给水管网闭塞水中铸铁腐蚀机理研究

摘要

给水管网的腐蚀问题一直是饮用水用户、饮用水企业、政府和相关研究机构非常关注的重点问题。管道内腐蚀不仅会缩短管道寿命，而且会引起给水水质二次污染以及管网漏失。管网漏失造成了水资源和经济的双重损失。因此，控制管网漏失是水工业亟待解决的难题。管网漏失与腐蚀密切相关，而闭塞水在管网腐蚀过程中又起着重要的作用。因此，本文较全面地分析了闭塞水水质特征，通过模拟闭塞电池装置研究了闭塞水中化学物质累积与迁移机制以及铸铁在闭塞水中的腐蚀行为，最终提出了铸铁给水管道局部腐蚀机理概念模型，深化了人们对于给水管网腐蚀机理的认识，为水工业控制管网泄漏问题提供了技术支持。
　　通过对管道内水体水质特征的深入对比分析，首次将给水管道内的水分成三类：主体水，稳态水和闭塞水，这三种水的水质存在巨大差异。经过水质特征对比分析发现，稳态水作为过渡层，含有低浓度的溶解性铁，但含有大量的铁的颗粒物。相对于流动水，闭塞水呈酸性，含有更多的溶解性铁及铁的悬浮颗粒物，并富集Cl-、SO42-、NO3-和Mn等。且闭塞水中铸铁的腐蚀速率远远大于其在流动水中的腐蚀速率。
　　为了更好地研究铸铁在闭塞水中的腐蚀行为，研发了适合模拟给水管网局部腐蚀的闭塞电池装置。利用该装置系统地研究了阴离子从流动水向闭塞水中的迁移规律及影响因素。发现Cl-、SO42-、NO3-能够从流动水向闭塞水中迁移并富集，这些阴离子之间既有竞争关系，又存在协同关系。流动水水质参数的改变会影响阴离子的迁移速率，但Cl-和SO42-从流动水向闭塞水中的迁移速率比基本等于流动水初始条件下Cl-和SO42-的浓度比。最终闭塞水中富集Cl-、SO42-，而NO3-浓度变化较为复杂。
　　利用电化学测试方法，研究了铸铁在闭塞水中的腐蚀行为以及影响因素。发现闭塞水中铸铁的腐蚀速度不断增加，而且可以通过改变流动水水质控制闭塞区铸铁的腐蚀速度。实验结果表明，为了控制铸铁的局部腐蚀，应该调节流动水pH值在8.50左右，降低Cl-浓度，提高NO3-浓度，适当调节SO42-浓度。
　　根据以上研究及对铸铁局部腐蚀自催化效应分析，提出了新的铸铁给水管道局部腐蚀概念模型。铸铁局部腐蚀的阳极主要为闭塞区内铸铁的溶解反应，阴极主要是在管垢外部发生的氧还原反应。闭塞区逐渐变为贫氧区，pH值不断降低，阴离子不断富集，形成自催化效应，加速铸铁腐蚀。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 给水管道的腐蚀机理

1.3 管网腐蚀的主要影响因素

1.4 给水管道腐蚀类型

1.5 局部腐蚀研究方法

1.6 研究内容及意义

第2章 闭塞水水质特征及其对铸铁腐蚀的影响

2.1 实验材料及方法

2.2 闭塞水水质特征分析

2.3 铸铁在闭塞水和流动水中的腐蚀行为对比分析

2.4 给水管网腐蚀机理的新视角

2.5 本章小结

第3章 流动水中阴离子向闭塞水的电迁移分析

3.1 实验材料与方法

3.2 pH值变化对阴离子电迁移的影响

3.3 Cl-浓度变化对阴离子电迁移的影响

3.4 SO42-浓度变化对阴离子电迁移的影响

3.5 NO3-浓度变化对阴离子电迁移的影响

3.6 本章小结

第4章 闭塞水中铸铁的腐蚀行为

4.1 实验材料与方法

4.2 pH值对闭塞水中铸铁腐蚀的影响

4.3 Cl-对闭塞水中铸铁腐蚀的影响

4.4 SO42-对闭塞水中铸铁腐蚀的影响

4.5 NO3-对闭塞水中铸铁腐蚀的影响

4.6 本章小结

第5章 铸铁给水管网局部腐蚀机理

5.1 给水管网中铸铁局部腐蚀的自催化效应探讨

5.2 铸铁在闭塞水中的腐蚀概念模型

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

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