工業(yè)水處理技術(shù)3 腐蝕與結(jié)垢

1、工業(yè)水處理技術(shù)第三章 腐蝕與結(jié)垢主要內(nèi)容3.1 腐蝕的類型與過程3.2 影響腐蝕的因素與腐蝕形式3.3 水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)3.4 水質(zhì)穩(wěn)定處理3.1 腐蝕的類型與過程腐蝕的類型與過程3.1.1 腐蝕的定義腐蝕的定義 所謂腐蝕就是由于與周圍介質(zhì)相互作用，材料（通常是金屬）遭受破壞或材料性能惡化的過程。 腐蝕也可以從以下幾個方面定義：a)由于材料與環(huán)境反應(yīng)而引起的材料破壞或變質(zhì)；b)除了單純機械破壞以外的材料的一切破壞；c)從冶金的角度講，腐蝕也可視為冶金的逆過程。3.1.1 腐蝕的分類腐蝕的分類 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕微生物腐蝕微生物腐蝕化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 在給水排水工程中腐蝕常見類型為電化電化學(xué)腐蝕學(xué)腐

2、蝕和微生物腐蝕微生物腐蝕兩種。電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 “腐蝕原電池模型”電化學(xué)腐蝕的過程就是原電池的工作原理。 陽極zn陰極cu硫酸鋅溶液硫酸銅溶液_+e腐蝕原電池示意圖zn = zn2+ + 2e-cu2+ + 2e- = cuzn + cu2+ = zn2+ + cu鋅電極銅電極0.76（0.34）1.10（伏） 微生物腐蝕微生物腐蝕 由于微生物的生命活動直接或間接的對材料產(chǎn)生腐蝕。本質(zhì)原因是微生物參與了引起腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)。 生物在代謝過程中會有以下幾方面影響腐蝕：i.直接影響陽極和陰極的反應(yīng)；ii.影響表面保護膜；iii.形成腐蝕條件；iv.產(chǎn)生沉淀物。 微生物腐蝕微生物腐蝕 參與或促進

3、金屬腐蝕過程的微生物種類很多，其中比較重要的是直接參與自然界硫、鐵和氮循環(huán)的微生物。 參與硫循環(huán)的有硫氧化細菌和硫酸鹽還原菌；參與鐵循環(huán)的有鐵細菌；參與氮循環(huán)的主要有硝化細菌和反硝化細菌等。 按生長發(fā)育中對氧的要求，又可分為好氧腐蝕菌和厭氧腐蝕菌兩類。下水道中硫的生化反應(yīng)過程及硫循環(huán)下水道中硫的生化反應(yīng)過程及硫循環(huán)n微生物腐蝕微生物腐蝕由于微生物的生命活動直接或間接的對材料產(chǎn)生了腐蝕。由于微生物的生命活動直接或間接的對材料產(chǎn)生了腐蝕。微生物腐蝕的本質(zhì)是微生物參與了引起腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)。微生物腐蝕的本質(zhì)是微生物參與了引起腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)。 微生物腐蝕微生物腐蝕 好氧細菌l 一是造成氧差電池引起的

4、腐蝕 微生物附著處的氧相對缺乏而形成陽極，附近的表面上氧相對高的為陰極。電化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果是，金屬在陽極溶解，電子遷移到陰極處與氧結(jié)合形成金屬的氧化物及水化物。 陽極（fe）：fe - 2e = fe2+ 陰極（c）：2h2o + o2 + 4e = 4oh- l 二是利用代謝產(chǎn)物引起的腐蝕 4s + 6o2 + 4h2o = 4h2so4 微生物腐蝕微生物腐蝕 厭氧細菌 在厭氧條件下，一些厭氧菌利用氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的能量進行生長，在此過程中使材料發(fā)生腐蝕。2222222)(2222ohfeohfefessfehehohhohefefe 微生物腐蝕微生物腐蝕 控制措施（1）限制營養(yǎng)源 限制金屬構(gòu)

5、件周圍的微生物生長的營養(yǎng)物（有機物、銨鹽、磷、鐵、亞鐵、硫及硫酸鹽等）。（2）控制微生物生長的環(huán)境條件 適當?shù)馗淖儹h(huán)境條件也是減少微生物金屬腐蝕的一個重要措施。例如提高ph值到9以上，溫度50以上就會強烈抑制菌類生長。再如在濕潤粘土地帶加強排水，回填砂礫于埋管線周圍，以改善通氣條件，即可減少硫酸鹽還原菌產(chǎn)生的厭氧腐蝕。 微生物腐蝕微生物腐蝕 控制措施（3）采用化學(xué)殺菌劑和抑菌劑 主要是將殺菌劑和抑菌劑用于密閉或半密閉的系統(tǒng)中或摻合于涂料和護層中。（4）物理、生物控制方法 物理法主要是采用紫外線、超聲波等物理手段來殺滅腐蝕微生物的方法；生物法主要是采用生物防治和遺傳工程改變危害菌的附著力來達到控

6、制目的的方法。（5）采用防護層 對埋在地下的結(jié)構(gòu)常用瀝青、磁漆、塑料帶或混凝土覆蓋以防止鋼結(jié)構(gòu)與環(huán)境接觸。 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 金屬相對于其周圍的氣體是熱不穩(wěn)定的，在室溫時，金屬或合金的這種不穩(wěn)定性不嚴重，因為反應(yīng)速度比較低。但是隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快，金屬與環(huán)境介質(zhì)中的氣相或凝聚相物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到破壞，這就是所謂的高溫氧化，也稱為高溫腐蝕。常見于化工、冶金、核反應(yīng)堆及航空。3.1.2 腐蝕的過程及控制腐蝕的過程及控制腐蝕過程以金屬腐蝕為例，其腐蝕過程大多為腐蝕原電池的工作過程。陽極溶解過程： fefe2+2e- 陰極的反應(yīng)為： h2o+1/2o2+2e-2oh-陽極和陰極的產(chǎn)物發(fā)生

7、下列反應(yīng)： fe2+2oh-fe(oh)23.1.2 腐蝕的過程及控制腐蝕的過程及控制腐蝕控制的方法 原則：只要控制腐蝕過程中陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)中任意一個電極反應(yīng)的速度，另一個電極反應(yīng)的速度也會隨之而受到控制，從而使整個腐蝕過程的速度受到控制。緩蝕劑法 在被腐蝕介質(zhì)中加入少量能降低腐蝕速率的物質(zhì)（緩蝕劑）無機緩蝕劑和有機緩蝕劑。陰極保護法 將被保護的金屬作為腐蝕電池的陰極。將被保護的金屬作為腐蝕電池的陰極。犧牲陽極保護法原電池的正極 外加電流法電解池的陰極 3.2 影響腐蝕的因素與腐蝕形式影響腐蝕的因素與腐蝕形式3.2.1 影響腐蝕的因素影響腐蝕的因素1.合金因素合金因素2.溫度溫度3.流速流

8、速4.外界氣體介質(zhì)外界氣體介質(zhì)5.ph6.溶解鹽類溶解鹽類7.溶解氣體溶解氣體 8.懸浮固體懸浮固體9.微生物微生物3.2.2腐蝕形式腐蝕形式 全面腐蝕全面腐蝕 腐蝕分布在整個金屬表面上，一般屬微觀電池腐蝕（鐵生銹或金屬高溫氧化）?？梢詾榫鶆蚋g也可以為非均勻腐蝕。 局部腐蝕局部腐蝕 包括：點蝕；縫隙腐蝕；濃差電池腐蝕；選擇性腐蝕；應(yīng)力腐蝕開裂；腐蝕疲勞；侵蝕。3.3 水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)水碳酸鹽系統(tǒng)平衡方程232323332232)(cocacacocohhcohcocahcoca3.3.1 lsi飽和指數(shù)飽和指數(shù) 飽和ph值（phs） 是指水碳酸鹽系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時的ph值。朗格利爾飽

9、和指數(shù)（lsi）( langelier saturation index) 定義水的實際ph值（pha）與phs的差值。lsi pha phs lsi與結(jié)垢的關(guān)系lsi0：水中溶解caco3超過飽和量，產(chǎn)生caco3沉淀，產(chǎn)生結(jié)垢；lsi0：水中溶解caco3低于飽和量，固相caco3溶解，產(chǎn)生腐蝕；lsi0：水中溶解caco3與固相caco3處于平衡狀態(tài)，不腐蝕不結(jié)垢。3.3.2 rsi穩(wěn)定指數(shù)穩(wěn)定指數(shù) 針對lsi飽和指數(shù)只能判斷冷卻水是否腐蝕、結(jié)垢，但無法指出腐蝕或結(jié)垢的程度，有時甚至?xí)姓`判現(xiàn)象,實際應(yīng)用中提出一個半經(jīng)驗性指數(shù)rsi穩(wěn)定指數(shù)（ryznar stability index)

10、，定義：rsi 2phspharsi 4.05.0時，水有嚴重的結(jié)垢傾向；rsi 5.06.0時，水有輕微的結(jié)垢傾向；rsi 6.07.0時，水有輕微結(jié)垢或腐蝕傾向；rsi 7.07.5時，腐蝕顯著；rsi 7.59.0時，嚴重腐蝕。3.3.3 其它水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)其它水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù) 在生產(chǎn)實踐中，水質(zhì)穩(wěn)定往往是個經(jīng)驗問題，為了更好地對其定性和定量，許多研究人員進行了大量的研究，也提出了更加符合實際的一些經(jīng)驗指數(shù)，例如：psi穩(wěn)定指數(shù)、phc臨界ph值、me暫時過量以及dfi推動力指數(shù)。3.4 水質(zhì)穩(wěn)定處理水質(zhì)穩(wěn)定處理對水中的碳酸鹽系統(tǒng)不平衡所進行的、控制水的腐蝕性或結(jié)垢性的處理，稱為水質(zhì)穩(wěn)定處理。

11、3.4.1利用碳酸鈣在管壁上形成保護膜利用碳酸鈣在管壁上形成保護膜 金屬表面如果直接與水中溶解氧接觸形成腐蝕電極，但如果控制管壁不直接與水中溶解氧接觸，就可以控制住腐蝕。根據(jù)碳酸鈣的溶解平衡關(guān)系，在管壁上控制形成一層薄的碳酸鈣保護膜，即可抑制住腐蝕電極的反應(yīng)過程。一般認為，在ph值77.4范圍內(nèi)，高碳酸鹽硬度的水所產(chǎn)生的碳酸鈣對控制腐蝕的作用較好。只有使水中碳酸鈣處于過飽和狀態(tài)，即飽和指數(shù)pha- phs0時，才能產(chǎn)生碳酸鈣保護膜。為了控制沉淀速度，按穩(wěn)定指數(shù)rsi作為控制的最佳條件。在水在水里投加石灰是增加里投加石灰是增加ca2+和堿度的最經(jīng)濟辦法。和堿度的最經(jīng)濟辦法。3.4.2 利用二氧化

12、硅在管壁上形成保護膜利用二氧化硅在管壁上形成保護膜 二氧化硅可以在管壁上形成一種與碳酸鈣起同樣作用的保護膜，這樣就可以防止管壁被腐蝕。通過投加硅酸鹽來通過投加硅酸鹽來實現(xiàn)，形成保護膜需要一個最佳實現(xiàn)，形成保護膜需要一個最佳ph值控制范圍。值控制范圍。 使用這種方法的先決條件是在管壁上存在固體腐蝕生成物，而且，要使吸附能保持下去，腐蝕生成物必須不斷的產(chǎn)生才行。3.4.3 利用聚磷酸鈉在管壁上形成保護膜利用聚磷酸鈉在管壁上形成保護膜 聚磷酸鈉一般為na2o/p2o5=1.1的玻璃質(zhì)，為多種不同鏈長的磷酸鈉混合物，平均鏈長為1416。聚磷酸鈉屬于一種陰極緩蝕劑，它在陰極部位起到了產(chǎn)生一種含有鐵、鎂以及正磷酸鹽的聚磷酸鈣粒子膠體保護膜的作用。 聚磷酸鈉用量一般隨管網(wǎng)的規(guī)模大小而有所變化。 ph值為57時，黑色金屬管用聚磷酸鈉作保護膜的效果最佳，而在這個范圍以外，控制腐蝕的