1.金屬管道內腐蝕成因 

給水管道內壁腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕。對金屬管材而言，管道的內腐蝕首先是電化學(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(zhù)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)腐蝕反應的進(jìn)行。 

2.試驗材料與方法 

2.1試驗材料 

實(shí)驗管材取自自來(lái)水公司，為普通灰鐵鑄件。實(shí)驗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，測定試件面積。動(dòng)態(tài)試驗用水是取自自來(lái)水三廠(chǎng)，靜態(tài)試驗用水均由蒸餾水配制。 

2.2試驗儀器和試劑 

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

2.3腐蝕速率測試方法 

管道腐蝕速率采用掛片的實(shí)驗辦法，通過(guò)式測得不同實(shí)驗條件下溶解氧，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為試驗時(shí)間，h;W為試驗后式樣的質(zhì)量損失值，g精確到011mg。

2.4分析測定方法 

pH，DO，余氯，硬度及侵蝕性CO2的測定均采用《水質(zhì)分析大全》中的標準方法。 

3.試驗結果與分析 

3.1金屬管道內壁腐蝕層結構成分 

給水管網(wǎng)內壁腐蝕瘤的形成與生長(cháng)是長(cháng)期而復雜的過(guò)程，它的物理結構與化學(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)。管內壁環(huán)向腐蝕結垢層厚度參差不齊，厚度約在15～30mm.呈現規則的分層現象，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)地堅密，比最外層稍厚，最內層呈現半球狀，體積最大，黑色，質(zhì)地松散均勻，將腐蝕結垢層剝離管道后，可以看到管壁局部有1～3mm深的腐蝕凹坑，呈現明亮的金屬光澤，是銹瘤的核心部分。將內壁腐蝕物進(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，表明該給水管道內壁腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。 

3.2pH值對鑄鐵管腐蝕的影響 

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，測定腐蝕速率，試驗結果見(jiàn)圖4.圖4pH對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pH值降低時(shí)，氫離子和氧的陰極還原反應變得容易，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(zhù)在金屬上，其內層為Fe3O4穩定產(chǎn)物，對管壁表面有一定的保護作用，從而降低了腐蝕速度?？梢?jiàn)，在配水系統中，pH在中性附近變化，并不能對鑄鐵管的腐蝕速度有顯著(zhù)影響。 

3.3溶解氧對鑄鐵管腐蝕的影響 

用充氧泵對蒸餾水充氧2h后，立即將充氧水通過(guò)乳膠管注入250mLBOD瓶?jì)?，同時(shí)計時(shí)，并測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)間的變化規律。 

隨時(shí)間t的變化關(guān)系由圖5可知，在試驗初始的50h以?xún)龋?/span>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)。出現這種現象的原因在于，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(zhù)時(shí)間的延續，水中DO質(zhì)量濃度變低，DO擴散到鑄鐵表面的動(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(zhù)于鑄鐵試件表面，成為保護膜，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。因為鐵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流速對鑄鐵管腐蝕的影響 

給水管網(wǎng)內水的流速會(huì )影響溶解氧和余氯的擴散速度，也會(huì )影響溶解氧和余氯的擴散層厚度，從而間接地加速鑄鐵管內壁的腐蝕速率<10>。而且，隨著(zhù)水流速的增加，水對管壁的機械沖刷會(huì )把管壁上已形成的保護性氧化膜沖掉，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(zhù)流速的增加而近似的呈直線(xiàn)增加，如圖6所示。 

3.5余氯對鑄鐵管腐蝕的影響 

余氯不僅會(huì )與水體中的有機物和無(wú)機物反應而消耗，還會(huì )參與鑄鐵管壁的腐蝕以及與管壁上的細菌作用而消耗<2>。但隨著(zhù)時(shí)間增長(cháng)，水中有機物和無(wú)機物的減少，以及管內壁上保護膜的生成，余氯的消耗將逐漸減緩。隨著(zhù)水中余氯濃度的324沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報自然科學(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，但可用于參加該反應的余氯量增多，因而也導致鑄鐵管壁的腐蝕加速。 

3.6硬度和侵蝕性CO2對鑄鐵管腐蝕的影響 

將自來(lái)水三廠(chǎng)試驗用水充入鑄鐵管后，測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趨勢相比，還是較弱的。因此，總的趨勢是硬度減小，侵蝕性的CO2下降幾乎至零。由于水在配水系統中的停留時(shí)間不會(huì )很長(cháng)，故侵蝕性CO2一定存在。侵蝕性CO2的存在，將會(huì )對鐵管產(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，高硬度水對管道所產(chǎn)生的保護作用是不容忽視的。但是長(cháng)期的高硬度水，是不應提倡，因為會(huì )造成管道的阻塞，降低管道的通水能力。如果配水系統在其運行前，先充入高硬度離子，管內壁上附著(zhù)這一層Ca2 CO3膜，阻止管內表面與水直接接觸，使管內壁不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，可能會(huì )得到良好的效果。 

4.結論 

1.pH值的大小直接影響腐蝕速度，由于配水系統供水的pH在7附近變化，并不能對金屬管道腐蝕速度有顯著(zhù)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，管內溶解氧趨勢是減少的。 

3.流速通過(guò)影響溶解氧和余氯的擴散速度，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+等離子使管內壁不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。