最全面的污水處理系統腐蝕原理分析
一、污水處理系統腐蝕環境
城市污水，工業污水，包括各行各業產生的污水，其成分都會不同。即使是同一種行業，由于工藝的差別，污水成分也會有所差別，尤其是每一種成分的含量差別波動也會較大。污水的多樣性，造成了污水處理設備的腐蝕環境和腐蝕形態的復雜變化。
城市污水成分復雜，對鋼制設備的腐蝕嚴重，如格柵、溢流板、刮泥車、潛水泵、二沉池上方的欄桿等。以往采用的是環氧煤瀝青涂料對設備進行防護，但是往往在使用1年以后，就發生嚴重的腐蝕，甚至有穿孔現象。
工業污水處理系統的腐蝕介質尤其復雜，例如酸、堿、鹽、有機物等混合或交替出現，腐蝕介質合量和濃度也不穩定。
二、污水處理系統中金屬的腐蝕
污水處理系統的金屬設備多為，格柵、破碎機、金屬管道、儲罐、電解槽等，基材多以碳鋼為主。污水處理系統的金屬設備處于干濕交替環境中的設備，干濕交替部位鹽分富集，含氧量基本飽和，容易形成氧濃差電池，污水的導電性好，這就會使電化學腐蝕加速。
由于污水中含有大量的H2S、NH3、HCN、C02，同時又含有大量的Cl-、SO42-等有害離子和大量細菌，有的溫度高達70～80℃，有的還含有酚類腐蝕介質，所以，如不采取有效防腐措施，這些設備的腐蝕會相當嚴重，易造成碳鋼厚度減薄、局部穿孔、起泡、開裂、焊縫應力腐蝕開裂等現象，很快造成設備報廢。不同污水處理系統及不同生產工藝決定了污水中的腐蝕介質不一樣，因此腐蝕原因和機理有一些差異，但總的來說有以下幾點：
①含硫污水中的H2S、NH3、HCN、C02等腐蝕介質，由于電化學反應生成H2S而引起的腐蝕；
②氫原子滲透引起的氫脆腐蝕；
③污水中含有大量的NH3、CN-、Cl-，它們與H2S反應生成的NH4HS、(NH4)2S，是腐蝕性較強的物質；
④酚類腐蝕介質能破壞涂層，使腐蝕加劇。
為了了解碳鋼在污水系統中的腐蝕情況，澤馬涂料觀察某內陸河水水質凈化廠運行兩年的初沉池出水三角堰板和二沉池的出水槽的腐蝕情況。處于污水界面與大氣間的三角堰板由8mm厚普通鋼板制成，到大修時呈塊狀松散膨脹，并完全穿透銹蝕。而且導流板水面上下15cm處也呈嚴重腐蝕及塊狀脫落。水面以上的金屬構件，比如二沉池出水槽、曝氣池風管、初沉池導流板等，受到污水溢出的腐蝕性氣體以及紫外線等的作用，腐蝕嚴重，但是比液氣界面處要低，主要呈點蝕。水下的金屬構件，如二沉池吸泥管、刮板和初沉池刮泥機水下部分等，只有點蝕產生，沒有膨脹的銹蝕剝落等。
三、污水處理系統中混凝土的腐蝕
1、混凝土防腐蝕
①混凝土防腐蝕的特殊困難
污水處理系統的池、槽等混凝土表面與鋼鐵表面的防腐蝕有很大的差異。混凝土結構在污水處理中其構造特征對防腐蝕有著特殊要求。混凝土結構基層表面疏松、粗糙、多孔且有微裂縫，這對防腐蝕覆蓋層的黏結力、抗滲性有很大挑戰。
混凝土基層含水對涂裝防護造成了一定程度的困難。基層含水來自兩個方面，其一是水泥沒有充分水化，養護不夠；其二是高孔隙率和粗糙表面引起的毛細吸水。即使混凝土經過了充分養護，基層在潮濕氣候條件下，吸收性仍可能導致含水率超標。混凝土結構在使用中處于潮濕狀態，并且大部分的池、槽處于半地下、半封閉環境，在這種特殊的施工環境下，不僅在新建時其潮濕表面對施工造成了一定的困難，在檢修時更是難以進行防護。混凝土構造與其它設備相比，沒有大修更換的可能性。一旦鋼筋銹蝕引起混凝土開裂，很難采取補救措施。許多大型池槽采用分格式，池體相連，一處損壞就會波及整體，危害很大。
例如硝化池一般采用鋼筋混凝土結構。池內裝污泥和污水，溫度一般在30～35℃之間，pH值變化范圍在6～9之間。利用厭氧和需氧發酵原理使污泥水中的有機物發酵分解，產生沼氣。污泥污水中含有多種腐蝕性物質和菌類，混凝土是多孔性材料，而且還有微裂紋，在池內惡劣的腐蝕介質中池內壁尤其是氣液相交界處遭受氯離子、硫酸根離子、水、氧、沼氣和硫酸鹽還原菌的腐蝕。
②化學腐蝕
大氣中的二氧化碳與水泥中的氫氧化鈣作用生成不溶于水的碳酸鹽，堵塞在混凝土的孔隙中，二氧化碳還可以和碳酸鈣進一步反應生成易溶于水的碳酸氫鈣，使混凝土受到破壞。
混凝土結構本身是堿物質，孔隙內液體pH>12.5，堿性介質一般不對混凝土結構造成侵蝕，而酸則會對混凝土結構造成一定程度的侵蝕。酸性水與Ca(OH)2反應生成可溶性鈣鹽，造成混凝土結構的破壞。硫酸、鹽酸和硝酸可以分解混凝土結構中的水化硅酸鈣和鋁酸鈣，造成水泥表面剝減。當水質為碳酸鈉、碳酸鈣型時，水中的碳酸鈣呈不飽和狀態，有可繼續溶解混凝土中碳酸鹽的能力，致使混凝土強度減弱。酸性水的溫度越高，浸蝕作用越嚴重。酸長期與混凝土結構中的Ca(OH)2作用可以形成石膏，與水化鋁酸鈣作用生成鈣礬石，即水泥桿菌，也會導致混凝土結構膨脹破壞。
③物理作用
大型鋼筋混凝土儲池一般均建在室外，要經歷一年四季的溫差變化，容易發生脹裂滲透的物理性破壞。
介質流動時由于流速的影響，表面受到沖刷，使新的表面暴露，侵蝕又向下層發展，從而加速混凝土結構的腐蝕。
混疑土結構的多孔性決定了其侵蝕介質的進入及儲存在孔隙中，干燥時會產生結晶或膨脹使混凝土結構內應力增大，多次循環變化而使混凝土結構破壞。
污水在混凝土結構池中停留會出現凍脹問題。由于內部空隙中的水凍結時體積會膨脹達9%，從而產生相當大的內應力，使混凝土結構產生裂紋而破壞，這在北方地區較為明顯。
④微生物腐蝕
混凝土結構的腐蝕，最典型的表現就是水合物的溶解分散和混凝土結構的膨脹劣化，露出粗糙的聚合物表面。在污水混凝土結構的池壁上可以看見一層微生物膜，它通過附著于混凝土表面，改變混凝土的局部pH值，界面上溶解鹽的濃度等作用對混凝土造成腐蝕。
微生物的腐蝕機理是硫酸侵蝕了水泥中Ca( OH)2的堿性。在生活污水系統中的H2S04產生始于城市污水中硫化細菌的代謝產生的H2S。沉淀的污垢覆蓋在污水中的設備表面，就會形成垢下腐蝕，其腐蝕產物中含有大量的硫酸鹽還原菌，去除腐蝕產物后，具有同心環外表，這是典型的硫酸鹽還原菌腐蝕特征。此外，大多數儲池的污水由于長期存放，當夏季溫度升高到30～40℃時，污水中菌藻類微生物大量繁殖，從而形成嚴重的微生物腐蝕。
微生物厭氧腐蝕的理論依據主要為細菌參與了陰極氫化去極化：
陰極過程 4Fe → 4Fe2++8e
水電離 8H20 → 8H++8OH-
陽極過程 8H++8e → 8H
細菌對于陰極去極化反應 SO42- +8H → S2- +4H20
污水中的有機物經過微生物分解所需要的氧量稱之為生化需氧量( BOD)，是借用微生物來表示該值的；化學需氧量(COD)明確地表示了有機物含量；污水中的懸浮固體總量用SS表示。一般情況下，污水中BOD、COD和SS值的增加，混凝土表面接觸部分受侵蝕的程度加劇，可以作為混凝土微生物腐蝕的重要指標。
2、混凝土污水處理池防腐
混凝土污水處理池包括沉淀池、MSBR池、接觸池、厭氧池、濃縮池、沉砂池等。在污水處理池中，污水中含有大量的腐蝕性介質，如工業污水中含有酸、堿、鹽、有機物和氧化性化學品等；生活污水、雨水及氧化溝中加入微生物和氯氣等也會對鋼筋混凝土產生一定的腐蝕作用；另外，水里氧氣濃度經常處于變化之中，同一池中存在氧氣濃度差異，會產生濃差電池腐蝕。另一方面，由于混凝土本身的組成及微觀多孔結構，面臨著浸析腐蝕、交換腐蝕和結晶腐蝕，引起混凝土開裂和鋼筋的銹蝕。未經防腐蝕處理的混凝土結構處理池，一般情況下2～3個月以后就會出現混凝土表面的損壞，使混凝土結構強度明顯下降。
工業污水池的腐蝕性要遠遠強于生活污水池。例如生產精對苯二甲酸PTA裝置污水池，污水溫度高達80～90℃，酸堿交替，pH值在2～13的范圍內波動，并且含有少量有機溶劑。如果不采取防腐措施，污水池壁的混凝土就會嚴重腐蝕，浸蝕深度可以深達20mm。混凝土池壁，因硅酸鹽水泥的水解，生成游離的氫氧化鈣，因此混凝土池壁呈堿性。污水偏酸性時，混凝土就會發生化學反應而被破壞。雖然混凝土耐堿性能較疆，但是不耐強堿，因為當污水中有大量堿液存在時，混凝土中的二氧化硅的溶解度會增加，造成混凝土的腐蝕。滲入混凝土的堿液遇到二氧化碳，還會生成碳酸鈉結晶而引起結晶的膨脹腐蝕，這也就是為什么池壁氣液交界部分破壞比其它部分嚴重的原因。
因此對新建的混凝土結構內壁進行防腐保護顯得十分必要，在混凝土表面涂覆一層高附著力、耐候、抗滲、無毒、持久的高性能重防腐蝕涂料是最直接可靠且簡單易行的方法。重防腐蝕涂料是一種超厚膜無溶劑高性能重防腐蝕涂料，與混凝土表面具有優異附著力，涂層堅硬致密，耐酸堿、鹽霧及有機溶劑，綜合性能突出。對于工業污水處理池的防腐蝕層選用要充分考慮到不同工業中污水的腐蝕特性，再選擇合適的耐酸堿防腐蝕涂料。
四、排污管道防腐
污水排污管道有混凝土管道和鋼質管道兩大類，不同基體的排污管道選用的涂料和施工方法有所區別。不同地區的管道，漆涂層體系也會有所區別。如沿海地區埋地排污管道所處的土壤中氯離子、還原菌及其他鹽類比內陸地區含量要高得多，腐蝕性更強。
①鋼制排污管道
管道污水含有酸、堿、鹽，pH值變化范圍大，有機物和微生物含量高，水流速度大。鋼管內壁不僅遭受腐蝕性強的污水的嚴重腐蝕，高流速的污水對管壁的磨蝕也非常嚴重。重防腐涂層體系完全可以應用在管道內壁，但是要求涂層在鋼質表面上具有優異附著力、表面光滑、耐鹽霧、耐沖刷、耐濕熱性能良好；耐酸、堿、鹽、油類、微生物性能優良；耐陰極剝離優良，與陰極保護配套良好等。
根據以上工況，澤馬涂料根據20多年防腐經驗，鋼制排污管道防腐體系要求無針孔缺陷，無需纏繞玻璃布，具有優良的絕緣性，抗微生物侵蝕，耐化學品性能好，附著力強，吸水率低。該涂料一次涂裝成膜厚度，施工工藝簡單、表面處理成本低、施工周期短。
②混凝土排污管道
混凝土排污管道的外壁通常不作防腐處理，主要是針對內壁進行防腐蝕涂裝。
城市河流包含有工業廢水和生活廢水，水質情況復雜，腐蝕性強。混凝土排污管道為多相不均勻材料，內部含有氣孔，腐蝕介質極易滲透進入混凝土內部，引起鋼筋腐蝕，損害其強度，造成管道破壞。
污水截排涵洞中污水處于封閉狀態，污水中揮發出來的腐蝕性氣體積聚在氣相部分，且濃度不斷增大，涵洞內壁尤其是氣液相和氣相的混凝土表面遭受嚴重腐蝕。此外涵洞內為半封閉施工環境，濕度高，混凝土表面可能潮濕，甚至滲水。
管道內壁常規方案是水泥漿保護層，水泥砂漿主要靠其養護時產生的拱力附著于鋼管內壁上，實際使用中發現其附著力較差經常會剝落。這是因為砂漿涂層厚度大，內應力也大，與鋼管的熱變化系數相差較大。內壁中的污水含有酸、堿、鹽，有機物和微生物含量高，滲入砂漿層后，會發生溶析、碳化和膨脹等作用，產生裂縫，污水滲透進去后導致鋼管的腐蝕。砂漿層對于鋼管表面的鈍化作用其實在含氯離子和污水環境中也很容易就被破壞。污水流速相當高，因此不僅受到污水的腐蝕，還受到高流速污水的磨蝕作用。
防腐蝕涂裝施工時需要注意的是對混凝土基底處理要求進行掃砂處理，并用清漆進行滲透封閉處理，然后才涂裝防腐蝕涂料。
五、污水處理系統防腐蝕涂料選擇
污水處理設施中使用涂料進行防腐蝕，并非是選擇幾個涂料產品那么簡單。需要進行細致的研究和團隊的工作，包括設計工程師、腐蝕工程師、工廠業主、涂料生產商、涂料施工者以及檢查人員等，共同來建立一個涂裝保護計劃，對業主提供最佳利益，使污水處理設施可以得到長效的保護，并且具有很好的外觀，運行過程中維修工作也能盡可能地簡便。
在污水處理廠，要求采用多種涂料系統以滿足不同的底材表面、腐蝕環境的要求。防腐工程師以及規格書制訂者在污水處理廠的防腐蝕涂料體系的制訂時，要達到以下四個基本目的：
(1)長效保護；
(2)裝飾性外觀；
(3)運行過程中簡便的維修；
(4)經濟性（最初投入和維修投入）。
選擇符合污水處理設施防腐要求的防護涂料體系，首先要確定期望的使用壽命周期。現有的高性能防腐蝕涂料要求更高的表面處理等級和更好的施工設備與施工方法。簡而言之，現代涂料防腐蝕系統對勞動力的要求較低，而需要更好的技術水平來進行良好的涂裝施工。高性能涂料的初始投資費用較高，然而它們能在嚴重的腐蝕環境下提供更長的使用壽命，因此也就進一步延長了維修周期。
