最全面的污水处理系统腐蚀原理分析
查看次数:    日期:2017-8-1 15:09:08

最全面的污水处理系统腐蚀原理分析

 

一、污水处理系统腐蚀环境

 

    城市污水,工业污水,包括各行各业产生的污水,其成分都会不同。即使是同一种行业,由于工艺的差别,污水成分也会有所差别,尤其是每一种成分的含量差别波动也会较大。污水的多样性,造成了污水处理设备的腐蚀环境和腐蚀形态的复杂变化。

    城市污水成分复杂,对钢制设备的腐蚀严重,如格栅、溢流板、刮泥车、潜水泵、二沉池上方的栏杆等。以往采用的是环氧煤沥青涂料对设备进行防护,但是往往在使用1年以后,就发生严重的腐蚀,甚至有穿孔现象。

工业污水处理系统的腐蚀介质尤其复杂,例如酸、碱、盐、有机物等混合或交替出现,腐蚀介质合量和浓度也不稳定。   

  

二、污水处理系统中金属的腐蚀

 

污水处理系统的金属设备多为,格栅、破碎机、金属管道、储罐、电解槽等,基材多以碳钢为主。污水处理系统的金属设备处于干湿交替环境中的设备,干湿交替部位盐分富集,含氧量基本饱和,容易形成氧浓差电池,污水的导电性好,这就会使电化学腐蚀加速。

由于污水中含有大量的H2SNH3HCNC02,同时又含有大量的Cl-SO42-等有害离子和大量细菌,有的温度高达7080,有的还含有酚类腐蚀介质,所以,如不采取有效防腐措施,这些设备的腐蚀会相当严重,易造成碳钢厚度减薄、局部穿孔、起泡、开裂、焊缝应力腐蚀开裂等现象,很快造成设备报废。不同污水处理系统及不同生产工艺决定了污水中的腐蚀介质不一样,因此腐蚀原因和机理有一些差异,但总的来说有以下几点:

    ①含硫污水中的H2SNH3HCNC02等腐蚀介质,由于电化学反应生成H2S而引起的腐蚀;

    ②氢原子渗透引起的氢脆腐蚀;

    ③污水中含有大量的NH3CN-Cl-,它们与H2S反应生成的NH4HS(NH4)2S,是腐蚀性较强的物质;

    ④酚类腐蚀介质能破坏涂层,使腐蚀加剧。

为了了解碳钢在污水系统中的腐蚀情况,泽马涂料观察某内陆河水水质净化厂运行两年的初沉池出水三角堰板和二沉池的出水槽的腐蚀情况。处于污水界面与大气间的三角堰板由8mm厚普通钢板制成,到大修时呈块状松散膨胀,并完全穿透锈蚀。而且导流板水面上下15cm处也呈严重腐蚀及块状脱落。水面以上的金属构件,比如二沉池出水槽、曝气池风管、初沉池导流板等,受到污水溢出的腐蚀性气体以及紫外线等的作用,腐蚀严重,但是比液气界面处要低,主要呈点蚀。水下的金属构件,如二沉池吸泥管、刮板和初沉池刮泥机水下部分等,只有点蚀产生,没有膨胀的锈蚀剥落等。

 

、污水处理系统中混凝土的腐蚀

 

1混凝土防腐蚀

混凝土防腐蚀的特殊困难

    污水处理系统的池、槽等混凝土表面与钢铁表面的防腐蚀有很大的差异。混凝土结构在污水处理中其构造特征对防腐蚀有着特殊要求。混凝土结构基层表面疏松、粗糙、多孔且有微裂缝,这对防腐蚀覆盖层的黏结力、抗渗性有很大挑战。

    混凝土基层含水对涂装防护造成了一定程度的困难。基层含水来自两个方面,其一是水泥没有充分水化,养护不够;其二是高孔隙率和粗糙表面引起的毛细吸水。即使混凝土经过了充分养护,基层在潮湿气候条件下,吸收性仍可能导致含水率超标。混凝土结构在使用中处于潮湿状态,并且大部分的池、槽处于半地下、半封闭环境,在这种特殊的施工环境下,不仅在新建时其潮湿表面对施工造成了一定的困难,在检修时更是难以进行防护。混凝土构造与其它设备相比,没有大修更换的可能性。一旦钢筋锈蚀引起混凝土开裂,很难采取补救措施。许多大型池槽采用分格式,池体相连,一处损坏就会波及整体,危害很大。

    例如硝化池一般采用钢筋混凝土结构。池内装污泥和污水,温度一般在3035℃之间,pH值变化范围在69之间。利用厌氧和需氧发酵原理使污泥水中的有机物发酵分解,产生沼气。污泥污水中含有多种腐蚀性物质和菌类,混凝土是多性材料,而且还有微裂纹,在池内恶劣的腐蚀介质中池内壁尤其是气液相交界处遭受氯离子、硫酸根离子、水、氧、沼气和硫酸盐还原菌的腐蚀。

②化学腐蚀

    大气中的二氧化碳与水泥中的氢氧化钙作用生成不溶于水的碳酸,堵塞在混凝土的孔隙中,二氧化碳还可以和碳酸钙进一步反应生成易溶于水的碳酸氢钙,使混凝土受到破坏。

混凝土结构本身是碱物质,孔隙内液体pH>12.5,碱性介质一般不对混凝土结构造成侵蚀,而酸则会对混凝土结构造成一定程度的侵蚀。酸性水与Ca(OH)2反应生成可溶性钙盐,造成混凝土结构的破坏。硫酸、盐酸和硝酸可以分解混凝土结构中的水化硅酸钙和铝酸钙,造成水泥表面剥减。当水质为碳酸钠、碳酸钙型时,水中的碳酸钙呈不饱和状态,有可继续溶解混凝土中碳酸盐的能力,致使混凝土强度减弱。酸性水的温度越高,浸蚀作用越严重。酸长期与混凝土结构中的Ca(OH)2作用可以形成石膏,与水化铝酸钙作用生成钙矾石,即水泥杆菌,也会导致混凝土结构膨胀破坏。

③物理作用

    大型钢筋混凝土储池一般均建在室外,要经历一年四季的温差变化,容易发生胀裂渗透的物理性破坏。

    介质流动时由于流速的影响,表面受到冲刷,使新的表面暴露,侵蚀又向下层发展,从而加速混凝土结构的腐蚀。

    混疑土结构的多孔性决定了其侵蚀介质的进入及储存在孔隙中,干燥时会产生结晶或膨胀使混凝土结构内应力增大,多次循环变化而使混凝土结构破坏。

    污水在混凝土结构池中停留会出现冻胀问题。由于内部空隙中的水冻结时体积会膨胀达9%,从而产生相当大的内应力,使混凝土结构产生裂纹而破坏,这在北方地区较为明显。

④微生物腐蚀

    混凝土结构的腐蚀,最典型的表现就是水合物的溶解分散和混凝土结构的膨胀劣化,露出粗糙的聚合物表面。在污水混凝土结构的池壁上可以看见一层微生物膜,它通过附着于混凝土表面,改变混凝土的局部pH值,界面上溶解盐的浓度等作用对混凝土造成腐蚀

   微生物的腐蚀机理是硫酸侵蚀了水泥中Ca( OH)2的碱性。在生活污水系统中的H2S04产生始于城市污水中硫化细菌的代谢产生的H2S。沉淀的污垢覆盖在污水中的设备表面,就会形成垢下腐蚀,其腐蚀产物中含有大量的硫酸盐还原菌,去除腐蚀产物后,具有同心环外表,这是典型的硫酸盐还原菌腐蚀特征。此外,大多数储池的污水由于长期存放,当夏季温度升高到3040℃时,污水中菌藻类微生物大量繁殖,从而形成严重的微生物腐蚀。

    微生物厌氧腐蚀的理论依据主要为细菌参与了阴极氢化去极化:

    阴极过程                4Fe 4Fe2++8e

    水电离                  8H20 → 8H++8OH-

    阳极过程                8H++8e → 8H

    细菌对于阴极去极化反应  SO42- +8H → S2- +4H20 

    污水中的有机物经过微生物分解所需要的氧量称之为生化需氧量( BOD),是借用微生物来表示该值的;化学需氧量(COD)明确地表示了有机物含量;污水中的悬浮固体总量用SS表示。一般情况下,污水中BODCODSS值的增加,混凝土表面接触部分受侵蚀的程度加剧,可以作为混凝土微生物腐蚀的重要指标

2混凝土污水处理池防腐

    混凝土污水处理池包括沉淀池、MSBR池、接触池、厌氧池、浓缩池、沉砂池等。在污水处理池中,污水中含有大量的腐蚀性介质,如工业污水中含有酸、碱、盐、有机物和氧化性化学品等;生活污水、雨水及氧化沟中加入微生物和氯气等也会对钢筋混凝土产生一定的腐蚀作用;另外,水里氧气浓度经常处于变化之中,同一池中存在氧气浓度差异,会产生浓差电池腐蚀。另一方面,由于混凝土本身的组成及微观多孔结构,面临着浸析腐蚀、交换腐蚀和结晶腐蚀,引起混凝土开裂和钢筋的锈蚀。未经防腐蚀处理的混凝土结构处理池,一般情况下23个月以后就会出现混凝土表面的损坏,使混凝土结构强度明显下降。

工业污水池的腐蚀性要远远强于生活污水池。例如生产精对苯二甲酸PTA装置污水池,污水温度高达8090℃,酸碱交替,pH值在213的范围内波动,并且含有少量有机溶剂。如果不采取防腐措施,污水池壁的混凝土就会严重腐蚀,浸蚀深度可以深达20mm。混凝土池壁,因硅酸盐水泥的水解,生成游离的氢氧化钙,因此混凝土池壁呈碱性。污水偏酸性时,混凝土就会发生化学反应而被破坏。虽然混凝土耐碱性能较疆,但是不耐强碱,因为当污水中有大量碱液存在时,混凝土中的二氧化硅的溶解度会增加,造成混凝土的腐蚀。渗入凝土的碱液遇到二氧化碳,还会生成碳酸钠结晶而引起结晶的膨胀腐蚀,这也就是为什么池壁气液交界部分破坏比其它部分严重的原因。

因此对新建的混凝土结构内壁进行防腐保护显得十分必要,在混凝土表面涂覆一层高附着力、耐候、抗渗、无毒、持久的高性能重防腐蚀涂料是最直接可靠且简单易行的方法。重防腐蚀涂料是一种超厚膜无溶剂高性能重防腐蚀涂料,与混凝土表面具有优异附着力,涂层坚硬致密,耐酸碱、盐雾及有机溶剂,综合性能突出。对于工业污水处理池的防腐蚀层选用要充分考虑到不同工业中污水的腐蚀特性,再选择合适的耐酸碱防腐蚀涂料

 

四、排污管道防腐

 

    污水排污管道有混凝土管道和钢质管道两大类,不同基体的排污管道选用的涂料和施工方法有所区别。不同地区的管道,漆涂层体系也会有所区别。如沿海地区埋地排污管道所处的土壤中氯离子、还原菌及其他盐类比内陆地区含量要高得多,腐蚀性更强。

①钢制排污管道

管道污水含有酸、碱、盐,pH值变化范围大,有机物和微生物含量高,水流速度大。钢管内壁不仅遭受腐蚀性强的污水的严重腐蚀,高流速的污水对管壁的磨蚀也非常严重。重防腐涂层体系完全可以应用在管道内壁,但是要求涂层在钢质表面上具有优异附着力、表面光滑、耐盐雾、耐冲刷、耐湿热性能良好;酸、碱、盐、油类、微生物性能优良;耐阴极剥离优良,与阴极保护配套良好等。

根据以上工况,泽马涂料根据20多年防腐经验,钢制排污管道防腐体系要求无针缺陷,无需缠绕玻璃布,具有优良的绝缘性,抗微生物侵蚀,耐化学品性能好,附着力强,吸水率低。该涂料一次涂装成膜厚度,施工工艺简单、表面处理成本低、施工周期短。

②混凝土排污管道

    混凝土排污管道的外壁通常不作防腐处理,主要是针对内壁进行防腐蚀涂装。

    城市河流包含有工业废水和生活废水,水质情况复杂,腐蚀性强。混凝土排污管道为多相不均匀材料,内部含有气,腐蚀介质极易渗透进入混凝土内部,引起钢筋腐蚀,损害其强度,造成管道破坏。

    污水截排涵洞中污水处于封闭状态,污水中挥发出来的腐蚀性气体积聚在气相部分,且浓度不断增大,涵洞内壁尤其是气液相和气相的混凝土表面遭受严重腐蚀。此外涵洞内为半封闭施工环境,湿度高,混凝土表面可能潮湿,甚至渗水。

    管道内壁常规方案是水泥浆保护层,水泥砂浆主要靠其养护时产生的拱力附着于钢管内壁上,实际使用中发现其附着力较差经常会剥落。这是因为砂浆涂层厚度大,内应力也大,与钢管的热变化系数相差较大。内壁中的污水含有酸、碱、盐,有机物和微生物含量高,渗入砂浆层后,会发生溶析、碳化和膨胀等作用,产生裂缝,污水渗透进去后导致钢管的腐蚀。砂浆层对于钢管表面的钝化作用其实在含氯离子和污水环境中也很容易就被破坏。污水流速相当高,因此不仅受到污水的腐蚀,还受到高流速污水的磨蚀作

    防腐蚀涂装施工时需要注意的是对混凝土基底处理要求进行扫砂处理,并用清漆进行渗透封闭处理,然后才涂装防腐蚀涂料。

 

五、污水处理系统防腐蚀涂料选择

 

   污水处理设施中使用涂料进行防腐蚀,并非是选择几个涂料产品那么简单。需要进行细致的研究和团队的工作,包括设计工程师、腐蚀工程师、工厂业主、涂料生产商、涂料施工者以及检查人员等,共同来建立一个涂装保护计划,对业主提供最佳利益,使污水处理设施可以得到长效的保护,并且具有很好的外观,运行过程中维修工作也能尽可能地简便。

    在污水处理厂,要求采用多种涂料系统以满足不同的底材表面、腐蚀环境的要求。防腐工程师以及规格书制订者在污水处理厂的防腐蚀涂料体系的制订时,要达到以下四个基本目的:

    (1)长效保护;

    (2)装饰性外观;

    (3)运行过程中简便的维修;

    (4)经济性(最初投入和维修投入)。

    选择符合污水处理设施防腐要求的防护涂料体系,首先要确定期望的使用寿命周期。现有的高性能防腐蚀涂料要求更高的表面处理等级和更好的施工设备与施工方法。简而言之,现代涂料防腐蚀系统对劳动力的要求较低,而需要更好的技术水平来进行良好的涂装施工。高性能涂料的初始投资费用较高,然而它们能在严重的腐蚀环境下提供更长的使用寿命,因此也就进一步延长了维修周期。