再生水中铸铁材料微生物腐蚀特性及评价指数的初步研究

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随着人类对水资源需求的增长,再生水利用作为保障供水的重要手段越来越受到重视。但再生水营养物质丰富,微生物代谢活跃,由此引发的输运管网微生物腐蚀(Microbiologically influenced corrosion, MIC)问题不容忽视。论文通过再生水静态腐蚀试验,探究了再生水环境中微生物影响铸铁材料腐蚀的作用特性。通过模拟并调节再生水水质,解析了微生物腐蚀的促进性水质条件,进一步研究了促进性水质条件下微生物腐蚀的作用机制。最后采用响应面法拟合了促进性水质条件下,主要水质浓度与微生物腐蚀速率间的对应关系,依此建立了再生水微生物腐蚀性的评价指数。15天的再生水静态腐蚀试验表明,再生水中生物膜对铸铁材料的腐蚀有先促进后抑制的特性。生物膜在前期形成过程中促进阴、阳极反应从而加速铸铁的腐蚀;后期稳定生长的生物膜使溶液中侵蚀性粒子向铸铁表面扩散的电阻增加到2.381015/cm2,抑制了铸铁材料的腐蚀。生物膜作用下所形成的腐蚀层P含量高出无菌体系35.0%,对铸铁表面的腐蚀有抑制作用,但微生物的存在会促进管材点蚀。水质条件对再生水微生物腐蚀影响试验表明,再生水中COD、NH4+-N、总铁浓度的提高对微生物腐蚀有明显的促进作用,COD浓度由15mg/L增加到120mg/L,微生物腐蚀速率由0.0060mm/a增至0.0457mm/a;NH4+-N浓度由“0”增加到8mg/L,微生物腐蚀速率由-0.0017mm/a(即无菌体系腐蚀速率高于有菌体系,微生物对腐蚀有抑制作用)增至0.0293mm/a;总铁浓度由0.2mg/L增加到1.4mg/L,微生物腐蚀速率由0.0082mm/a增至0.0313mm/a。COD、NH4+-N、总铁浓度的升高加强了微生物对管材阳极溶出反应的促进作用,加速了管网的微生物腐蚀。拟合建立了再生水微生物腐蚀性评价指数(MR)的计算公式,公式拟合效果显著,MAPE值为9.2%,可信度较高。基于评价指数建立的分级方法为:MR<0时,再生水微生物腐蚀性为保护级,应尽量保护生物膜的完整性;0<MR<0.025mm/a时为轻微级,可根据具体情况考虑是否采取微生物腐蚀抑制措施;MR>0.025mm/a时为控制级,应采取微生物腐蚀抑制措施。利用上述方法,对满足不同回用标准的再生水进行微生物腐蚀性分级,结果表明:在满足回用标准的前提下,地表回灌水、总铁浓度小于0.8mg/L的观赏性河道回用水和总铁浓度小于1mg/L的其他景观回用水为轻微级,井灌回用水为保护级,其余均为控制级。
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