关于含铁地下水取水构筑物一些问题的分析与商讨文,理工文文.doc

关于含铁地下水取水构筑物一些问题的分析与商讨论文,理工论文论文... 关于含铁地下水取水构筑物一些问题的分析与商讨 摘要：地下水取水构筑物早期报废的原因错综复杂。如地下水水质，取水构筑物的型式、材料构造、施工、运行管理等都可能产生不同程度的影响，这些因素常常又互相作用、互为因果。因此，对不同情况下的早期报废问题应作具体分析，而从予防角度则当综合考虑各种因素的影响。由于含铁地下水取水构筑物的早期报废问题常常比一般情况更为突出，本文拟对含铁地下水构筑物的有关问题提出一些初步看法，供分析研究。 关键词：含铁地下水 取水构筑物 一、地下水取水构筑物进水面上的腐蚀与沉积 　　凡是由金属滤管（如管井的滤管、辐射井的水平集水管等）在地下水中都存在着不同程度的腐蚀。而沉积则存在于所有地下水取水构筑物的进水面上，如大口井井底。腐蚀与沉积常互相联系，密不可分。 　　1.腐蚀问题 　　腐蚀分电化学腐蚀与化学腐蚀两种情况，金属滤管的腐蚀几乎都是电化学腐蚀。由于具有不同的电极电位，组成原电池。例如，由穿孔钢管外包铜网组成的滤管即相当于原电池，电子将通过金属支撑线——导线由钢管（负极）流向铜网（正极）。这时在溶液中发生的反应如下； 　　在负极　　Fe→Fe2++2e-　　　　　　　　　　(1) 　　离子Fe2+进入溶液，即发生氧化反应，因而对溶液来说又是阳极。在阳极Fe2+将发生各种二级反应，例如： 　　Fe2++2OH-→Fe(OH)2　　　　　　　　　　　(2) 　　当水中有溶解氧时，则 　　4 Fe(OH)2+O2+2H2O→4 Fe(OH)3↓　　　　　(3) 　　在正极　　2H++2e-→2H→H2　　　　　　　　(4) 　　即发生还原反应，因而对溶液来说又是阴极。 　　实际上，只有当溶液中没有溶解氧时，电极反应生成的H才结合为H2。如果溶液中存在溶解氧且在酸性条件下，阴极反应为： 　　4H+ O2→2H2O　　　　　　　　　　　　　　(5) 　　如果在溶液中有溶解氧且在中性或碱性条件下，阴极反应为： 　　O2+2H2O +4e-→4OH-　　　　　　　　　　　　(6) 　　下面分别讨论滤管腐蚀过程中的各种影响因素。 　　(1)pH值的影响 　　由(4)、(5)式可知，H+在阴极放电，不断地从阳极接受电子是使反应得以继续进行。因此水的pH值越低，即H+浓度越高越易使阳极的腐蚀作用加剧。当H+浓度很高时腐蚀作用可变为金属溶于酸中的作用。 　　可见，低pH值是滤管电化学腐蚀的重要因素之一。PH值低的地下水一般具有硬度低，游离碳酸等含量多的特点。地下水中的铁质含量虽然与pH值没有直接的关系，但据不完全统计，我国大多数(80%)含铁地下水的pH值小于7.0，仅少数(～10-20%)pH=7.0-7.5，个别pH7.5。这就是含铁地下水中滤管腐蚀的主要原因之一。 　　(2)溶解氧的影响 　　当溶液中没有溶解氧时，阴极反应按(4)式进行，生成的原子态H和氢气将复盖在阴极表面，产生超电压的极化作用，只有在Ph5时，腐蚀将会停止下来。当水中有溶解氧时，反应按(5)或(6)式进行，此时氧化为去极剂使腐蚀作用加剧。实际上，当pH≌6时溶解氧是决定腐蚀的主要因素。实践证明，这时腐蚀速度与溶解氧含量成正比。由于含铁地下水中铁质为F2+e形式存在，一般不含溶解氧。这时参与腐蚀、沉积的溶解氧的来源是一个值得探讨的问题。我们认为形成的水位降落漏斗以及间断抽水时的水位波动是造成井周围地下水充气溶氧的条件，这一因素的影响对埋藏浅的潜水层尤为突出。由于溶氧范围只限于地下水的表层和滤管上部，但是由于地下水流在滤管外围一般都有滤流重分布现象，从而使表层含氧较多的地下水向沿滤管的深层分布，是含铁地下水取水构筑物同样遭受腐蚀沉积的原因。 　　(3)水流速度的影响 　　在滤管及取水井设备的腐蚀过程中，水流速度影响甚大。大致有以下几方面。首先是水流的机械冲刷作用。实际上可以观察到，滤管或深井设备腐蚀严重的部位往往是水流集中、流速较大的部位。因此，减少滤管进水面的流速、使滤流均匀分布可以减缓滤管的腐蚀。其次是水流作用造成的浓差影响。水流速度大时，水中的溶解氧易于向滤管的阴极扩散，从而形成一种氧浓差电池，使腐蚀过程加剧。 　　实际上影响电化学腐蚀过程的因素还很多。如组成滤管的材料与构造形式，金属结构、表面加工处理与各种应力的不均匀性，地下水与滤管周围含水层的物理化学性质，生成物的物理化学性质，微生物作用与施工运行条件等。随着这些因素的变化，滤管的腐蚀情况往往表现出不同的形式。例如，我们通常采用的缠丝滤管一穿孔钢（或铸铁管）外缠镀锌铁丝，由于锌的电极电位(-0.76v)比铁的(-0.44v)还要低，因此滤管原电池的极性与前述滤管的相反，这时首先是镀锌铁丝遭到腐蚀，由此