工业水处理技术3腐蚀与结垢课件.ppt

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,3.1.1,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,?,电化学腐蚀,?,微生物腐蚀,?,化学腐蚀,在给水排水工程中腐蚀常见类型为,电化,学腐蚀,和,微生物腐蚀,两种。,?,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=Zn,2+,+2e,-,Cu,2+,+2e,-,=Cu,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+Cu,锌电极铜电极,0.76,（,0.34,）,1.10,（伏）,?,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,参与或促进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,?,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。,?,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,?,好氧细菌,?,一是造成氧差电池引起的腐蚀,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=Fe,2+,阴极（,C,）：,2H,2,O+O,2,+4e=4OH,-,?,二是利用代谢产物引起的腐蚀,4S+6O,2,+4H,2,O=4H,2,SO,4,?,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。,2,2,2,2,2,2,2,),(,2,2,2,2,OH,Fe,OH,Fe,FeS,S,Fe,H,e,H,OH,H,O,H,e,Fe,Fe,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,微生物腐蚀,?,控制措施,（,1,）限制营养源,限制金属构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,?,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,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：,FeFe,2+,+2e,-,?,阴极的反应为：,H,2,O+1/2O,2,+2e,-,2OH,-,?,阳极和阴极的产物发生下列反应：,Fe,2+,+2OH,-,Fe(OH),2,3.1.2,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。,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,3.2.1,影响腐蚀的因素,1.,合金因素,2.,温度,3.,流速,4.,外界气体介质,5.,pH,6.,溶解盐类,7.,溶解气体,8.,悬浮固体,9.,微生物,3.2.2,腐蚀形式,?,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,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,水碳酸盐系统平衡方程,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,3,2,3,2,3,3,3,2,2,3,2,),(,CO,Ca,CaCO,CO,H,HCO,HCO,Ca,HCO,Ca,3.3.1 LSI,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,LSI,0,：水中溶解,CaCO,3,超过饱和量，产生,CaCO,3,沉淀，产生结,垢；,LSI,0,：水中溶解,CaCO,3,低于饱和量，固相,CaCO,3,溶解，产生腐,蚀；,LSI,0,：水中溶解,CaCO,3,与固相,CaCO,3,处于平衡状态，不腐蚀不,结垢。,3.3.2 RSI,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),，定义：,RSI,2pHs,pHa,RSI,4.0,5.0,时，水有严重的结垢倾向；,RSI,5.0,6.0,时，水有轻微的结垢倾向；,RSI,6.0,7.0,时，水有轻微结垢或腐蚀倾向；,RSI,7.0,7.5,时，腐蚀显著；,RSI,7.5,9.0,时，严重腐蚀。,3.3.3,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,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。,3.4.1,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,7,7.4,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-,pHs,0,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,里投加石灰是增加,Ca,2+,和碱度的最经济办法。,3.4.2,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,实现，形成保护膜需要一个最佳,pH,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,聚磷酸钠一般为,Na,2,O/P,2,O,5,=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,14,16,。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,5,7,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，控制腐蚀的作用显著降低。,聚磷酸钠的缓蚀作用对水中的铜离子很敏感；对铁（钙、,镁）离子可起鳌合剂的作用；与锌盐联合使用可加速保护,膜的形成速度。主要起分散剂的作用！,拓展资料,本章思考题,1.,什么是腐蚀？给排水工程中常见的腐蚀类型及其举例。,2.,腐蚀控制的方法有哪些？,3.,金属腐蚀可以分为哪两大类？,4.,书写碳酸盐在水中的溶解平衡方程式，给出,Langelier,饱,和指数的表达式，并讨论,LSI,值与结垢的关系。,