污水处理工程的防腐初探

Engineering

李毅(上海市环境科学研究院，上海 200233)

Li Yi (Shanghai Academy of Environmental Sciences, Shanghai

200233)

摘要：污水处理工程在运行中经常受到气、液相腐蚀介质的破坏，严重地影响其使用功能和结构安全。该文从理论上介绍了钢筋混凝土构筑物及设备在各种条件下的腐蚀现象和防腐机理，提出了防腐应从设计到施工进行综合防治的想法，并通过工程实例加以说明。

关键词：污水处理工程 工程构筑物 设备 腐蚀现象 防腐机理 综合防治

Abstract ：When sewage disposal engineering runs and contacts corrosive substances in gaseous or liquid state, its construction will be destroyed and influenced its function. This article introduced the corrosive atmosphere and anticorrosive mechanism of reinforced concrete structures and facilities in theory and put forward a proposal of anticorrosion that prevention and control should be provided in comprehensive way from design to construction, and examples also being illustrated。

Key words: Sewage disposal engineering Engineering structure Facility Corrosive atmosphere Anticorrosive mechanism Provide prevention and control in a comprehensive way 1 引言

污水处理工程主要由工程构筑物、配套建筑物（泵房风机房、分析控制室、办公室等）及设备组成。其在运行中受到各类气体（气相），污水（液相）等介质的腐蚀破坏，并且腐蚀的过程比较缓慢，短期表现不显著，而一旦造成危害则后果十分严重。

笔者根据设计及施工实践经验认为，设计中如能通过对介质腐蚀特性的了解及对地质资料的掌握做到周密考虑，就能起到60%防腐，施工中严格按国家防腐标准执行又能起到30%的防腐。所以做好优化设计和精心施工是防腐蚀工程的重要保证。 2 钢筋混凝土的腐蚀 2.1 大气对钢筋混凝土的腐蚀

在工业废水处理工程中，空气中的SO2、 H2S、 HCl 、CO2 、NOx 等对混凝土会有破坏，以SO2 和HCl 为最严重。SO2 和HCl 首先与水泥石中的Ca （OH）2反应，生成CaSO3 、CaSO4和CaCl2 。CaSO3是一种低溶性盐，会阻塞在水泥砂浆的毛细孔里，同时又会与铝酸三钙产生水化物反应，生成膨胀性复盐使水泥砂浆体积膨胀，结构破坏强

度下降。

钢筋中常含有许多杂质，杂质具有与铁不同的电势，当Fe 与导电介质接触时，便引起了电化学反应。HCl 对钢筋的腐蚀要比SO2 严重，主要是因为Cl-具有强烈的去极化作用，能有效地破坏金属表面的钝化膜，使金属一直处于活化状态。

另外，大气中的CO2渗入混凝土后和Ca（ OH） 2结合生CaSO3 ，饱和的CaSO3 溶液pH 值为9 ，当pH≤11.5 时，钢筋就不能保持钝态，从而导致钢筋锈蚀。 2.2 钢筋混凝土的地下腐蚀

混凝土的地下腐蚀，以化学作用为主，其腐蚀速度取决于有害离子的浓度，地下水成分，土质等因素。大致包括：溶解侵蚀、膨胀侵蚀、离子交换型侵蚀。

酸性土壤中的无机和有机盐类，包括含CO2 的地下水，都能与水泥石中的Ca （OH） 2反应，生成易溶于水的CaCl2 ，这增多了混凝土的孔隙，导致混凝土强度降低。同时，由于酸类与混凝土中的碱中和后，使钢筋钝化破坏造成钢筋锈蚀。软水也能使混凝土的部分钙盐析出而破坏结构；某些分泌酸性物质的菌类也能溶蚀混凝土。

膨胀侵蚀是指硫酸盐等渗透到混凝土内部，产生如下反应：

生成的3CaO .Al2O3. 3CaSO4 .31H2O 较原有的体积增大1.5 倍以上，从而破坏结构渗透。在混凝土中的NaOH 吸收CO2时，会产生结晶碳酸钠（Na2CO3。H2O），在干燥与潮湿交替出现情况下，也会导致混凝土的膨胀。

N H 4+ 和M g 2 + 能马上与已硬化的水泥骨架中的组分，产生离子交换作用，新的生成物不能再起到骨架作用，从而破坏结构。

一般情况下，上述3 种侵蚀可能是同时存在的，在设计时，应通盘考虑综合治理。

钢筋腐蚀也有膨胀破坏、氯离子影响、直流漏散电流的影响等不同类型。

通常钢筋腐蚀后生成的腐蚀产物，体积比消耗的金属体积大1 倍以上。体积的膨胀使钢筋周围的混凝土受到很高的局部拉应力，引起混凝土沿锈蚀钢筋产生裂缝，裂缝的产生又为腐蚀性介质渗入提供了通道，促进钢筋腐蚀加速进行，严重影响了结构的承载力。 氯离子是一种强烈的活化剂，它透过混凝土到达钢筋表面，破坏钝化膜而导致活化腐蚀。当混凝土中氯离子浓度大约为1.18kg/m3时，就足以促进钢筋的活化腐蚀，这个量相当于经过一个冬天的氯化钠侵渍。

直流电源漏电至钢筋混凝土而进入钢筋，流入部位成为腐蚀电池的阴极，流出部位成为阳极。阴极区析出氢使混凝土胀裂，阳极区钢筋反应产生的H+， 使钢筋周围的pH 值不断下降，当pH 下降到低于临界值（通常为9～ 10）， 则钢筋开始腐蚀。按法拉第电解定律可算出，1A 电流，1 年约腐蚀掉9kg 钢筋。所以有些污水处理工程中，设备塔上安放与塔体主筋连接的避雷针是不妥当的，没有考虑漏散电流对钢筋的腐蚀问题。 2.3 混凝土外加剂的腐蚀

为了改善混凝土的施工特性，提高混凝土构件的强度，有时需要在施工中加入外加剂，比如减水剂、早强剂、缓凝剂和阻锈剂等。通用的早强剂有氯化物、硫酸盐和三乙醇胺等系列。其中氯离子会破坏钢筋钝化膜，导致钢筋腐蚀；硫酸盐会破坏混凝土组成，最终导致强度下降。

国内目前仅采用亚硝酸钠作为钢筋腐蚀的阻锈剂。亚硝酸钠是一种阴极去极化型缓蚀剂，它可促进阴极反应，若加入量过大，将降低混凝土的抗压强度和对钢筋的握裹力，反而促使腐蚀。

3 钢筋混凝土的防腐对策 3.1 理论上防护方法

在设计中应适当提高水泥标号或增加水泥用量，控制合理的水灰比，提高混凝土的密实度，在使用外加剂时要适量。

合理施工中应在每个环节精心施工，加强养护。对于腐蚀性较强的介质，应采用相应的工程防腐材料进行防腐。

混凝土中钢筋的防腐，理论上可用复盖混凝土表面（如加玛蒂脂等），内部封闭（混凝土中添加蜡珠）等方法处理。但实际上由于操作的局限性，一般应用很少。 3.2 实际工程中的应用

我国现有的工程防腐材料一般分为玻璃类、硫磺类、沥青类、树脂类、PVC 类、块材类及涂料类等7种，各有优缺点。在污水处理工程中，由于地下地上，气相液相的共同作用，腐蚀具有多样性、复杂性。因此，在防腐措施上需多管齐下，综合治理。

笔者在设计上海某食品厂污水处理工程中就碰到如下防腐问题：根据工程的地质资料，地下水含大量Cl- ，处理的污水中含有对混凝土腐蚀很强的酸性物质。这个厂的生产车间，地坪表面粉刷找平层已被腐蚀得坑坑洼洼。这个工程的规模不大，不可能搞费用很高的防腐处理。通过对一些防腐材料的比较，笔者决定在底板与垫层间加浇一层沥青涂层，在池外壁包括底板侧壁，加涂二层沥青涂层，在池内壁除做好防水砂浆外，加涂二层环氧树脂，并且在开挖基坑后，浇筑混凝土池壁时，加强抽水工作，不让Cl-在养护期侵蚀池壁、底板。同时，增加池壁及底板的保护层厚度，在合理的配筋率情况下适量增大钢筋间距，加强混凝土的振捣。这

些措施实际上就是防腐理论和工程防腐材料运用的体现。6 年多来这个工程运行良好，防腐措施取得了很好效果。 4 污水处理工程中的设备防腐 设备（包括非标设备）的腐蚀与防护是污水处理工程中防腐的重点。设备防腐的关键是涂刷底漆使钢铁表面钝化。必须用喷砂，机械除锈等方法清除掉表面的氧化皮、油渍、水分及尘埃等污物，除锈标准严格按有关规定执行。目前在设备防腐中采用较多的是高性能涂料和热镀锌处理。高性能涂料有环氧成膜类和防锈漆。高性能涂料具有优异的弹性、耐水、耐化学性和快干性。一般干漆膜厚度在30u左右，就能有效地保护钢铁表面免与周围介质接触而起防腐作用。热镀锌处理指经喷砂除锈的钢铁表面，在彻底消除其尘埃及油污后进行热镀锌处理，外层再涂环氧油脂漆保护，这种防腐处理在国外应用很广泛。 5 结语

通过对污水处理工程中环境多相介质对构筑物和设备的腐蚀原因介绍，可以运用多种防腐措施来进行防护。在设计之前应充分了解地质、大气、介质等条件，考虑适当的防腐方案。在设备运转，构筑物正式启用前也必须高度重视防腐，这直接关系到工程能否正常运转。而进一步完善和探讨污水处理工程的防腐问题，是工程界须共同研究关心的问题。 责任编辑：杨泽生 （收稿日期1999 12 15）