城镇污水设施中的生物腐蚀现象.doc

城镇污水设施中的生物腐蚀现象 摘要：随着公众对环保的日益重视，城市污水设施已经成为每个城市甚至每个城镇所必备的基础设施。然而，污水成分复杂, 会对不同材料产生不同腐蚀和结垢,影响污水热能技术的应用推广。微生物是影响材料尤其是金属材料腐蚀的主要因素之一。本文参考近几年的文献， 介绍了易造成材料腐蚀的微生物的种类及微生物腐蚀的作用机理,阐述了微生物对材料腐蚀的现状。 关键词：污水设施 微生物 腐蚀 污水管道 中释放出的硫化氢气体会产生几个方面的问题，包括污水管道的生物腐蚀、向城市空气中释放出令人不愉快的臭气以及产生对污水管道工有毒害的硫化氢气体。有报道指出，当污水中总硫化物的浓度在0.1～ 0.5 mg／L ( 按S计) 时会对混凝土管道产生轻微的腐蚀，开始产生严重腐蚀的硫化物浓度可能是2.0 mg／L ㈦。洛杉矶约10％的污水管道有明显的硫腐蚀现象，经粗略估计，修复这些管道要花费4亿欧元。德国每年用于修复被完全破坏的污水系统的资金约为1000亿欧元 。弗兰德斯( 比利时) 每年因污水管道 的生物硫酸腐蚀造成的损失约为500万欧元，占污水收集与处理总花费的 10％左右[1]。 1.混凝土设施的腐蚀 1.1混凝土管道的微生物腐蚀 污水管道 中释放出的硫化氢气体会产生几个方面的问题，包括污水管道的生物腐蚀、向城市空气中释放出令人不愉快的臭气以及产生对污水管道工有毒害的硫化氢气体。 有报道指出，当污水中总硫化物的浓度在 0.1 ～0.5 mg／L ( 按 S计) 时会对混凝土管道产生轻微的腐蚀，开始产生严重腐 蚀的硫化物浓度可能是2.0 mg／L。洛杉矶约 10％ 的污水 管道有明显的硫腐蚀现象，经粗略估计，修复这些管道要花 费4亿欧元。德国每年用于修复被完全破坏的污水系统的 资金约为1000亿欧元。弗兰德斯( 比利时) 每年因污水管道的生物硫酸腐蚀造成的损失约为500万欧元，占污水收集与处理总花费的 10％ 左右。人们已经研究出了几种解决污水管道生物腐蚀问题的方案 ：(1) 优化污水管的水力设计，使硫的产生达到最小；(2) 减少硫酸盐的来源，如对尿液进行分离或预处理；(3) 提高污水管道对生物腐蚀的抵抗能力 ；(4) 降低污水中硫化氢的释放。采用化学和生物工艺阻止或降低硫化氢从污水系统中的释放方法见图1[2]。 图1：生物化学工艺控制污水系统中H2 S释放的方法 1.1.1污水管道的硫循环及其环境因素 生活污水中硫的主要来源是硫酸根(SO42－ ) 。它在污水中的浓度为 40 ～ 200mg /L。硫酸盐可被硫酸盐还原菌还原为硫 ( 见图 2 ) 。这个过程主要发生在被污水浸没部分的管道中处于厌氧条件下的沉淀物和生物膜中。在流速较低，因温度相对较高而溶氧不足的区域中也发现了这一过程[3]。 图2:污水管道中硫循环的主要过程及其影响因素 污水中的硫化氢最初是以2种硫化物的形态存在，以哪种形态存在取决于污水的pH值。而污水的pH值在7.0 左右，所以这两种硫化物的形态是 H2 S ( a q ) 和 HS一 ( 式 1 ) []。S 2- 没被计算在内是因为即使在很高的p H条件下，它的浓度都很低 ( 式 2 ) 。 H 2 S ( a q )—H+ + H S- ， p ka1≈7.04 ( 1 ) HS一一 H+ +S2- ， p k a2 ≈ 11.96 ( 2 ) H2S ( aq )一 H2S ( g ) ， k c ≈4681 a t m／ 摩尔分数 ( 3 ) H2S ( aq )可以在气液两相中转移， 这便于硫化氢从污水向污水管道空气中释放( 式3 ) ( 见图2 ) 。硫化氢的释放是一 个物理化学过程，与污水管道系统中水相和气相的条件有关。它取决于温度、p H、水相的水力条件和气相的通风情况。在重力流污水管的空气中，硫化氢的浓度可达到 300mg／m3。 另外，污泥干化过程中也有硫化氢的释放。研究表明：污泥（硫酸盐还原菌）SRB的生活量越大、 活性越强, 硫化氢释放量就越大; 中偏酸性污泥硫化氢的释放量大于碱性污泥, 碱性污泥不仅能够中和硫化氢, 而且可以抑制 SRB的生长, 减少因微生物作用而产生的硫化氢; 污泥硫化氢释放量随干化温度的增高而增加, 硫化氢的最大释放量发生在污泥干化的前期[4]。 1.1.2硫化氢释放造成的污水管道腐蚀 污水管气相中的硫化氢气体会在管道表面扩散为一层薄薄的液膜， 管道表面上的化能自养菌就把硫化氢氧化为硫酸: H2S + O2 一H2SO4 硫酸与钢筋混凝土的水泥基础材料发生反应， 最终导致污水管结构的失效，这就是腐蚀过程”。该过程的标志是存在于钢筋混凝土表面的腐蚀产物石膏( Ca SO4的各种水合物)和水份。随着生成的酸越