5.1.4.1 鋼管防腐

    1. 改善環境因素

    控制腐蝕環境因素，提高出廠水質是有效介紹鋼管腐蝕的一個重要手段。比如我國珠江下游水源水質最明顯的一個特征是低硬、低堿度，因而易導致管網出現黃水問題。黃水的產生是因為水中鐵、錳的氧化和輸配水管道的腐蝕造成的。以深圳市為例，產生黃水主要是由于管網腐蝕所致，而控制管網腐蝕的關鍵是提高出廠水的化學穩定性，為此提出了再礦化工藝。所謂再礦化是指通過投加化學藥劑來提高水的堿度或鈣硬度。有學者分析了單獨投加石灰和CO2/石灰聯用的兩種再礦化工藝對管網腐蝕的控制效果。結果表明：當單獨投加石灰提高水樣的pH值時，水的腐蝕性并未有明顯改變，而CO2/石灰再礦化工藝控制腐蝕的效果較明顯。與未礦化的出廠水相比，當再礦化后水的堿度提高到80 mg/L（以CaCO3計）時，對A3鋼、鍍鋅鋼、灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的腐蝕速率分別降低了73.3%、70.0%、59.7% 和67.9%，并且此時腐蝕產物中碳酸鈣的含量超過了60%，能很好地形成碳酸鈣保護膜以抑制管道腐蝕。

    當水中侵蝕性CO2含量較高時，宜采用曝氣法提高pH值，或采取先曝氣去除CO2后投加堿劑調節pH值的流程。黃文等考察了美國加州兩個供水區的曝氣法控制設施腐蝕的情況。該地原水水質pH 值低、CO2含量高，溶解性無機碳約為18 mg/L，導致管網系統出現腐蝕，水中檢測出鉛和（或）銅超標的情況。采用曝氣措施去除水中的CO2，出廠水pH 值顯著提高，達到了控制腐蝕的效果。謝露璐對廣西北海市禾塘水廠進行了曝氣-石灰堿化法提高地下水的pH 值、去除管網水中鐵和錳進行了研究。該地地下水pH 值低至4.5，游離CO2 含量為12～15 mg/L，總硬度為5mg CaCO3/L；管網水中鐵、錳超標，分別達到1.5和0.75 mg/L。采用噴淋自然曝氣，水的pH 值可由4.5升高至6.2。在曝氣后繼續投加石灰進一步提高pH值和堿度，結果顯示：曝氣—石灰堿化法可將出廠水pH提高至7.5，各項指標均達到水質標準要求。

    米子龍等研究發現水源切換將造成原水水質化學組分突變，易引發供水管網腐蝕產物的過量釋放，嚴重時會發生“黃水”問題。為保障水源切換后供水管網水質穩定性，采用不同水源勾兌使用、提高管網水pH值和投加六偏磷酸鹽地方法均可使管網鐵釋放量明顯降低。由此確定了應對高硫酸鹽水源切換后管網鐵釋放的控制對策：控制管網水硫酸根濃度小于75 mg /L；將管網水pH值由7.8調高至8.3，必要時調至8.8；投加0.3～0.5 mg /L（以P 計）的六偏磷酸鹽緩蝕劑。

    硫化氫腐蝕是引起排水管道老化的一個重要原因川。1989年美國休斯頓排水處的一項研究指出， 修復該市受損的污水管道需花費470萬美元，而70%的受損管道是由硫化氫腐蝕造成的。水務行業一直試圖在硫化氫形成后才將其去除來達到緩減管道腐蝕的目的。然而，他們卻一直忽略下水道腐蝕的根源—污水中的硫酸鹽。澳大利亞的學者發現昆士蘭地區下水道中硫酸鹽10%來自水源水，52%來自絮凝劑，38%來于廢棄物。如果自來水處理過程采用不含硫酸鹽的絮凝劑取代含硫酸鹽的絮凝劑，可大大減少下水道混凝土的腐蝕。更換混凝劑對自來水處理費用影響不大，但卻可大幅減少下水管道防腐治理及更換管道所帶來的費用。

    2. 采用非金屬管材

    目前，供水行業常用管材主要有金屬管、水泥管、鋼筋混凝土管、塑料管等。據統計，我國80%以上的供水管道是灰口鑄鐵管。由于灰口鑄鐵管質地較脆，不耐振動和彎折且易產生銹瘤，因此當飲用水經過鑄鐵管時，容易引起水質的二次污染，影響水質的化學穩定性。因此，對金屬管進行防腐處理或選擇非金屬的耐蝕管材可有效降低和避免管網腐蝕。

    從防止管道腐蝕角度考慮，非金屬管材具有一定的優越性。UPVC、PE等塑料管道不會發生金屬腐蝕，而采用塑料襯里的鑄鐵管等也可較好地阻止鐵的腐蝕；同時塑料管內壁粗糙系數很低，光滑的內壁可顯著提高管道輸水能力，減小輸水能耗；同時管網微生物不易在管壁上附著，有效抑制了管壁生物膜的生長。但塑料材質在水中可能發生溶解反應，某些管材會向水中釋放污染物，如PVC管中加入的熱穩定劑鉛鹽，以及PVC聚合時殘存的單體都可能轉移至水中，引起水質污染。因此，現在一些地區已不再使用PVC作為給水管材，而采用更為穩定的其它塑料管材如PE等。預應力或自應力鋼筋混凝土管、聚氯乙烯（PVC）管、PVC管的衍生品硬質聚氯乙烯（UPVC）管、玻璃鋼/聚氯乙烯（FPR/PVC）復合管、玻璃鋼/聚丙烯（PEP/PP）復合管等塑料管，具有質量輕、耐腐蝕、管壁光滑、水流阻力小、防垢等優點，建議在室內管道和管網末端大量采用。最近，中、高密度聚乙烯塑料管也在國外廣泛使用。它比一般的聚氯乙烯管強度更好，可耐腐蝕和防止內部結垢，造價比鋼管低。這種管材施工多用焊接，可以連接很長，有的連成3km長再敷到溝內。

    3. 管道防腐涂層

    金屬管道的外防腐層材料經歷了石油瀝青防腐層、煤焦油瀝青防腐層、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠粘帶、聚乙烯防腐層、熔結環氧粉末（FBE）防腐層和三層聚乙烯（3PE）等發展過程。聚乙烯防腐層由底層膠粘劑和面層聚乙烯組成，若熱熔膠的粘結性不強，聚乙烯與鋼管剝離而對陰極保護產生屏蔽。為提高聚乙烯層的防腐性能，又引入了底層熔結環氧粉末覆蓋層，出現了三層結構聚乙烯防腐層（3PE）。隨著對管道防腐的要求越來越嚴格，對環境保護越來越重視，石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶、環氧煤瀝青等傳統防腐材料的用量呈下降趨勢，而FBE和近年來發展起來的2PE和3PE的用量有較大的上升。雙層FBE涂層和3PE涂層在國際上已成為外防腐技術的主流。

    在內防腐方面，國內應用較多的是涂敷層法，其中水泥砂漿襯里法因其無公害、無毒、易施工、造價低成為公認的有前途的防腐工藝，在國內外被廣泛使用。水泥砂漿襯里是在管道的內部噴涂砂漿，靠自身的結合和管壁的支托，結構牢靠。它的粗糙系數比金屬小，對管壁能起到物理性能保障，同時也能起到防腐的化學性能。水泥與金屬管壁接觸，能形成很低的pH值。隨著水泥砂漿工藝的改良，該工藝在防腐領域將有越來越廣泛的應用空間。1996年施工的廈門集美北區天馬水廠供水主干管（DN1200、6.8km）由原設計有機涂層變更為水泥砂漿防護層，施工工期比計劃提前三個多月，該道工序比更改前方案節省近75%的投資。近年來，我國北京、武漢、廈門等城市給水管道大量采用水泥砂漿防護層。據不完全統計，國內采用泥砂漿襯里防護層的DN800～1800mm管，已有650km以上。

    同時，環氧樹脂、內襯軟管等工藝也迅速發展起來，為管道的內防腐工藝創造了極大的可能性。使用環氧樹脂和硬化劑混合后的反應型樹脂，可以形成快速、強勁、耐久的涂膜，它具有耐磨性、柔軟性、緊密性。噴涂0.5～1mm厚即可達到防腐要求，經2h的養護后便可投入清洗、排水。用內襯軟管法來解決舊管道防腐的方法，有滑襯法、反轉襯法、“襪法”等。這些方法都能形成“管中有管”的防腐形式，防腐效果非常好，在長距離無支管的情況下特別適用。

    對于一些有輕微腐蝕和結垢的管道，定期安排進行管道沖洗、消毒，沖洗后進行涂襯，以減緩管道腐蝕的速度；對于新敷設的管道，一次性處理后可大大延長使用壽命。

    4. 陰極保護

    陰極保護是一種先進的防腐蝕應用技術， 防腐效果好， 壽命長且可預見， 可監控管道的運行和腐蝕狀況。須與防腐涂層配套使用。工業水管道和長輸管道應用很多， 而且效果良好。

    陰極保護是保護水管的外壁免受土壤侵蝕的方法。根據腐蝕電池原理，兩個電極中只有陽極金屬發生腐蝕，所以陰極保護的原理就是使金屬成為陰極，以防止腐蝕。采用消耗陽極材料法，如使用Al、Mg、Zn等，隔一定距離用導線連接到管線（陰極）上，在土壤中形成電路，結果是陽極腐蝕，管線得到保護，如圖5-6所示。采用通入直流電法在管線附近的廢鐵和直流電源的陽極連接，電源的陰極接到管線上，因此可防止腐蝕，在土壤電阻率高（約2500Ψ·cm）或金屬管外露時使用較宜，如圖5-7所示。

    5. 加緩蝕劑

    主要是在金屬表面形成一層薄膜，將金屬表面覆蓋起來，從而與腐蝕介質隔絕，防止金屬腐蝕。緩蝕劑所形成的膜有氧化物膜、沉淀物膜和吸附膜3種類型。已經應用的有氧化物型緩蝕劑、水中離子型緩蝕劑和金屬離子沉淀膜型緩蝕劑。

    磷酸鹽是目前最常用的緩蝕劑，無水磷酸鈉很早就被用于工業循環水系統的腐蝕控制，而磷酸鋅也在給水領域被用作緩蝕劑。磷酸鋅可在水中形成易分散的膠體，并沉積于管壁上形成一層薄的保護膜，可阻止腐蝕的發生。常用的正磷酸鹽緩蝕劑還包括Na3PO4、Na2HPO4 和NaH2PO4 等。國外一些水廠將出廠水pH 調節至7.0 左右，并投加0.5 mg/L 的磷酸鋅，可顯著降低管道腐蝕速率。除正磷酸鹽外，實際應用的磷系緩蝕劑還有聚磷酸鹽。聚磷酸鹽的組成較復雜，可能包括焦磷酸鹽、偏磷酸鹽及三聚磷酸鹽。聚磷酸鹽的緩蝕機理也是在管道內壁形成不溶性的保護層，阻止腐蝕水與金屬的直接接觸。但研究表明，在停滯水流條件下（死水區），聚磷酸鹽的緩蝕效果較差，而在流動狀態下緩蝕效果提高；同時，要獲得較好的緩蝕效果，聚磷酸鹽的投加量較大。

    6. 高壓水射流清洗

    目前，多采用高壓水射流對管網進行周期性清洗，高壓水射流清洗原理是用高壓泵打出高壓水，并使其經水管到達噴嘴再把高壓力低流速的水轉換為低壓力高流速的射流，以其很高的沖擊動能，連續不斷地作用在被清洗表面，從而使垢物脫落，恢復管道通水能力，抑制腐蝕發生，實現高效、節能的清洗效果。

    5.1.4.2 鋼制設備的防護

    對于污水中的設備， 防護涂料要有優異的耐水性、耐鹽水性， 底漆要有良好的防銹性能， 面漆要具有耐微生物特性。干濕交替區的設備防腐蝕涂料除以上要求外， 還應具有足夠的耐磨性和耐老化性能。環氧面漆的耐候性較差，因此不能在室外陽光直射的情況下使用。針對以上特點，參考標準，設計的配套防護方案見表5-6。