于磊 黑龙江省纺织工业设计院

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　　摘要：在给水管道中，腐蚀是影响给水管道寿命，降低饮用水安全的一个重要隐患。从给水管道腐蚀机理出发，金属腐蚀是导致给水管道腐蚀的重要机理，本文根据腐蚀机理其中对铁元素影响因素做一下讨论。

　　关键词：给水管道 、腐蚀机理 、铁元素

　　一、给水管道腐蚀机理及铁元素影响原因

　　金属腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学及电化学作用而遭受破坏。金属给水管道发生的腐蚀主要是输水过程中管内壁以水为介质的化学和电化学腐蚀。由于金属管道的腐蚀特征、腐蚀影响因素和腐蚀机理不尽相同，所以有必要对金属给水管道的腐蚀机理进行分析。

　　金属管道的内腐蚀首先是电化学腐蚀的过程，并受阴极过程控制 .以钢管为例，阳极过程中，铁以离子形式进入水中，同时将电子留在金属中；水中H 和氧吸收电子被还原而产生吸氧或析氢腐蚀。在管壁生成Fe（OH）₂，进一步氧化成Fe（OH）₃，附着于管壁面。

　　在金属给水管道中，水对金属管道内壁的腐蚀主要是电化学腐蚀，其电化学腐蚀机理主要有三种解释：一种叫做氧化理论，即因水中碳酸作用，铁变成碳酸亚铁，接着再被水中的氧所氧化，成为氢氧化铁。第二种称为过氧化理论，即铁先与水化合为氢氧化亚铁，产生的氢和水中的氧化合成双氧水，而后氢氧化亚铁和双氧水化合成氢氧化铁。

　　第三种理论是微腐蚀电池理论，因金属本身含有许多杂质，金属和杂质之间存在着电位差，在水的介质中形成了无数微腐蚀电池，在铁管表面某一部位，因铁被腐蚀成铁离子进入水中而形成阳极，所释放的电子传递到铁管表面的另一部分形成阴极。在pH<7时，在阴极发生反应失去氢离子而增加氢氧离子，当达到足够的数量后和水中的铁离子形成氢氧化亚铁，再被水中溶解的氧氧化成氢氧化铁而形成铁锈，沉积于管内表面，呈凹凸不平的铁锈，形成锈瘤。在配水管网末端管道管径小，且流速低时，锈蚀会加剧。

　　此外，金属给水管道内在发生电化学腐蚀的同时，还伴随着化学腐蚀以及微生物腐蚀的发生。天然水中几乎都含有钙、镁离子，且水中碳酸氢根离子分解出二氧化碳和碳酸根离子，它们是管道内化学腐蚀的主要原因。

　　综合以上腐蚀机理，给水管道的腐蚀与给水管网铁释放的作用是相互的，其中铁元素是直接影响管道腐蚀的重要因素。

　　二、铁元素影响因素分析

　　1、细菌对铁元素的影响。微生物腐蚀指由于微生物的直接或间接地参加了腐蚀过程所引起的材料毁坏作用，引起腐蚀的微生物一般为细菌及真菌等。引起钢铁细菌腐蚀（即生物腐蚀）的主要微生物类群包括硫酸盐还原菌、铁细菌、能产生粘液的腐生菌及其它菌群，如硫细菌、酵母菌、霉菌等。其中关系比较密切且常常伴生在一起的是铁细菌和硫酸盐还原菌两种。

　　铁细菌是一种特殊的自养菌属，依靠铁和氧生存和繁殖，利用二价铁氧化成高铁离子所释放的能量来维持生命。铁细菌吸取水中的二价铁离子，分泌出氢氧化铁，在管壁上形成锈瘤。通过氢氧化铁层下的硫酸盐还原菌的活动，或者由于形成氧浓差腐蚀电池导致腐蚀。

　　铁细菌分泌出的大量氢氧化铁会造成管道的堵塞和腐蚀。铁细菌腐蚀过程中发生的反应有：

　　硫酸盐还原菌去极化的具体过程到日前为止国内外的研究者还没有一个统一的认识，对于其腐蚀机理的解释用得最多的理论是氢化酶阴极去极化理论。认为硫酸盐还原菌含有一种氢化酶，硫酸盐还原菌的腐蚀属于厌氧腐蚀，主要是由于氢化酶的作用，它能使硫酸盐还原菌利用在阴极生成的氢将硫酸盐还原成硫化氢，起到了阴极去极化剂的作用，加速了金属的腐蚀。

　　在阴极部位发生了铁的溶解

　　阴极部位发生的反应很复杂，由于阴极部位没有自出氧，阴极的去极化靠硫酸盐还原菌的氢化酶的作用。反应如下：

　　2、pH值对管网铁元素的影响。在给水管道内，pH的大小，能够直接影响到腐蚀电位的大小，而且也影响着腐蚀的形式，即析氢腐蚀还是吸氧腐蚀pH值的改变，使铸铁管壁腐蚀产物变得容易溶解，从而使铸铁管壁保护膜的稳定性也发生改变，间接地加大了铸铁管的腐蚀。另外，pH值的改变还会引起介质导电性的变化，并且会改变对腐蚀有影响的离子浓度，从而影响铸铁管的腐蚀。

　　3、温度对铁元素的影响。温度也是影响管网铁稳定性的因素之一。水温是管网水质的一个重要指标，它可以影响生物活性、水溶液中的物理及化学性质、氧气在水中的溶解度、管垢的热力学性质和物理特性以及反应速率常数等，因此会影响到金属管材的腐蚀结垢，进而就会影响到铁的稳定性。

　　4、流速对铁元素的影响。腐蚀速度开始随流速增加而增加，这是由于管壁表面溶氧增多，加快阴极吸氧速度。当流速增加到一定程度，氧到达管表面的速度可建立起氧化条件，使钢铁钝化，腐蚀速度急剧下降。直到流速增加到更高，出现机械破坏表面保护层，腐蚀速度重新增加。

　　5、水中溶解性物质。水中溶解性固体（TDS）增加，其导电率增加，局部电流也增加，同时腐蚀产物离开金属表面，会导致腐蚀速度加快。水中溶解的离子对管道的腐蚀也有影响，其中水中溶解的阳离子为Cu 、Fe 等氧化性重金属离子时，则对阴极极化过程有害；而Ca 、Zn 、Fe 则产生防蚀作用。如果水中含Ca 、Mg盐较多，由于水中的重碳酸钙在钢表面形成碳酸钙膜，阻止了溶解氧的扩散，所以腐蚀性小。Cl-等卤族元素是产生点蚀和应力腐蚀的原因之一，SO;或NO3-比Cl-影响小，等有缓蚀作用。另外，水中溶解氧的消耗也会加快管道的腐蚀速度。

　　三、给水管道防腐措施

　　1、建立腐蚀监测系统。建立腐蚀监测系统是开展腐蚀研究的第一步。它有利于早期发现和预报水质恶化情况，便于水厂和用户采取对策；收集和积累水质的基本运行数据，为水厂的运行管理提供理论依据，为水系统内腐蚀的控制研究提供试验数据。水系统腐蚀监测主要从水质分析和测定两方面着手。

　　2、使用新型抗腐蚀性管材。聚氯乙烯（PVC）管、PVC管的衍生品硬质聚氯乙烯（UPVC）管、玻璃钢/聚氯乙烯（FPR/PVC）复合管、玻璃钢/聚丙烯（PEP/PP）复合管等塑料管，具有重量轻、耐腐蚀、管壁光滑、水流阻力小、防垢等优点，在室内管道和管网末端近末端建议大量采用。

　　3、改造原有的旧金属管。对于锈蚀、结垢不太严重，但水力条件不好的管道，采用刮管和衬塑等技术。目前在E1本、美国、西欧等广泛使用的一种新的管道更新方法-聚乙烯塑料衬里更新法。在原管道内穿人小一点尺寸的管如高密度聚乙烯管，虽然新管直径小了一些，输水阻力小，所以输水能力仍能达到原来的铸铁管道的能力。如果穿直径小的管不能满足要求，国外也有采取先把老管涨破，再穿入一根同直径的新塑料管，这样管道的更新能力就比原来的要增加了。

　　4、采用加保护层的金属管。对金属管内表面进行涂衬，防止金属裸露于水中，可以防止金属管的腐蚀。例如：涂衬钢管（包括聚氯乙烯衬里钢管和聚氯乙烯粉状树脂涂衬钢管）兼有钢管的高强度、塑料管的耐腐蚀等优点，是理想的给水管材，高层住宅和大型公共建筑供水管道建议采用。

　　参考文献

　　【1】刘志琪，肖绍雍，宋仁元，沈大年等。城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景规划。中国建筑工业出版社，2005

　　【2】吴荫顺。腐蚀实验方法与防腐蚀检测技术。北京：化学工业出版社，1996

　　【3】袁洋志，金属给水管道内壁的腐蚀结垢与防治。福建建筑2002