水源切换供水区域输配管网内壁腐蚀管垢特性及成因分析.pdfVIP

水源切换供水区域输配管网内壁腐蚀管垢 特性及成因分析 李桂芳 济南市供排水监测中心，山东济南250021 摘要 使用扫描电镜、X荧光光谱分析、X射线衍射等方法对水源切换供水区域给水管网中 铸铁管和镀锌管管垢进行微观形态、化学成分及化合物构成分析。结果表明，铸铁管上管垢呈 针状或石林状，有明显的三层结构，镀锌管上管垢呈松散的颗粒组成的球状结构，不同的管垢 源为水中所含的大量钙离子，在碳酸钙溶解与沉淀平衡过程中沉淀附着产生CaC03。 前言 尽管近几年出厂水水质得以有效改善，但用户的龙头水仍会出现浑浊度、色度、铁和微生 物指标不合格现象瓯劓，严重时出现“黄水芹现象。造成该现象的主要原因是水质与管网内部 管垢发生复杂的物理、化学、生物反应而造成的二次污染‘引。因此，对输水管材管垢进行特性 及形成原因分析，对于提高管网水质、控制管网腐蚀具有重要意义。 1材料与方法 1．1样品采集与保存 试验分析所用管垢取自水源切换供水区域供水管网。 管材1为DNl50的无内衬铸铁管，为发生爆管时所取，位于某小区内主管道三叉口处，存在 两种水源切换可能，管龄约25年。 管材2为DN40的镀锌管，为城市户表改造过程中更换下来的入户管段，管龄约25年。 1．2样品预处理 管段自然风干后，用刀片小心将管内壁管垢取下，放入干净试剂袋中。取块状样品用于扫 描电镜分析，研钵研磨后的粉末状样品用于X荧光光谱分析和X衍射分析。 1 3分析仪器 2结果与讨论 z．1管垢的外观及微现形态分析 图l铸铁管管垢外观 圈2镀锌管管垢外观 如图1、2所示，铸铁管和镀锌管内壁均附着有明显的管垢，其外貌特征与国内外学者描述 的特征有相似之处“1】。 2-0 铸铁管内壁管垢分布均匀，厚度基本在0 8cm之_问。取下较为完整的一块管垢，肉眼 能观察到明显的三层结构特征。最外层为黄褐色或红褐色粉末状薄精层，厚度约05衄，轻轻 擦拭，露出黑色坚硬致密的中间金属层，厚度约im，最内层为酥松的黄褐色或深褐色同体． 充满整个金属壳层。 镀锌管内部管垢略呈--但,J厚一侧薄的特征，较铸铁管臂垢松散易被破坏，外层附着揭色粉 末状或颗粒状表层，易脱落，厚度在0卜2哪之间，内部为松散的黑色周体。 鬻蘼黧豁 x a 铸铁管垢SEM图 20000× b 铸铁管垢sEM图 100000 图3扫描电镜下铸铁管管垢特征 a 镀锌管垢SEM图 20000× b 镀锌管垢SEM图 100000× 图4扫描电镜下镀锌管管垢特征 对两种管材管垢进一步进行电镜扫描分析，如图3、图4所示。从图上可以看出，铸铁管和 镀锌管管垢的微观形态不同。铸铁管管垢呈密实的针状或石林状结构分布，镀锌管管垢则呈松 散的球状颗粒结构分布。 两种管垢外观及微观结构特征不同是管网材质、水质条件、水力条件、温度、流量等因 素共同作用的结果…，而所研究管段输送水质基本相同，因此两管垢结构不同应与管材和水力 条件有关。管材不同．耐腐蚀的程度和腐蚀过程不同，从而产生的管垢特征不同；从水力条件 看，铸铁臂处在小区内主管网三岔口处，水流方向随压力变化而变化，且通水量大，水流速度 快，水力冲刷力强，使管垢形成较为均匀密实，而镀锌管位于入户管道上．水流为单向流条 件，水力停留时间长，通水量小，冲届4力弱，造成管垢较为松散，且铁钙不溶物质易于沉淀造 成管材底部管垢较顶部更为厚重。 22管垢化学成分分析 为分析管垢化学成分．对两种管材管垢进行了x射线荧光定性分析，分析结果见表1。由 壁管垢的主要化学元素依次为Fe、0、Ca、Si、A1、s等。可见，铁是管垢的主要组成物质． 铸铁管、镀锌管管垢中铁含量分别占83．3％、778％ 以Fe203计 ．其次是钙，其含量分别占 8 彬、周韬、SarinP等研究结果基本一致“’6。4”1。 为研究水质状况对管材管垢的影响．分析所输送的水质状况见表2。由表2可以看出，所输 送水质含有一定量的铁和大量的钙离子 在60mg／L80mg／L之间 ，A1、Zn吉量较低。固此，认 为管垢中的铁主要来源于腐蚀金属管壁．钙主要来源于水中所舍的钙离子。另外，镀锌管检出 的少量锌，与镀锌管含有一定量的锌有关。造成铸铁管与镀锌管管垢成分略有不同的原因，主 要在于镀锌管中水流速度小．水力停留时间长，不溶性钙镁物质附着沉淀于管壁的几率高，形 成的碱辐保护层膜，减缓铁的腐蚀速度，从而镀锌管管垢较铸铁管管垢铁含量低、钙含量高。 表1内壁管垢化学成分 以氧化物质量分数讹 值 0．03—O．0460一80 1．7—5．0 0．02-0．05 0．05 350—4000．3—0．7 2．3管垢的晶体成分分析 为对管垢中的化合物特性进行分析，对管垢的晶体结构进行了X射线衍射分析，从分析结果 由于所研