典型供水金属管材电化学腐蚀及对水质影响的研究

摘要

针对目前城市供水金属管网内壁腐蚀导致水质变差的问题，论文从电化学角度研究了两种典型供水金属管材的腐蚀特性以及腐蚀对管内水质的影响并提出切实防腐措施。
　　球墨铸铁管和不锈钢管是新建给水系统中比较常用的两种金属管材，然而有关其在市政给水条件下的腐蚀特性的研究并不多，已有的腐蚀研究试验设置的条件大多与供水管网实际情况相距甚远，如在较高浓度氯离子、不同种类不同浓度的酸、碱等情况下。现有研究表明，供水金属管道内壁容易发生生物腐蚀和电化学腐蚀。以硫酸盐还原细菌和铁细菌为典型研究对象的生物腐蚀研究的比较多，而电化学腐蚀的研究相对要少。电化学腐蚀是给水金属管网腐蚀的主要类型之一，尤其对于新建管网，电化学腐蚀为控制步骤，是主要腐蚀因素，生物腐蚀起到促进作用。因此，研究有关供水金属管材在市政自来水条件下的电化学腐蚀以及包括电化学腐蚀在内的综合腐蚀具有重要的理论和实际意义。
　　论文利用极化曲线和交流阻抗谱等方法研究了球墨铸铁试块、304型不锈钢试块以及球墨铸铁管在自来水中的腐蚀行为，设置灭菌组为参考以研究微生物对金属管材腐蚀的影响。
　　论文第三章、第四章两章分别研究了两种金属材质在市政自来水环境下的腐蚀特性。建立三电极反应体系，采取强极化Tafel直线外延法确定金属的腐蚀电位、腐蚀电流和腐蚀速率。结合阻抗谱，分析金属电化学腐蚀过程中的极化阻力和腐蚀环境的变化情况。研究结果显示，球墨铸铁在市政供水中耐腐蚀差，容易发生以电化学腐蚀为主的综合性腐蚀。静态腐蚀实验表明，非灭菌自来水环境下球墨铸铁试块自腐蚀电位（相对饱和甘汞电极，下同）118天均值-0.793 V，灭菌环境下为-0.763 V，均明显低于其在土壤中的自腐蚀电位（约-0.5 V），说明发生腐蚀的倾向很大。有微生物参与的球墨铸铁试块腐蚀速率约0.8 mm/a，接近没有微生物参与的腐蚀速率的4倍，说明微生物能够显著影响球墨铸铁试块的腐蚀进程。阻抗谱分析表明，球墨铸铁试块在自来水中发生电化学腐蚀时的极化阻力较小，不到2 kΩ·cm2。研究结果显示，球墨铸铁在市政供水中耐腐蚀差，容易发生以电化学腐蚀为主的综合性腐蚀。静态腐蚀实验表明，非灭菌自来水环境下球墨铸铁试块自腐蚀电位（相对饱和甘汞电极，下同）118天均值-0.793 V，灭菌环境下为-0.763 V，均明显低于其在土壤中的自腐蚀电位（约-0.5 V），说明发生腐蚀的倾向很大。有微生物参与的球墨铸铁试块腐蚀速率约0.8 mm/a，接近没有微生物参与的腐蚀速率的4倍，说明微生物能够显著影响球墨铸铁试块的腐蚀进程。阻抗谱分析表明，球墨铸铁试块在自来水中发生电化学腐蚀时的极化阻力较小，不到2 kΩ·cm2。实验发现，不锈钢在自来水中耐腐蚀能力很强，几乎不发生腐蚀。在非灭菌自来水中的不锈钢试块自腐蚀电位-0.326 V，腐蚀速率不到0.02 mm/a，在灭菌自来水中两项值更低，分别为-0.285 V、0.01 mm/a，微生物对不锈钢腐蚀的影响很小。
　　论文第五章研究了自来水环境下球墨铸铁管的腐蚀行为以及腐蚀对管内水体水质的影响。采用极化曲线法确定管道腐蚀电位和腐蚀速率，分析不同腐蚀阶段内水质变化情况。球墨铸铁管的静态腐蚀实验表明，管内为非灭菌自来水时，管内壁腐蚀较快，发生腐蚀的倾向大，腐蚀电位69天均值达到-0.83 V，管内水体水质迅速变差，色度、浊度、总铁等指标值升高很快；建立了以总铁浓度、菌落总数为指标的水质模型，模型能够很好的再现实验数据。由于反应装置的原因，实验测得球墨铸铁管腐蚀速率偏小，灭菌组不到0.02 mm/a，非灭菌组约为0.04 mm/a，数据显示微生物对管道腐蚀影响较大。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3课题来源及主要研究内容和研究方案

第2章 实验装置与实验方法

2.1 典型给水金属材质电化学腐蚀实验装置及原理

2.2 金属管材电化学腐蚀实验方法

2.3 球墨铸铁管电化学腐蚀实验装置及原理

2.4 金属管道电化学腐蚀实验方法

第3章 球墨铸铁材质的电化学腐蚀研究

3.1 球墨铸铁试块腐蚀现象

3.2 球墨铸铁电化学腐蚀数据及处理

3.3 球墨铸铁试块腐蚀极化曲线分析

3.4 球墨铸铁材质腐蚀阻抗谱分析

3.5 球墨铸铁试块电化学腐蚀分析

3.6 本章小结

第4章 不锈钢材质的电化学腐蚀研究

4.1 不锈钢腐蚀现象

4.2 不锈钢电化学腐蚀数据及处理

4.3 不锈钢电化学腐蚀极化曲线

4.3不锈钢电化学腐蚀分析

4.4 本章小结

第5章 铸铁管道电化学腐蚀与水质关系研究

5.1 腐蚀体系表观现象

5.2 铸铁管道腐蚀数据及处理

5.3 球墨铸铁管腐蚀

5.4 球墨铸铁管管内腐蚀水体水质

5.5建立相关水质模型

5.6 本章小结

结论

参考文献

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