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清华大学环境学院饮用水研究团队在供水管道腐蚀与结垢研究方面取得新进展
2020-03-25 09:15:00
清华大学
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  3月21日,清华大学环境学院饮用水研究团队陈超课题组在国际市政和环境领域权威期刊《水研究》(Water Research)在线发表题为《输送地下水的球墨铸铁管道在次氯酸钠消毒剂作用下的早期腐蚀和结垢行为研究》(Early period corrosion and scaling characteristics of ductile iron pipe for ground water supply with sodium hypochlorite disinfection)的论文,对管道腐蚀结垢的电化学过程进行了全面深入的研究。

  供水管网是城市重要的基础设施,其稳定运行对于保障居民供水安全十分重要。供水管道的腐蚀与结垢对管网运行危害很大。首先,腐蚀使得管道变薄,降低使用年限,容易发生管网漏损;其次,管垢发育降低了过水截面积,增大了泵站能耗;此外,管垢钝化层的破坏导致内容物的大量释放,是导致北京市2008年“黄水”问题的主要原因。因此,深入研究管道腐蚀变化过程,揭示腐蚀与结垢产物组成及变化、探寻维持管道稳定的控制因素,对于保障供水管网安全运行十分重要。

  该论文基于课题组开发的供水管道管垢生长与破裂电化学模拟测试平台,对不同次氯酸钠浓度作用下的球墨铸铁材质供水管道的早期腐蚀和结垢特性开展了连续研究。利用极化曲线和交流阻抗技术对管道的电化学腐蚀过程进行了监测,分析了腐蚀动态变化过程;并对管道表面的腐蚀结垢产物进行形貌、成分分析,利用电容转化参数对管道表面的腐蚀与结垢产物的附着情况进行表征,提出了表征管垢状态的定量化指标,实现了电化学指标与管垢状态指标之间的关联分析。

  该研究结果表明,与传统的游离氯消毒不同,投加次氯酸钠消毒剂可影响碳酸钙在管壁的附着倾向和沉积量,进而影响球墨铸铁的腐蚀过程和腐蚀产物的转化过程,并在此基础上提出了投加次氯酸钠消毒剂对管网腐蚀和管垢发育的三阶段概念模型。该研究对于供水、排水、再生水管道研究和工程实践有很好的指导价值。

投加次氯酸钠影响管道腐蚀和结垢过程的概念模型

  环境学院陈超副研究员为该论文的通讯作者,博士后张海亚为该论文的第一作者。自2002年以来,环境学院饮用水安全教研所持续开展供水管网安全输配方面的研究。张晓健教授、陈超副研究员课题组开发了供水管网水质稳定研究的高效反应器,构建了判别管网水质化学稳定性的软件,组建了研究管道腐蚀与结垢特性的电化学测试平台,成功指导了2008年北京市区供水管网黄水事件的处理,并为天津、广州、东莞、济南、青岛、平湖、杭州等城市的水源切换工程或管网水质稳定性控制工程提供了重要的技术支持。

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