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          清華大學環境學院飲用水研究團隊在供水管道腐蝕與結垢研究方面取得新進展

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            3月21日,清華大學環境學院飲用水研究團隊陳超課題組在國際市政和環境領域權威期刊《水研究》(Water Research)在線發表題為《輸送地下水的球墨鑄鐵管道在次氯酸鈉消毒劑作用下的早期腐蝕和結垢行為研究》(Early period corrosion and scaling characteristics of ductile iron pipe for ground water supply with sodium hypochlorite disinfection)的論文,對管道腐蝕結垢的電化學過程進行瞭全面深入的研究。

            供水管網是城市重要的基礎設施,其穩定運行對於保障居民供水安全十分重要。供水管道的腐蝕與結垢對管網運行危害很大。首先,腐蝕使得管道變薄,降低使用年限,容易發生管網漏損;其次,管垢發育降低瞭過水截面積,增大瞭泵站能耗;此外,管垢鈍化層的破壞導致內容物的大量釋放,是導致北京市2008年“黃水”問題的主要原因。因此,深入研究管道腐蝕變化過程,揭示腐蝕與結垢產物組成及變化、探尋維持管道穩定的控制因素,對於保障供水管網安全運行十分重要。

            該論文基於課題組開發的供水管道管垢生長與破裂電化學模擬測試平臺,對不同次氯酸鈉濃度作用下的球墨鑄鐵材質供水管道的早期腐蝕和結垢特性開展瞭連續研究。利用極化曲線和交流阻抗技術對管道的電化學腐蝕過程進行瞭監測,分析瞭腐蝕動態變化過程;並對管道表面的腐蝕結垢產物進行形貌、成分分析,利用電容轉化參數對管道表面的腐蝕與結垢產物的附著情況進行表征,提出瞭表征管垢狀態的定量化指標,實現瞭電化學指標與管垢狀態指標之間的關聯分析。

            該研究結果表明,與傳統的遊離氯消毒不同,投加次氯酸鈉消毒劑可影響碳酸鈣在管壁的附著傾向和沉積量,進而影響球墨鑄鐵的腐蝕過程和腐蝕產物的轉化過程,並在此基礎上提出瞭投加次氯酸鈉消毒劑對管網腐蝕和管垢發育的三階段概念模型。該研究對於供水、排水、再生水管道研究和工程實踐有很好的指導價值。

          投加次氯酸鈉影響管道腐蝕和結垢過程的概念模型

            環境學院陳超副研究員為該論文的通訊作者,博士後張海亞為該論文的第一作者。自2002年以來,環境學院飲用水安全教研所持續開展供水管網安全輸配方面的研究。張曉健教授、陳超副研究員課題組開發瞭供水管網水質穩定研究的高效反應器,構建瞭判別管網水質化學穩定性的軟件,組建瞭研究管道腐蝕與結垢特性的電化學測試平臺,成功指導瞭2008年北京市區供水管網黃水事件的處理,並為天津、廣州、東莞、濟南、青島、平湖、杭州等城市的水源切換工程或管網水質穩定性控制工程提供瞭重要的技術支持。

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