网站地图 原创论文网,覆盖经济,法律,医学,建筑,艺术等800余专业,提供60万篇论文资料免费参考
主要服务:论文发表、论文修改服务,覆盖专业有:经济、法律、体育、建筑、土木、管理、英语、艺术、计算机、生物、通讯、社会、文学、农业、企业

缓解污水管道中微生物对混凝土腐蚀的方法

来源:原创论文网 添加时间:2021-09-09

  摘    要: 污水管道中微生物的生长和繁殖对混凝土的腐蚀称为混凝土微生物腐蚀,这是一种特殊的混凝土腐蚀现象,它会显着减少污水管道中混凝土结构的使用寿命,造成安全隐患的同时,还会引发高额的经济损失,因此受到了广泛的关注。相关研究学者一直在寻找有效的应对措施,虽然取得一定的进展,找到了一些方法,但到目前为止还没有一种有效的方法可以彻底解决这个问题,本文详细介绍了现阶段缓解混凝土微生物腐蚀的部分措施。

  关键词 :     混凝土;微生物腐蚀;缓解措施;污水管道;

  1 、概述

  随着经济的不断发展,人们对健康卫生城市的要求越来越高,虽然污水管道系统的建设在很大程度上满足了人们的需求,但是在大量建造污水管道的同时,一些有关管道损坏的问题也随之暴露出来,且污水管道一般埋于地下,损坏后维修和更换的成本较高。造成污水管道损坏的原因有很多,其中由微生物的生长和代谢引起的腐蚀称为混凝土微生物腐蚀,它已被认为是全球范围内混凝土污水管网退化的主要原因之一,为了减少由混凝土生物腐蚀引起的经济损失和造成的安全隐患,相关研究学者一直在探寻有效的缓解腐蚀措施。但是由于污水管道中恶劣的环境以及混凝土微生物腐蚀的复杂机理,到目前为止,还未找到一种行之有效的缓解措施。

  2 、缓解腐蚀的措施

  污水管道中混凝土微生物腐蚀一般与管道的结构、管道中的环境以及管道的建筑材料等有关,因此要寻找有效的防腐措施,通常从优化管道结构、改善污水环境和提高管道材料性能等角度考虑。

  2.1 、优化管道结构

  管道的结构是影响混凝土生物腐蚀的重要因素,因此可以通过优化管道结构的方式缓解污水管道中混凝土的腐蚀,如优化管道的设计结构、调整管道的通风、调整污水的流速等。
 

缓解污水管道中微生物对混凝土腐蚀的方法
 

  2.1.1 、管道的设计结构

  美国研究人员Paker等人指出在污水管道混凝土微生物腐蚀中起主要作用的是厌氧的硫酸盐还原菌[1],它可以利用生物膜中的氢将硫酸盐转化成硫化氢,加速管道的腐蚀。而在污水管道的角落和转弯处,污水的流速较慢,可以较长时间的停留,同时大量的有机质和淤泥会被保存下来,这为硫酸盐还原菌的生长和繁殖提供了有利的条件。因此,在设计管道时,应选择合适的管道的尺寸及坡度[2],减少有机质和淤泥的沉积,以此创造不利于硫酸盐还原菌生存的有氧环境,进而减少硫化氢的生成,保护管道。

  2.1.2 、通风

  相对于液面以下的腐蚀,液面上部的腐蚀更为严重,特别是液面与空气交接区域(如图1所示)[3]。而通风可以有效降低污水管道中空气部分硫化氢的浓度,减少与硫化氢与上部混凝土的反应,进而缓解混凝土的腐蚀。有调查研究表明,密封沙井比穿孔沙井的腐蚀情况更为严重[2]。通过对自然通风量的研究,表明通过通风口和进水口产生的自然通风量是有限的,不足以对混凝土微生物腐蚀产生显着的缓解作用。同时从经济角度看,采取人工通风的措施会导致成本的增加,不适宜大规模使用,因此仅在重要管道中才会考虑使用。

  图1 污水管道中混凝土微生物腐蚀示意图
图1 污水管道中混凝土微生物腐蚀示意图

  2.1.3 、流速

  采用泵压方式控制污水管道的流速是缓解腐蚀的有效途径。硫酸盐还原菌适宜生长在缺氧条件下,当增加污水流速时,污水中的溶解氧也会随之增加,从而达到抑制硫酸盐还原菌的目的。同时美国的Pomeroy和Bowlus指出污水的流速不宜过大,当污水流速过大时,容易形成湍流,此时机械冲刷作用将取代微生物腐蚀,成为降低管道耐久性的主要因素。在一些管道设计规范中规定,污水的最大流速为2.4m/s-4.5m/s,最小流速为0.6m/s[2]。

  2.2 、改善污水环境

  污水中硫酸盐还原菌起到“中转站的作用”,将硫酸盐转化成硫化氢,进而形成生物硫酸,引起腐蚀。因此抑制硫酸盐还原菌的活性可以有效缓解污水管道中混凝土微生物腐蚀,通常采用调整污水的p H和改变氧化还原条件的方法。

  2.2.1、 改变氧化还原条件

  污水管道中发生混凝土微生物腐蚀的前提是淤泥中的硫化物流入污水中,并生成硫化氢[2]。有研究表明,当污水中溶解氧含量大于0.5mg/l时,淤泥中的硫化物会被氧化。因此可以向污水管道中注入空气或氧气,增加污水中溶解氧的含量,从而达到减少硫化物的目的。除了增加污水中溶解氧的含量,还可以向污水中加入硝酸盐来升高污水的氧化还原电位,硝酸盐将先于硫酸盐被还原,从而减少硫化物的形成。

  2.2.2 、调整污水的p H

  加入氢氧化钠等碱性物质是降低硫酸盐还原菌活性的有效途径,当污水p H达到9以上时,污水中的硫化氢含量几乎可以忽略不计(如图2所示)[4],但使污水p H一直保持在9以上的成本较高,操作频繁,不适宜大范围使用;较简便的方法是用氢氧化钠将废水的p H升高到12以上,保持20分钟,此后两周内污水的p H可以满足大于9的要求。

  图2 25℃时溶液p H与不同硫种类的关系
图2 25℃时溶液p H与不同硫种类的关系

  2.3 、提高管道材料性能

  制作管道的材料是决定管道耐久性能的直接因素,因此设法提高材料的性能是缓解污水管道中混凝土微生物腐蚀的关键。为满足承载力和大口径流量的要求,目前大部分的污水管道都是使用混凝土建造的。通常采用混凝土改性和表面涂层的方式。

  2.3.1 、混凝土改性

  混凝土改性是指添加外加物质来增强混凝土本身的性能以达到缓解腐蚀的作用。常用的外加物有矿物掺合料和聚合物。(1)掺加矿物掺合料可以降低水化硅酸钙CSH的钙硅比,一方面可以降低Ca(OH)2的含量,减少石膏等膨胀性物质的产生,减少混凝土膨胀性开裂;另一方面改变了混凝土骨料/界面的过渡区域,增强了混凝土的抗渗性能,常用的矿物掺合料有硅灰,粉煤灰和矿粉等;(2)掺加聚合物同样可以增强混凝土密实度和抗渗性能,防止侵蚀性物质的入侵,同时聚合物还会起到联结的作用,防止混凝土的开裂后裂纹的继续发展[5],常用的聚合物有苯乙烯丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯丁二烯、乙烯共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯。

  2.3.2 、表面涂层

  表面涂层技术是指在混凝土管道的表面涂刷一层“保护层”,阻止侵蚀性物质接触混凝土,达到缓解腐蚀的目的。表面涂层可以分为两种:惰性涂层和功能性涂层。惰性涂层具有较好的耐酸性能,可以有效保护混凝土,防止酸性物质的腐蚀,如环氧树脂、脲醛树脂等;功能性涂层具有酸中和,抑菌的作用,例如氢氧化镁和氧化镁涂层可以中和管道表面的酸性物质,硫磺砂浆涂层可以有效抑制硫酸盐还原菌的生长,达到缓解腐蚀的目的。

  表1 各种缓解腐蚀措施的优缺点总结
表1 各种缓解腐蚀措施的优缺点总结

  3、 结论

  混凝土微生物腐蚀是多学科的综合性问题,其造成的经济损失和安全隐患已经引起各国的高度重视,然而,尽管相关的研究已经进行了很多年,找到了一些应对的方法,但各种方法还存在各自的优点和缺点。到现在为止,还没有一种方法可以完全有效的解决混凝土微生物腐蚀。因此,要找到有效的方法解决这一问题仍需进一步的研究和探讨。

  参考文献

  [1]高礼雄,丁汝茜,姚燕荣辉王海良,张磊混凝土的微生物腐蚀:机理、影响因素、评价指标及防护技术[J].材料导报,2018 ,32(03):503-509.
  [2] Tian Wang,Kai Wu,Lli Kan,Min Wu. Current understanding on microbiologically induced corrosion of concrete in sewer structures:a review of the evaluation methods and mitigation measures[J]. Construction and Building Materials ,2020,247.
  [3] Song Yarong,Tian Yimei,Li Xuan,Wei Jing,Zhang Haiya, Bond Philip L,Yuan Zhiguo,Jiang Guangming. Distinct microbially induced concrete corrosion at the tidal region of reinforced concrete sewers [J]. Water research,2019,150.
  [4] Min Wu,Tian Wang.Kai Wu,Lili Kan. Microbiologically induced corrosion of concrete in sewer structures.A review of the mechanisms and phenomena[J].Construction and Building Materials,2020,239.
  [5]混凝土耐污水腐蚀防护措施[J].江苏建材,2020(01):74-77.

重要提示:转载本站信息须注明来源:原创论文网,具体权责及声明请参阅网站声明。
阅读提示:请自行判断信息的真实性及观点的正误,本站概不负责。