管道腐蝕機(jī)理與結(jié)垢形成1、管道腐蝕機(jī)理電化學(xué)與微生物的影響（MIC），這兩者共同誘導(dǎo)了管道腐蝕的發(fā)生。圖1.電化學(xué)腐蝕過程如圖1所示，給水管道中的電化學(xué)腐蝕過程始于金屬表面陽(yáng)極區(qū)的形成，該區(qū)域中鐵被氧化為Fe(II)，并釋放電子。電子沿金屬進(jìn)入陰極區(qū)，被氧化劑接受，最終生成氫氧根（OH-）。陽(yáng)極（約-0.44V）與陰極（約+0.40V）之間的電位差驅(qū)動(dòng)該氧化還原過程。電解質(zhì)層（水）中的Fe(II)離子向外擴(kuò)散，并與OH-結(jié)合生成Fe(OH)2、Fe3O4和Fe(OH)3等腐蝕產(chǎn)物，逐漸累積的腐蝕產(chǎn)物最終會(huì)形成疏松且多孔的覆蓋在還未發(fā)生腐蝕的管道表面。在酸性條件下還可能產(chǎn)生氫氣。局部腐蝕產(chǎn)物的堆積極易形成一個(gè)“閉塞電池”，在其中不斷發(fā)生著水解與酸化等反應(yīng)，且存在著濃差極化和氯離子的遷移效應(yīng)等致使局部腐蝕更加劇烈。圖2.典型MIC過程示意圖水管系統(tǒng)中腐蝕相關(guān)細(xì)菌（CRB）的代謝產(chǎn)物相互作用并參與陽(yáng)極/陰極腐蝕，從而促進(jìn)腐蝕過程。如圖2所示，由于沉積物分布不均，腐蝕結(jié)垢表面的粗糙度顯著增加，致使微生物更易附著。微生物呼吸代謝使腐蝕結(jié)垢層更加穩(wěn)定，并隨著結(jié)垢繼續(xù)生長(zhǎng)，使MIC逐漸演變?yōu)橹饕g模式。2、腐蝕結(jié)垢腐蝕結(jié)垢的形成與生長(zhǎng)是由電偶腐蝕引起的化學(xué)與礦物沉積不斷堆積的結(jié)果。來自金屬腐蝕所生成的金屬氧化物或氫氧化物沉積物，與處理后的飲用水中非金屬離子形成的沉積物共同累積，構(gòu)成了腐蝕垢。圖3展示了腐蝕垢的典型截面結(jié)構(gòu)及各層的主要組分，在許多埋地供水管道的腐蝕垢中，可觀察到典型的四層結(jié)構(gòu)。第一層為管壁表面，第二層為多孔核心層，其外側(cè)覆蓋著另一層多孔沉積物。在多孔層的外側(cè)為一層致密的殼狀層，厚度通常達(dá)數(shù)毫米，腐蝕垢的最外層是一層松散且不均勻的沉積層，各層的主要組分如圖所示。圖3.腐蝕垢的截面示意圖根據(jù)圖4可知，垢的生成是由垢層底部陽(yáng)極處發(fā)生的陽(yáng)極反應(yīng)與垢層表面陰極產(chǎn)生的陰極反應(yīng)同時(shí)起作用，使垢層逐漸增厚，如下圖：金屬在陽(yáng)極部位被氧化，產(chǎn)生Fe2+和Fe3+；由陰極反應(yīng)誘導(dǎo)的局部堿性環(huán)境，顯著降低了腐蝕產(chǎn)物及Ca2+、Mg2+的溶解度，進(jìn)而引發(fā)其在金屬表面的沉淀，并通過沉淀作用使垢層不斷堆積，進(jìn)而使得管道內(nèi)壁的粗糙度越來越大，更容易進(jìn)一步沉積和生長(zhǎng)，久而久之最終可形成為完全覆蓋管壁的連續(xù)層。盡管腐蝕產(chǎn)物能夠加速垢層的增長(zhǎng)，但是已經(jīng)存在的垢層又可以阻礙從垢層表面進(jìn)入到垢層內(nèi)的電子受體向里擴(kuò)散，所以其作為一種物理屏障，可以在一定程度上抑制后續(xù)的腐蝕與垢層增厚。圖4.WDNs中腐蝕垢的形成過程理化性質(zhì)與腐蝕垢的形成和生長(zhǎng)有關(guān)。水質(zhì)參數(shù)并非是控制腐蝕垢生長(zhǎng)或鐵基腐蝕產(chǎn)物物化特性最重要的因子，但是已有研究結(jié)果表明水中有部分水質(zhì)因子可以對(duì)腐蝕、結(jié)垢產(chǎn)生重要影響，溶解氧（DO）、非金屬離子、pH、微生物、管齡、水硬度、ORP等會(huì)影響腐蝕垢生長(zhǎng)。溶解氧既能夠促使Fe(II)氧化成致密的Fe(III)，此類產(chǎn)物的沉積有助于形成更為穩(wěn)定的保護(hù)性垢層，也是會(huì)導(dǎo)致過低或過高的情況下不能實(shí)現(xiàn)Fe釋放以及抑制垢層生長(zhǎng)的原因。消毒劑中的強(qiáng)氧化性消毒劑（自由氯、氯胺、二氧化氯），這些強(qiáng)氧化性消毒劑可使ORP升高，并促進(jìn)鐵的腐蝕產(chǎn)物的生成及極化膜變厚，從而使腐蝕垢變得更為致密。非金屬離子如Cl-能破壞Fe氧化物并使其轉(zhuǎn)化成FeCl3；高含量的SO42-經(jīng)SRB活動(dòng)后形成FeS使腐蝕垢層更穩(wěn)固；NO3-能將Fe(II)氧化并使其形成致密的膜；正磷酸鹽緩蝕劑形成的FePO4沉淀則有助于沉積膜及保護(hù)膜變得更加完整牢固；pH值控制著Fe(II)氧化和腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，高堿度下有利于Fe3O4、γ?FeOOH和碳酸鹽共存而構(gòu)成致密的腐蝕垢層，酸性條件下的疏松產(chǎn)物或者垢層容易分解；d改變了局部的ORP或者增加了表面導(dǎo)電率，會(huì)加快局部的腐蝕，使坑蝕程度加劇。管齡越長(zhǎng)，則污垢層、生物膜和沉積物等越厚，裂縫滲入越嚴(yán)重；當(dāng)水的硬度越大時(shí)，Ca2+/Mg2+和CO32-/OH-越易生成難溶物而作為腐蝕垢的基底，因其形成的一般都為致密保護(hù)層，可使垢層更加穩(wěn)定。3、腐蝕對(duì)水質(zhì)的影響

腐蝕過程會(huì)不斷從管道材料中析出鐵、鉛、銅、錳等金屬離子，改變水的化學(xué)性狀和感官特性、微生物穩(wěn)定性，使飲用水受到污染。過量的金屬離子可能給人體帶來危害，如鉛是一種神經(jīng)毒物，會(huì)對(duì)人的腸胃造成傷害；同時(shí)金屬離子還使得水變得渾濁，顏色變深；此外，假如這些含有各種細(xì)菌的供水系統(tǒng)經(jīng)過修繕或者水力沖刷情況嚴(yán)重的話，那么就已經(jīng)經(jīng)過長(zhǎng)期的沉積而形成的腐蝕垢就可能再次釋放金屬離子并引發(fā)沉積物重新懸浮，而這樣便可能造成腐蝕垢表層更加粗糙易生微生物，形成生物膜。若水因各種原因遭到擾動(dòng)或營(yíng)養(yǎng)因子供應(yīng)出現(xiàn)變化，病原體將可能得到釋放，微生物種群結(jié)構(gòu)也將隨之發(fā)生改變，并最終致使水質(zhì)發(fā)生變化。一般來說，流動(dòng)的水因?yàn)榭梢猿掷m(xù)供應(yīng)氧化劑，促進(jìn)防腐保護(hù)膜的形成，可有效減緩金屬溶出速度；但是當(dāng)水在