第十七期话题 污水用球墨铸铁管内衬水泥的奥秘

众所周知,城市污水主要来自:

相对于给水(pH值为6.5~8.5)(数据源于《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》),污水中的有机物、氮磷等含量大幅度升高,pH范围也相对较大(一般pH=5.5~8.5),颗粒物也相对更多。自然,对用于输送污水的管材内衬的耐化学腐蚀、耐磨性能提了更高的要求。

输送污水的管材,应该采用什么材质的内衬?

随着国家对环保的要求越来越高,污水用球墨铸铁管因其漏损率低、使用寿命长、耐腐蚀耐磨性能等优势逐步替代了其他污水管材。根据即将要发布的《排水工程用球墨铸铁管、管件和附件》GB/T26081-XXXX,4.6.3.1.1要求,输送污水时,应采用铝酸盐水泥砂浆内衬。国际标准ISO7186、EN598也早有相关要求。EN545-2010中,给出几种常见的水泥内衬的pH适用范围入下表。

 

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由表1不难看出,HAC(氧化铝>50%的铝酸盐水泥)是污水用球管内衬的最优选择,可以用于输送pH=4-14的污水,远远超过生活污水的范围。

 

铝酸盐水泥耐化学腐蚀、耐磨的原理是什么?

  • 生活污水具有腐蚀源主要来源两个方面:

一方面是因为生活污水pH一般是5.5~8.5,本身就具有酸性和碱性等具有腐蚀性的物质。

另一方面,如前文提到,管道内的污水含有溶解氧、二氧化碳、硫化物等腐蚀性介质,会在管道内壁发生一系列的化学反应,从而对管道内壁造成腐蚀。

主要是污水中的SO3,在厌氧菌的作用下,被还原为H2S,H2S饱和之后从污水中逸出,被附着在管道表面的硫杆菌吸收消化,最后代谢为腐蚀性物质硫酸,腐蚀机理示意如图1。

 

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图1腐蚀机理示意图

 

  • 铝酸盐水泥耐化学腐蚀、耐磨原理

铝酸盐水泥的水化产物是铝酸钙和水化铝胶Al(OH)3

»铝酸钙,硬度高强度大,具有较强的耐磨性能,能够有效抵抗水、淤泥和砂的磨蚀。

»水化铝胶Al(OH)3,在弱酸弱碱条件下,非常稳定,具有很强的耐化学腐蚀性能,在城市污水范围pH= 4~10之间几乎不溶解,起到强有力的保护作用👐。

 

铝酸盐中的铝离子:

»一定程度上,铝离子,抑制附着在管道表面的硫杆菌(分泌物为腐蚀性极强的硫酸)活性。铝酸盐水泥比硅酸盐水泥具有更强的中和酸的能力,在等量的硫酸腐蚀下,铝酸盐水泥的消耗更少♻。

 

铝酸盐水泥耐化学腐蚀、耐磨性能由什么决定?

铝酸盐水泥耐化学腐蚀、耐磨性能由其主要成份氧化铝的含量决定,几乎不溶于水及非极性有机溶剂。

  • 那氧化铝含量要如何进行具体检测 

根据即将要发布的《排水工程用球墨铸铁管、管件和附件》GB/T26081给出具体检测方法,共分为三步,即取样制样、化学检测和判定

其中,取样制样有两种方法。(🔈剧透:具体检测方法,请等下回视频分解

  • 检测结果按照G.3判定;

»按照G.1检测时,即表面有水泥富集浆层的水泥砂浆内衬样品中Al2O3含量均不小于40%,判定为铝酸盐水泥砂浆内衬。

»按照G.2检测时,即取样后清理表面灰尘和杂质的水泥砂浆内衬样品中Al2O3含量均不小于30%,判定为铝酸盐水泥砂浆内衬。

由于实验方法误差,要求铝酸盐水泥中Al2O3的含量到达50%,方能保证实验结果合格。

 

污水管国标GB/T 26081对水泥内衬耐腐蚀、耐磨性能有什么要求?

为了保证水泥内衬的耐腐蚀、耐磨性能,污水管国标GB/T26081要求内衬水泥必须通过相关耐腐蚀、耐磨型式试验,而且对试验环境的要求比通常情况更为苛刻。

 

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耐化学腐蚀型式试验

GB/T26081-XXXX中5.5定义,

“除仅用于输送雨水的管道外,管和管件按照7.5试验时,应分别暴露在酸溶液(pH=3)碱溶液(pH=13)里各6个月。6个月的试验后应符合下列规定:

——水泥砂浆内衬厚度的减少值不应大于0.2mm。

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图2耐化学腐蚀型式试验示意图

 

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耐磨性型式试验

GB/T26081-XXXX中5.6定义,

“按照7.6试验时,采用平均直径为6mm天然硅质砂,达到高于仰拱38mm±2mm的高度,管内有足够的水达到同一高度。50000个循环周期以后应符合下列规定:

—— 水泥砂浆内衬的磨损厚度不应大于0.6mm。

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图3耐磨性型式试验示意图

 

穆松桥球墨铸铁污水管内衬的极限挑战

穆松桥 耐腐蚀试验

试验条件:

GB/T26081

穆松桥

GB/T26081-XXXX中5.5定义,“除仅用于输送雨水的管道外,管和管件按照7.5试验时,应分别暴露在酸溶液(pH=3)和碱溶液(pH=13)里各6个月。

穆松桥采用更加严苛的试验条件:进口处持续通入H2S气体含量为100ppm的混合气体,流速为400l/h,营造超强的液体腐蚀环境经过2年的时间,比较各种水泥内衬腐蚀情况。

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耐腐蚀试验

 

由试验结果表格中不难发现,高铝水泥(氧化铝含量≥50%铝酸盐水泥)是几种水泥内衬中表现最优异的,腐蚀深度仅为0.6mm,耐腐蚀性能甚优于抗硫酸盐水泥。

 

穆松桥 耐磨性试验

穆松桥跟德国DARMSTADT大学实验室合作,验证高铝水泥内衬的耐磨损性能,结果如图示:
 

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从上图看到,随着磨损次数的增加,高铝水泥内衬磨损度缓慢升至0.5毫米左右之后几乎不变,而普通水泥管磨损度基本呈线性增长,并没有变缓的趋势。

并不是所有污水用球墨铸铁管都采用铝酸盐水泥内衬,也并不是所有的铝酸盐水泥内衬都能叫做高铝水泥内衬!

穆松桥高律®污水用球墨铸铁管采用高铝水泥内衬,其氧化铝含量>50%,耐化学腐蚀、耐磨、且内壁光滑,从而保证污水管网安全稳定的运行。

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