再生水管道金属管材的微生物腐蚀研究

摘要

随着再生水回用技术的推广，再生水管网的新建扩建成为必然趋势。再生水营养物质丰富，为微生物大量滋生提供了适宜条件。微生物生长可能会造成管网腐蚀，影响再生水水质安全，因此探究管网中微生物生长对管网腐蚀的影响，对于延长管网寿命和保证供水安全具有积极意义。本文采用腐蚀失重法、扫描电镜和 EDS能谱分析、D-100表面轮廓仪、电化学测试方法对再生水管道中金属管材Q235B碳钢、铸铁、317L不锈钢表面的微生物膜进行了宏观和微观分析。
　　再生水管网生态因子研究结果表明，微生物第0~2天为停滞期，第3~8天为对数期，第9~10天为稳定期，第11~15天为衰亡期。生长最适温度为30~35℃，最适pH为7.4。再生水中的溶解氧值、电导率、UV254值的变化跟微生物的代谢活性相关。
　　腐蚀失重结果表明，对于Q235碳钢，生物膜初始时抑制腐蚀，7天后加速腐蚀。对于铸铁，微生物膜从一开始就促进腐蚀，不锈钢虽未发生腐蚀，但生物膜长期作用下可能会诱导其腐蚀。7天时碳钢的微生物腐蚀速率最大值为0.0669 mm/a，微生物腐蚀所占最大比重为55.19％，而铸铁的最大微生物腐蚀速率3天时最大，为0.1161 mm/a，微生物腐蚀所占比重最大值为69.89%。
　　电化学交流阻抗谱研究结果表明，Q235B碳钢、铸铁的阻抗谱图呈现双容抗弧，容抗弧半径在7天时最大，而不锈钢呈现单容抗弧，3天时容抗弧半径最大。生物膜的时间常数，碳钢位于1~5 Hz，铸铁位于1~3 Hz，不锈钢位于100 Hz以上。等效电路模拟结果显示，碳钢、铸铁、不锈钢的模拟值由于金属本身腐蚀历程的差别，模拟结果差异很大。
　　透射电镜扫描结果表明，7天时，碳钢、铸铁、不锈钢已经形成完整的生物膜，挂片表面不同时间的形貌差别很大。EDS元素结果分析表明，C、O元素在三种挂片表面大量增加，S元素急剧增加的时间点随管材不同而变化，可能与管材表面的腐蚀历程相关。表面轮廓测试表明，生物膜的厚度和粗糙度，腐蚀坑的深度和粗糙度跟金属基体关联很大，生物膜的厚度和粗糙度以及腐蚀坑深和粗糙度不存在正相关联系，微观分析结果也表明了微生物吸附的随意性。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究意义和内容

1.4 技术路线

第二章 实验材料与方法

2.1 菌种来源

2.2 菌种培养条件

2.3 微生物计数方法

2.4 微生物膜载体样品的制备

2.5 微生物腐蚀速率的测定方法

2.6 电化学测试方法

2.7 主要大型实验仪器

第三章 再生水管道微生物生态因子研究

3.1 引言

3.2 研究方案

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 再生水管道管壁微生物膜特性研究

4.1 引言

4.2 实验方案

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 再生水管道微生物腐蚀电化学特性研究

5.1 引言

5.2 实验研究方案

5.3 实验结果讨论与分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 不足与展望

6.3 管网防腐建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢