水源切换供水区域输配管网内壁腐蚀管垢特性及成因分析

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1、水源切换供水区域输配管网内壁腐蚀管垢特性及成因分析李桂芳(济南市供排水监测中心，山东济南250021)摘要使用扫描电镜、X荧光光谱分析、X射线衍射等方法对水源切换供水区域给水管网中铸铁管和镀锌管管垢进行微观形态、化学成分及化合物构成分析。结果表明，铸铁管上管垢呈针状或石林状，有明显的三层结构，镀锌管上管垢呈松散的颗粒组成的球状结构，不同的管垢特征与水力条件和管材材质有关；铁、钙是管垢的主要构成元素，Q—FeO(OH)、Fe。0。、CaCO。是管垢的主要物相，其中铁的主要来源为管材内壁腐蚀，形成Q-FeO(OH)、Fe30

2、4，钙的主要来源为水中所含的大量钙离子，在碳酸钙溶解与沉淀平衡过程中沉淀附着产生CaC03。前言尽管近几年出厂水水质得以有效改善，但用户的龙头水仍会出现浑浊度、色度、铁和微生物指标不合格现象瓯劓，严重时出现“黄水芹现象。造成该现象的主要原因是水质与管网内部管垢发生复杂的物理、化学、生物反应而造成的二次污染‘引。因此，对输水管材管垢进行特性及形成原因分析，对于提高管网水质、控制管网腐蚀具有重要意义。1材料与方法1．1样品采集与保存试验分析所用管垢取自水源切换供水区域供水管网。管材1为DNl50的无内衬铸铁管，为发生爆管时所

3、取，位于某小区内主管道三叉口处，存在两种水源切换可能，管龄约25年。管材2为DN40的镀锌管，为城市户表改造过程中更换下来的入户管段，管龄约25年。1．2样品预处理管段自然风干后，用刀片小心将管内壁管垢取下，放入干净试剂袋中。取块状样品用于扫描电镜分析，研钵研磨后的粉末状样品用于X荧光光谱分析和X衍射分析。13分析仪器2结果与讨论z．1管垢的外观及微现形态分析图l铸铁管管垢外观圈2镀锌管管垢外观如图1、2所示，铸铁管和镀锌管内壁均附着有明显的管垢，其外貌特征与国内外学者描述的特征有相似之处“1】。铸铁管内壁管垢分布均匀，

4、厚度基本在02-08cm之_问。取下较为完整的一块管垢，肉眼能观察到明显的三层结构特征。最外层为黄褐色或红褐色粉末状薄精层，厚度约05衄，轻轻擦拭，露出黑色坚硬致密的中间金属层，厚度约im，最内层为酥松的黄褐色或深褐色同体．充满整个金属壳层。镀锌管内部管垢略呈--但,J厚一侧薄的特征，较铸铁管臂垢松散易被破坏，外层附着揭色粉末状或颗粒状表层，易脱落，厚度在0卜2哪之间，内部为松散的黑色周体。(a)铸铁管垢SEM图(20000×)(b)铸铁管垢sEM图(100000x图3扫描电镜下铸铁管管垢特征黧豁蘼鬻(a)镀锌管垢SEM

5、图(20000×)(b)镀锌管垢SEM图(100000×)图4扫描电镜下镀锌管管垢特征对两种管材管垢进一步进行电镜扫描分析，如图3、图4所示。从图上可以看出，铸铁管和镀锌管管垢的微观形态不同。铸铁管管垢呈密实的针状或石林状结构分布，镀锌管管垢则呈松散的球状颗粒结构分布。两种管垢外观及微观结构特征不同是管网材质、水质条件、水力条件、温度、流量等因素共同作用的结果⋯，而所研究管段输送水质基本相同，因此两管垢结构不同应与管材和水力条件有关。管材不同．耐腐蚀的程度和腐蚀过程不同，从而产生的管垢特征不同；从水力条件看，铸铁臂处在小

6、区内主管网三岔口处，水流方向随压力变化而变化，且通水量大，水流速度快，水力冲刷力强，使管垢形成较为均匀密实，而镀锌管位于入户管道上．水流为单向流条件，水力停留时间长，通水量小，冲届4力弱，造成管垢较为松散，且铁钙不溶物质易于沉淀造成管材底部管垢较顶部更为厚重。22管垢化学成分分析为分析管垢化学成分．对两种管材管垢进行了x射线荧光定性分析，分析结果见表1。由表1可以看出，铸铁管内壁管垢的主要化学元素依次为Fe、0、Ca、Si、S、^1等，镀锌管内壁管垢的主要化学元素依次为Fe、0、Ca、Si、A1、s等。可见，铁是管垢的主

7、要组成物质．铸铁管、镀锌管管垢中铁含量分别占83．3％、778％(以Fe203计)．其次是钙，其含量分别占844％、11．4％(以CaO计)．镀锌管检出少量锌，其他元素古量均很低。该检测结果与牛璋彬、周韬、SarinP等研究结果基本一致“’6。4”1。为研究水质状况对管材管垢的影响．分析所输送的水质状况见表2。由表2可以看出，所输送水质含有一定量的铁和大量的钙离子(在60mg／L80mg／L之间)，A1、Zn吉量较低。固此，认为管垢中的铁主要来源于腐蚀金属管壁．钙主要来源于水中所舍的钙离子。另外，镀锌管检出的少量锌，与镀

8、锌管含有一定量的锌有关。造成铸铁管与镀锌管管垢成分略有不同的原因，主要在于镀锌管中水流速度小．水力停留时间长，不溶性钙镁物质附着沉淀于管壁的几率高，形成的碱辐保护层膜，减缓铁的腐蚀速度，从而镀锌管管垢较铸铁管管垢铁含量低、钙含量高。表1内壁管垢化学成分(以氧化物质量分数讹)值<0．03—O．0460一801．7—5．