典型供水金属管材电化学腐蚀及对水质影响的研究-市政工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TU991.2 U.D.C: 628.162 Dissertation for the Master Degree in Engineering ELECTROCHEMICAL CORROSION OF TYPICAL WATER SUPPLY METAL PIPE AND THE IMPACT ON WATER QUALITY Candidate： Wang Liyou Supervisor： Associate Prof. Qiu Wei Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Municipal Engineering Affiliation： School of Municipal and Environmental Engineering Date of Defence： June, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 I I 摘 要 针对目前城市供水金属管网内壁腐蚀导致水质变差的问题，论文从电化学角 度研究了两种典型供水金属管材的腐蚀特性以及腐蚀对管内水质的影响并提出切 实防腐措施。 球墨铸铁管和不锈钢管是新建给水系统中比较常用的两种金属管材，然而有 关其在市政给水条件下的腐蚀特性的研究并不多，已有的腐蚀研究试验设置的条 件大多与供水管网实际情况相距甚远，如在较高浓度氯离子、不同种类不同浓度 的酸、碱等情况下。现有研究表明，供水金属管道内壁容易发生生物腐蚀和电化 学腐蚀。以硫酸盐还原细菌和铁细菌为典型研究对象的生物腐蚀研究的比较多， 而电化学腐蚀的研究相对要少。电化学腐蚀是给水金属管网腐蚀的主要类型之一， 尤其对于新建管网，电化学腐蚀为控制步骤，是主要腐蚀因素，生物腐蚀起到促 进作用。因此，研究有关供水金属管材在市政自来水条件下的电化学腐蚀以及包 括电化学腐蚀在内的综合腐蚀具有重要的理论和实际意义。 论文利用极化曲线和交流阻抗谱等方法研究了球墨铸铁试块、304 型不锈钢试 块以及球墨铸铁管在自来水中的腐蚀行为，设置灭菌组为参考以研究微生物对金 属管材腐蚀的影响。 论文第三章、第四章两章分别研究了两种金属材质在市政自来水环境下的腐 蚀特性。建立三电极反应体系，采取强极化 Tafel 直线外延法确定金属的腐蚀电位、 腐蚀电流和腐蚀速率。结合阻抗谱，分析金属电化学腐蚀过程中的极化阻力和腐 蚀环境的变化情况。研究结果显示，球墨铸铁在市政供水中耐腐蚀差，容易发生 以电化学腐蚀为主的综合性腐蚀。静态腐蚀实验表明，非灭菌自来水环境下球墨 铸铁试块自腐蚀电位（相对饱和甘汞电极，下同）118 天均值-0.793 V，灭菌环境 下为-0.763 V，均明显低于其在土壤中的自腐蚀电位（约-0.5 V），说明发生腐蚀 的倾向很大。有微生物参与的球墨铸铁试块腐蚀速率约 0.8 mm/a，接近没有微生 物参与的腐蚀速率的 4 倍，说明微生物能够显著影响球墨铸铁试块的腐蚀进程。 阻抗谱分析表明，球墨铸铁试块在自来水中发生电化学腐蚀时的极化阻力较小， 不到 2 kΩ·cm2。研究结果显示，球墨铸铁在市政供水中耐腐蚀差，容易发生以电 化学腐蚀为主的综合性腐蚀。静态腐蚀实验表明，非灭菌自来水环境下球墨铸铁 试块自腐蚀电位（相对饱和甘汞电极，下同）118 天均值-0.793 V，灭菌环境下为 -0.763 V，均明显低于其在土壤中的自腐蚀电位（约-0.5 V），说明发生腐蚀的倾 向很大。有微生物参与的球墨铸铁试块腐蚀速率约 0.8 mm/a，接近没有微生物参 与的腐蚀速率的 4 倍，说明微生物能够显著影响球墨铸铁试块的腐蚀进程。阻抗 II II 谱分析表明，球墨铸铁试块在自来水中发生电化学腐蚀时的极化阻力较小，不到 2 kΩ·cm2。实验发现，不锈钢在自来水中耐腐蚀能力很强，几乎不发生腐蚀。在非 灭菌自来水中的不锈钢试块自腐蚀电位-0.326 V，腐蚀速率不到 0.02 mm/a，在灭 菌自来水中两项值更低，分别为-0.285 V、0.01 mm/a，微生物对不锈钢腐蚀的影响 很小。 论文第五章研究了自来水环境下球墨铸铁管的腐蚀行为以及腐蚀对管内水体 水质的影响。采用极化曲线法确定管道腐蚀电位和腐蚀速率，分析不同腐蚀阶段 内水质变化情况。球墨铸铁管的静态腐蚀实验表明，管内为非灭菌自来水时，管 内壁腐蚀较快，发生腐蚀的倾向大，腐蚀电位 69 天均值达到-0.83 V，管内水体水 质迅速变差，色度、浊度、总铁等指标值升高很快；建立了以总铁浓度、菌落总 数为指标的水质模型，模型能够很好的再现实验数据。由于反应装置的原因，实 验