【摘要】：再生水特殊的水質(zhì)條件使得輸配水管道中的微生物易于繁殖和增殖,并產(chǎn)生微生物腐蝕。通常采用投加消毒劑的方法控制微生物的增長,然而,消毒劑在影響微生物的生長、生物膜形成的同時,也顯著地改變了管網(wǎng)水的環(huán)境條件,進而共同影響了腐蝕過程。因此,本文以再生水管道為研究對象,研究了消毒劑和微生物耦合作用下的再生水管道腐蝕機理,以期為再生水管網(wǎng)的安全運行提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐。(1)通過細菌計數(shù)法和掃描電鏡技術(shù),闡述了Q235B碳鋼、球墨鑄鐵、317L不銹鋼表面生物膜的形成和生長特性及膜內(nèi)鐵細菌和硫酸鹽還原菌的生長情況,并結(jié)合極化曲線和交流阻抗譜測試,揭示了鐵細菌和硫酸鹽還原菌混合生物膜對不同金屬腐蝕的促進或者抑制作用機理,并建立了相應(yīng)的腐蝕過程概念模型。(2)以球墨鑄鐵管道為研究對象,采用極化曲線、交流阻抗譜和掃描電鏡等分析手段,探討了不同濃度的NaClO和ClO_2消毒劑對球墨鑄鐵管道腐蝕產(chǎn)物和腐蝕過程的影響,揭示了ClO~-和ClO_2可以替代O_2參與陰極的去極化過程,并與腐蝕產(chǎn)物絡(luò)合降低了腐蝕垢層的致密性,促進腐蝕過程的發(fā)生。(3)采用環(huán)狀反應(yīng)器,結(jié)合高通量測序技術(shù)研究了不同濃度的NaClO和ClO_2消毒劑對主體水和腐蝕垢層中的微生物多樣性的影響,分析了主體水和腐蝕垢層中微生物的相關(guān)性;結(jié)合流式細胞儀和不同的染色方法對細胞的損傷狀態(tài)和生理特性進行表征,分析了不同濃度的NaClO和ClO_2消毒劑對主體水中細菌細胞凋亡的影響。(4)基于自行設(shè)計的流動體系下再生水管道腐蝕電化學(xué)測試裝置,闡述了NaClO和ClO_2通過改變水質(zhì)成分(pH、DO、ORP、Cl~-、電導(dǎo)率)引起的化學(xué)/電化學(xué)腐蝕過程和垢層中鐵氧化細菌、鐵還原細菌、產(chǎn)氨氣細菌的含量引起的微生物腐蝕過程耦合的電化學(xué)-微生物腐蝕過程的機理,并分別建立了NaClO/ClO_2消毒劑濃度與管壁腐蝕垢層中微生物含量影響腐蝕速率的響應(yīng)面模型。
【圖文】：

微生物/電化學(xué)腐蝕過程。生物腐蝕理論6 年，Heitz E 指出微生物腐蝕（Microbiologically Induced Corrosion，M道、供水管道等基礎(chǔ)設(shè)施中普遍存在，且微生物腐蝕占所有金屬和破壞的 20%左右[8]，隨后關(guān)于微生物腐蝕的研究在國內(nèi)外也大量開者試圖對微生物腐蝕給出合理的解釋，目前認可度較高的關(guān)于微生主要有以下幾種情況：）氧濃差電池理論[9]：微生物在向金屬表面遷移、轉(zhuǎn)化并吸附形成中，由于多種因素的影響使得生物膜呈現(xiàn)不均勻分布，致使不同位濃度梯度，從而使得生物膜下溶解氧難以到達的位置成為陽極，而為陰極，促進腐蝕過程的發(fā)生，，詳見圖 1-1。氧濃差存在也滿足了件，腐蝕產(chǎn)物及代謝產(chǎn)物堆積也促進了局部腐蝕的發(fā)展[10]。

（2）陰極去極化理論：金屬在溶液中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的根本原因能使該種金屬氧化的物質(zhì)，即腐蝕過程的去極化劑，它和金屬構(gòu)成蝕原電池體系。所以在金屬的電化學(xué)腐蝕過程中，金屬的陽極溶解軛的陰極過程。凡是能在陰極上吸收電子的過程（陰極還原過程）化作用，目前報道的幾種陰極去極化理論如下[6]：2- 2e Fe Fe1）吸氧腐蝕： O 2HO 4e 4OH222）析氫腐蝕：22 H 2e H 3）氫化酶陰極去極化理論[11]：1934年荷蘭學(xué)者Kuhr 提出硫酸鹽還原含有一種氫化酶，它可利用陰極區(qū)產(chǎn)生的氫將 SO42-還原為 H2S，從從金屬表面除去，從而使得腐蝕反應(yīng)得以繼續(xù)進行，具體見圖 1-2SOHSHO22-2-4 8 4
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X703

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4 張高Z

本文編號：2677443