השפעת תהליכי טיפול במים אלקטרוכימיים על קורוזיה של פלדה פחמית במערכת אספקת מים עירונית

מדוע צינורות המים שלכם חשובים

מערכות טיפולי מים אלקטרוכימיות הופכות נפוצות יותר בערים משום שהן מסירות מזהמים ביעילות, מרכךות מים והורגות מיקרואורגניזמים. אך אותן תגובות חשמליות שמנקות את המים יכולות גם, באופן שקט, לפגוע במתכת שמובילה את המים לבתים שלנו. מחקר זה בוחן כיצד טיפול כזה משפיע על פלדה פחמית, חומר נפוץ לצנרת, ומסביר מדוע הקורוזיה יכולה להאיץ באופן דרמטי כאשר חשמל וכימיה שגרתית של מי ברז נפגשים.

ניקוי מים באמצעות חשמל

טיפול מים אלקטרוכימי מעביר זרם חשמלי דרך המים באמצעות לוחות מתכת שנקראים אלקטרודות. זה יכול להסיר יונים לא רצויים, לפרק מזהמים אורגניים ולייצר חומרי חיטוי, מה שהופך את השיטה לאטרקטיבית למערכות עירוניות ותעשייתיות. עם זאת, בניגוד לטיפול מסורתי, הצינורות עצמם אינם מחוברים ישירות למערכת—הם רק נחשפים למים שעוזבים את היחידה המטפלת. כלומר, כל קורוזיה נוספת אינה נגרמת על ידי חשמל שפוגע ישירות בצינור, אלא על ידי שינויים בכימיה של המים: חומרי חמצון חדשים לחיטוי, שינויים בחומציות ותנועת יוני מינרלים שלרוב מסייעים בהיווצרות שכבות מגן פנימיות בצינורות.

אובדן מתכת מהיר יותר ונזק חבוי עמוק יותר

המומחים ערכו ניסוי של 90 ימים עם מי עיר אמיתיים, חשפו דגמי פלדה פחמית למתחי חשמל שונים בין 0 ל-9 וולט, ומדדו אבדן משקל, נזק פני שטח והתנהגות אלקטרוכימית. הם מצאו שגם בתוך שלושת הימים הראשונים, הפעלת אלקטרוליזה החמירה את הקורוזיה, ומתח גבוה יותר תמיד תאם נזק גדול יותר. ב-9 וולט, קצב הקורוזיה הכללי זינק יותר מ-25 פעמים בהשוואה למים שלא עברו תהליך חשמלי. סריקות פני שטח תלת־ממדיות הראו גם שהנקבים הזעירים במתכת התעמקו משמעותית ככל שהמתח עלה. במתח הגבוה ביותר, הנקבים העמוקים ביותר היו כמעט פי חמש לעומקם בהשוואה למים לא מטופלים, מה שמקצר באופן חמור את תוחלת השירות של הפלדה גם אם אבדן המתכת הממוצע לא נראה קיצוני.

מדוע שכבות המגן נכשלים

בפנים של צינורות רבים, מינרלים מהמים בונים באופן טבעי שכבה דקה וצפופה שעוזרת להגן על המתכת. במים לא מטופלים, סידן פחמתי ממלא תפקיד מגן זה. במים שעברו טיפול אלקטרוכימי, עם זאת, ההגנה המינרלית הזו נעלמת ברובה. מאחר שהקתודה ביחידת הטיפול מושכת יוני סידן ופחמנט ומעודדת אותם להצטבר עליה, פחות יונים אלה נשארים כדי לבנות מגן יציב על דפנות הצינור. בדיקות מיקרוסקופיה ודיפרקציה הראו שבמקום מחסום צפוף ועשיר במינרלים, הפלדה במים המטופלים פיתחה שכבת חלודה רופפת ונקבובית עם גבישים קטנים ובלתי יציבים. ציפוי חלש זה איפשר לחומרים מאכלים ואלקטרונים לנוע בקלות, ולכן הקורוזיה נשארה מהירה במקום להאט עם הזמן.

מתקפה כימית חזקה יותר במים

כדי לזהות מה דוחף את ההתקפה המוגברת, הצוות הפריד בין גורמים שונים. כאשר הם ביצעו אלקטרוליזה בתמיסה של סולפט ללא כלוריד, תוצרי פיצול המים—כמו חמצן, מימן ורדיקלים קצרים־חיים—שינו במעט את התנהגות הקורוזיה של הפלדה. אבל כאשר כלוריד, אותו יון הנמצא במלחים רגילים וברבים ממקורות המים, היה נוכח, התמונה השתנתה. האלטרוליזה המירה חלק מהכלוריד להיפוכלוריט, חומר חיטוי תגובתי יותר. בדיקות אלקטרוכימיות הראו שככל שזרם הוולטגדל, הפלדה הפכה להרבה קלה יותר להתקלקלות בתמיסות כלוריד. סימולציות מחשב תמכו בכך: היפוכלוריט הוריד את מחסום האנרגיה שמונע מאטומי ברזל לעזוב את פני השטח של המתכת, ובכך הקל על התקדמות הקורוזיה יותר מאשר כלוריד לבדו. במקביל, היווצרות מהירה של תוצרי חלודה צרכה יוני הידרוקסיד ודחפה את המים לכיוון pH נמוך יותר, כלומר תנאים חומציים יותר, שתורמים אף הם לקורוזיה.

מה זה אומר למערכות המים

בעבור הקוראים הלא־מומחים, המסקנה היא שטיהור וחיטוי מים באמצעות חשמל אינם בהכרח עדינים כלפי הצינורות שנושאים את המים. במערכות שבהן המים מכילים כלוריד, טיפול אלקטרוכימי יכול להפוך חלק מהכלוריד לחומר חיטוי חזק ומאכל יותר ובמקביל להסיר מרכיבים מינרליים הנדרשים לבניית הגנה טבעית. התוצאה היא דפיקת מתכת מהירה יותר ונקבים עמוקים יותר שעלולים לקצר את חיי הצינורות ולהעלות את הסיכון לנזילות או לזיהום. המחברים מציעים שמעצבים ומפעילי מערכות כאלה יטפלו בקורוזיה כגורם מרכזי בעיצוב—על ידי הגבלת המתח, הורדת תכולת הכלוריד לפני הטיפול, בחירת אלקטרודות שיוצרות פחות תוצרי לוואי אגרסיביים ומעקב ארוך טווח אחרי פיצוח וצימוח נקבוביות וכימיה של המים—כדי לוודא שמים נקיים לא יגיעו במחיר של תשתיות כושלות.

ציטוט: Zhao, S., Jing, Y., He, X. et al. Effect of electrochemical water treatment processes on carbon steel corrosion in urban water supply system. npj Mater Degrad 10, 23 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00736-5

מילות מפתח: טיפול במים אלקטרוכימי, קורוזיה של פלדה פחמית, צינורות מים עירוניים, כלוריד והיפוכלוריט, עמידות תשתיות מים