U rashladnim sistemima hemikalije se upotrebljavaju za sprečavanje pojava korozije, naslaga i mikrobiologije. Često se u stručnoj literaturi koja se bavi ovom oblašću korozija, naslage i mikrobiologija predstvaljaju zajedno, zato što su to uzajamno povezane pojave. Na primer, povećan razvoj mikroorganizama u rashladnoj vodi, izaziva stvaranje želatinoznih sluzavih kolonija na koje se prijanja suspendovani materijal koji se kreće u vodi, tako stvarajući naslage.
Istovremeno, kiseli produkti biorazgradnje agresivno deluju na metal, izazivajući koroziju. Ili obrnuto gledano, korozija nepasiviziranog metala u vodenoj sredini, izaziva stvaranje oksida gvožđa koji zatim formira muljne naslage. U ovim naslagama je povećan rast i razvoj mikroorganizama zato što čestice pružaju pogodna mesta za razvoj, a takođe štite mikroorganizme od uticaja okoline i eventualno doziranih biocidnih sredstava.
Zato se korozija, naslage i mikrobiologija posmatraju zajedno u jednom rashladnom sistemu i potrebno je pronaći optimalno rešenje za sva tri aspekta problema. Zanemarivanje nekog od pomenutih aspekta, može izazvati pogoršanje drugog koji smo smatrali već rešenim.
U skladu sa rešenjima za pomenuta tri problema, hemikalije za rashladnu vodu se generalno dele na inhibitore korozije, inhibitore formiranja naslaga (antiskalante) i biocide. Takođe, postoje i kombinovani inhibitori korozije i naslaga, kao i polimerni disperzanti za naslage i veliki broj kombinacija ovih smeša koje se generalno formulišu tako da odgovaraju konkretnoj rashladnoj vodi koja se tretira.
Inhibitori korozije za rashladnu vodu
Korozija je elektro-hemijska oksidacija metala u reakciji sa kiseonikom. Najčešća i najpoznatija je korozija gvožđa i čelika, koja proizvodi rđu, oksid gvožđa karakteristične crvenkaste boje. Industrijski rashladni sistemi često sadrže izmenjivače toplote od bakra, pa je česta i korozija bakra. Pri procesu korozije razvoja se elektro-hemijska ćelija sa lokalizovanim tačkastim naelektrisanjem, anodno i katodno mesto, između kojih se uspostavlja potencijal.
Inhibitori korozije, poznati i kao antikorozivne hemikalije, funkcionišu preko dva osnovna mehanizma: lokalizovana precipitacija soli nekih metala na katodna mesta elektro-hemijske ćelije (slabiji mehanizam) i prava anodna pasivizacija formiranjem zaštitnog sloja oksidnog filma na površini metala (jači mehanizam).
Katodni inhibitori usporavaju reakcije na katodi iniciranjem taloženja na katodnim mestima. To su najčešće soli cinka (Zn), kalcijuma (Ca) ili magnezijuma (Mg). Njihova efikasnost zavisi od režima strujanja fluida, koncentracije inhibitora u vodi, kao i sastava vode. Orto-fosfati, polifosfati, organski fosfati, kao i cink (Zn) su najpoznatiji katodni inhhibitori korozije. Njihova efikasna primena zahteva praćenje koncentracije dozirane hemikalije i usklađivanje sa hemijskim sastavom vode koja se koristi u rashladnom sistemu.
Vodoservice radi analize rashladne vode i, koristeći antikorozivne hemikalije, na osnovu proračuna operativnih parametara rashladnog sistema pravi selekciju inhibitora i potrebnog nivoa doziranja istog da bi se postigao efekat antikorozivne zaštite.
Anodni inhibitori, efikasne antikorozivne hemikalije, se nazivaju i pravim pasivizatorima korozije, zato što stvaraju hemijski sloj oksidnog filma koji pasivizuje površinu metala. Mehanizam reakcije izaziva blokiranje anodnih mesta elektro-hemijske ćelije. Najčešće korišćeni anodni inhibitori korozije su hromati, molibdati, nitriti, kao i orto-fosfat (koji takođe ispoljava mehanizam katodne korozije).
Hromati su najefikasniji od navedenih jedinjenja, međutim njihova upotreba je danas uglavnom zabranjena zbog negativnog uticaja na životnu sredinu, odnosno površinske vode u koje se izlivaju vode iz rashladnog sistema.
Sledeći po efikasnosti su molibdati koji se široko primenjuju, ali im je primena ponekad ograničena zbog visoke cene molibdata, pa se najčešće koriste za tzv. zatvorene rashladne sisteme koji nemaju velike gubitke vode, kao i za manje otvorene sisteme.
Slična je upotreba i nitrita, s tim što su potrebne veće koncentracije, a nitriti su osetljivi na dejstvo mikroorganizama u vodi, pa je obavezna dobra kontrola mikrobiologije pri njihovoj upotrebi.
Inhibitori formiranja naslaga – antiskalanti
Inhibitori formiranja naslaga imaju ulogu da spreče taloženje mineralnih soli, kao i suspendovanih materija na izmenjivačima toplote u rashladnim sistemima. Ovo je izuzetno važna uloga, zato što naslage predstavljaju najveći problem funkcionisanja rashladnog sistema.
Naslage sprečavaju razmenu toplote između procesa (radne mašine) i rashladnog fluida, čime se blokira rad rashladnog sistema i dolazi do pregrevanja i visokih temperatura u procesu. Ponekad to može izazvati kritične incidente u industriji, na primer pregrevanja i oštećenja kristalizatora prilikom valjanja čelika u čeličanama ili otkazivanje rada mašina koje imaju uske temperaturne režime rada.
Čak i kada nije tako dramatično, naslage uvek umanjuju efikasnost rashladnih sistema i izazivaju povećanje troškova energenata, bilo da se radi o električnoj energiji, gasu, uglju ili bilo kom drugom obliku energije. Primena antiskalanata ima ulogu prevencije nastanka povećanih troškova i održavanje efikasnosti rada sistema.
Biocidi
Biocidi su hemikalije čija je uloga da unište i eliminišu mikroorganizme, odnosno bakterije, alge i gljive. Prema hemijskom dejstvu dele se na oksidujuće i neoksidujuće.
Oksidujući biocidi
Oksidujući biocidi su neselektivni i svoje delovanje ostvaruju oksidacijom i uništavanjem ćelijske membrane. Takođe, nesektivno deluju na suspendovane i organske materije u vodi, pa se troše bez obzira da li su eliminisali sve mikroorganizme ili nisu.
Najviše korišćeni oksidujući biocid je Na-hipohlorit (NaClO), ali se isto tako koristi i hlor u gasovitom obliku, hlor dioksid (ClO2), brom, ozon, vodonik peroksid, persirćetna kiselina i dr. Prednost im je što su uglavnom jeftini za upotrebu, a velika mana što svojim dejstvom korozivno deluju na metale, pa povećavaju koroziju u rashladnom sistemu.
Neoksidujući biocidi
Neoksidujući biocidi ili organski biocidi su organska jedinjenja koja uništavaju mikroorganizme posebnim mehanizmima delovanja. Generalno se dele na metaboličke inhibitore i površinski aktivne agense. Metabolički inhibitori deluju ne neki od sledećih načina: sprečavaju metabolizam ćelije, deluju kao otrovi za enzime, menjaju strukturu proteina, ireverzibilno se vežu za aktivna mesta.
Površinski aktivni agensi se vezuju za ćelijsku membranu i menjaju joj permeabilnost, nepoželjne materije ulaze u ćeliju, a nutrienti i intracelularni materijal izlaze iz ćelije.
Prednost im je što selektivno deluju na ciljane organizme, ne izazivaju koroziju metala u sistemu i dovoljno je dozirati u malim količinama, a mana je veća cena u odnosu na neoksidujuće biocide.