鑄鐵供水管的初腐蝕與微生物特性研究.pdf

1、供水管網(wǎng)的腐蝕是影響飲用水水質(zhì)安全的重要原因。在各種電解質(zhì)以及微生物的作用下，供水管網(wǎng)各類金屬管材極易發(fā)生腐蝕，在輸配水過程中形成“二次污染”，對(duì)水質(zhì)安全造成嚴(yán)重影響。本研究在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，利用BAR反應(yīng)器模擬供水管網(wǎng)基本環(huán)境，研究連續(xù)流下球墨鑄鐵管材的腐蝕行為，并以靜態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)為對(duì)照，利用極化曲線和XR D等方法對(duì)金屬各階段的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，分析各水質(zhì)參數(shù)的變化規(guī)律，并利用高通量測(cè)序的辦法對(duì)微生物種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行多樣性和

2、差異性研究，分別在門、綱、屬水平探究微生物的群落組成特征，并分別對(duì)鑄鐵、碳鋼以及鍍鋅鋼的腐蝕行為進(jìn)行對(duì)比分析。
　　以自來水為水源，以球墨鑄鐵為研究對(duì)象，在連續(xù)流條件下分別在第7、14、21、28、42、56天時(shí)測(cè)量鑄鐵試片的腐蝕參數(shù)，并研究pH、溶解氧、總鐵、濁度、余氯等水質(zhì)指標(biāo)，結(jié)合表面分析的結(jié)果綜合分析鑄鐵試片的腐蝕機(jī)理，得出腐蝕對(duì)水質(zhì)的影響。通過反應(yīng)器A、B中鑄鐵管材腐蝕行為及水質(zhì)變化的對(duì)比得出位于不同位置的管段的腐蝕及水

3、質(zhì)變化規(guī)律，結(jié)合靜態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)，分析連續(xù)流與靜態(tài)條件下鑄鐵管材腐蝕的差異。結(jié)果顯示，球墨鑄鐵腐蝕速度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。腐蝕會(huì)導(dǎo)致pH值升高，溶解氧降低，并且使水中總鐵和濁度上升。腐蝕所釋放的鐵全部以鐵的氧化物或氫氧化物的形式形成懸濁物懸浮在溶液中或沉積在金屬表面，沒有以離子的形式進(jìn)入水中。球墨鑄鐵在供水管網(wǎng)中主要發(fā)生的是吸氧腐蝕，溶解氧濃度是影響腐蝕的決定性因素，溶解氧越高，腐蝕強(qiáng)度越大。受溶解氧的影響，腐蝕速度沿程逐漸下降，并且在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

4、中溶解氧的決定性更強(qiáng)。靜態(tài)腐蝕與連續(xù)流實(shí)驗(yàn)相比，腐蝕產(chǎn)物的穩(wěn)定性更強(qiáng)，連續(xù)流組的腐蝕產(chǎn)物全部為不穩(wěn)定的γ-FeOOH；靜態(tài)組腐蝕產(chǎn)物為主要為Fe3O4，γ-FeOOH僅占13.9％。
　　以鑄鐵試片表面附著的微生物和水中游離的微生物為研究對(duì)象，分別在連續(xù)流和靜態(tài)的腐蝕條件下對(duì)各時(shí)段反應(yīng)器內(nèi)的細(xì)菌總數(shù)進(jìn)行測(cè)量，研究微生物的數(shù)量變化規(guī)律并結(jié)合腐蝕參數(shù)分析微生物對(duì)鑄鐵管材腐蝕的影響。微生物的數(shù)量不是影響腐蝕的決定性因素而細(xì)菌總數(shù)與溶解氧

5、的相關(guān)性較強(qiáng)。當(dāng)溶解氧充足時(shí)，靜態(tài)組細(xì)菌總數(shù)高于連續(xù)流組；氧不充足時(shí)，連續(xù)流組的細(xì)菌總數(shù)高于靜態(tài)組一個(gè)數(shù)量級(jí)。分別在第30和55天對(duì)反應(yīng)器B內(nèi)的游離和附著微生物進(jìn)行高通量測(cè)序分析，研究微生物的特性變化規(guī)律。無(wú)論是游離微生物還是附著微生物，其生物群落組成在腐蝕過程中發(fā)生了顯著的變化，隨著腐蝕的進(jìn)行，游離微生物的多樣性略有降低，附著微生物的多樣性、豐富度和物種均勻度均顯著提高。從門水平上看，各生物群落主要由變形菌門、擬桿菌門和厚壁菌門組成。

6、從屬水平上看，共有10種硝酸鹽還原菌被檢出，硝酸鹽還原菌分別占到30天和55天生物膜生物總量的18.3%和20.5%。好氧反硝化細(xì)菌晚于兼性厭氧反硝化細(xì)菌進(jìn)入生物膜中，在厭氧狀態(tài)的水體中好氧反硝化細(xì)菌仍然存在，并且不影響厭氧反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)。
　　在連續(xù)流條件下將鑄鐵與普通碳鋼和鍍鋅鋼管進(jìn)行對(duì)比研究，測(cè)量不同時(shí)間腐蝕電位和腐蝕電流密度，結(jié)合pH、溶解氧、總鐵的變化規(guī)律研究腐蝕對(duì)水質(zhì)的影響，并對(duì)球墨鑄鐵和碳鋼兩種管材進(jìn)行對(duì)比經(jīng)濟(jì)分析

7、。球墨鑄鐵和碳鋼試片都發(fā)生了較強(qiáng)的腐蝕作用，鍍鋅鋼基本不腐蝕。球墨鑄鐵的腐蝕速度略低于碳鋼。鑄鐵反應(yīng)器中游離細(xì)菌比碳鋼反應(yīng)器高出1個(gè)數(shù)量級(jí)，為1.75×105CFU/mL；鑄鐵試片上附著細(xì)菌高出碳鋼2個(gè)數(shù)量級(jí)，為1.825×106CFU/cm2。鑄鐵表面的銹層全部由γ-FeOOH組成，碳鋼試片表面的銹層全部由γ-Fe2O3組成。球墨鑄鐵壽命期總投資為750.71(萬(wàn)元/km)，低于碳鋼的812.58(萬(wàn)元/km)。球墨鑄鐵的經(jīng)濟(jì)性好于碳