1.金屬管道內(nèi)腐蝕成因 

給水管道內(nèi)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(nèi)腐蝕首先是電化學(xué)腐蝕過程，并受陰極過程控制。以灰鐵鑄鐵管為例，陽極過程，鐵以離子形式進(jìn)入水中，同時將電子留在金屬中，在陰極，從陽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于管壁面。一般來說，低pH值和高濃度氧化物如溶解氧和自由性余氯都會促進(jìn)腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行。 

2.試驗材料與方法 

2.1試驗材料 

實驗管材取自自來水公司，為普通灰鐵鑄件。實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，放入分析天平中稱重，測定試件面積。動態(tài)試驗用水是取自自來水三廠，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射線衍射儀國產(chǎn)EQUINOX3000，精密分析天平，離子色譜儀，游標(biāo)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驗辦法，通過式測得不同實驗條件下溶解氧，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(biāo)準(zhǔn)方法。 

3.試驗結(jié)果與分析 

3.1金屬管道內(nèi)壁腐蝕層結(jié)構(gòu)成分 

給水管網(wǎng)內(nèi)壁腐蝕瘤的形成與生長是長期而復(fù)雜的過程，它的物理結(jié)構(gòu)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(nèi)壁環(huán)向腐蝕結(jié)垢層厚度參差不齊，厚度約在15～30mm.呈現(xiàn)規(guī)則的分層現(xiàn)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(nèi)層呈現(xiàn)半球狀，體積最大，黑色，質(zhì)地松散均勻，將腐蝕結(jié)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(xiàn)明亮的金屬光澤，是銹瘤的核心部分。將內(nèi)壁腐蝕物進(jìn)行電鏡掃描并進(jìn)行X射線衍射分析，通過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(nèi)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(diào)到3～13，然后在瓶中上部吊掛一試片稱過質(zhì)量和量好尺寸，并作2～3個平行樣，將試劑瓶放入暗處保存3d后取出，測定腐蝕速率，試驗結(jié)果見圖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，鑄鐵管的腐蝕速度隨pH的減小而上升，這是由于當(dāng)pH值降低時，氫離子和氧的陰極還原反應(yīng)變得容易，從而加重了鑄鐵管的腐蝕。pH>11時，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，很容易形成Fe2，FeOH2又能自發(fā)形成FeOH3紅色沉淀。FeOH3附著在金屬上，其內(nèi)層為Fe3O4穩(wěn)定產(chǎn)物，對管壁表面有一定的保護(hù)作用，從而降低了腐蝕速度?？梢姡谂渌到y(tǒng)中，pH在中性附近變化，并不能對鑄鐵管的腐蝕速度有顯著影響。 

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，立即將充氧水通過乳膠管注入250mLBOD瓶內(nèi)，同時計時，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，測定不同時間剩余溶解氧DO，考察水中DO隨時間的變化規(guī)律。 

隨時間t的變化關(guān)系由圖5可知，在試驗初始的50h以內(nèi)，DO消耗速度幾乎呈直線變化，50h之后，好氧速度變慢，最后幾乎為一直線。出現(xiàn)這種現(xiàn)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。 

隨著時間的延續(xù)，水中DO質(zhì)量濃度變低，DO擴散到鑄鐵表面的動力減小，同時，在鑄鐵試片的表面，由于陽極Fe失去電子成為Fe 2+，Fe 2+與OH -生成FeOH2與FeOH3，FeOH3部分附著于鑄鐵試件表面，成為保護(hù)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缺一不可的過程，其中一個過程發(fā)生，必然有另一個過程相伴發(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(nèi)水的流速會影響溶解氧和余氯的擴散速度，也會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(nèi)壁的腐蝕速率<10>。而且，隨著水流速的增加，水對管壁的機械沖刷會把管壁上已形成的保護(hù)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流速的增加而近似的呈直線增加，如圖6所示。 

3.5余氯對鑄鐵管腐蝕的影響 

余氯不僅會與水體中的有機物和無機物反應(yīng)而消耗，還會參與鑄鐵管壁的腐蝕以及與管壁上的細(xì)菌作用而消耗<2>。但隨著時間增長，水中有機物和無機物的減少，以及管內(nèi)壁上保護(hù)膜的生成，余氯的消耗將逐漸減緩。隨著水中余氯濃度的324沈陽建筑大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版第26卷增加，盡管余氯沒有全部用于參加管壁的腐蝕反應(yīng)，但可用于參加該反應(yīng)的余氯量增多，因而也導(dǎo)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 

將自來水三廠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隨時間的變化規(guī)律。

侵蝕性CO2在開始時高，經(jīng)50h幾乎降低為零。硬度開始時也高，并且初始硬度降低迅速，后逐漸轉(zhuǎn)緩，最后幾乎不再變化。表明硬度在初始時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(jié)果生成H2CO3，存在如下平衡：CO 2- 3+2H +→HCO - 3+H +→H2CO3而開始時水中的鈣離子，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(jié)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(tǒng)中的停留時間不會很長，故侵蝕性CO2一定存在。侵蝕性CO2的存在，將會對鐵管產(chǎn)生腐蝕作用，但它的存在又會產(chǎn)生更多的CO 2- 3來沉淀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(hù)作用是不容忽視的。但是長期的高硬度水，是不應(yīng)提倡，因為會造成管道的阻塞，降低管道的通水能力。如果配水系統(tǒng)在其運行前，先充入高硬度離子，管內(nèi)壁上附著這一層Ca2 CO3膜，阻止管內(nèi)表面與水直接接觸，使管內(nèi)壁不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，可能會得到良好的效果。 

4.結(jié)論 

1.pH值的大小直接影響腐蝕速度，由于配水系統(tǒng)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影響。 

2.溶解氧的初期消耗速度快，隨后消耗速度變緩，說明后期的鑄鐵管腐蝕速度小且均勻變化，管內(nèi)溶解氧趨勢是減少的。 

3.流速通過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，但它的存在又會產(chǎn)生更多的CO 2- 3來沉淀Ca 2+，Mg +，Fe 2+等離子使管內(nèi)壁不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。