环境科学学报
ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAE
1999年 第19卷 第6期 Vol.19 No.6 1999



中水回用对采暖系统影响研究*
刘振儒　赵春禄　解静芳　殷　文　李广科　张培俊　李新茂
摘要　中水经A/O法处理并经陶粒过滤与活性炭吸附处理后，经两年的静态与动态测试研究得出，中水与自来水对软化床中的强酸性阳离子交换树脂的影响没有明显的差异；A3钢与20#钢在软化中水与软化自来水的动态连续腐蚀测试和快速均匀腐蚀测试结果表明，在采暖水温度下，软化中水对A3和20#钢的腐蚀略高于软化自来水，但据金属耐腐蚀性三极标准，中水仍可用于采暖系统.
关键词　中段水；金属腐蚀；采暖系统.
Effects of recycling of treated sewage from public baths on the heating system
LIU Zhenru ZHAO Chunlu XIE Jingfang YIN Wen LI Guangke (Department of Environmental Science of Shanxi University,Taiyuan 030006) ZHANG Peijun LI Xinmao (Office of Water Saving of Taiyuang,Taiyuan)
Abstract　The wastewater from public shower-bath was supplied as the treated sewage.The waster water was treated by A/O method, filtrated by haydite and adsorpted by activted carbon. The result showed that the exchange equivalency of strong acidic cation exchanger resin for sewage and main-water was not signifcantly differant. The results of dynamic continuous corrosion test and flash uniform corrosion test showed that the corrosion rate of A3 steel and 20# steel was slightly faster in treated sewage than in main water, but it was still within the standard of metal corrosion resistance, therefore treated sweage can be used in water heating system.
Keywords　baths sewage, corrosion of metal; water heating system.
　　中水(浴池回收水)回用于水暖锅炉采暖系统是近几年发展起来的污水综合利用技术.但是该水种进入采暖系统前的水质处理，对阳离子交换树脂的影响、对采暖系统中金属的电化学腐蚀状况等均未见到较为系统的研究报道.而这些影响因素是决定中水能否回用于采暖系统的关键性参数.
1　材料与方法
1.1　实验材料与装置
　　金属试验材料为A3钢和20#钢(天津石化总公司金属试片厂生产)，是水暖锅炉及采暖管道系统常用金属.本试验采用聚苯乙烯强酸性001×7型阳离子交换树脂(太原树脂厂生产).
　　动态试验装置是内部尺寸为40mm×60mm×500mm涂有环氧树脂隔离层的A3钢密封水槽，分别串联于中水与自来水采暖系统.
1.2　试验方法
1.2.1　离子交换树脂的交换量及次数测定　在两个酸式滴定管中，分别用湿法填装15g离子交换树脂.每次采集的水样由管上口进入，匀速流过离子交换层，逐时检测随交换量的增大而引起水质硬度的改变，直至接近原水硬度.吸附饱和的树脂用10%的氯化钠溶液在搅拌下浸泡48h，用去离子水漂洗3次后重复使用.
1.2.2　动态金属试件的腐蚀测试　将试片(50mm×25mm×(2—2.5)mm)处理干净后，称重并测量其表面积.用聚四氟乙烯绳将用瓷环隔离的试片悬挂于水槽中，定时取出按常规方法［1］处理，称量并计算腐蚀质量.
1.2.3　A3钢和20#钢均匀腐蚀速度及极化曲线测试　用德国产MODEL-273型腐蚀电化学测量系统，分别在常温及90℃下连续腐蚀168h时及其过程中测得.
1.2.4　A3钢和20#钢的金相组织和腐蚀形貌　在日立S-570型扫描电镜上观察和分析金相组织，腐蚀形貌是用实物照相座机拍摄而得.
2　实验结果与讨论
2.1　离子交换树脂交换量的影响
表1　动态连续腐蚀测试结果
Table 1 Test data of continuous corrosion on dynamic state

钢型水质连续时间，
h腐蚀速度，
g/(m2.h)平均腐蚀速
度，g/(m2.h)平均腐蚀深
度，mm/a
20#软化自来水7440.0465　
20#软化自来水7440.04710.04680.0526
A3软化自来水7440.0470　
A3软化自来水7440.04770.04740.0523
20#软化中水7680.0661　
20#软化中水7680.06510.06560.0737
A3软化中水7680.0661　
A3软化中水7680.06690.06650.0747

　　分析表明，通过15次的交换再生，在处理中水与自来水的离子交换中，离子交换树脂的交换能力均没有明显的改变，说明用该强酸性阳离子交换树脂交换软化中水是可行的.但在本试验实际运行中，中水生化处理后，由于过滤系统不够完善，水中的微悬浮颗粒物未能很好与水分离，从而带入离子交换床中，造成离子交换树脂的结块，影响正常出水.
2.2　金属腐蚀试验结果
　　动态连续腐蚀和快速均匀腐蚀的测试结果见表1和表2.从动态连续腐蚀试验结果看出，软化中水对20#钢与A3钢的腐蚀均高于软化自来水，而20#钢的腐蚀速度略低于A3钢.
表2　快速均匀腐蚀测试结果(168h)
Table 2 Test data of quick-uniform corrosion

钢型介质温度
℃平均腐蚀速度，
g/(m2.h)腐蚀深度，
mm/a
20#软化中水900.0580.0651
20#软化中水常温0.0330.0371
20#软化自来水900.0410.0460
20#软化自来水常温0.0540.0606
A3软化中水900.0720.0809
A3软化中水常温0.0390.0438
A3软化自来水900.0430.0483
A3软化自来水常温0.0560.0629

表3　金属均匀腐蚀三级标准
Table 3 Standard of uniform corrosion of metal

耐腐蚀
评定耐腐蚀
等级腐蚀速率，
mm/a
耐　蚀1＜0.1
可　用20.1—1.0
不可用3＞1.0

　　从表2可看出，在高温(90℃)下，软化中水中的20#钢与A3钢的腐蚀速度高于软化自来水，可能是中水中所含的未交换的物质如阴离子表面活性剂，在高温下增强了其腐蚀性；而在常温下却相反，自来水的腐蚀速度高于中水，可能是中水中钠离子含量较低并有较多的有机物质部分附着在金属表面，局部阻碍了电化学腐蚀作用所致.
2.3　腐蚀性能判断
　　目前我国金属抗腐蚀性可根据均匀腐蚀三级标准进行判断，均匀腐蚀三级标准如表3［1］.在该标准中，耐腐蚀性评定是以腐蚀速度表示的，而在实际检测分析中，采用失重表示，为了使其具有可比性，可根据常用的腐蚀速度单位的换算因子［1］进行换算，结果对应于表1和表2.从结果可看出，20#钢与A3钢在常温及高温下的中水中，仍属耐腐蚀，也就是说中水可用于采暖系统.
2.4　A3钢与20#钢的极化曲线
　　A3钢与20#钢在中水与自来水中的极化曲线如图1和图2.对于活化极化控制的腐蚀体系，当极化电位偏离自腐蚀电位足够远时，电极电位与极化电流密度具有一定的函数关系，在强极化区域曲线呈线性关系，此线段的延长线与自腐蚀电位延长线之交点所对应的电流密度为自腐蚀电流密度.本实验采用选取相同极化电位(0.2V))时得到所对应的阳极电流密度.根据法拉第规则换算出各自的腐蚀速度如表4.从表中腐蚀速度可看出：常温下，20#钢、A3钢在软化中水、软化自来水中也均属耐腐蚀材料.


图1　在中水中的极化曲线
Fig.1 Polarization curves of A3 and 20# in sewage


图2　在自来水中的极化曲线
Fig.2 Polarization curves of A3 and 20# in main water
表4　自腐蚀速度
Table 4 Corrosion speed

介　质钢　型自腐蚀电位，
V腐蚀速度，
10-2g/(m2.h)
软化自来水20#-0.683.3
软化自来水A3-0.803.8
软化中水20#-0.722.8
软化中水A3-0.802.9

2.5　20#钢、A3钢的金相组织与腐蚀形貌像
2.5.1　金相组织像　热轧20#钢与A3钢均为先共析铁素体和珠光体，两种钢含碳量相近，均为0.20%左右，但是珠光体较少，而先共析铁素体较多，其金相组织的扫描电镜像如图3.对于它们的先共析铁素体组织，其腐蚀是一个电化学过程.先共析铁素体晶界的电位比晶内更负，因而腐蚀首先从晶界开始.而珠光体是铁素体与渗碳体相间隔的片状组织，电位为-0.4V，渗碳体为+0.37V，腐蚀首先从铁素体开始.


图3　金相组织扫描电镜像
Fig.3 Scanning electron micrographs of metallurgical tissue
2.5.2　腐蚀表面宏观金相像
　　20#和A3钢的表面腐蚀宏观金相像如图4.图中(1)、(4)分别是A3钢和20#钢在软化自来水中连续动态腐蚀724h时的宏观金相像；(2)、(3)分别是A3钢和20#钢在软化中水中连续动态腐蚀724h时的表面宏观金相像.可看出A3钢和20#钢在软化中水中的腐蚀程度较其在软化自来水中的强.这可能是人为引入中水中的某些腐蚀性离子在离子交换过程中未被除去所致.


图4　20#钢、A3钢连续腐蚀表面宏观金相像
Fig.4 Macrographs of corroded A3 and 20# steels
3　结论
　　(1) 软化中水对离子交换树脂的影响与软化自来水没有明显的差异.(2) 中水对于采暖系统的腐蚀程度较自来水强，但仍符合国家三级标准，可用于采暖系统.(3) 20#钢抗腐蚀性较A3钢强，但A3钢和20#钢在软化中水中的腐蚀程度都较在软化自来水中强.
*太原市城建委资助课题;
作者简介：殷　文：山西大学物理电子工程学院
作者单位：刘振儒　赵春禄　解静芳　殷　文　李广科　山西大学环境科学系，太原　030006　　　　　张培俊　李新茂　太原市节约用水办公室，太原　030009
参考文献
　1　魏宝明主编.金属腐蚀理论及应用(第一版).北京：化学工业出版社.1984.5—8
1998-04-20收到原稿
1999-02-1收到修改稿
