再生水回用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是解決我國(guó)水資源短缺的有效途徑之一。再生水是指污水經(jīng)過(guò)處理后,水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。與常規(guī)水源相比,再生水中不僅鹽分、氨氮和磷的總含量高,還含有大量的有機(jī)污染物和細(xì)菌病原體等物質(zhì)[1],具有較強(qiáng)的腐蝕性[2],需進(jìn)行深度處理后方可使用。再生水處理技術(shù)有過(guò)濾、石灰混凝/澄清、生物濾池等方式,當(dāng)碳酸鹽質(zhì)量濃度超過(guò)100 mg/L（以CaCO3計(jì)）時(shí),適宜采用石灰混凝處理工藝。石灰混凝技術(shù)在再生水深度處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,不僅具有一定的軟化作用,還具有降低水中污染殘留物和保持水質(zhì)穩(wěn)定的效果[3]。 

大量使用再生水可有效節(jié)約水資源,但也增大了發(fā)電廠冷卻水系統(tǒng)腐蝕的潛在風(fēng)險(xiǎn)[4]。我國(guó)火電廠工業(yè)冷卻水輸水管道材質(zhì)以碳鋼為主,內(nèi)壁防腐蝕執(zhí)行DL/T5072-2019《發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定。該規(guī)程中未按管徑對(duì)管道內(nèi)壁防腐蝕做出規(guī)定,當(dāng)前電力行業(yè)普遍遵循的原則為對(duì)內(nèi)徑600 mm及以上的管道內(nèi)壁采取防腐蝕措施,對(duì)內(nèi)徑600 mm以下的管道不采取防腐蝕措施。因此,小管徑管道頻繁發(fā)生腐蝕泄漏問(wèn)題。發(fā)電廠工業(yè)冷卻水系統(tǒng)流程復(fù)雜,碳鋼管道通常深埋地下,發(fā)生泄漏不易被發(fā)現(xiàn),維修難度大且維修費(fèi)用高昂[5]。 

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中常見(jiàn)的細(xì)菌按種類(lèi)及作用可分為硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細(xì)菌（IB）等[6]。SRB是典型的厭氧型微生物,細(xì)菌中的氫化酶通過(guò)陰極去極化作用,將陰極部位的生物催化成S2-獲得能量,是對(duì)金屬材料腐蝕貢獻(xiàn)較大的腐蝕性微生物之一[7]。SRB腐蝕本質(zhì)是電化學(xué)腐蝕,其參與腐蝕生成的硫化物可加劇氫脆[8],對(duì)腐蝕具有促進(jìn)作用[9]。IB是典型的好氧微生物,可將Fe2+氧化成Fe3+后轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3沉淀,并從中獲取能量[10]。SRB和IB可在自然環(huán)境中共生并建立微生態(tài)系統(tǒng)[7],如IB不僅促進(jìn)碳鋼管道的腐蝕,其在新陳代謝過(guò)程中消耗氧氣又可為SRB提供合適的生長(zhǎng)代謝環(huán)境,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)加劇基體材料腐蝕[11]。SRB不僅可以與IB產(chǎn)生協(xié)同作用,還會(huì)與腐蝕性陰離子（如Cl-）產(chǎn)生協(xié)同作用。 

某火電廠氫冷器的工業(yè)冷卻水輸水管道發(fā)生了泄漏,管道材質(zhì)為Q235碳鋼,冷卻水來(lái)自循環(huán)水塔池。該廠每天定期投加次氯酸鈉進(jìn)行殺菌,夏季每15 d、冬季每20 d沖擊性投加非氧化性季銨鹽,按系統(tǒng)容積計(jì)算出季銨鹽投加的質(zhì)量濃度為150~200 mg/L。筆者采用X射線熒光光譜儀（XRF）、X射線衍射儀（XRD）和能譜儀（EDS）等,結(jié)合水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果與腐蝕形貌特征進(jìn)行了泄漏原因分析,采用稀釋培養(yǎng)測(cè)數(shù)（MPN）法開(kāi)展了循環(huán)水系統(tǒng)流程中不同位置的異養(yǎng)菌總數(shù)、SRB總數(shù)和IB總數(shù)檢測(cè),采用余氯分析儀開(kāi)展了現(xiàn)有殺菌劑投加方式下余氯的本底濃度和投加后其濃度隨時(shí)間的衰減規(guī)律,并對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的殺菌效果進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。 

1.   理化檢驗(yàn)與結(jié)果

1.1   宏觀形貌觀察

截取泄漏部位管段,制成試驗(yàn)所需管樣,記錄管樣內(nèi)壁宏觀形貌。由圖1可見(jiàn)：氫冷器冷卻水進(jìn)水管泄漏部位在沿介質(zhì)流向彎頭上游的豎直管段,回水管泄漏部位在沿介質(zhì)流向彎頭下游的豎直管段,內(nèi)徑為80 mm；兩管段泄漏部位的內(nèi)壁形貌相似,均覆蓋大量的厚層棕黃色附著物,局部鼓包突起,遍布大小不一的銹瘤。 

圖  1  氫冷器冷卻水進(jìn)水管和回水管內(nèi)壁的宏觀形貌

Figure  1.  Macro-morphology of inner wall of cooling water inlet pipe (a) and return pipe (b) of hydrogen cooler

1.2   附著物質(zhì)量、元素及物相

根據(jù)DL/T 1115-2019《火力發(fā)電廠機(jī)組大修化學(xué)檢查導(dǎo)則》,用酸洗法對(duì)泄漏管段內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物沉積量進(jìn)行測(cè)定。首先,刮取內(nèi)壁附著物；然后,根據(jù)DL/T 1151.1~1151.22-2012《火力發(fā)電廠垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法》,用質(zhì)量法進(jìn)行灼燒（450 ℃）減量檢測(cè),最后用XRF檢測(cè)表層元素組成。酸洗液由4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鹽酸+0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）烏洛托品配制而成,酸洗溫度為室溫。 

由表1可見(jiàn),氫冷器工業(yè)冷卻水進(jìn)水管和回水管內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物沉積量分別為2 206 g/m2和2 212 g/m2,灼燒減量（450 ℃）均超過(guò)10%。灼燒減量是有機(jī)質(zhì)表征參數(shù),表明附著物中含有有機(jī)質(zhì)[12]。由表2可見(jiàn),進(jìn)水管和回水管內(nèi)壁附著物化學(xué)元素組成相似,Fe元素占比均超過(guò)63%,其余為Si、Ca、Cl元素。清除腐蝕產(chǎn)物后測(cè)量腐蝕坑深度,按實(shí)際投運(yùn)時(shí)間計(jì)算平均腐蝕速率約0.233 mm/a,超出標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50050-2017允許范圍,管道腐蝕較嚴(yán)重。 

表3為XRD檢測(cè)的內(nèi)壁附著物物相組成。結(jié)果顯示,針鐵礦（α-FeOOH）質(zhì)量分?jǐn)?shù)約65%,其余為磁鐵礦（Fe3O4）。有研究表明,針鐵礦與IB礦化作用相關(guān)。王恩德等[13]發(fā)現(xiàn),鐵氧化細(xì)菌（IOB）能使Fe、Fe2+迅速氧化形成水針鐵礦、針鐵礦和赤鐵礦,IB在繁殖過(guò)程中分泌的生物黏泥聚集在管道內(nèi)壁,在溶解氧存在的情況下加速腐蝕。在此過(guò)程中伴隨FeOOH生成,因此FeOOH是IB參與反應(yīng)的重要產(chǎn)物[14]。本廠循環(huán)水系統(tǒng)為間冷開(kāi)式,冷卻水與空氣充分接觸,溶解氧充足,且循環(huán)水中Fe質(zhì)量濃度常年為0.28~0.31 mg/L,這為IB參與腐蝕創(chuàng)造了便利條件。 

1.3   腐蝕微觀形貌

取帶有較大銹瘤的管樣,用物理方法清除銹瘤表層腐蝕產(chǎn)物后,在體視顯微鏡下進(jìn)行內(nèi)層腐蝕形貌觀察。 

由圖2可見(jiàn)：泄漏管樣焊縫部位表面有大量疏松的棕黃色厚層腐蝕產(chǎn)物和凸起的銹瘤；清除腐蝕產(chǎn)物后,金屬基體表面有多處因局部腐蝕導(dǎo)致的潰瘍狀腐蝕坑,焊縫處尤為嚴(yán)重。 

圖  2  泄漏部位管樣表面微觀形貌

Figure  2.  Surface micro-morphology of tube sample at leakage position: (a) corrosion products in the weld; (b) energy spectrum detection position in the weld; (c) corrosion pits in the weld

1.4   沉積物元素組成

采用EDS對(duì)其中的一個(gè)焊縫部位[圖2（b）]進(jìn)行底層附著物元素檢測(cè)。由表4可見(jiàn),泄漏部位管樣焊縫處沉積物主要以Fe、O為主,局部位置存在Cl、S元素富集現(xiàn)象,Cl、S元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高分別為20.48%和0.60%。Cl元素和S元素的富集原因有兩方面：一方面是由于焊縫部位的附著物厚度較大,Cl-和進(jìn)入到垢層下不易自由擴(kuò)散；另一方面是因?yàn)镾RB參與了腐蝕過(guò)程。一般認(rèn)為,SRB參與腐蝕,內(nèi)層腐蝕產(chǎn)物中會(huì)殘留硫元素。 

1.5   循環(huán)水系水質(zhì)

表5為再生水來(lái)水、機(jī)械加速澄清池出水、循環(huán)水主要水質(zhì)參數(shù)年度均值。來(lái)自城市污水處理廠的再生水進(jìn)入廠區(qū)后,首先經(jīng)過(guò)機(jī)械加速澄清池深度處理,出水作為循環(huán)水塔池補(bǔ)水。工藝流程為：再生水→機(jī)械加速澄清池內(nèi)石灰混凝→出水加濃硫酸調(diào)節(jié)pH→濾池→全廠工業(yè)水池。由表5可見(jiàn),機(jī)械加速澄清池可去除再生水中約70%的全堿度和19%的總硬度。為減少硫酸對(duì)工業(yè)水池和輸送管道的腐蝕,本廠將機(jī)械加速澄清池出水pH設(shè)定為8~9,運(yùn)行中控制在中間范圍,因此深度處理后出水pH較再生水來(lái)水略高。 

表  5  系統(tǒng)典型水質(zhì)年度平均值

Table  5.  Annual average of typical water quality in industrial water systems

系統(tǒng)水	pH	重鉻酸鹽需氧量(CODCr)/(mg·L-1)	w(Cl—)/(mg·L-1)	w()/(mg·L-1)	全堿度/(mg·L-1)	電導(dǎo)率/(μS·cm-1)	全鐵/(mg·L-1)	總硬度/(mg·L-1)
再生水來(lái)水	7.78	25.5	258.9	243.4	303.1	2 003	0.061	164.6
機(jī)械加速澄清池出水	8.18	20.4	255.0	276.5	93.3	1 945	0.061	133.4
循環(huán)水	8.39	36.3	648.3	636.4	140.1	3 755	0.290	338.1

由表5還可見(jiàn),盡管全年運(yùn)行數(shù)據(jù)均在標(biāo)準(zhǔn)控制范圍內(nèi),但再生水來(lái)水和循環(huán)水的Cl-質(zhì)量濃度仍然較高。一般認(rèn)為,碳鋼耐受Cl-質(zhì)量濃度為1 000 mg/L,運(yùn)行中循環(huán)水的Cl-質(zhì)量濃度年度均值雖然合格,但當(dāng)再生水供水緊張時(shí),塔池排污量小導(dǎo)致濃縮倍率過(guò)高,Cl-質(zhì)量濃度會(huì)偶發(fā)性維持較高限值或超出標(biāo)準(zhǔn)要求。研究認(rèn)為,在常溫、pH 8.5條件下,碳鋼中的夾雜物（氧化錳、硫化錳）易誘發(fā)點(diǎn)蝕,Cl-的存在可促進(jìn)點(diǎn)蝕的誘發(fā)及初期發(fā)展,并顯著降低碳鋼的點(diǎn)蝕電位[15]。再生水具有較強(qiáng)的腐蝕性,尤其是當(dāng)循環(huán)水高濃縮倍率運(yùn)行時(shí),將加劇系統(tǒng)的腐蝕。 

2.   殺菌劑效果評(píng)價(jià)

按照循環(huán)水系統(tǒng)流程選取循環(huán)水前池、殺菌劑加入點(diǎn)、開(kāi)式水回水點(diǎn)、塔池回水點(diǎn)、塔池后側(cè)5個(gè)點(diǎn)位,按照GB/T 14643-2009《工業(yè)循環(huán)冷卻水中菌藻的測(cè)定方法》中第1、第5、第6部分規(guī)定,用MPN法檢測(cè)異養(yǎng)菌、SRB和IB總數(shù)。采用余氯分析儀檢測(cè)殺菌劑投加前系統(tǒng)內(nèi)余氯的質(zhì)量濃度；選取循環(huán)水前池點(diǎn)位,分析殺菌劑投加后0.5,1,2,3,4,5 h時(shí)余氯質(zhì)量濃度隨時(shí)間的衰減關(guān)系。 

由圖3可見(jiàn),在未投加殺菌劑前塔池回水管余氯的質(zhì)量濃度為0.05 mg/L,其質(zhì)量濃度隨著殺菌劑投加后時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升,在投加結(jié)束后約20 min達(dá)到最大值（0.40 mg/L）,說(shuō)明殺菌劑在系統(tǒng)中混合均勻。之后余氯質(zhì)量濃度迅速下降,在0.5 h后下降為0.09 mg/L,下降幅度為77.5%,然后下降幅度變緩,在5 h后達(dá)到本底值,降幅為87.5%。經(jīng)計(jì)算,前30 min內(nèi)的氯消耗量超過(guò)了5 h內(nèi)氯消耗量的50%以上。李晴等[16]研究發(fā)現(xiàn),余氯質(zhì)量濃度的衰減分快速和慢速兩個(gè)階段,前30 min內(nèi)氯的衰減量占8 h內(nèi)氯衰減量的50%以上,圖3所示的結(jié)果與李晴等的研究結(jié)論一致。 

圖  3  殺菌劑投加后余氯質(zhì)量濃度隨時(shí)間的衰減曲線

Figure  3.  The decay curve of residual chlorine mass concentration with time after fungicide addition

圖4為按月度統(tǒng)計(jì)的塔池回水管余氯質(zhì)量濃度,取樣時(shí)間均為殺菌劑投加結(jié)束后0.5~1 h。可見(jiàn),1、2號(hào)機(jī)組余氯質(zhì)量濃度范圍分別為0.05~1.20 mg/L、0.06~1.52 mg/L,6月、8月較高,7月因機(jī)組檢修停機(jī)未投加殺菌劑。其中,除10月余氯質(zhì)量濃度低于0.10 mg/L的最低要求外,其余月份均在0.10 mg/L以上,說(shuō)明在殺菌劑投加后0.5~1 h內(nèi)余氯質(zhì)量濃度滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。 

圖  4  塔池回水管2020年余氯質(zhì)量濃度月度均值

Figure  4.  Monthly mean value of residual chlorine concentration in return pipe of tower pool in 2020

該廠殺菌劑投加方式為每天定點(diǎn)投加次氯酸鈉,投加結(jié)束后余氯含量隨時(shí)間有明顯的衰減,對(duì)塔池回水管在投加結(jié)束后5 h以上時(shí)段的余氯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),得出余氯本底質(zhì)量濃度范圍為0.05~0.08 mg/L。由圖3、圖4可見(jiàn),在現(xiàn)有的殺菌劑投加方式下,除了投加后0.5~1 h以?xún)?nèi)系統(tǒng)余氯質(zhì)量濃度滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求外,其余時(shí)間余氯質(zhì)量濃度均不滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。 

表6為在殺菌劑加入前和加入后30 min時(shí)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的異養(yǎng)菌、SRB和IB的菌落形成單位（CFU）總數(shù),檢測(cè)時(shí)間為6月?？梢?jiàn),除了殺菌劑加入點(diǎn)在投加殺菌劑后異養(yǎng)菌CFU總數(shù)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求外,其余取樣點(diǎn)在殺菌劑投加前和投加后的異養(yǎng)菌CFU總數(shù)均超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50050-2017中1×105個(gè)/m L的規(guī)定。在循環(huán)水前池、開(kāi)式水回水點(diǎn)、塔池回水點(diǎn)均檢出了SRB和IB。IB是好氧型微生物,循環(huán)水前池因氧氣充足,IB的CFU數(shù)量較其他位置略大,而開(kāi)式水回水和塔池回水因管線流程長(zhǎng),IB的CFU數(shù)量相對(duì)較小。SRB是厭氧型微生物,但在開(kāi)式水管道末端因氧氣的消耗等原因,SRB也具有生存空間,因此在開(kāi)式水回水和塔池回水中也發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的SRB。對(duì)比殺菌劑投加前后SRB和IB的CFU數(shù)量,殺菌效果不明顯。這進(jìn)一步驗(yàn)證了在現(xiàn)有的殺菌劑投加方式下,殺菌效果不滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求,尤其是當(dāng)夏季高溫天氣時(shí),系統(tǒng)中微生物生長(zhǎng)將更為活躍。 

3.   微生物控制評(píng)價(jià)

該廠自正式運(yùn)行以來(lái),一直采取定時(shí)投加次氯酸鈉和沖擊投加季銨鹽的殺菌方式。通過(guò)分析近幾年夏季綠藻繁殖和腐蝕掛片情況,此種殺菌方式效果不理想。根據(jù)異養(yǎng)菌檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果和系統(tǒng)中SRB和IB的CFU總數(shù),該廠現(xiàn)有殺菌方式不能滿(mǎn)足要求。 

控制微生物腐蝕方法眾多,投加殺菌劑法一直是工業(yè)系統(tǒng)中最為直接高效的防護(hù)方法。殺菌劑通過(guò)殺死或抑制有害微生物,進(jìn)而解決金屬設(shè)備微生物腐蝕等問(wèn)題[17]。研究表明[18-19],單一殺菌劑在應(yīng)用中都存在一定的局限性,因此將兩種或兩種以上的殺菌活性成分復(fù)配成為主流方法。使用復(fù)配型殺菌劑能夠在降低研發(fā)成本的同時(shí)獲得更好的殺菌防護(hù)效果[19]。 

發(fā)電廠通常采用連續(xù)投加氧化型殺菌劑、沖擊性投加非氧殺菌劑的方式進(jìn)行協(xié)同殺菌處理。氧化型殺菌劑主要是次氯酸鈉、氯錠、ClO2等含氯化合物,非氧化型殺菌劑包括異噻唑啉酮、季銨鹽等。ClO2是一種安全高效的強(qiáng)氧化型廣譜殺毒劑,其氧化能力是氯氣的2.5倍[19]。ClO2不與有機(jī)物發(fā)生取代反應(yīng),可避免產(chǎn)生三氯甲烷等致癌副產(chǎn)物,被視為傳統(tǒng)氯消毒劑的換代產(chǎn)品[20]。與其他藥劑不同,ClO2需要在現(xiàn)場(chǎng)使用期間制取。 

4.   腐蝕原因分析

4.1   溶解氧對(duì)腐蝕的影響

在中性或堿性溶液中,當(dāng)金屬電位小于氧化還原反應(yīng)電位時(shí),可發(fā)生吸氧腐蝕。25 ℃時(shí)碳鋼在水中的電位約為-0.440 V（相對(duì)于SHE）,氧的平衡電位約為0.805 V（相對(duì)于SHE）[21]。因此,工業(yè)冷卻水管道不可避免會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕。影響吸氧腐蝕的主要因素包括溶解氧含量、溫度、流速和溶液中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[17]。由系統(tǒng)運(yùn)行方式可知,溶解氧含量、水溫和流速均基本恒定,變化范圍較??；盡管水中鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨濃縮倍率的變化呈現(xiàn)微小的變化,但是也總體恒定。在這種狀態(tài)下,溶解氧對(duì)系統(tǒng)的腐蝕主要為均勻腐蝕,氧發(fā)生陰極還原的極限電流密度很小,不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的局部腐蝕。 

4.2   微生物對(duì)腐蝕的影響

本廠循環(huán)水中IB的CFU數(shù)量為110~200個(gè)/mL,在多個(gè)取樣點(diǎn)處均發(fā)現(xiàn)了IB。根據(jù)文獻(xiàn),有效殺滅IB的余氯質(zhì)量濃度應(yīng)維持在0.30 mg/L以上[22]。該廠日常殺菌采用定期投加氧化性殺菌劑的方式,在投加后5 h時(shí)余氯質(zhì)量濃度即達(dá)到0.05~0.08 mg/L的本底值水平,而在0.05 mg/L余氯質(zhì)量濃度情況下出水中的IB數(shù)量與無(wú)消毒劑情況下相當(dāng),無(wú)法抑制IB的生長(zhǎng)[18]。因此,在循環(huán)水余氯質(zhì)量濃度處于本底值的時(shí)間段內(nèi),IB可充分繁殖并參與腐蝕反應(yīng)。IB參與腐蝕的主要電化學(xué)反應(yīng)見(jiàn)式（1）~（3）[23]。 

陽(yáng)極反應(yīng)： 

陰極反應(yīng)： 

IB從反應(yīng)（2）獲得能量,以氧氣的去極化反應(yīng)作為陰極反應(yīng)。陰極和陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)合生成的Fe（OH）2可進(jìn)一步被氧化。其中一部分Fe(OH)2在IB的礦化作用下生成FeOOH,一部分直接被氧化生成Fe3O4,見(jiàn)式（4）~（6）。 

SRB參與腐蝕過(guò)程中,陽(yáng)極反應(yīng)與式（1）相同,氫化酶通過(guò)陰極去極化將SO2-4還原成S2-。同時(shí),將陰極上生成的氫除去,降低局部氫氣分壓,使得陽(yáng)極溶解不斷進(jìn)行[6]。SRB參與腐蝕的總反應(yīng)方程式見(jiàn)式（7）。 

IB在代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的鐵氧化合物,并分泌黏液以及乳酸菌胞外多糖（EPS）,這是管樣腐蝕產(chǎn)物中有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源[23]。在含氧介質(zhì)中,IB代謝形成的生物膜可為SRB創(chuàng)造貧氧環(huán)境,促進(jìn)SRB在生物膜下生長(zhǎng)。在流速較小的冷卻水管道中,當(dāng)管壁內(nèi)附著厚層腐蝕產(chǎn)物時(shí),氧在腐蝕產(chǎn)物內(nèi)層和外層之間的擴(kuò)散變得困難,也可形成局部的貧氧環(huán)境。SRB代謝過(guò)程的特征產(chǎn)物是FeS,本次泄漏部位的腐蝕產(chǎn)物中有S元素,但是未發(fā)現(xiàn)FeS,原因是IB有很強(qiáng)的將Fe2+氧化成Fe3+的能力,而FeS是一種不穩(wěn)定的化合物[12],易被氧化成高價(jià)硫。 

發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)溫度適宜,適合微生物生長(zhǎng)粘附和生物膜形成,生物膜在代謝過(guò)程中會(huì)引起微生物腐蝕,腐蝕產(chǎn)物附著在管道內(nèi)壁,導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢,增加傳熱阻力[4]。本廠殺菌效果不滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求,異養(yǎng)菌總數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,SRB、IB存在于循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi),泄漏管樣內(nèi)壁附著物主要成分是IB參與腐蝕的特征產(chǎn)物針鐵礦,底部附著物中的S元素含量有明顯增加。綜合上述分析,可以確定微生物參與了腐蝕過(guò)程。 

4.3   表面附著物對(duì)腐蝕的影響

研究表明,IB的氧化產(chǎn)物Fe3+與水中的Cl-結(jié)合生成FeCl3,具有更高的腐蝕性,FeCl3水解生成的鐵氧化物堆積形成明顯的銹瘤[6]。銹瘤遮蓋金屬表面,使循環(huán)水中的緩蝕劑難以在金屬表面生成保護(hù)膜,IB還將金屬表面腐蝕區(qū)的Fe2+氧化成Fe3+,使得腐蝕反應(yīng)不斷發(fā)生[24]。 

朱元良等[25]發(fā)現(xiàn),金屬表面被腐蝕產(chǎn)物覆蓋后,可形成垢下閉塞微環(huán)境,O2向垢下滲透以及腐蝕產(chǎn)生的鐵離子向外擴(kuò)散均受到抑制,形成氧濃差腐蝕微電池,使閉塞區(qū)內(nèi)陽(yáng)極金屬發(fā)生溶解[25-26]。為保持閉塞區(qū)電中性,外部的Cl-不斷遷入閉塞區(qū),同時(shí)生成金屬氯化物。金屬氯化物水解造成閉塞區(qū)內(nèi)pH下降,進(jìn)一步加速陽(yáng)極溶解,形成自催化效應(yīng),造成嚴(yán)重的局部腐蝕。反應(yīng)式見(jiàn)式（8）。 

在管道泄漏初期,采用pH試紙對(duì)泄漏部位附著物下的液滴進(jìn)行檢測(cè),pH試紙指示弱酸性。結(jié)合前文中氯元素在腐蝕產(chǎn)物中的富集,以及嚴(yán)重的局部潰瘍腐蝕,可能發(fā)生了附著物下自催化腐蝕。 

綜上所述,本次碳鋼管道腐蝕原因可能為殺菌效果不佳導(dǎo)致微生物大量滋生,微生物參與腐蝕,在管道內(nèi)壁形成銹瘤和表面附著物,在閉塞環(huán)境中附著物下發(fā)生自催化協(xié)同腐蝕,最終導(dǎo)致管道泄漏。 

5.   結(jié)論與建議

（1）某使用再生水的發(fā)電廠循環(huán)水在運(yùn)行過(guò)程中殺菌效果不滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求,異養(yǎng)菌CFU總數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在系統(tǒng)內(nèi)多處發(fā)現(xiàn)SRB、IB,小管徑碳鋼管道發(fā)生了微生物腐蝕。微生物腐蝕在管道內(nèi)壁形成大量銹瘤和表面附著物,銹瘤處生成閉塞微電池,在氯離子等雜質(zhì)的協(xié)同作用下形成自催化反應(yīng),加劇腐蝕進(jìn)程,最終導(dǎo)致管道泄漏。 

（2）循環(huán)水中余氯衰減速率快,采用定期投加次氯酸鈉的方式,在投加結(jié)束后0.5 h時(shí)余氯衰減量占8 h時(shí)余氯衰減量的50%以上,其余時(shí)間余氯含量均在本底值附近。應(yīng)采用連續(xù)投加方式,并保持塔池回水管余氯質(zhì)量濃度不小于0.1 mg/L。

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