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消毒剂—微生物耦合作用下再生水管道腐蚀机理研究

发布时间:2020-05-23 13:43
【摘要】:再生水特殊的水质条件使得输配水管道中的微生物易于繁殖和增殖,并产生微生物腐蚀。通常采用投加消毒剂的方法控制微生物的增长,然而,消毒剂在影响微生物的生长、生物膜形成的同时,也显著地改变了管网水的环境条件,进而共同影响了腐蚀过程。因此,本文以再生水管道为研究对象,研究了消毒剂和微生物耦合作用下的再生水管道腐蚀机理,以期为再生水管网的安全运行提供科学依据和理论支撑。(1)通过细菌计数法和扫描电镜技术,阐述了Q235B碳钢、球墨铸铁、317L不锈钢表面生物膜的形成和生长特性及膜内铁细菌和硫酸盐还原菌的生长情况,并结合极化曲线和交流阻抗谱测试,揭示了铁细菌和硫酸盐还原菌混合生物膜对不同金属腐蚀的促进或者抑制作用机理,并建立了相应的腐蚀过程概念模型。(2)以球墨铸铁管道为研究对象,采用极化曲线、交流阻抗谱和扫描电镜等分析手段,探讨了不同浓度的NaClO和ClO_2消毒剂对球墨铸铁管道腐蚀产物和腐蚀过程的影响,揭示了ClO~-和ClO_2可以替代O_2参与阴极的去极化过程,并与腐蚀产物络合降低了腐蚀垢层的致密性,促进腐蚀过程的发生。(3)采用环状反应器,结合高通量测序技术研究了不同浓度的NaClO和ClO_2消毒剂对主体水和腐蚀垢层中的微生物多样性的影响,分析了主体水和腐蚀垢层中微生物的相关性;结合流式细胞仪和不同的染色方法对细胞的损伤状态和生理特性进行表征,分析了不同浓度的NaClO和ClO_2消毒剂对主体水中细菌细胞凋亡的影响。(4)基于自行设计的流动体系下再生水管道腐蚀电化学测试装置,阐述了NaClO和ClO_2通过改变水质成分(pH、DO、ORP、Cl~-、电导率)引起的化学/电化学腐蚀过程和垢层中铁氧化细菌、铁还原细菌、产氨气细菌的含量引起的微生物腐蚀过程耦合的电化学-微生物腐蚀过程的机理,并分别建立了NaClO/ClO_2消毒剂浓度与管壁腐蚀垢层中微生物含量影响腐蚀速率的响应面模型。
【图文】:

不均匀分布,氧浓差电池,微生物腐蚀


微生物/电化学腐蚀过程。生物腐蚀理论6 年,Heitz E 指出微生物腐蚀(Microbiologically Induced Corrosion,M道、供水管道等基础设施中普遍存在,且微生物腐蚀占所有金属和破坏的 20%左右[8],随后关于微生物腐蚀的研究在国内外也大量开者试图对微生物腐蚀给出合理的解释,目前认可度较高的关于微生主要有以下几种情况:)氧浓差电池理论[9]:微生物在向金属表面迁移、转化并吸附形成中,由于多种因素的影响使得生物膜呈现不均匀分布,致使不同位浓度梯度,从而使得生物膜下溶解氧难以到达的位置成为阳极,而为阴极,促进腐蚀过程的发生,,详见图 1-1。氧浓差存在也满足了件,腐蚀产物及代谢产物堆积也促进了局部腐蚀的发展[10]。

氢化酶,去极化,阴极


(2)阴极去极化理论:金属在溶液中发生电化学腐蚀的根本原因能使该种金属氧化的物质,即腐蚀过程的去极化剂,它和金属构成蚀原电池体系。所以在金属的电化学腐蚀过程中,金属的阳极溶解轭的阴极过程。凡是能在阴极上吸收电子的过程(阴极还原过程)化作用,目前报道的几种阴极去极化理论如下[6]:2- 2e Fe Fe1)吸氧腐蚀: O 2HO 4e 4OH222)析氢腐蚀:22 H 2e H 3)氢化酶阴极去极化理论[11]:1934年荷兰学者Kuhr 提出硫酸盐还原含有一种氢化酶,它可利用阴极区产生的氢将 SO42-还原为 H2S,从从金属表面除去,从而使得腐蚀反应得以继续进行,具体见图 1-2SOHSHO22-2-4 8 4
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X703

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4 张高Z

本文编号:2677443


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