宋曉芳

(華北電力大學(xué)，河北 保定 071003)

中水主要是指城市污水或生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水，其水質(zhì)介于上水和下水之間[1]。中水回用和綜合利用是解決我國(guó)水資源短缺的重要途徑?；痣姀S是工業(yè)用水大戶，其中循環(huán)冷卻水量所占比重最大，幾乎占全廠總用水量的50%～70%。所以面對(duì)我國(guó)水資源嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)逐漸開(kāi)展了城市污水經(jīng)二級(jí)處理后回用于火電廠作循環(huán)冷卻水的研究與應(yīng)用[2-4]。與天然水做循環(huán)冷卻水相比較，中水中的氨氮、無(wú)機(jī)鹽、表面活性劑等含量較高，它們會(huì)引發(fā)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題，以下主要研究中水用作循環(huán)冷卻水時(shí)，循環(huán)冷卻水濃縮倍率、pH值、氨氮、Cl-等因素對(duì)304不銹鋼材料的腐蝕影響。

1 試驗(yàn)設(shè)備

1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

由于不同中水的實(shí)際成分相差較大，而且對(duì)各種成分含量測(cè)定工作量大，不同濃度離子對(duì)腐蝕的影響程度各不相同，給研究各種因素對(duì)304不銹鋼腐蝕的影響造成困難，為避免干擾，該試驗(yàn)采用的試驗(yàn)水質(zhì)是模擬城市中水水質(zhì)。模擬中水是由氯化鈉、硫酸鈉、氯化銨和陰離子表面活性劑配成的一系列濃縮倍率的溶液，并對(duì)溶液pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為304不銹鋼。不銹鋼試樣制成10 mm×10 mm×10 mm的正方體，在工作面背面焊上導(dǎo)線，用環(huán)氧樹(shù)脂封裝非工作面，每次試驗(yàn)前將試樣工作面用200-800號(hào)水砂紙逐級(jí)打磨，然后進(jìn)行去離子水沖洗，再用無(wú)水乙醇丙酮脫脂，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。

1.3 試驗(yàn)儀器及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用PHS-25型恒電位/恒電流儀測(cè)定極化曲線。試驗(yàn)時(shí)以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，不銹鋼試樣為工作電極。將不銹鋼試樣浸于試樣用水中，穩(wěn)定到腐蝕電位后，用恒電流法測(cè)定陰陽(yáng)極極化曲線，采用塔菲爾直線外推法確定腐蝕電流密度J，用腐蝕電流密度表征腐蝕速度。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 濃縮倍率對(duì)304不銹鋼腐蝕的影響

304不銹鋼在pH=8.46，模擬中水濃縮倍率n分別為1、3、4時(shí),溶液中的極化曲線見(jiàn)圖1。304不銹鋼在pH=8.46時(shí)，模擬中水濃縮倍率分別為1、3、4時(shí)溶液中自腐蝕電位Ecorr和腐蝕電流密度Jcorr見(jiàn)表1。

表1 pH=8.46時(shí)不同濃縮倍率下的Jcorr和Ecorr

濃縮倍率Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V10.460-0.50130.770-0.62441.013-0.667

綜合圖1和表1可以看出，隨著模擬中水濃縮倍率的增加，溶液的自腐蝕電位顯著下降，從-0.501 V下降至-0.667 V，腐蝕電流密度呈明顯增加趨勢(shì)。說(shuō)明濃縮倍率的增加對(duì)不銹鋼耐蝕性有很大影響，這主要是由于濃縮倍率的增加很大程度上增加了侵蝕性離子(如氯離子、硫酸根離子等)的影響，造成不銹鋼不易成膜。從圖中還可以看出，濃縮倍率的增加對(duì)不銹鋼陽(yáng)極和陰極極化曲線都有一定影響，主要是由于中水水質(zhì)復(fù)雜等多種因素綜合影響造成的。

2.2 pH值對(duì)304不銹鋼腐蝕的影響

304不銹鋼在濃縮倍率為3時(shí)，不同pH值的模擬中水溶液中的極化曲線見(jiàn)圖2。304不銹鋼在濃縮倍率為3時(shí)，不同pH值的模擬中水溶液中的腐蝕電流密度Jcorr和自腐蝕電位Ecorr見(jiàn)表2。

圖2 濃縮倍率為3時(shí)不同pH值下的極化曲線

表2 濃縮倍率為3時(shí)不同pH值下的Jcorr和Ecorr

pH值Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V7.550.982-0.6518.460.770-0.6249.091.180-0.6739.541.026-0.643

從圖2可以看出，隨著溶液pH值的變化，不銹鋼的極化曲線變化不大。結(jié)合表2可以看出，隨著pH值的增加，自腐蝕電位和腐蝕電流密度沒(méi)有統(tǒng)一的變化趨勢(shì)，呈上下波動(dòng)，而且變化較小。pH值從7.55～9.54腐蝕電流密度變化范圍為0.77～1.18 mA/cm2，自腐蝕電位變化范圍為-0.673～-0.624 V。這說(shuō)明pH值在該范圍內(nèi)變化，對(duì)腐蝕的影響較小。

2.3 Cl-對(duì)304不銹鋼腐蝕的影響

304不銹鋼在不同Cl-質(zhì)量濃度下的模擬中水溶液中的極化曲線見(jiàn)圖3。304不銹鋼在不同Cl-質(zhì)量濃度下的模擬中水溶液中的腐蝕電流密度Jcorr和自腐蝕電位Ecorr見(jiàn)表3。

圖3 不同Cl-質(zhì)量濃度下的極化曲線

表3 不同CL-質(zhì)量濃度下的Jcorr和Ecorr

Cl-/(mg·L-1)Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V0.4260.773-0.5360.7812.030-0.6031.1362.252-0.6151.4912.469-0.623

從圖3可以看出，陰極和陽(yáng)極的極化曲線有明顯的Tafel區(qū)域。隨著Cl-質(zhì)量濃度的增大，陽(yáng)極電流變大，腐蝕電流密度也呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明腐蝕程度加劇，且以陽(yáng)極腐蝕為主，這反映出氯離子的存在會(huì)促進(jìn)電極陽(yáng)極反應(yīng)，且質(zhì)量濃度越高這種促進(jìn)作用越明顯。結(jié)合表3，隨著Cl-質(zhì)量濃度的增加，自腐蝕電位從-0.536 V降低到-0.623 V，腐蝕電流密度從0.773 mA/cm2劇增到2.469 mA/cm2，腐蝕速度有很大的提高。

2.4 氨氮對(duì)304不銹鋼腐蝕的影響

304不銹鋼在不同氨氮質(zhì)量濃度的模擬中水溶液中的極化曲線見(jiàn)圖4。304不銹鋼在不同氨氮質(zhì)量濃度的模擬中水溶液中的腐蝕電流密度Jcorr和自腐蝕電位Ecorr見(jiàn)表4。

從圖4中可以看出隨氨氮質(zhì)量濃度的變化，304不銹鋼的陽(yáng)極極化曲線變化不明顯，說(shuō)明在該氨氮質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，氨氮對(duì)304不銹鋼腐蝕影響較小。從表4可以看出，隨著氨氮質(zhì)量濃度的增加，腐蝕電流密度呈增加趨勢(shì)，腐蝕電位隨其增大而降低，說(shuō)明其一定程度上加速了不銹鋼的腐蝕。

圖4 不同氨氮質(zhì)量濃度下的極化曲線

表4 不同氨氮質(zhì)量濃度下的Jcorr和Ecorr

氨氮/(mg·L-1)Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V250.773-0.536501.052-0.545751.080-0.5621001.102-0.566

3 結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明，濃縮倍率、Cl-質(zhì)量濃度、氨氮濃度的增加，均能影響304不銹鋼的腐蝕速度。其

中氨氮濃度的促進(jìn)作用不明顯，而濃縮倍率以及Cl-質(zhì)量濃度的增加可以顯著加快304不銹鋼的腐蝕速度。溶液pH值在7.55～9.54范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)304不銹鋼腐蝕的影響較小，而且沒(méi)有明顯的變化規(guī)律。該試驗(yàn)研究為采用中水回用電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)選材和控制參數(shù)提供了參考和借鑒,采用304不銹鋼循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的電廠將pH值控制在7.55～9.54時(shí)腐蝕影響較小,濃縮倍率、Cl-質(zhì)量濃度、氨氮質(zhì)量濃度的控制參數(shù)則要根據(jù)各廠的實(shí)際情況來(lái)確定。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓劍宏. 中水回用技術(shù)及工程實(shí)例[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:4-5.

[2] 趙 毅,王曉攀,付 東.中水用于電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的可行性分析[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2005,32(3): 89-94.

[3] 張 顒，侯 盾,李雨松，等.污水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕影響因素的研究[J].工業(yè)水處理,2001,21(3): 1-3.

[4] 葛春鵬,李少春.利用城市污水作電站循環(huán)補(bǔ)充水的處理工藝試驗(yàn)研究[J].西北電力技術(shù),2001,29(3): 4-8.