基于电化学法的再生水腐蚀不锈钢供热管网的试验与机理.pdf

化学化工资源 年 月第 卷第 期 ：，收稿日期：；修回日期：作者简介：崔建民（），男，高级工程师，研究方向：供热与暖通空调；：。引文格式：崔建民 基于电化学法的再生水腐蚀不锈钢供热管网的试验与机理 粘接，（）：基于电化学法的再生水腐蚀不锈钢供热管网的试验与机理崔建民（兰州热力总公司，甘肃 兰州 ）摘要：针对再生水输配管易受水质中离子腐蚀的问题，通过电化学极化曲线对 种不锈钢材料的耐腐蚀性能进行研究，以得到耐腐蚀性能良好的再生水输配管材料。结果表明：再生水中氯离子是腐蚀不锈钢的主要因素，在低浓度状态下，不锈钢能有效抵抗氯离子的侵蚀，当体系内氯离子浓度达到 时，氯离子对不锈钢的腐蚀加剧。当体系共存高浓度硫酸根离子时，会抑制氯离子对不锈钢材料的腐蚀。种材料受离子腐蚀的机理类似，但 不锈钢的耐腐蚀性能更优，可以作为再生水输配管材料使用。对再生水原水进行测试，原水中的腐蚀电位较单一离子模拟再生水腐蚀电位更正，腐蚀电流也更低，不锈钢的耐腐蚀性能更高。关键词：再生水水质；不锈钢腐蚀；自腐蚀电流；电化学极化曲线中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）（，）：，：；再生水为经过适当工艺处理后达到使用标准的城市污废水，具有来源安全，水质稳定的特点，常作化学化工资源为工业用水和农业用水使用。受到再生水水质的影响，里面含有的离子复杂，对普通铸铁管道腐蚀严重，这对再生水的回收使用造成了极大的影响。为了更好的利用再生水，部分学者也进行了很多研究，如研究了膨润土吸附剂在废水处理中的应用 。制备了一种木质素衍生材料吸附废水中的重金属 。采用臭氧高级氧化技术对废水中氨氮化合物进行处理，使其达到回收再利用标准 。以双膜法使用的消毒剂为主要研究对象，对比了二氧化氯和次氯酸钠消毒剂对废水的处理效果。结果表明，复合二氧化氯消毒剂表现出良好的消毒作用和经济效益，可以作为再生水处理系统的消毒剂使用 。本试验从材料出发，参考文献 的方法，通过电化学极化曲线对材料腐蚀机理进行分析。试验部分 材料与设备主要材料：环氧树脂（万青化学科技）；丙酮（，翔昭新型材料）；、不锈钢材料（标准 级，鹏立金属材料）；无水乙醇（，埃克森化工）。主要设备：型真空干燥箱（宏阔试验）；型电化学工作站（志鸿恒拓）。试验方法 再生水的选择考虑再生水中可能存在多种干扰试验结果的因素，因此先用单一离子配制模拟再生水进行试验，然后再用采自某污水处理厂二级反应池内的原水进行试验。电化学测试过程（）基础极配制为：参比电极为银 氯化银电极。辅助电极为石墨电极；（）将型标准 和 不锈钢挂片打磨至表面平整光滑，然后制成尺寸为（）的正方形试样，并在一面焊接铜导线。放入硅胶模具中，在放置时，模具底部与试件工作面贴合。倒入环氧树脂 胶，静置固化 。用砂纸将试件工作面打磨至镜面透亮。去离子水冲洗不锈钢试件，滤纸吸干水分后，依次用丙酮和无水乙醇擦拭，自然风干后在 型真空干燥箱的作用下进行干燥，干燥时间为 ，得到工作电极；（）连接电化学工作站、电解池与 个电极。依次打开电化学工作站和电脑电源，通过恒温水浴锅对电解池进行预热，预热温度和时间分别为 和 ，预热结束后打开工作站工作窗口；（）开路电位测试：打开开路电位测试，当数值 内在 电位间浮动时，即可认定开路电位终止，记录此时的电位数据 。开路电位参数如表 所示。表 开路电位测试参数 扫描时间 样本间隔 高电位限值 低电位限值 （）极化曲线测试：设置极化曲线参数进行极化曲线测试，测试结束后窗口直接生成极化曲线图，电脑可自动对极化数据进行分析，得到腐蚀电流值，除以电极工作面积，得到腐蚀电流密度值，通过 绘制 曲线图 。结果与讨论 电化学极化曲线测试结果进行电化学极化曲线测试后，在 种不锈钢工作电极表面均有棕色小腐蚀坑出现，这就说明不锈钢表面钝化膜被点蚀破坏 。和 不锈钢电极在不同氯离子浓度再生水模拟溶液的 曲线和电化学参数分别见图 、表 、图 、表 。在电化学测试腐蚀的过程中，钝化区区间越大表示该材料的耐腐蚀性越强 。图 不锈钢极化曲线 由图 可知，不锈钢极化曲线在不同氯离子浓度条件中均有明显的钝化区间出现，且钝化区间随氯离子浓度的增加而减小。表 极化曲线参数 项目氯离子质量浓度（）自腐蚀电位 自腐蚀电流密度 由表 可知，不锈钢电极的自腐蚀电位随再生水内氯离子质量浓度的增加而增加，也就是说，不锈钢耐腐蚀性与体系内氯离子质量浓度成反比。当再生水 内 氯 离 子 质 量 浓 度 从 增 加 至 时，和 均只有较小的差别，继续增加体系内氯离子浓度至 时，和自腐蚀电流密度（）差别陡然增加，约下降化学化工资源 ，正移约 。这就说明氯离子是腐蚀 不锈钢的重要因素，当再生水体系内氯离子质量浓度达到 时，会对 不锈钢产生较明显的腐蚀。若能将再生水内的氯离子浓度控制在 以内，可有效减轻 不锈钢的腐蚀，延长 不锈钢的使用寿命。图 不锈钢极化曲线 由图 可知，不锈钢极化曲线随再生水内氯离子浓度的增加的变化与 不锈钢极化曲线较为类似，同样在氯离子浓度为 时，耐腐蚀性能较好。表 不锈钢极化曲线参数 项目氯离子质量浓度（）自腐蚀电位 自腐蚀电流密度 由表 可知，当氯离子质量浓度为 ，的自腐蚀电位明显比 更靠近正电位，拥有更高的抗腐蚀能力下限。当氯离子质量浓度从 上升至 时，自腐蚀电流密度上升了约 ，这就是说明 不锈钢在氯离子质量浓度为 的再生水中，耐腐蚀性能也受到一些影响。对比氯离子质量浓度为 的再生水中 不锈钢和 不锈钢腐蚀情况可知，二者 分别为 、。不锈钢 明显低于 ，电位负向移动较低。这就说明 不锈钢对高浓度氯离子的敏感度明显低于 不锈钢，也就是说在同等氯离子浓度的再生水中，的耐腐蚀性能更优。总的来说，氯离子对 种不锈钢材料的影响规律基本一致，在高浓度氯离子再生水中，不锈钢的耐腐蚀性能均会受到一些影响。但 不锈钢材料对高浓度的氯离子敏感度更高，更容易受到氯离子的腐蚀。同时，型不锈钢拥有更高的低浓度氯离子抗腐蚀下限，也就是说，不锈钢拥有更强的低氯离子侵蚀钝化膜的能力。硫酸根离子影响的腐蚀行为为了更准确研究氯离子与其他水质因子共存时，对不锈钢材料腐蚀行为，固定再生水中的氯离子浓度为 进行试验。不同质量浓度硫酸根离子与氯离子共存时，对 和 不锈钢腐蚀的电化学极化曲线和参数分别如图 、图 和表 所示。图 硫酸根离子对极化曲线的影响 由图 可知，当 质量浓度从 增加至 时，极化曲线负向移动。继续增加 质量浓度，极化曲线则正向移动。表 硫酸根离子与极化曲线参数关系 项目硫酸根离子质量浓度（）自腐蚀电位 自腐蚀电流密度 由表 可知，体系内存在 以下的硫酸根离子时，自腐蚀电位值较纯 氯离子的再生水为负，腐蚀电流也更高。这个变化就说明了再生水体系内共存有低浓度硫酸根离子时，能促进氯离子对 不锈钢的腐蚀行为。这是因为在一定浓度的氯离子再生水体系中，低浓度硫酸根离子会提升局部氯离子的有效浓度，促进了氯离子腐蚀行为的发生。但当体系内 达到一定浓度后，体系内存在 种离子竞争吸附的现象，硫酸根离子吸附覆盖部分钝化活性电位，这就降低了体系内氯离子的有效浓度，因此自腐蚀电位向正方向靠近，明显降低 。图 硫酸根离子对 极化曲线的影响 由图 可知，不锈钢在不同硫酸根离子再化学化工资源生水中的腐蚀变化基本与 不锈钢一致。但浓度相同的条件下，不锈钢的 更正，更小。这再次说明了 不锈钢具备较优的耐腐蚀能力。分析其原因在于，不锈钢表面钝化膜较 不锈钢表面钝化膜更坚硬，更能抵抗离子的侵蚀和抵抗竞争吸附效应，使得钝化膜不易被破坏，腐蚀效果表现良好 。再生水原水腐蚀行为再生水原水中 、不锈钢极化曲线如图所示。图 原水中不锈钢极化曲线 由图 可知，再生水原水极化曲线，不锈钢电极位置和 更正，更低，表现出更好的耐腐蚀性能。同时，与实验室配制的模拟再生水数据进行比较，原水中的腐蚀电位更正，腐蚀电流也更低，不锈钢的耐腐蚀性能更高。这是因为在再生水原水中，存在多种阴阳离子，其中还包含有很多对氯离子腐蚀有抑制的离子，抑制了氯离子的腐蚀，提升了不锈钢耐腐蚀性。同时，原水中的金属阳离子与碱性阴离子还可能发生反应，在不锈钢表面生成沉淀，阻碍了氯离子与不锈钢接触，不锈钢在原水中的耐腐蚀性进一步增加 。结语（）氯离子对 种不锈钢材料的影响规律基本一致，在高浓度氯离子再生水中，不锈钢的耐腐蚀性能均会受到一些影响。但 不锈钢材料对高浓度的氯离子敏感度更高，更容易受到氯离子的腐蚀。型不锈钢拥有更高的低浓度氯离子抗腐蚀下限，拥有更强的低氯离子侵蚀钝化膜的能力；（）再生水体系内共存有低浓度硫酸根离子时，能促进氯离子对不锈钢的腐蚀行为，但当体系内硫酸根离子达到一定质量浓度后（），在不锈钢表面存在硫酸根离子与氯离子竞争吸附，降低了氯离子的腐蚀作用；（）体系内单独存在的钙离子几乎不对氯离子点蚀不锈钢产生影响。但与碳酸氢根离子共存时，低浓度共存离子可抑制不锈钢腐蚀，高浓度共存离子会导致体系内发生浓差电池效应，增强氯离子的腐蚀效果；（）对再生水原水进行测试，原水中的腐蚀电位较单一离子模拟再生水腐蚀电位更正，也更低，表现出较好的 耐腐蚀效果。【参考文献】王泽龙，李顺义，吴朕君 膨润土改性和复配及在废水处理中的应用进展 工业水处理，（）：张丽珠，王欢，李琼，等 木质素衍生吸附材料及其在废水处理中的应用研究进展 化工进展，（）：刘仲明，陈伟兴，封伟，等 臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展 染料与染色，（）：李瑞峰 二氧化氯和次氯酸钠消毒剂在污水厂再生水处理中的应用比较 净水技术，（）：孙翔 再生水水质对两种材质的不锈钢供热管网的腐蚀影响研究 太原：太原理工大学，靳百川，蒋梦云，白文荣，等 三维荧光光谱 平行因子法解析再生水补给人工湿地 的光谱特征 光谱学与光谱分析，（）：秦彬，谷晋川，殷萍，等 染料废水处理技术研究进展 化工环保，（）：马东春，唐摇影，于宗绪 北京市再生水利用发展对策研究 西北大学学报（自然科学版），（）：张涛，阮金锴，程巍 切削液废水处理技术研究进展 环境工程学报，（）：张悦 印染废水处理技术的研究进展 纺织科学与工程学报，（）：伏晓林，贾彪，王占鑫，等 活性炭再生方法及其在水处理中的应用研究进展 工业用水与废水，（）：张重 氯盐对混凝土结构侵蚀的电化学实验及防治 粘接，（）：栗岩峰，李久生，赵伟霞，等 再生水高效安全灌溉关键理论与技术研究进展 农业机械学报，（）：于文泽，余昊翔，张俊慧，等“塘 湿地”耦合系统净化再生水补给低 河湖水体的效能及机制研究 环境科学学报，（）：何丹，林来鹏，李小勇，等 基于改进粒子群算法优化 神经网络的废水处理软测量模型 华南师范大学学报（自然科学版），（）：余安，邓会芳，郭霞，李雨军 酸环境下偏高岭土地聚合物的抗压性能及电化学特性 粘接，（）：