不同管網腐蝕與水質穩定性中試研究

董曉晨

蘇州工業園區清源華衍水務有限公司 江蘇 蘇州 215021

管網的水質特點主要表現在穩定性上，此特點的穩定性包含了兩個方面，一是生物方面，二是化學方面。生物穩定可以理解為水質中的異養細菌，這個異養細菌可以幫助水中的有機物質的降解，同時還可以保證水質的細菌菌群可以最大限度的增長。而化學穩定則指的是管網水質的本身，這個本身因素會使水質自身發生變化，通常不穩定的水質經過，會自動在管壁內溶解，形成管垢，同時還會使金屬材質的管道內壁加速腐蝕。

管道內壁的腐蝕有多種原因導致，最常見的幾種可以分為微生物腐蝕、電化學腐蝕和化學腐蝕幾種方式。而經過細化電化學腐蝕又是最為普遍的，不過在此過程中微生物腐蝕和化學腐蝕也起到了相對重要的作用。我們將UDIPs和CDIPs兩種不同材質的鐵管放到再生水和可飲用水中進行了中試試驗，為了得出不同管網所發生的不同水質變化理論，從中可以使管網中的水質可以有更好的保障。

1 選材與方式

1.1 試驗用水我們用了某市某生產水廠的飲用水、再生水和自來水進行了分別試驗。通過對不同水質的各項元素對管網腐蝕的實驗，得出了自來水和再生水有極大的差別，尤其是再生水的各項值遠遠大于飲用水，由此我們可以得出不同的水質對于管網的腐蝕程度也有所相同。

1.2 裝置實驗 在某市的某個再生水廠對UDIPs和CDIPs兩種不同材質進行了實驗，其中UDIPs使用了6根，CDIPs也使用了6根，在此基礎上搭建了共4套的管網設備，并且還將飲用水和再生水的不同鐵管也各搭建了兩套。實驗中將每個管網都設置為5米的長度，將直徑控制在100毫米，而管網接口處則需使用UPVC的彎頭連接，與此同時還需在管道的頂部和中部分別設置一個樣品取樣口和樣品取樣器。并且可以將內部的寬度設定為30毫米，將直徑同樣控制在100毫米，并且取跟實驗管道相同材質的樣品取樣環N個，方便能從中查看管道內壁生物膜和管垢的變化。

2 討論實驗結果

2.1 管網中的水質發生變化的結論 在上面的實驗中，對無內襯的新球墨鑄鐵管和帶水泥內襯的新球墨鑄鐵管進行了總鐵、濁度和進出水總氯的詳細分析。由此實驗得出再生水在無內襯的新球墨鑄鐵管管網在氯中起到了最大的消耗作用，在管網達到1.0 mg/L的時候，這個時候的出水總氯的鐵含量最高，而在管網達到2.0 mg/L的時候，濁度也會持續上漲。但是在時間消耗的過程中，氯的消耗卻在下降，在達到150 D的時候，氯值基本達到均值，此時濁度和總鐵兩個值也在隨著發生變化。而在對帶水泥內襯的新球墨鑄鐵管進行實驗的時候，其出水氯相對較輕，在相同質量的情況下，自來水會處在一個穩定的狀態。

通過以上實驗的分析，可以得出一個結論，在UDIPs管網中的自來水和再生水，由于氯離子和硫酸根的濃度較高，會對UDIPs管網造成極大程度的腐蝕，因此會使此管網中的氯加速消耗，從而會釋放出鐵離子，使得其中的濁度和鐵濃度持續上升。通過值的控制，會使UDIPs內部形成一層氧化層，從而大大的減少了腐蝕度。在此基礎上，不管是再生水還是自來水，都有效的控制了其氯、總鐵濃度和出水余氯，因此滿足了水質的穩定性和標準性。

而CDIPs中的出水、濁度等值都趨于平穩。在此管網中無論是自來水還是再生水都會隨著進水濃度產生變動，在CDIPs的實驗中，發現出水濃度會比進水的要低一些，這也許是因為其中的鐵離子會有部分沉積導致的，不過這個沉積物相對來說量比較少，所以在管網內部幾乎察覺不到腐蝕層的存在，這也會導致出水濁度的降低。由此可以得出結論，CDIPs可以釋放出鐵離子，并且可以一定程度上控制管網的腐蝕，在此基礎上可以使水質達到相應的要求，不過也可能會出現一定的問題。

2.2 管網腐蝕的不同特征 實驗進行了三個月后，將管網取出一部分進行觀察，會發現自來水和再生水對帶水泥內襯的新球墨鑄鐵管有很大程度的腐蝕，與此同時無內襯的新球墨鑄鐵管幾乎沒有發生什么變化。只在管壁上發現了一些細小且色淡的黃色物質，猜測其有可能是鐵的沉積物，但是其量很少，在實驗過程中無法對其進行詳細的判斷。而再生水對在無內襯的新球墨鑄鐵管的管壁生有形成一個保護層，并且是以球形形狀表現出來，所以可以相當有效的阻止腐蝕的發生和鐵離子的釋放。但是自來水在無內襯的新球墨鑄鐵管中會有不同層狀表現，相對來說結合比較稀松，會導致鐵離子的釋放，尤其表現在進水水質的變化過程中。

為了更好的實驗結果，更深入的分析了無內襯的新球墨鑄鐵管在各種水質中所發生的變化和腐蝕的過程。分別在自來水和再生水中做了相關的實驗，在兩種水質當中，所產生的腐蝕結果也大不相同，還有α-Feoo H和γ-Feoo H的比例也各不相同。而從鐵離子中進行分析，可以發現UDIPs氧化層的濁度以及出水總鐵沒有太大的變動，相對來說都是比較穩定的過程。然而自來水在無內襯的新球墨鑄鐵管中濁度和出水總鐵會有相當大的變動。由此能夠發現再生水所形成的腐蝕濃度高，其可以使得管網內部的水質具有一定的穩定性。

2.3 管網腐蝕和微生物的不同表現特征 管網中的微生物群落會有不同的變化發生，為了印證這一說法，實驗分別用三個月和八個月的管網取部分段落進行了觀察分析。因為帶水泥內襯的新球墨鑄鐵管管網的管壁上不好觀察微生物的生長狀況，所以沒有對其進行生物膜進行可視化分析。實驗的結果顯示，無內襯的新球墨鑄鐵管在開通了自來水后的三個月里，幾乎沒有發現微生物在生物膜中生存，但是在開通自來水八個月的時間里，發現了有2株以上的細菌群，學名叫做鐵氧化菌及硫酸菌。我們再次在無內襯的新球墨鑄鐵管觀察再生水在其中的變化，發現在通水三個月后，在管壁的生物膜中發現了有兩株細菌，學名叫反硝化及亞消化兩種細菌；再觀察通水八個月后的管壁生物膜，發現其有七株之多的細菌。除了有以上的四種之外，還有其他的幾種細菌生成。

經過這些實驗可以標明，自來水和再生水對于管網都會有一定的腐蝕過程，在實驗最開始的時候，沒有進行其他操作，會發現管網內壁被腐蝕的程度比較大，并且鐵離子也釋放的比較多，而且管網的出水濃度會比進水濃度高，濁度也會持續上漲，微生物的品類也屈指可數。但是一旦形成了一層生物膜，便會變成緊密的保護層，這個保護層叫做氧化層，在氧化層的保護下，管網內壁的鐵離子釋放也在逐漸減少，腐蝕的速度也會隨之變慢，這個時候會在其作用下產生菌群。這兩類菌群分別是硫酸鹽還原菌及生成鐵還原菌，其中鐵還原菌能夠使原來的Fe(lll)變為Fe(ll)，這個元素需要對溶解氧進行消耗，在此過程中會使得氧減少對管網內壁的腐蝕，以此保障管網內部水質的安全性、精確性和穩定性。實驗的過程還可以證明帶水泥內襯的新球墨鑄鐵管能夠使得生物膜沒法形成，不過帶水泥內襯的新球墨鑄鐵管會使內壁的產生鈣釋放問題，不過這個方向還需進行更深刻的研究。

3 總結

(1)經過上面的實驗可以表明，不管是自來水還是再生水，都會對無內襯的新球墨鑄鐵管起到腐蝕性的作用，并且還是一個極速腐蝕的過程。其在管網內壁會形成一個生物膜，生物膜中會形成一個氧化層，這個氧化層會使得生物膜保持在一個均衡的狀態，其中的硫酸鹽菌、鐵還原菌還有氧化鐵菌都是可以腐蝕管網內壁的細菌群。而鐵還原菌可以和管網內壁的其他腐蝕性物種進行一個抵消的過程，從而可以達到防止管網內壁再深一步的腐蝕。

(2)不管是自來水或者是再生水，帶水泥內襯的新球墨鑄鐵管的水質都有很好的穩定性，出水濃度和濁度都會有極小的變化，因為其在管網中有及其微小的幾率可以生成生物膜，因此能夠很好的保證管網內部的水質安全性和穩定性。