工业水处理技术3 腐蚀与结垢

1、工业水处理技术第三章 腐蚀与结垢主要内容3.1 腐蚀的类型与过程3.2 影响腐蚀的因素与腐蚀形式3.3 水质稳定指数3.4 水质稳定处理3.1 腐蚀的类型与过程腐蚀的类型与过程3.1.1 腐蚀的定义腐蚀的定义 所谓腐蚀就是由于与周围介质相互作用，材料（通常是金属）遭受破坏或材料性能恶化的过程。 腐蚀也可以从以下几个方面定义：a)由于材料与环境反应而引起的材料破坏或变质；b)除了单纯机械破坏以外的材料的一切破坏；c)从冶金的角度讲，腐蚀也可视为冶金的逆过程。3.1.1 腐蚀的分类腐蚀的分类 电化学腐蚀电化学腐蚀微生物腐蚀微生物腐蚀化学腐蚀化学腐蚀 在给水排水工程中腐蚀常见类型为电化电化学腐蚀学腐

2、蚀和微生物腐蚀微生物腐蚀两种。电化学腐蚀电化学腐蚀 “腐蚀原电池模型”电化学腐蚀的过程就是原电池的工作原理。 阳极zn阴极cu硫酸锌溶液硫酸铜溶液_+e腐蚀原电池示意图zn = zn2+ + 2e-cu2+ + 2e- = cuzn + cu2+ = zn2+ + cu锌电极铜电极0.76（0.34）1.10（伏） 微生物腐蚀微生物腐蚀 由于微生物的生命活动直接或间接的对材料产生腐蚀。本质原因是微生物参与了引起腐蚀的电化学反应。 生物在代谢过程中会有以下几方面影响腐蚀：i.直接影响阳极和阴极的反应；ii.影响表面保护膜；iii.形成腐蚀条件；iv.产生沉淀物。 微生物腐蚀微生物腐蚀 参与或促进

3、金属腐蚀过程的微生物种类很多，其中比较重要的是直接参与自然界硫、铁和氮循环的微生物。 参与硫循环的有硫氧化细菌和硫酸盐还原菌；参与铁循环的有铁细菌；参与氮循环的主要有硝化细菌和反硝化细菌等。 按生长发育中对氧的要求，又可分为好氧腐蚀菌和厌氧腐蚀菌两类。下水道中硫的生化反应过程及硫循环下水道中硫的生化反应过程及硫循环n微生物腐蚀微生物腐蚀由于微生物的生命活动直接或间接的对材料产生了腐蚀。由于微生物的生命活动直接或间接的对材料产生了腐蚀。微生物腐蚀的本质是微生物参与了引起腐蚀的电化学反应。微生物腐蚀的本质是微生物参与了引起腐蚀的电化学反应。 微生物腐蚀微生物腐蚀 好氧细菌l 一是造成氧差电池引起的

4、腐蚀 微生物附着处的氧相对缺乏而形成阳极，附近的表面上氧相对高的为阴极。电化学反应的结果是，金属在阳极溶解，电子迁移到阴极处与氧结合形成金属的氧化物及水化物。 阳极（fe）：fe - 2e = fe2+ 阴极（c）：2h2o + o2 + 4e = 4oh- l 二是利用代谢产物引起的腐蚀 4s + 6o2 + 4h2o = 4h2so4 微生物腐蚀微生物腐蚀 厌氧细菌 在厌氧条件下，一些厌氧菌利用氧化还原反应产生的能量进行生长，在此过程中使材料发生腐蚀。2222222)(2222ohfeohfefessfehehohhohefefe 微生物腐蚀微生物腐蚀 控制措施（1）限制营养源 限制金属构

5、件周围的微生物生长的营养物（有机物、铵盐、磷、铁、亚铁、硫及硫酸盐等）。（2）控制微生物生长的环境条件 适当地改变环境条件也是减少微生物金属腐蚀的一个重要措施。例如提高ph值到9以上，温度50以上就会强烈抑制菌类生长。再如在湿润粘土地带加强排水，回填砂砾于埋管线周围，以改善通气条件，即可减少硫酸盐还原菌产生的厌氧腐蚀。 微生物腐蚀微生物腐蚀 控制措施（3）采用化学杀菌剂和抑菌剂 主要是将杀菌剂和抑菌剂用于密闭或半密闭的系统中或掺合于涂料和护层中。（4）物理、生物控制方法 物理法主要是采用紫外线、超声波等物理手段来杀灭腐蚀微生物的方法；生物法主要是采用生物防治和遗传工程改变危害菌的附着力来达到控

6、制目的的方法。（5）采用防护层 对埋在地下的结构常用沥青、磁漆、塑料带或混凝土覆盖以防止钢结构与环境接触。 化学腐蚀化学腐蚀 金属相对于其周围的气体是热不稳定的，在室温时，金属或合金的这种不稳定性不严重，因为反应速度比较低。但是随着温度的升高，反应速度加快，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生化学反应而遭到破坏，这就是所谓的高温氧化，也称为高温腐蚀。常见于化工、冶金、核反应堆及航空。3.1.2 腐蚀的过程及控制腐蚀的过程及控制腐蚀过程以金属腐蚀为例，其腐蚀过程大多为腐蚀原电池的工作过程。阳极溶解过程： fefe2+2e- 阴极的反应为： h2o+1/2o2+2e-2oh-阳极和阴极的产物发生

7、下列反应： fe2+2oh-fe(oh)23.1.2 腐蚀的过程及控制腐蚀的过程及控制腐蚀控制的方法 原则：只要控制腐蚀过程中阳极反应和阴极反应中任意一个电极反应的速度，另一个电极反应的速度也会随之而受到控制，从而使整个腐蚀过程的速度受到控制。缓蚀剂法 在被腐蚀介质中加入少量能降低腐蚀速率的物质（缓蚀剂）无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。阴极保护法 将被保护的金属作为腐蚀电池的阴极。将被保护的金属作为腐蚀电池的阴极。牺牲阳极保护法原电池的正极 外加电流法电解池的阴极 3.2 影响腐蚀的因素与腐蚀形式影响腐蚀的因素与腐蚀形式3.2.1 影响腐蚀的因素影响腐蚀的因素1.合金因素合金因素2.温度温度3.流速流

8、速4.外界气体介质外界气体介质5.ph6.溶解盐类溶解盐类7.溶解气体溶解气体 8.悬浮固体悬浮固体9.微生物微生物3.2.2腐蚀形式腐蚀形式 全面腐蚀全面腐蚀 腐蚀分布在整个金属表面上，一般属微观电池腐蚀（铁生锈或金属高温氧化）。可以为均匀腐蚀也可以为非均匀腐蚀。 局部腐蚀局部腐蚀 包括：点蚀；缝隙腐蚀；浓差电池腐蚀；选择性腐蚀；应力腐蚀开裂；腐蚀疲劳；侵蚀。3.3 水质稳定指数水质稳定指数水碳酸盐系统平衡方程232323332232)(cocacacocohhcohcocahcoca3.3.1 lsi饱和指数饱和指数 饱和ph值（phs） 是指水碳酸盐系统处于平衡状态时的ph值。朗格利尔饱

9、和指数（lsi）( langelier saturation index) 定义水的实际ph值（pha）与phs的差值。lsi pha phs lsi与结垢的关系lsi0：水中溶解caco3超过饱和量，产生caco3沉淀，产生结垢；lsi0：水中溶解caco3低于饱和量，固相caco3溶解，产生腐蚀；lsi0：水中溶解caco3与固相caco3处于平衡状态，不腐蚀不结垢。3.3.2 rsi稳定指数稳定指数 针对lsi饱和指数只能判断冷却水是否腐蚀、结垢，但无法指出腐蚀或结垢的程度，有时甚至会有误判现象,实际应用中提出一个半经验性指数rsi稳定指数（ryznar stability index)

10、，定义：rsi 2phspharsi 4.05.0时，水有严重的结垢倾向；rsi 5.06.0时，水有轻微的结垢倾向；rsi 6.07.0时，水有轻微结垢或腐蚀倾向；rsi 7.07.5时，腐蚀显著；rsi 7.59.0时，严重腐蚀。3.3.3 其它水质稳定指数其它水质稳定指数 在生产实践中，水质稳定往往是个经验问题，为了更好地对其定性和定量，许多研究人员进行了大量的研究，也提出了更加符合实际的一些经验指数，例如：psi稳定指数、phc临界ph值、me暂时过量以及dfi推动力指数。3.4 水质稳定处理水质稳定处理对水中的碳酸盐系统不平衡所进行的、控制水的腐蚀性或结垢性的处理，称为水质稳定处理。

11、3.4.1利用碳酸钙在管壁上形成保护膜利用碳酸钙在管壁上形成保护膜 金属表面如果直接与水中溶解氧接触形成腐蚀电极，但如果控制管壁不直接与水中溶解氧接触，就可以控制住腐蚀。根据碳酸钙的溶解平衡关系，在管壁上控制形成一层薄的碳酸钙保护膜，即可抑制住腐蚀电极的反应过程。一般认为，在ph值77.4范围内，高碳酸盐硬度的水所产生的碳酸钙对控制腐蚀的作用较好。只有使水中碳酸钙处于过饱和状态，即饱和指数pha- phs0时，才能产生碳酸钙保护膜。为了控制沉淀速度，按稳定指数rsi作为控制的最佳条件。在水在水里投加石灰是增加里投加石灰是增加ca2+和碱度的最经济办法。和碱度的最经济办法。3.4.2 利用二氧化

12、硅在管壁上形成保护膜利用二氧化硅在管壁上形成保护膜 二氧化硅可以在管壁上形成一种与碳酸钙起同样作用的保护膜，这样就可以防止管壁被腐蚀。通过投加硅酸盐来通过投加硅酸盐来实现，形成保护膜需要一个最佳实现，形成保护膜需要一个最佳ph值控制范围。值控制范围。 使用这种方法的先决条件是在管壁上存在固体腐蚀生成物，而且，要使吸附能保持下去，腐蚀生成物必须不断的产生才行。3.4.3 利用聚磷酸钠在管壁上形成保护膜利用聚磷酸钠在管壁上形成保护膜 聚磷酸钠一般为na2o/p2o5=1.1的玻璃质，为多种不同链长的磷酸钠混合物，平均链长为1416。聚磷酸钠属于一种阴极缓蚀剂，它在阴极部位起到了产生一种含有铁、镁以及正磷酸盐的聚磷酸钙粒子胶体保护膜的作用。 聚磷酸钠用量一般随管网的规模大小而有所变化。 ph值为57时，黑色金属管用聚磷酸钠作保护膜的效果最佳，而在这个范围以外，控制腐蚀的