于磊     黑龍江省紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院

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　　摘要：在給水管道中，腐蝕是影響給水管道壽命，降低飲用水安全的一個(gè)重要隱患。從給水管道腐蝕機(jī)理出發(fā)，金屬腐蝕是導(dǎo)致給水管道腐蝕的重要機(jī)理，本文根據(jù)腐蝕機(jī)理其中對鐵元素影響因素做一下討論。

　　關(guān)鍵詞：給水管道 、腐蝕機(jī)理 、鐵元素

　　一、給水管道腐蝕機(jī)理及鐵元素影響原因

　　金屬腐蝕是指金屬表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)及電化學(xué)作用而遭受破壞。金屬給水管道發(fā)生的腐蝕主要是輸水過程中管內(nèi)壁以水為介質(zhì)的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕。由于金屬管道的腐蝕特征、腐蝕影響因素和腐蝕機(jī)理不盡相同，所以有必要對金屬給水管道的腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析。

　　金屬管道的內(nèi)腐蝕首先是電化學(xué)腐蝕的過程，并受陰極過程控制 .以鋼管為例，陽極過程中，鐵以離子形式進(jìn)入水中，同時(shí)將電子留在金屬中；水中H 和氧吸收電子被還原而產(chǎn)生吸氧或析氫腐蝕。在管壁生成Fe（OH）₂，進(jìn)一步氧化成Fe（OH）₃，附著于管壁面。

　　在金屬給水管道中，水對金屬管道內(nèi)壁的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，其電化學(xué)腐蝕機(jī)理主要有三種解釋：一種叫做氧化理論，即因水中碳酸作用，鐵變成碳酸亞鐵，接著再被水中的氧所氧化，成為氫氧化鐵。第二種稱為過氧化理論，即鐵先與水化合為氫氧化亞鐵，產(chǎn)生的氫和水中的氧化合成雙氧水，而后氫氧化亞鐵和雙氧水化合成氫氧化鐵。

　　第三種理論是微腐蝕電池理論，因金屬本身含有許多雜質(zhì)，金屬和雜質(zhì)之間存在著電位差，在水的介質(zhì)中形成了無數(shù)微腐蝕電池，在鐵管表面某一部位，因鐵被腐蝕成鐵離子進(jìn)入水中而形成陽極，所釋放的電子傳遞到鐵管表面的另一部分形成陰極。在pH<7時(shí)，在陰極發(fā)生反應(yīng)失去氫離子而增加氫氧離子，當(dāng)達(dá)到足夠的數(shù)量后和水中的鐵離子形成氫氧化亞鐵，再被水中溶解的氧氧化成氫氧化鐵而形成鐵銹，沉積于管內(nèi)表面，呈凹凸不平的鐵銹，形成銹瘤。在配水管網(wǎng)末端管道管徑小，且流速低時(shí)，銹蝕會加劇。

　　此外，金屬給水管道內(nèi)在發(fā)生電化學(xué)腐蝕的同時(shí)，還伴隨著化學(xué)腐蝕以及微生物腐蝕的發(fā)生。天然水中幾乎都含有鈣、鎂離子，且水中碳酸氫根離子分解出二氧化碳和碳酸根離子，它們是管道內(nèi)化學(xué)腐蝕的主要原因。

　　綜合以上腐蝕機(jī)理，給水管道的腐蝕與給水管網(wǎng)鐵釋放的作用是相互的，其中鐵元素是直接影響管道腐蝕的重要因素。

　　二、鐵元素影響因素分析

　　1、細(xì)菌對鐵元素的影響。微生物腐蝕指由于微生物的直接或間接地參加了腐蝕過程所引起的材料毀壞作用，引起腐蝕的微生物一般為細(xì)菌及真菌等。引起鋼鐵細(xì)菌腐蝕（即生物腐蝕）的主要微生物類群包括硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、能產(chǎn)生粘液的腐生菌及其它菌群，如硫細(xì)菌、酵母菌、霉菌等。其中關(guān)系比較密切且常常伴生在一起的是鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌兩種。

　　鐵細(xì)菌是一種特殊的自養(yǎng)菌屬，依靠鐵和氧生存和繁殖，利用二價(jià)鐵氧化成高鐵離子所釋放的能量來維持生命。鐵細(xì)菌吸取水中的二價(jià)鐵離子，分泌出氫氧化鐵，在管壁上形成銹瘤。通過氫氧化鐵層下的硫酸鹽還原菌的活動，或者由于形成氧濃差腐蝕電池導(dǎo)致腐蝕。

　　鐵細(xì)菌分泌出的大量氫氧化鐵會造成管道的堵塞和腐蝕。鐵細(xì)菌腐蝕過程中發(fā)生的反應(yīng)有：

　　硫酸鹽還原菌去極化的具體過程到日前為止國內(nèi)外的研究者還沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識，對于其腐蝕機(jī)理的解釋用得最多的理論是氫化酶陰極去極化理論。認(rèn)為硫酸鹽還原菌含有一種氫化酶，硫酸鹽還原菌的腐蝕屬于厭氧腐蝕，主要是由于氫化酶的作用，它能使硫酸鹽還原菌利用在陰極生成的氫將硫酸鹽還原成硫化氫，起到了陰極去極化劑的作用，加速了金屬的腐蝕。

　　在陰極部位發(fā)生了鐵的溶解

　　陰極部位發(fā)生的反應(yīng)很復(fù)雜，由于陰極部位沒有自出氧，陰極的去極化靠硫酸鹽還原菌的氫化酶的作用。反應(yīng)如下：

　　2、pH值對管網(wǎng)鐵元素的影響。在給水管道內(nèi)，pH的大小，能夠直接影響到腐蝕電位的大小，而且也影響著腐蝕的形式，即析氫腐蝕還是吸氧腐蝕pH值的改變，使鑄鐵管壁腐蝕產(chǎn)物變得容易溶解，從而使鑄鐵管壁保護(hù)膜的穩(wěn)定性也發(fā)生改變，間接地加大了鑄鐵管的腐蝕。另外，pH值的改變還會引起介質(zhì)導(dǎo)電性的變化，并且會改變對腐蝕有影響的離子濃度，從而影響鑄鐵管的腐蝕。

　　3、溫度對鐵元素的影響。溫度也是影響管網(wǎng)鐵穩(wěn)定性的因素之一。水溫是管網(wǎng)水質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，它可以影響生物活性、水溶液中的物理及化學(xué)性質(zhì)、氧氣在水中的溶解度、管垢的熱力學(xué)性質(zhì)和物理特性以及反應(yīng)速率常數(shù)等，因此會影響到金屬管材的腐蝕結(jié)垢，進(jìn)而就會影響到鐵的穩(wěn)定性。

　　4、流速對鐵元素的影響。腐蝕速度開始隨流速增加而增加，這是由于管壁表面溶氧增多，加快陰極吸氧速度。當(dāng)流速增加到一定程度，氧到達(dá)管表面的速度可建立起氧化條件，使鋼鐵鈍化，腐蝕速度急劇下降。直到流速增加到更高，出現(xiàn)機(jī)械破壞表面保護(hù)層，腐蝕速度重新增加。

　　5、水中溶解性物質(zhì)。水中溶解性固體（TDS）增加，其導(dǎo)電率增加，局部電流也增加，同時(shí)腐蝕產(chǎn)物離開金屬表面，會導(dǎo)致腐蝕速度加快。水中溶解的離子對管道的腐蝕也有影響，其中水中溶解的陽離子為Cu 、Fe 等氧化性重金屬離子時(shí)，則對陰極極化過程有害；而Ca 、Zn 、Fe 則產(chǎn)生防蝕作用。如果水中含Ca 、Mg鹽較多，由于水中的重碳酸鈣在鋼表面形成碳酸鈣膜，阻止了溶解氧的擴(kuò)散，所以腐蝕性小。Cl-等鹵族元素是產(chǎn)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕的原因之一，SO;或NO3-比Cl-影響小，等有緩蝕作用。另外，水中溶解氧的消耗也會加快管道的腐蝕速度。

　　三、給水管道防腐措施

　　1、建立腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)。建立腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)是開展腐蝕研究的第一步。它有利于早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)水質(zhì)惡化情況，便于水廠和用戶采取對策；收集和積累水質(zhì)的基本運(yùn)行數(shù)據(jù)，為水廠的運(yùn)行管理提供理論依據(jù)，為水系統(tǒng)內(nèi)腐蝕的控制研究提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測主要從水質(zhì)分析和測定兩方面著手。

　　2、使用新型抗腐蝕性管材。聚氯乙烯（PVC）管、PVC管的衍生品硬質(zhì)聚氯乙烯（UPVC）管、玻璃鋼/聚氯乙烯（FPR/PVC）復(fù)合管、玻璃鋼/聚丙烯（PEP/PP）復(fù)合管等塑料管，具有重量輕、耐腐蝕、管壁光滑、水流阻力小、防垢等優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)管道和管網(wǎng)末端近末端建議大量采用。

　　3、改造原有的舊金屬管。對于銹蝕、結(jié)垢不太嚴(yán)重，但水力條件不好的管道，采用刮管和襯塑等技術(shù)。目前在E1本、美國、西歐等廣泛使用的一種新的管道更新方法-聚乙烯塑料襯里更新法。在原管道內(nèi)穿人小一點(diǎn)尺寸的管如高密度聚乙烯管，雖然新管直徑小了一些，輸水阻力小，所以輸水能力仍能達(dá)到原來的鑄鐵管道的能力。如果穿直徑小的管不能滿足要求，國外也有采取先把老管漲破，再穿入一根同直徑的新塑料管，這樣管道的更新能力就比原來的要增加了。

　　4、采用加保護(hù)層的金屬管。對金屬管內(nèi)表面進(jìn)行涂襯，防止金屬裸露于水中，可以防止金屬管的腐蝕。例如：涂襯鋼管（包括聚氯乙烯襯里鋼管和聚氯乙烯粉狀樹脂涂襯鋼管）兼有鋼管的高強(qiáng)度、塑料管的耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是理想的給水管材，高層住宅和大型公共建筑供水管道建議采用。

　　參考文獻(xiàn)

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