城市污水混凝土管腐蝕的原因分析及解決對策

王新平

【摘 要】對阿克蘇市城市污水的特點、成分進行分析，闡述當地的污水處理系統的構造設施，找出鋼筋混凝土管腐蝕的原因并研究解決對策，改善排水管道腐蝕原因，延長使用壽命，提高排水管網運行質量。

【關鍵詞】阿克蘇市；污水特征；排水系統；管道腐蝕

一、阿克蘇市城市污水的特征

現在城市污水中，除了生活污水外，還由座落在城市各處的工業企業產生大量的各種類型的工業廢水，還括鍋爐排放冷凝水、雨水、雪水等等。城市污水是一種混合液，在工業發達的城市中，工業廢水占城市污水的30%～80%。目前阿克蘇市由于工業不發達，城市污水主要來源于居住區，機關、學校、商店、醫院公共建筑的生活污水。

二、污水的主要成份和有機物分解途徑

生活污水是由居民的生活活動所產生的，主要為生活廢料和人的排泄物所污染，其數量成份和污染物濃度與居民的生活習慣有關，目前，阿克蘇市污水BOD濃度在120～180mg/L。生活污水一般并不含有毒物質，它具有適應于微生物繁殖條件，含有大量細菌和病原體，從衛生角度來看，具有一定的危害性，生活污水性質大致相似，其主要成份99%以上是水，其它成份不足1%，就化學成分而言，生活污水中的雜質和污物，大多屬于有機物，有機物主要成份是碳水化合物，蛋白質、脂肪等。生活污水和大多數的工業廢水含有大量的有機物，有機物由于環境條件和參與微生物的不同，有機物能夠通過二種不同的途徑進行分解：

1.好氧分解此時有游離氧存在：

有機物+O2 CO2+H2O+NH3+能量，以及合成細菌的細胞物質。形成的最終產物是CO2、H2O、NO3、SO4以及 PO4等。

2.厭氧分解，此時無游離氧存在，由厭氧微生物起分解作用，分解后的產物是CO2、H2O、NH3、CH4、H2S等。在有機物的分解過程中可以產生大量的有毒、有害的物質和臭味的氣體污染周圍的環境。

三、城市排水系統的組成部分：

城市排水管網系統設置了一些必要的排水構筑物，這些構筑物與排水管道相結合，發揮了排水管網系統的整體功能作用。排水管網系統中常見的構筑物主要有，化糞池、落底井、檢查井，雨水井、溢流井、跌水井和倒虹吸及出水口等構筑物。

四、城市含酸污水及H2S產生的根源：

對城鎮農村，處理糞便，防治污染的一種簡單污水處理構筑物，設置化糞池必須要使糞便污水與生活污水分流，國家規范規定在有污水處理廠的城市，不應再設化糞池。由于城區各單位修建化糞池各不相同，有些化糞池修的也很不規范，各單位的化糞池一般從建好后就無專人對化糞池進行管理，我們知道由于化糞池長期不通風、不清掏，池中有機物（人畜糞便、剩飯菜等）在厭氧條件下發生分解：

在酸性消化階段水解的最終產物是包括丁酸、丙酸、乙酸和甲酸在內的有機酸以及醇、氨、CO2、H2S氫以及能量。在酸性消化階段由于有機酸的形成和積累，PH值可下降到6甚至可達5以下。在堿性消化階段進一步分解成污泥氣、主要成份是CH4、CO2及少量氨、氫和硫化氫等。由于化糞池中主要產物是H2S和CH4，而毒性最大的就是H2S。有些化糞池，長年不清淘，池中H2S濃度高達1000mg/L以上。（如果有人掉入池中，1～30秒內立即死亡，化糞池成了隱形殺手）。這也給硫磺細菌創造大量繁殖的條件，產生大量硫磺細菌。由于H2S密度比空氣大，一般是沉積在池子下部，但由于池中H2S濃度很高，當水流發生紊流后，有些化糞池沒有設通氣孔，H2S氣體也會被帶入到下水道中，在下水道管污水表面的空間中存著大量的H2S氣體，由于下水道管中空氣濕度較大，管腔上部有冷凝水形成，H2S溶解于水形成氫硫酸，它雖是一種弱酸，但它具有酸的通性，能與堿和鹽發生反應，對混凝土管發生腐蝕作用。同時在化糞池底存在大量的硫酸鹽，硫酸鹽還原后產生H2S氣體。H2S氧化后變成硫酸有腐蝕性。一般硫酸鹽還原菌大量存在化糞池底，落底井底，溝槽底，排水管底。化糞池的主要產物是H2S和CH4，而毒性最大的就是H2S。

同理在落底檢查井和下水管坡度接頭不順直時，由于落底井底通常低于下水道管底0.3～0.8米，井底也會沉積泥砂和大量的有機物，下水道坡度不順直由于附著于下水道管壁所形成的粘泥中有一種特殊的專性厭氧菌，這種細菌主要是硫酸鹽還原菌，在厭氧條件下將污水中的含硫酸鹽有機物還原使之生成硫化氫。落底檢查井和下水管坡度接頭不順直時都會發生厭氧條件下發生分解產生H2S和CH4氣體。

我們知道硫化氫含量隨PH值的高低而變化，當污水PH值<7時，氣相中硫化氫濃度變高；當PH值<6時，氣相中的硫化氫含量大量增加，當PH<5時，硫化氫幾乎接近100%。由于在落底井中和管壁上沉積了大量的有機物，長期不被水帶走，就會同化糞池一樣，有機物會發生好氧和厭氧反應，同樣能析出H2S、CH4、CO2等有害氣體，會對下水養護工人在疏通下水道時造成很的傷害。我公司對污水有過測試，一般H2S含量高的地點在居民密集區的排放口，泵站中H2S終端或接近終端的出水口的地方，這是因為居民生活污水中含有較多的有機物，各種污水匯集處一旦底部沉淀、淤泥較多，便會造成厭氧狀態，加上流動水的沖擊易產生硫化氫。

五、混凝土管腐蝕的根本原因：

我們在建筑材料學中學到，引起硅酸鹽水泥腐蝕的原因很多，歸納、概括如下：軟水侵蝕；一般酸性腐蝕；碳酸腐蝕；硫酸鹽腐蝕；還有糖類、脂肪、強堿對水泥石均有腐蝕作用。

由于硫酸鹽還原菌作用產生H2S氣體，在污水紊流的作用下，從污水中逸出后，同管腔上部的冷凝水形成氫硫酸，它能與水泥石中的氫氧化鈣起反應，生成的鈣鹽或易溶于水，或在水泥石孔隙內形成結晶致使體積膨脹，由此產生破壞作用為一般酸性腐蝕。

綜合幾種硅酸鹽水泥腐蝕破壞基本原因在于水泥石本身成份中存在著易引起腐蝕的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣與酸反應形成結晶，結晶體積膨脹，使混凝土內部產生有害應力，混凝土結構遭到破壞，或在砼管中生成鈣鹽易溶于水，隨水流失這就是混凝土下水管被腐蝕的根本原因。

我們阿克蘇市東大街和團結路（東城與中城區卡坡結合處）由于污水流速大，流動水的沖擊大，易產生H2S污水管上部被攜帶H2S氣體很多，H2S濃度很大，在2000年～2001年中，這部分管子被挖出重建。1989年安裝的管道，原壁厚是4cm，10年后管子壁厚不到1cm。徹底被腐蝕壞了，又重新挖馬路重新安裝，造成了很大的經濟損失。

六、對鋼筋混凝土管采取預防措施

1.在有污水廠的城市，要盡量少設化糞池和落底井以便減少H2S氣體的產生來源，同時盡快把化糞池改造成規范化的沼氣池。在下水管道施工工程質量中，要根據不同的工程地質情況下設置管道基礎，決不允許超挖引起管道下沉，在濕陷性黃土和工程地質不好的條件下要設置管道基礎，防止下水管下沉，減少造成下水道坡度不順直，減少為今后產生H2S和CH4氣體創造條件，同理，在設計管道坡度時，一定要按照國家規范設計，能設計最大坡度盡量設計最大坡度。管子質量要好，管內壁一定要光滑，下水管要常清通，這樣就會減少管道中的有機沉積物，要盡可能減少H2S和CH4氣體產生的根源。

2.市政檢查井蓋上一定要留有小孔通氣，不能堵塞通氣孔造成H2S個和CH4個在管路中濃度大量聚集。嚴重時還會引起下水管爆炸，給人們造成傷亡和國家基礎設施的損失。

3.在有非設化糞池落底井下水檢查井中，城區單位要在有良好的通風設施的情況下，一年清掏2～4次，不得強烈攪拌池中液體，以免H2S大量釋放中毒，要減少H2S產生來源，在有落底井或檢查井中，下水養護工人做清通工作時，必須佩戴壓縮空氣的防毒面具。在下井前，用試紙試一下，如果試紙變色，說明H2S氣體很濃，要通風，不能馬上下去，要采取安全措施，確保工作人員的生命安全。

4.在有條件地區，要采用抗硫水泥制管或有火山灰水泥制管，這樣水泥中的Ca（OH）2成分減少，對混凝土管的腐蝕能力也會減少，只是早期強度增長較慢，要通過蒸氣養護制管，加快水泥的水化作用，后期強度要跟的上。管子壁光滑，產生細菌少，產品質量要過關，達標。

參考文獻：

[1]聞寶聯.城市污水環境下混凝土腐蝕及耐久性研究[D].天津大學，2005.