтралізувати кислоти. Ця здатність викликана вмістом у воді карбонату, бікарбонату, гідроксиду та іноді борату, силікату та фосфату. Лужність виражається в міліграмах на літр еквівалентного карбонату кальцію. Лужність не така, як рН, оскільки вода не повинна бути сильно основною, щоб мати високу лужність. Лужність також є мірою того, скільки кислоти потрібно додати в рідину, щоб знизити рН до 4,5. Лужність - це міра буферної здатності або здатності певної якості води протистояти зміні рН. Найпростіша форма боротьби з корозії полягає в додаванні більшої лужності у вигляді вапна, кальцинованої соди або каустичної соди або безпосередньо додавання карбонату кальцію у воду.
• рН-заходи - кількість іонів водню, присутніх у воді. Іон водню надзвичайно активний (корозійний) при значеннях рН нижче 4,0. Іони хлору та водню зазвичай присутні в достатній концентрації в питній воді, щоб мати значний вплив на корозію. Вода з низьким рН, як правило, є корозійною, а вода з високим рН є захисним матеріалом труби. Однак вода з дуже високим рН може мати тенденцію до осадження надмірної кількості накипу. Певні рівні рН забезпечують менший захист, ніж можна було б припустити. При значеннях рН близько 8,3, точці переходу між карбонатом і бікарбонатом буферна система слабка, і трохи нижчі значення рН можуть бути більш захисними.
• Розчинені тверді речовини - тверді речовини, розчинені у воді, присутні у вигляді іонів, що підвищують електропровідність води. Як правило, чим вище вміст розчинених твердих речовин або солі у воді, тим більший потенціал виникнення корозії через підвищену провідність. Однак деякі тверді речовини беруть участь в утворенні накипу, можливо уповільнення швидкості корозії, якщо утворюється захисна плівка. Усі компоненти, що утворюють накип, такі як оксид заліза (іржа) та карбонат кальцію, спочатку присутні у вигляді розчинених твердих речовин у воді, перш ніж вони осідають на поверхні труб та кріплень.
• Твердість - Розчинена форма деяких основних компонентів, що утворюють масштаб у воді, називається жорсткістю. Твердість складається в основному з іонів кальцію і магнію. Всі іони твердості мають загальну властивість утворювати накип на внутрішній стороні труб або світильників в умовах досить високої концентрації, а також при підвищеному рівні рН і температури. Планове осадження плівки карбонату кальцію є одним з найбільш поширених антикорозійних заходів, що застосовуються в системах водопостачання. Використовується кілька методів вимірювання відносного рівня насичення карбонатом кальцію у воді. Один з більш простих методів називається Мармуровий тест, який безпосередньо вимірює, чи буде проба води збільшуватися в жорсткості і рН при дозуванні з надлишком карбонату кальцію. Мармуровий тест та більш широке визначення рівня насичення карбонату кальцію, званого індексом Ланжера, використовуються для вимірювання корозійної здатності води та ступеня стабілізації води.
• Хлорид і сульфат - хлоридні і сульфатні іони у воді перешкоджають утворенню захисних лусочок, зберігаючи іони жорсткості в розчині. Відносна кількість лужності в порівнянні з хлорною і сульфатною впливає на цю тенденцію. Рекомендується, щоб лужність, виражена у вигляді карбонатного еквівалента кальцію, була в п'ять разів вище суми хлоридних і сульфатних іонів.
• Фосфат і силікат - ці сполуки мають тенденцію до утворення захисних плівок у водних системах, коли вони присутні в досить високих концентраціях і коли в правильній хімічній формі для конкретних умов води. Фосфатні та силікатні сполуки повторно додані на водоочисні споруди як метод контролю корозії.
• Трасування металів - Трасування металів, що мають значення в боротьбі з корозії включають мідь, залізо, свинець, і цинк. Коли ці елементи присутні у великій концентрації у воді, вони зазвичай є показниками корозії труб і фітингів. Мідь і свинець зазвичай вказують на корозію мідних труб та свинцевого припою або сервісних ліній. Залізо зазвичай виникає в результаті корозії залізної або сталевої труби, а цинк - внаслідок корозії оцинкованої труби. Залізо і цинк можуть брати участь в утворенні захисних плівок, що обмежують швидкість корозії. Цинк також є поширеною антикорозійною добавкою, як правило, в з'єднанні, що містить цинк і фосфат.

Біологічні фактори

Два типи організмів, які можуть відігравати важливу роль у корозії водорозподільних систем, - це залізні бактерії та сульфат-відновлювальні бактерії. Вони можуть збільшити швидкість корозії і утворення небажаних побічних продуктів корозії. Залізні бактерії використовують розчинене залізо як джерело енергії, а сульфат-відновлювальні бактерії використовують сульфат для своєї енергії. Кожен вид бактерій може рости в щільних масах, і вони можуть бути відносно терпимі до дезінфекції хлором. Вони особливо клопітно виникають у районах розподільних систем з низьким потоком.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Корозія в трубі з горбком нарощування — Зображення пан pantswearer ліцензується під CC BY-SA 3.0

Концентрація кисню клітини

Хоча гальванічні елементи відповідають за проблеми корозії, на сьогоднішній день найпоширенішою корозійною коміркою є елемент концентрації кисню. Тупиком в розподільній системі є кінець водопровідної магістралі, який не з'єднаний з іншими частинами розподільної системи за допомогою контуру з'єднання труби. Клітина концентрації кисню може бути запущена в цьому тупику ватерлінії. У цьому місці іони заліза та іони кисню реагують з утворенням твердого гідроксиду заліза та іонів водню. Електрони з анодної реакції протікають через металеву трубу, де вони реагують з розчиненим киснем, який поповнюється проточною водою. Надлишок іонів водню знижує рН і робить його більш корозійним.

У мертвій трубі відсутність кисню і низький рН роблять умови ідеальними для росту анаеробних бактерій. Анаеробний стан - це таке, при якому атмосферного або розчиненого кисню немає. Дія цих бактеріальних популяцій на мікроорганічний матеріал та на зменшення сульфатних іонів до сульфіду відповідають за неприємні запахи, які зазвичай знаходяться в тупиках водопровідних магістралей.

Оскільки гідроксид заліза старіє, він утворює інші мінерали, такі як оксид заліза або іржа заліза. Зрештою, кора від оксиду заліза стає настільки товстою, що негативні іони не можуть потрапити в яму, де відбувається корозія, і іони заліза не можуть вирватися. Корозія в цьому районі припиняється. У цей момент яма неактивна. Реакція розчиненого кисню з іонами заліза дуже повільна при низьких значеннях рН. Коли рН менше 7,0, реакція настільки повільна, що горбки не утворюються і ямки не самоувічнюються. Нові ями продовжують запускатися в різних місцях, так що корозія виявляється рівномірною по поверхні труби.

Насичення карбонатом кальцію

Внутрішню корозію труб можна виявити через скарги на іржаву воду і дослідивши нутрощі труб на наявність кісточок, горбків та інших ознак корозії. Корозію від нестабілізованої води можна передбачити за кількістю насичення карбонатом кальцію. Методами, які використовуються для прогнозування стабілізації води, є мармуровий тест, колона Енслоу та індекс Ланжера. Вода вважається стабільною, коли вона просто насичена карбонатом кальцію. У такому стані вода не буде розчинятися або відкладати карбонат кальцію. Оператори водоочисних споруд використовують два підходи для визначення рівня насичення карбонатом кальцію їх води: Потенціал опадів карбонату кальцію (CCPP) та Індекс Ланжера.

Мармуровий тест і Enslow колони

Щоб провести мармуровий тест на насичення карбонатом кальцію, спочатку виміряйте рН, лужність та жорсткість зразка води. Додайте дрібку порошкового карбонату кальцію, а потім розмішуйте воду принаймні п'ять хвилин. Воду слід розмішувати в майже повній закупореній колбі, щоб уникнути введення вуглекислого газу з повітря. Також вода, що перемішується повинна бути тієї ж температури, що і вода в розподільній системі. Якщо рН, лужність або карбонат кальцію збільшуються, вода була недонасичена щодо карбонату кальцію. Якщо вони зменшуються, вода була перенасичена. CCPP дорівнює кількісній зміні лужності (або карбонату кальцію) через воду, що піддається впливу порошкоподібного карбонату кальцію.

Колонку Enslow можна зручно використовувати для виконання Marble Test. Ця трубка являє собою колонку, упаковану гранулами карбонату кальцію. РН, лужність і карбонат кальцію вимірюються на зразковому потоці води до і після проходження через колону. Результати інтерпретуються так само, як і Мармуровий тест.

Індекс Лангельє

Вода вважається стабільною, коли вона просто насичена карбонатом кальцію. У стабільній воді карбонат кальцію знаходиться в рівновазі з концентрацією іонів водню. Якщо рН вище точки рівноваги (позитивний Langelier), вода утворює накип і буде відкладати карбонат кальцію. Якщо рН нижче точки рівноваги (негативний Ланжера), вода вважається їдкою.

Індекс Ланжера (Індекс насичення) - це найпоширеніший індекс, який використовується для позначення того, наскільки вода близька до точки рівноваги, або корозійності води. Цей показник заснований на рівноважному рН води по відношенню до кальцію і лужності. Індекс Ланжера можна визначити за допомогою рівняння:

• Індекс Лангелє = PH-PHS де...
  • рН = фактичний рН води
  • рН = рН, при якому вода, що має однакову лужність і вміст кальцію, просто насичується карбонатом кальцію

У цьому рівнянні рН визначається як значення рН, при якому вода заданого вмісту кальцію і лужності якраз насичується карбонатом кальцію. Для деяких вод з низьким вмістом кальцію та лужністю жодне значення рН не задовольняє цьому визначенню; однак для більшості води існують два значення рН. Ці труднощі можна уникнути, визначивши рН як рН, де вода заданої концентрації кальцію та бікарбонату просто насичена карбонатом кальцію.

Позитивний індекс Ланжера (рН більше рН) вказує на те, що вода перенасичена карбонатом кальцію і має тенденцію до утворення накипу. Вода не є їдкою. Негативний індекс Лангелє означає, що вода є корозійною.

На корозійні тенденції води до певних металів, таких як ті, що використовуються в розподільних системах, також суттєво впливає кількість загальних розчинених твердих речовин (TDS). Вода, що містить TDS, що перевищує 50 мг/л, може проявляти корозійні тенденції, незважаючи на позитивний індекс Ланжера. Наявність у воді різних іонів, таких як сульфатні і хлоридні іони, може перешкоджати утворенню і підтримці рівномірного захисного шару карбонату кальцію на металевих поверхнях. Крім того, наявність цих іонів прискорить процес корозії.

Через різні показники якості води, Індекс Лангеля слід використовувати лише для визначення корозійних тенденцій води в діапазоні рН від 6,5 до 9,5 за умови, що у воді присутня достатня кількість іонів кальцію та лужності понад 40 мг/л у вигляді карбонату кальцію.

Використано ще три індекси насичення карбонатом кальцію:

• Індекс рушійної сили
• Індекс Ризнара
• Агресивний індекс

Контроль корозії та стабілізації води

Для контролю корозії оператор повинен вибрати правильні хімічні речовини для обробки води, розрахувати правильну хімічну дозування та визначити належні налаштування подачі хімічних речовин. Оператор водопідготовки повинен розуміти катодний захист для контролю корозії та сполук, що використовуються для катодного захисту.

Вибір хімічних речовин для контролю корозії

Якщо вода є корозійною, слід вжити заходів для зменшення корозійної здатності води. Зниження корозійної здатності майже завжди здійснюється шляхом обробки води хімічними речовинами, щоб вода була насичена або злегка перенасичена карбонатом кальцію. Хімікати слід подавати після фільтрації. Незначний надлишок хімічних речовин може призвести до перенасиченого розчину, який міг би цементувати разом піщинки фільєра. Невеликі кількості каламутності можуть бути введені з хімічною речовиною і можуть призвести до оманливих результатів, що свідчать про погану продуктивність фільтра. Хімічна подача може відбуватися до, після або разом з пост-хлоруванням; однак зразок слід брати лише після пост-хлорування, оскільки хлор може вступати в реакцію з хімічними речовинами, що використовуються для зниження корозійної стійкості.

Вибір хімічної речовини для досягнення насичення карбонатом кальцію буде залежати від якісних характеристик води та вартості хімічних речовин. Центральна ідея полягає в тому, що всі хімічні характеристики і рН повинні бути присутніми в потрібних пропорціях для досягнення насичення карбонатом кальцію. Для води, яка має низьку жорсткість і низьку лужність, слід додавати негашене вапно і гашене вапно для збільшення вмісту кальцію і рН. Для води з достатньою кількістю кальцію, але низькою лужністю, можна використовувати кальциновану соду. Для води, в якій кальцій та лужність достатні, але рН занадто низький, буде вказана каустична сода, хоча кальцинована сода також може використовуватися, оскільки вона підвищує рН.

Цинк, кремнезем і поліфосфатні сполуки

Певні сполуки цинку, такі як фосфат цинку, здатні утворювати ефективні катодні плівки, які будуть контролювати корозію. Ці сполуки цинку багато в чому запатентовані. Обробка з'єднанням цинку, як правило, дорожче, ніж обробка вапном або їдким, але вони мають ту перевагу, що масштаб менш схильний бути проблемою. Не використовуйте сполуки фосфату цинку для боротьби з корозією, спричиненою водою, яка буде зберігатися у відкритому резервуарі. Фосфат може спричинити цвітіння водоростей. Залишковий хлор довше зберігається в розподільних системах з використанням ортофосфату цинку. Причина цієї властивості пояснюється зниженням попиту на хорин в результаті зменшення відкладень заліза в розподільних трубопроводах.

Силікат натрію використовувався для обробки агресивної води. Розчин силікату натрію, що подається з розрахунку приблизно 12 мг/л у вигляді кремнезему використовують протягом першого місяця, після чого норму знижують до 8 мг/л Такий спосіб обробки використовують індивідуальні клієнти, такі як житлові будинки і великі офісні будівлі. Він не часто використовується водопроводами.

Поліфосфати натрію, або тетранатрійпірофосфат, або гексаметафосфат натрію, були використані для контролю корозії. Розчини цих сполук можуть утворювати захисні плівки, але, оскільки вони вступають в реакцію з кальцієм, вони знижують ефективну концентрацію кальцію і тим самим збільшують швидкість корозії. Основне використання цих хімічних речовин у водопідготовці полягає в контролі утворення накипу у воді, перенасиченій карбонатом кальцію.

Псування азбестоцементної труби можна запобігти, підтримуючи насичення карбонатом кальцію. Докази свідчать про те, що обробка цинком також ефективна для цієї мети, як і лікування з використанням слідів заліза, марганцю або кремнезему у воді. Будь-яке погіршення цього типу труб призведе до збільшення рН і вмісту кальцію у воді при її проходженні по трубі. Випробування на рН і вміст кальцію слід проводити після того, як труба буде експлуатуватися протягом двох місяців або довше, оскільки вся азбестова труба містить принаймні сліди вільного вапна, що призведе до початкового збільшення рН води при введенні труби в експлуатацію.

Проблеми зі здоров'ям

Правило свинцю та міді описує проблеми зі здоров'ям та правила щодо води, на яку впливає свинець та мідь. Оператор водоочисних споруд повинен розуміти вимоги до моніторингу та очищення цих забруднень та повинен знати вимоги до державної освіти та звітності.

Проблеми зі здоров'ям

Проблеми зі здоров'ям щодо впливу свинцю описані EPA:

Свинець - це звичайний, природний і часто корисний метал, який міститься у всьому навколишньому середовищі в фарбі на основі свинцю, повітрі, грунті, побутовому пилі, харчових продуктах, певних видах кераміки, порцеляни та олова та воді. Свинець може становити значний ризик для здоров'я, якщо занадто багато його потрапляє в організм. Свинець накопичується в організмі протягом багатьох років і може спричинити пошкодження мозку, еритроцитів та нирок. Найбільший ризик становить для маленьких дітей та вагітних жінок, де кількість свинцю, яка не завдасть шкоди дорослим, може уповільнити нормальний розумовий і фізичний розвиток зростаючих органів. Крім того, дитина під час гри часто стикається з джерелами забруднення свинцем, як бруд і пил, які рідко вражають дорослого.

Свинець у питній воді, хоча рідко є єдиною причиною отруєння свинцем, може значно збільшити загальний вплив свинцю на людину, особливо вплив немовлят, які п'ють дитячі суміші та концентровані соки, змішані з водою. За оцінками EPA, питна вода може становити 20 або більше відсотків загального впливу людини на свинцю.

Свинець незвичайний серед забруднювачів питної води тим, що він рідко зустрічається природним шляхом у водопостачанні, таких як річки та озера. Свинець потрапляє в питну воду насамперед внаслідок корозії або зносу матеріалів, що містять свинець, у водорозподільній системі та побутовій сантехніці. Ці матеріали включають припій на основі свинцю, який використовується для з'єднання мідних труб, латунних та хромованих латунних кранів, а в деяких випадках - труби зі свинцю, які з'єднують будинок з водопроводом.

Коли вода стоїть в свинцевих трубах або в сантехнічних системах, що містять свинець протягом декількох годин і більше, свинець може розчинятися в питній воді. Вода, яка вперше витягується з-під крана вранці, або пізніше вдень після повернення з роботи або школи, може містити досить високий рівень свинцю.

Вплив міді на здоров'я включає шлунковий та кишковий дистрес. Тривалі дози призводять до пошкодження печінки. Надмірне споживання міді або нездатність метаболізувати мідь називають хворобою Вільсона.

Залізо і марганець

• Залізо та марганець часто зустрічаються разом у природних водах і виробляють подібні несприятливі екологічні наслідки та проблеми з кольором. Надмірна кількість заліза та марганцю зазвичай міститься в підземних водах та поверхневих водах, забруднених скидами промислових відходів.
• До 1962 року ці елементи були охоплені єдиним рекомендованим лімітом.
• У 1962 році Служба охорони здоров'я США рекомендувала окремі обмеження для заліза та марганцю, щоб точніше відображати рівні, на яких виникають несприятливі наслідки для кожного.
• Кожен дуже заперечний у великих кількостях у водопостачанні для побутового та промислового використання.
• Кожен елемент надає колір відмитим товарам і сантехнічним приладам.
• Смакові пороги в питній воді значно перевищують рівні, що виробляють ефекти фарбування.
• Кожен елемент є частиною щоденних харчових потреб; однак ці вимоги не задовольняються споживанням питної води.

Залізо

СМКЛ для заліза становить 0,3 мг/л.

небажані ефекти

• При рівнях більше 0,05 мг/л може розвинутися певний колір, виникати фарбування світильників, утворюватися опади.
• Величина ефекту фарбування прямо пропорційна концентрації.
• Залежно від чутливості смакового сприйняття можна виявити гіркий, терпкий присмак від 0,1 мг/л до 1,0 мг/л.
• Опади, які утворюються, створюють не тільки проблеми з кольором, але також призводять до бактеріального росту шламів і залізо люблячих бактерій, Crenothrix, в колодязях і розподільних трубопроводах.

харчові вимоги

Добова потреба становить від 1 до 2 мг; однак споживання більших кількостей потрібно в результаті поганого всмоктування.

• Обмежена кількість заліза, дозволене у воді (через небажаного смаку або фарбувальних ефектів), становить лише невелику частку від норми споживаної кількості і не має токсикологічного (отруйного) значення.

Марганець

SMCL для марганцю становить 0,05 мг/л.

небажані ефекти

• Концентрація понад 0,02 мг/л може спричинити накопичення покриттів у розподільних трубопроводах.
• Якщо ці покриття злягають, вони можуть спричинити коричневі плями на предметах білизни та чорні опади.
• Марганець надає смак воді вище 0,15 мг/л.
• Застосування хлору навіть при низьких рівнях збільшує ймовірність осадження марганцю при низьких рівнях.
• Якщо осад не буде видалений, опади, що досягають трубопроводів, сприятимуть зростанню бактерій.

Токсичні ефекти

• Токсичний вплив повідомляється в результаті вдихання марганцевого пилу або випарів.
• Цироз печінки виник при контрольованому годуванні щурів.
• Були запропоновані неврологічні ефекти; однак ці ефекти не були науково підтверджені.

харчові вимоги

• Добова норма споживання марганцю зі звичайного раціону становить близько 10 мг.
• Марганець необхідний для правильного харчування.
• Дієти з дефіцитом марганцю будуть заважати зростанню, утворенню крові та кісток та розмноженню.

Залізо та марганець можна контролювати за допомогою аерації, де залізо окислюється до оксиду заліза і видаляється за допомогою фільтрації. Цей метод працює при низькому рівні заліза у воді. Залізо і марганець можна окислювати за допомогою хлору або діоксиду хлору. Озон також буде окислювати залізо. Залізо і марганець можна додатково окислювати за допомогою марганцівки. Оператор повинен дотримуватися обережності при використанні марганцівки, оскільки надмірні дози призведуть до того, що вода стане рожевою.

Надмірна кількість заліза і марганцю також можна видалити за допомогою іонного обміну і зеленого піску. В іонному обміні іони заліза і марганцю обмінюються на іони натрію.

Переглянути питання

1. Опишіть механізми корозії.
2. Поясніть осадження накипу з точки зору насичення.
3. Опишіть методи боротьби з корозії.
4. Опишіть методи, що застосовуються для боротьби з залізом і марганцем.

Тестові питання

1. _____ - поступове розкладання або руйнування матеріалу хімічним впливом, часто внаслідок електрохімічної реакції.
   1. Стабілізація
   2. Окислення
   3. Зменшення
   4. Корозія
2. Анод, катод і електроліт - це компоненти, що входять до складу _______.
   1. Стабілізація
   2. Окислення
   3. Зменшення
   4. Корозія
3. При корозії на______ розчинене залізо реагує з киснем і водою, утворюючи плівку іржі, складену спочатку з гідроксиду заліза. Додаткова вода та кисень потім реагують з гідроксидом заліза, утворюючи гідроксид заліза, який стає другим шаром над гідроксидом заліза.
   1. Анод
   2. Катод
   3. Електроліт
   4. З'єднання різнорідних металів
4. ______ в корозії - це точка, де електричний струм виходить з металу.
   1. Анод
   2. Катод
   3. Електроліт
   4. З'єднання різнорідних металів
5. ________-це розчин провідності (вода з розчиненими солями). Це речовина, яка при розчиненні у воді розділяється на два і більше іонів.
   1. Анод
   2. Катод
   3. Електроліт
   4. З'єднання різнорідних металів
6. Багатошаровий осад іржі відомий як _______. Вони можуть вирости до такої міри, що несуча здатність труби істотно знижується.
   1. Масштаб
   2. горбок
   3. Забруднювати
   4. Електроліт
7. _______ - здатність води нейтралізувати кислоти. Ця здатність викликана вмістом у воді карбонату, бікарбонату, гідроксиду та іноді борату, силікату та фосфату.
   1. Кислотність
   2. Корозія
   3. лужність
   4. Жодне з них не застосовується
8. _____ - найпоширеніший з показників, що використовуються для позначення того, наскільки вода близька до точки рівноваги, або корозійності води. Цей показник заснований на рівноважному рН води по відношенню до кальцію і лужності.
   1. Індекс рушійної сили
   2. Індекс Ризнара
   3. Агресивний індекс
   4. Індекс Лангельє
9. На корозійні тенденції води до окремих металів, таких як ті, що використовуються в розподільних системах, також суттєво впливає кількість ________. Вода, що містить 50 мг/л, може проявляти корозійні тенденції, незважаючи на позитивний індекс Лангельє.
   1. Натрій
   2. хлор
   3. Загальна кількість розчинених твердих речовин
   4. Кисень
10. Якщо вода є корозійною, слід вжити заходів для зменшення корозійної здатності води. Зниження корозійної здатності майже завжди досягається шляхом обробки води хімічними речовинами, щоб вода була насичена або злегка перенасичена ____.
    1. База
    2. Карбонат кальцію
    3. Гідроксид натрію
    4. гідроксид кальцію
11. SMCL для заліза становить ____.
    1. 0,05 мг/л
    2. 0,3 мг/л
    3. 1,3 мг/л
    4. 15 проміле
12. SMCL для марганцю становить _____.
    1. 0,05 мг/л
    2. 0,3 мг/л
    3. 1,3 мг/л
    4. 15 проміле
13. MCL для міді становить ______.
    1. 0,05 мг/л
    2. 0,3 мг/л
    3. 1,3 мг/л
    4. 15 проміле
14. Рівень дії для свинцю ______.
    1. 0,05 мг/л
    2. 0,3 мг/л
    3. 1,3 мг/л
    4. 15 проміле