给水管道腐蚀速率及腐蚀过程中水质变化特性研究

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给水管网多由铁质管道构成,特别是许多老旧供水管道为无衬铸铁管,腐蚀较为严重,破坏管网,恶化水质,危害供水安全,增加供水能耗,并会造成社会、环境和经济损失。本文以灰口铸铁、水泥砂浆涂衬铸铁、304不锈钢三种常见给水管材为材料制作试片,设计模拟腐蚀试验,研究给水管道腐蚀初期的腐蚀速率及腐蚀过程中水质变化特性随时间的变化规律。  对经历了不同腐蚀反应时长的试片材料进行表观分析,其中铸铁组试片材料随腐蚀反应时长的增加腐蚀程度相应增加,后期形成了典型的腐蚀瘤;涂衬组试片材料的表观变化不明显,腐蚀产物主要集中在水泥砂浆、环氧树脂和铸铁交界处;不锈钢组试片材料的表观几乎没有变化。清除腐蚀产物后测定最大腐蚀深度,同一材料组不同时期的试片差异较大;对于最大腐蚀深度、试片失重、腐蚀速率等3个指标,同一时期的三组材料均为铸铁组>涂衬组>不锈钢组。对各组腐蚀速率随时间的变化关系进行拟合,发现铸铁组和涂衬组的腐蚀速率与反应时长符合指数衰减规律,不锈钢组腐蚀速率则均接近于0。试验表明水泥砂浆涂衬和不锈钢具有良好的耐腐蚀性,铸铁材料随腐蚀反应的进行腐蚀程度逐渐加大。  分别监测了铸铁组、涂衬组、不锈钢组和作为进水的自来水组在整个反应期间的溶液pH值、DO值、浑浊度、总铁浓度。结果表明,对于三组材料,出水pH值、浑浊度、总铁浓度在反应初期均有所升高,在3d内降低至稳定;pH值大致保持铸铁组<不锈钢组<涂衬组的趋势;DO值在整个反应期间随进水DO值呈平稳波动,表现为铸铁组<涂衬组<不锈钢组;铸铁组的浑浊度和总铁浓度在整个模拟腐蚀反应期间远高于其他组,腐蚀反应5d后,不锈钢组的浑浊度和总铁浓度与进水接近,而涂衬组的浑浊度和总铁浓度则略高于进水。考察不同停留时间下铸铁组的浑浊度和总铁浓度变化,两者均随停留时间的延长而升高。试验表明,对于不锈钢材料,水质几乎没有受到影响;对于水泥砂浆涂衬,水质则受到了一定程度的影响;而对于铸铁材料,水质受到腐蚀的影响而严重恶化。  根据试验成果,建立了物料平衡模型和铁损失发展模型,并在此基础上完善为管道腐蚀发展模型,其基本表达式为RW=t·f2(ΔDO)+[f3(ΔDO)+f4(Δ[OH-])]·f1(ΔC),对该模型进行检测,预测值和实测值基本吻合。该模型既可以用于预测腐蚀初期在一定水质条件下给定腐蚀时长的管道腐蚀发展的程度,也可以判断管道腐蚀到某一定程度下管网水质的变化趋势,从管道破坏和水质恶化两方面综合考虑,为管网维护策略提供一定的参考。该模型是否适用于更长时间的腐蚀过程尚待进一步研究。
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