1.金屬管道內(nèi)腐蝕成因 

給水管道內(nèi)壁腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕。對(duì)金屬管材而言，管道的內(nèi)腐蝕首先是電化學(xué)腐蝕過(guò)程，并受陰極過(guò)程控制。以灰鐵鑄鐵管為例，陽(yáng)極過(guò)程，鐵以離子形式進(jìn)入水中，同時(shí)將電子留在金屬中，在陰極，從陽(yáng)極遷移的電子將被電解質(zhì)溶液中能吸收電子的物質(zhì)所還原而產(chǎn)生吸氧或析氫腐蝕，在管壁生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵進(jìn)一步氧化成氫氧化鐵附著于管壁面。一般來(lái)說(shuō)，低pH值和高濃度氧化物如溶解氧和自由性余氯都會(huì)促進(jìn)腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行。 

2.試驗(yàn)材料與方法 

2.1試驗(yàn)材料 

實(shí)驗(yàn)管材取自自來(lái)水公司，為普通灰鐵鑄件。實(shí)驗(yàn)試片由鑄鐵管加工制成3～5mm厚的薄片，呈基本相等的弧形。試樣表面先用銼將表面銼平，再用砂布磨平，擦掉試片表面殘存的金屬末，放入分析天平中稱(chēng)重，測(cè)定試件面積。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)用水是取自自來(lái)水三廠(chǎng)，靜態(tài)試驗(yàn)用水均由蒸餾水配制。 

2.2試驗(yàn)儀器和試劑 

試驗(yàn)儀器和試劑掃描電鏡日本產(chǎn)，X射線(xiàn)衍射儀國(guó)產(chǎn)EQUINOX3000，精密分析天平，離子色譜儀，游標(biāo)卡尺，pH計(jì)，250mLBOD瓶，1L試劑瓶，NaOH，HCl，NaCl. 

2.3腐蝕速率測(cè)試方法 

管道腐蝕速率采用掛片的實(shí)驗(yàn)辦法，通過(guò)式測(cè)得不同實(shí)驗(yàn)條件下溶解氧，pH值，余氯，流速條件等#xkhjs#的管道腐蝕速率。 

R= W ST1

式中：R為管道腐蝕速率，g/m 2 ;S為式樣的面積，m 2;T為試驗(yàn)時(shí)間，h;W為試驗(yàn)后式樣的質(zhì)量損失值，g精確到011mg。

2.4分析測(cè)定方法 

pH，DO，余氯，硬度及侵蝕性CO2的測(cè)定均采用《水質(zhì)分析大全》中的標(biāo)準(zhǔn)方法。 

3.試驗(yàn)結(jié)果與分析 

3.1金屬管道內(nèi)壁腐蝕層結(jié)構(gòu)成分 

給水管網(wǎng)內(nèi)壁腐蝕瘤的形成與生長(zhǎng)是長(zhǎng)期而復(fù)雜的過(guò)程，它的物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分，同管道材質(zhì)，管網(wǎng)水質(zhì)及水力條件密切相關(guān)。管內(nèi)壁環(huán)向腐蝕結(jié)垢層厚度參差不齊，厚度約在15～30mm.呈現(xiàn)規(guī)則的分層現(xiàn)象，與水直接接觸的外層呈赤銹色，薄且松散，中間一層呈深黑色，多孔，凹凸不平，且質(zhì)地堅(jiān)密，比最外層稍厚，最內(nèi)層呈現(xiàn)半球狀，體積最大，黑色，質(zhì)地松散均勻，將腐蝕結(jié)垢層剝離管道后，可以看到管壁局部有1～3mm深的腐蝕凹坑，呈現(xiàn)明亮的金屬光澤，是銹瘤的核心部分。將內(nèi)壁腐蝕物進(jìn)行電鏡掃描并進(jìn)行X射線(xiàn)衍射分析，通過(guò)XRD衍射圖譜可知：管壁腐蝕層的主要化學(xué)成分為Fe3O4與FeOOH，表明該給水管道內(nèi)壁腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。 

3.2pH值對(duì)鑄鐵管腐蝕的影響 

取80份水樣于1L試劑瓶中，分別將pH值調(diào)到3～13，然后在瓶中上部吊掛一試片稱(chēng)過(guò)質(zhì)量和量好尺寸，并作2～3個(gè)平行樣，將試劑瓶放入暗處保存3d后取出，測(cè)定腐蝕速率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4.圖4pH對(duì)鑄鐵管腐蝕速率的影響，pH值的大小直接影響鑄鐵管的腐蝕速度。pH<5時(shí)，鑄鐵管的腐蝕速度隨pH的減小而上升，這是由于當(dāng)pH值降低時(shí)，氫離子和氧的陰極還原反應(yīng)變得容易，從而加重了鑄鐵管的腐蝕。pH>11時(shí)，腐蝕速度隨pH高而急劇下降，表明鑄鐵管表面Fe 2+在OH 高時(shí)，很容易形成Fe2，FeOH2又能自發(fā)形成FeOH3紅色沉淀。FeOH3附著在金屬上，其內(nèi)層為Fe3O4穩(wěn)定產(chǎn)物，對(duì)管壁表面有一定的保護(hù)作用，從而降低了腐蝕速度?？梢?jiàn)，在配水系統(tǒng)中，pH在中性附近變化，并不能對(duì)鑄鐵管的腐蝕速度有顯著影響。 

3.3溶解氧對(duì)鑄鐵管腐蝕的影響 

用充氧泵對(duì)蒸餾水充氧2h后，立即將充氧水通過(guò)乳膠管注入250mLBOD瓶?jī)?nèi)，同時(shí)計(jì)時(shí)，并測(cè)定初始的溶解氧濃度。放入試件后塞好瓶蓋，利用上面的水封封口。試樣懸于BOD瓶的中部。 

每隔10h左右取出2～3瓶，測(cè)定不同時(shí)間剩余溶解氧DO，考察水中DO隨時(shí)間的變化規(guī)律。 

隨時(shí)間t的變化關(guān)系由圖5可知，在試驗(yàn)初始的50h以?xún)?nèi)，DO消耗速度幾乎呈直線(xiàn)變化，50h之后，好氧速度變慢，最后幾乎為一直線(xiàn)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于，初始階段水中DO質(zhì)量濃度高，且鑄鐵試片表面無(wú)氧化膜覆蓋層，水中的DO可順利的與鐵接觸，氧分子在陰極獲得電子成為OH -進(jìn)入水中。 

隨著時(shí)間的延續(xù)，水中DO質(zhì)量濃度變低，DO擴(kuò)散到鑄鐵表面的動(dòng)力減小，同時(shí)，在鑄鐵試片的表面，由于陽(yáng)極Fe失去電子成為Fe 2+，Fe 2+與OH -生成FeOH2與FeOH3，FeOH3部分附著于鑄鐵試件表面，成為保護(hù)膜，阻礙了O2與試片表面的接觸，從而減少了O2到陰極表面獲得電子的幾率，正是由于這兩個(gè)原因，使溶解氧在后期的消耗速率下降。因?yàn)殍F失電子和氧得電子是兩個(gè)缺一不可的過(guò)程，其中一個(gè)過(guò)程發(fā)生，必然有另一個(gè)過(guò)程相伴發(fā)生，否則水溶液就不是電中性的了，所以氧的消耗速度反映了鑄鐵的腐蝕速度，即鑄鐵的成膜速度。 

3.4流速對(duì)鑄鐵管腐蝕的影響 

給水管網(wǎng)內(nèi)水的流速會(huì)影響溶解氧和余氯的擴(kuò)散速度，也會(huì)影響溶解氧和余氯的擴(kuò)散層厚度，從而間接地加速鑄鐵管內(nèi)壁的腐蝕速率<10>。而且，隨著水流速的增加，水對(duì)管壁的機(jī)械沖刷會(huì)把管壁上已形成的保護(hù)性氧化膜沖掉，使管壁鑄鐵暴露在水中，使鑄鐵加速腐蝕。鑄鐵管的腐蝕速率隨著流速的增加而近似的呈直線(xiàn)增加，如圖6所示。 

3.5余氯對(duì)鑄鐵管腐蝕的影響 

余氯不僅會(huì)與水體中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物反應(yīng)而消耗，還會(huì)參與鑄鐵管壁的腐蝕以及與管壁上的細(xì)菌作用而消耗<2>。但隨著時(shí)間增長(zhǎng)，水中有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的減少，以及管內(nèi)壁上保護(hù)膜的生成，余氯的消耗將逐漸減緩。隨著水中余氯濃度的324沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版第26卷增加，盡管余氯沒(méi)有全部用于參加管壁的腐蝕反應(yīng)，但可用于參加該反應(yīng)的余氯量增多，因而也導(dǎo)致鑄鐵管壁的腐蝕加速。 

3.6硬度和侵蝕性CO2對(duì)鑄鐵管腐蝕的影響 

將自來(lái)水三廠(chǎng)試驗(yàn)用水充入鑄鐵管后，測(cè)定管道中將總硬度與侵蝕性CO2，考察水中硬度和侵蝕性CO2隨時(shí)間的變化規(guī)律。

侵蝕性CO2在開(kāi)始時(shí)高，經(jīng)50h幾乎降低為零。硬度開(kāi)始時(shí)也高，并且初始硬度降低迅速，后逐漸轉(zhuǎn)緩，最后幾乎不再變化。表明硬度在初始時(shí)降低的快慢是與侵蝕性CO2的存在多少相關(guān)。 

水中游離CO2，能與水發(fā)生水合作用，其結(jié)果生成H2CO3，存在如下平衡：CO 2- 3+2H +→HCO - 3+H +→H2CO3而開(kāi)始時(shí)水中的鈣離子，鎂離子質(zhì)量濃度也很高，這樣鈣離子，鎂離子和碳酸根離子結(jié)合生成不溶性物質(zhì)，碳酸根質(zhì)量濃度下降，二氧化碳在水中的含量不斷減少，雖然所生成的碳酸鈣和碳酸鎂在侵蝕性二氧化碳作用下還將生成可溶性的CaHCO32，MgHCO32，但與生成CaCO3，Mg2 CO3趨勢(shì)相比，還是較弱的。因此，總的趨勢(shì)是硬度減小，侵蝕性的CO2下降幾乎至零。由于水在配水系統(tǒng)中的停留時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)，故侵蝕性CO2一定存在。侵蝕性CO2的存在，將會(huì)對(duì)鐵管產(chǎn)生腐蝕作用，但它的存在又會(huì)產(chǎn)生更多的CO 2- 3來(lái)沉淀Ca 2+，Mg 2+，Fe 2+等離子，因此，高硬度水對(duì)管道所產(chǎn)生的保護(hù)作用是不容忽視的。但是長(zhǎng)期的高硬度水，是不應(yīng)提倡，因?yàn)闀?huì)造成管道的阻塞，降低管道的通水能力。如果配水系統(tǒng)在其運(yùn)行前，先充入高硬度離子，管內(nèi)壁上附著這一層Ca2 CO3膜，阻止管內(nèi)表面與水直接接觸，使管內(nèi)壁不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，可能會(huì)得到良好的效果。 

4.結(jié)論 

1.pH值的大小直接影響腐蝕速度，由于配水系統(tǒng)供水的pH在7附近變化，并不能對(duì)金屬管道腐蝕速度有顯著影響。 

2.溶解氧的初期消耗速度快，隨后消耗速度變緩，說(shuō)明后期的鑄鐵管腐蝕速度小且均勻變化，管內(nèi)溶解氧趨勢(shì)是減少的。 

3.流速通過(guò)影響溶解氧和余氯的擴(kuò)散速度，間接促進(jìn)鑄鐵管的腐蝕，一般情況下，流速與腐蝕速率成正比關(guān)系。 

4.侵蝕性CO2對(duì)鐵管產(chǎn)生腐蝕作用，但它的存在又會(huì)產(chǎn)生更多的CO 2- 3來(lái)沉淀Ca 2+，Mg +，Fe 2+等離子使管內(nèi)壁不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。