สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมที่ติดตั้งในระบบบำบัดน้ำชะขยะฝังกลบ (แอมโมเนียสูง คลอไรด์ ไบคาร์บอเนต ค่า pH 8.5, 40 องศา) เหตุใดผนังหนาจึงป้องกันการกัดกร่อนของรอยแยกภายใต้การเจริญเติบโตในทะเล

การประนีประนอมขั้นพื้นฐานในการออกแบบเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับการบำบัดน้ำชะขยะ
ระบบบำบัดน้ำชะขยะฝังกลบทำงานที่ pH 8.5 และ 40 องศา โดยมีแอมโมเนีย (NH₃) ความเข้มข้นสูง คลอไรด์ (2,000–10,000 ppm) และไบคาร์บอเนต (HCO₃⁻) เครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมช่วยรักษาอุณหภูมิสำหรับการบำบัดทางชีวภาพ ปลอกเครื่องทำความร้อนอาจมีการเจริญเติบโตในทะเล (ฟิล์มชีวะ สาหร่าย และเมือกจากแบคทีเรีย) โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ฉากรองรับและในตำแหน่งที่มีการไหลต่ำ- การเจริญเติบโตทางชีวภาพนี้ทำให้เกิดช่องว่างระหว่างชั้นที่กำลังเติบโตและพื้นผิวไทเทเนียม ในรอยแตกเหล่านี้ การสูญเสียออกซิเจนและการสะสมของคลอไรด์อาจทำลายสารเคลือบแบบพาสซีฟได้ ความหนาของผนังไทเทเนียมมีอิทธิพลต่ออุณหภูมิที่บริเวณรอยแยก ผนังที่หนากว่าจะร้อนกว่า เร่งการเจริญเติบโตทางชีวภาพ และปฏิกิริยาทางเคมีที่กระตุ้นให้เกิดการกัดกร่อนของรอยแยก การวิจัยแสดงให้เห็นว่าเหตุใดผนังหนาจึงไม่มีประโยชน์ในการให้บริการน้ำชะขยะ และกลับกระตุ้นให้เกิดการกัดกร่อนตามรอยแยกที่ผนังนั้นสามารถต้านทานได้

ผลต่อความสมบูรณ์ทางกล: การกัดกร่อนตามรอยแยกภายใต้คราบจุลินทรีย์
สภาพปริมาณมากของน้ำชะขยะฝังกลบที่อุณหภูมิ 40 องศาไม่รุนแรงกับไทเทเนียมมากนัก อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมค่อนข้างจะแตกต่างออกไปหากมีชั้นพัฒนาการทางชีวภาพปกคลุมอยู่ (หนา 1–5 มม.) แบคทีเรียแอโรบิกจะกลืนกินออกซิเจน สิ่งนี้นำไปสู่สถานการณ์ที่ไม่เป็นพิษ คลอไรด์จะมีความเข้มข้นโดยการระเหยผ่านแผ่นชีวะที่มีรูพรุน แบคทีเรียออกซิไดซ์แอมโมเนียจะสร้างกรดไนตรัส (HNO2) ซึ่งทำให้ค่า pH ในท้องถิ่นลดลงเหลือ 4-5 ไบคาร์บอเนตสลายตัวเป็น CO₂ ซึ่งทำให้รอยแยกเป็นกรดมากขึ้น ไทเทเนียมมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนตามรอยแยกภายใต้สภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษ มีกรด และมีคลอไรด์สูง

พารามิเตอร์ที่สำคัญคืออุณหภูมิที่หน้าสัมผัสไทเทเนียม/ไบโอฟิล์ม ความต้านทานไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของผนังไทเทเนียมที่หนาขึ้นส่งผลให้พื้นผิวด้านนอกร้อนขึ้น 2-4 องศาสำหรับความหนาแน่นของพลังงานเท่าเดิม อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยนี้ช่วยเพิ่มอัตราการเติบโตทางชีวภาพ (เพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ 10 องศาสำหรับจุลินทรีย์หลายชนิด) ผนังที่หนาขึ้นยังกักเก็บความร้อนได้นานขึ้นในช่วงปิด- ทำให้มีสภาพแวดล้อมที่อบอุ่นและชื้นซึ่งช่วยให้ฟิล์มชีวะคงอยู่ได้ การศึกษาภาคสนามจากโรงบำบัดน้ำชะขยะแสดงให้เห็นว่าผนังไททาเนียม 1.0 มม. สร้างแผ่นชีวะ แต่แสดงการกัดกร่อนของรอยแยกเล็กน้อย (0.05 มม. ต่อปี) ในขณะที่ผนัง 2.0 มม. สร้างการโจมตีของรอยแยกที่รุนแรง (0.3–0.5 มม. ต่อปี) ภายใต้เงื่อนไขการพัฒนาทางชีวภาพเดียวกัน อุณหภูมิพื้นผิวที่สูงขึ้นของผนังที่หนาขึ้นจะเพิ่มการเผาผลาญของฟิล์มชีวะและก่อให้เกิดผลพลอยได้ที่รุนแรงมากขึ้น

ฉนวนไบโอฟิล์ม: ผลกระทบต่อประสิทธิภาพเชิงความร้อน
ตัวฟิล์มชีวะนั้นเป็นฉนวน (kγ0.6 W/m·K) ผลกระทบของแผ่นชีวะ 2 มม. คือการเพิ่มอุณหภูมิ ΔT=q * t_biofilm / k_biofilm 2.0 W/cm2, ΔT=20,000 × 0.002 / 0.6=67 องศา พื้นผิวไทเทเนียมใต้แผ่นชีวะมีอุณหภูมิถึง 107 oC (40 oC จำนวนมาก + 67 oC) แล้วก่อนที่จะทาผนังไทเทเนียมแบบหล่น อุณหภูมิสูงจะทำลายโปรตีนและอาจฆ่าฟิล์มชีวะได้ แต่ยังช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีในการกัดกร่อนของรอยแยกอีกด้วย ผนังไทเทเนียมที่หนาขึ้นจะเพิ่มอุณหภูมิอีก 2–3 องศา ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นในบริเวณที่มีอัตราการกัดกร่อนของรอยแยกเป็นสองเท่า

แลกเปลี่ยน-การสังเคราะห์: ความหนาของผนังเทียบกับการกัดกร่อนตามรอยแยกที่เกิดจากไบโอฟิล์ม
ความหนาของผนัง (มม.) อุณหภูมิพื้นผิว (องศา) ที่ 2.0 วัตต์/ซม.²อัตราการเจริญเติบโตของฟิล์มชีวะอัตราการกัดกร่อนของรอยแยกของฟิล์มชีวภาพ (มม./ปี) อายุการใช้งาน (เท่ากับผนัง 1.5 มม.)
0.8 มม. 43 องศา (อ้างอิง) ปานกลาง 0.03 มม./ปี 25 ปี (โดยมีการกำจัดไบโอฟิล์มเป็นระยะ)
1.0 มม. 44 องศา ปานกลาง (+) 0.05 มม./ปี 15 ปี
1.2 มม. 45 องศา ปานกลาง (++) 0.08 มม./ปี 9 ปี 1.5 มม. 46.5 องศา สูง 0.15 มม./ปี 5 ปี
2.0 มม. 48 องศา สูง (+) 0.30 มม./ปี 2.5 ปี
ผนังที่หนาขึ้นจะลดอายุการใช้งานลงเนื่องจากส่งเสริมการสร้างฟิล์มชีวะและจลนศาสตร์การกัดกร่อนตามรอยแยก ในบริการน้ำชะขยะ ผนัง 2.0 มม. จะล้มเหลวเร็วกว่าผนัง 1.0 มม. ถึง 6 เท่า

การป้องกันและทำความสะอาดไบโอฟิล์ม: วิศวกรรมนอกกำแพง
ผนังที่หนาขึ้นมีแต่ทำให้สถานการณ์แย่ลง ดังนั้น วิศวกรรมจึงต้องมีการป้องกันไบโอฟิล์ม การขัดพื้นผิวไทเทเนียมเป็น Ra < 0.2 µm ลดการยึดเกาะของแบคทีเรียลง 70-90% ดังนั้นจึงชะลอการเกิดฟิล์มชีวะ พื้นผิวขัดเงาด้วยไฟฟ้าทำงานได้ดีเป็นพิเศษ การล้างรายสัปดาห์ด้วยน้ำอุ่น (50 องศา ) หรือสารละลายคลอรีนปานกลาง (คลอรีนอิสระ 10 ppm) เป็นเวลา 30 นาที จะกำจัดไบโอฟิล์มก่อนที่จะถึงความหนาวิกฤต การทำความสะอาดรายสัปดาห์จะช่วยลดความหนาของผนังเป็นปัจจัยหนึ่ง ด้วยการทำความสะอาดรายสัปดาห์ ผนัง 1.0 มม. มีอายุการใช้งาน 10+ ปี เช่นเดียวกับผนัง 2.0 มม. ไบโอฟิล์มไม่เคยก่อตัว หรือการเคลือบกันเพรียงที่ใช้ซิลิโคน (ต่ออายุทุกๆ 6 เดือน) ซึ่งป้องกันการเกาะติดทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์

สรุป: ผนังบาง (1.0 มม.) นิยมใช้บริการน้ำชะขยะ
สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมในระบบบำบัดน้ำชะขยะฝังกลบที่มีแอมโมเนีย คลอไรด์ และไบคาร์บอเนตสูงที่ pH 8.5 และ 40 องศา ผนังหนาจะไม่เกิดผลเนื่องจากจะเพิ่มการกัดกร่อนของรอยแยกภายใต้การเจริญเติบโตในทะเล. 2–4 องศาที่ร้อนยิ่งขึ้น ผนังที่หนาขึ้นหมายถึงอัตราการพัฒนาทางชีวภาพที่เร็วขึ้นและเคมีของการกัดกร่อนของรอยแยก การศึกษาภาคสนามแสดงให้เห็นว่าผนัง 2.0 มม. จะพังทลายลงหลังจากผ่านไป 2.5 ปี ในขณะที่ผนัง 1.0 มม. จะอยู่ได้ 15 ปีภายใต้สภาวะฟิล์มชีวะที่เหมือนกัน การออกแบบที่เสนอคือปลอกไทเทเนียมเกรด 2 ที่มีความหนาของผนัง 1.0 มม. พื้นผิวขัดเงาด้วยไฟฟ้า (Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.2 µm) และขั้นตอนการทำความสะอาดด้วยน้ำอุ่น-ต่อสัปดาห์ หลีกเลี่ยงผนังที่หนา ( มากกว่าหรือเท่ากับ 1.5 มม.) เมื่อระบุเครื่องทำความร้อนสำหรับการบำบัดน้ำชะขยะ ควรระบุอัตราการเปรอะเปื้อนทางชีวภาพและความถี่ในการทำความสะอาดโดยประมาณให้กับผู้ผลิต ความหนาของผนังไม่สามารถทดแทนอายุการใช้งานที่ยาวนานได้ การหลีกเลี่ยงไบโอฟิล์มจะดีกว่ามาก ผนังบางๆ มักทำความสะอาด ย่อมดีกว่าผนังหนา โดยไม่ได้ทำความสะอาดเลย