H_2S引起的污水管道腐蚀及其控制
编者按：世行贷款淮河流域城市污水处理工程中污水管网的管材，世行要求具备防腐性能，由于过去在这方面的讨论不多，因此请合肥市市政设计院高文乔同志就污水管道主要由h2s引起腐蚀的基本原理、腐蚀速度计算与防腐措施作简要介绍，希望有更多排水工程科技工作者讨论这一问题，还希望广大排水工程人员提高对污水管道防腐重要性的认识，使我省污水管道工程的质量上一个新台阶。
h2s引起的污水管道蚀及其控制局文乔（1）s2-的氧化（3）可溶性硫化物的平衡在钢筋混凝土的腐蚀中，骨料的影响较小，故仅对水泥和钢筋的腐蚀加以讨论。H2S引起的腐蚀过程如所示。我们看到的是H2S腐蚀混凝土管断面的情况，泵站和污水处理厂内的腐蚀情况本质上是一致的。
H2S释放到管道的空气中后，腐蚀过程的第二步就是它转移到管顶。管顶由于吸附凝结水而潮湿，管道空气中的H2S―旦接触到这些潮湿的表面就立即被吸附，滞留在这层潮湿凝结水层中的H2S接着就会自然界中硫有三态：单质硫，含硫无机化合物及含硫有机化合物，这三者在化学和生物作用下相互转化着，硫酸盐被植物、藻类吸收后转化为含硫有机化合物，如含-sh基的蛋白质，在厌氧条件下经腐败作用产生硫化氨。456城市污水中都含有不同程度的硫酸盐，生活污水的硫酸盐含量通常在20~100mg/L，而工业废水的接入显著增加了城市污水中的硫酸盐水平。另外，一些地区含盐地下水的渗入，也会增加硫酸盐的浓度。
城中污水中也都含有一定的有机含硫化合物，一般为1~3mg/L，而相当高的的有机硫来自油类、羊毛工业废水。
在排水管道中，如果有硫酸盐存在，在管道底部常因缺氧而被还原为硫化氨。硫化氨上升到污水表层或溢出到空气层，与污水表面溶解氧相遇，被硫化细菌或硫磺细菌氧化为硫酸，再与管顶部凝结水结合，使管道受到腐蚀。在污水提升泵站和污水处理厂情况也是如此。
由于H2S对污水管道、泵站和污水处理厂的腐蚀，常会造成很大损失，特别是管道破损漏水污染地下水，严重时还能破坏污水收集系统的正常运行甚至破坏道路交通。因此选择合适的管材，或采取适当的防腐措施，对于保持污水收集系统的正常运行、保护环境有着极其深远的意义。本文将着重分析H2S引起的污水管道腐蚀机理、过程及其控制，供污水管道工程工作者。
被硫杆菌属的好氧菌转换成H2SO5.据道，生存在污水中的硫杆菌属比如T.Concretivorus菌含有高达7%的H2SO4，但这个反应必须有湿度和2的存在才能进行。
H2SO4将会同混凝土管的水泥发生反应。钢管也会发生相似的反应。如果H2SO4的生成足够慢的话，那么几乎所有生成的H2SO4都会同水泥反应，生成一种浆状物松散地固结在管道上，当管道充满时，部分浆状物块被剪切下来或从管道壁上剥落下来。管道继续腐蚀，这个过程会重复进行。通常，在管顶和靠近液面的两侧管壁腐蚀最严重见过程和生成速率将有机或无机硫还原为硫化物，它们吸收硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐，并在原生质中将它们还原成硫化物，这些硫化物被用来构筑含硫有机体、主要蛋白质和氮基酸（半胱氨酸、蛋氨酸、胱氨酸）这种作用叫反硫化作用亦叫硫酸盐还原作用。
由于SO42的细菌还原作用仅能发生在厌氧环境中，所以这种反应通常发生在管壁上被淹没的粘泥层中。图+是说明管道中粘泥层的示意图。粘泥层的厚度取决于管道中的水流速度，其变化范围为17厌氟灰氧成/9fc性在其中/0.17为经验常数；粘泥层通常包含有不同种类的微生物，如图所示，）2、有机物和营养扩散到该厌氧层中厌氧层中产生的s2-扩散到流动的污水中。
美国学者p+meroy通过多年的研究，提出了一个求s2-产生速度的经验公式，021他将该速度表示为由粘泥层中溢出的s2-的流量：M――通过观测得到的s2-的流量系数m/h其中1.07为温度系数，A为温度（B）-但缺氧的管道中。021所示的管道中的污水流段将有助于我们得出粘泥层释放出来的s2-是如何影响污中s2-浓度的。
水流段中的粘泥层面积是PxL（PL），如所示，该污水流段的体积是AxL（AL）。由于粘泥层产生s2-而导致的该污水流段中s2-浓度改变的速率可由下式求得（注意到A/P为水力半径）：-浓度改变的速率，/m3-h三、污水中硫化物的消耗当s2-从厌氧层中产生并被释放到兼性层和污水中后，它可能驻留于污水中，可能会以金属硫化物的形式沉淀下来，也可能被氧化，或作为H2s的形式被释放到管道空气中去。由于污水中使硫化物沉淀的金属离子很少，故重点讨论后两种情况。
由于有自由氧的存在（见），从厌氧层中扩散出来的Hs-能被兼性层中的细菌氧化成s0）2和其它部分氧化物。
Peme.ey发现硫化物的氧化速率与总的溶解的硫化物浓度sT（-0H2s（水合态））（g/m3）和氧气的传质速率……（02从管道空气到污水中的传质速率，g/m2-h）成正比：01 k――比例常数Ca由紊流造成的附加表面积系数。
n为污水流速（m/S）；g为重力加速度（9.81m/S2）为平均水深（由可知4A/B）；注意到v2/gdm是弗汝德数的平方。
107t-20其中t为温度（B）s――能量坡降线（能坡线）的斜率，即水力坡度，m/mD.一一污水的亏氧量（能同管道空气中氧分压平衡的溶解氧浓度和污水中当前溶解氧浓度的差量），g/m3（二）Hs向管道空气的释放Pomeroy用下式来估算Hss从污水水流中释放的速度：R――H2s从水合态到气态的交换系数（在这里即指从污水中到管道空气中）m/h Ds――H2s驱动力（当前污水中水合H2s的浓度和由亨利定律得出的能和管道空气中H2s分压平衡一一即饱和的H2s浓度之间的差q――空气中H2s的相对饱和度通常介于是0.02和0.20之间031j――水合H2s的浓度在st中所占的比例/ Hs（水合态）在城市污水（PH值通常在6.5~8.0范围内）中，硫化物存在的主要形式是H2s（水合）和Hs-这其中H2s所占的百分比为：10-7Hs-所占百分比为：Hs-V，100-傥V=100-水中H2s浓度的降低速率可表示为：四、管道污水中硫化物的积累速度对于非满流管，污水中的硫化物浓度在达到一极限值以后，进入污水中的和污水中损失的（包括氧化、沉淀、释放到空气中等）将会近似相等。硫化物的限值可通过生成的和由于氧化和释放而损失的相等关系求得：由于确定式15右侧诸值存在困难，故引入经验常数m加以简化，式10可改写为：要求得达渐近值（st）Xz时的速度，即任一时刻总硫（st）的值就有必要计算当一污水流段于管道中传输时可溶硫化物的物料平衡，体积P=上为V的污水流段的物料平衡可表示为：（13）即该污水流段中的S-的增加量应等于由粘泥层中产生的量喊。去释放到管道空气中的H2S的量和被氧化消耗的量（丨段设污水本身不产出硫化物），后两项即为式1.的右端积分得：（10）如前所述，Pomeroy提出的最不利情况下的M的值为0.32x10- 3m/h，同样，最不利情况下m的保守值为0.64，对于中速的硫化物积累系统来说，0.96比较适用，对于大部分系统来讲，这些值可用作对M和m试算的起始值。D2E假设污水水流释放出的H2S全被裸露的管壁吸收，由管道空气到管壁的H！S通量！sf可由下式求得：hp―管道横断面裸露着的管壁长3（一）对混凝土管的腐蚀腐蚀的程度可由方程式16求得32g硫生成的酸需100gCaC3与之反应。
管壁的穿通速度可视1m2管表面上的情形而定，单位面积上硫化物的吸收率即！sw.由于32g硫最终需同100gCaC3反应所以单位面积中与管材料等价的CaCO）的损耗速度为（100/32）！sf（假设生成的酸全都同水泥发生了反应）。真实管材的损耗速度（质量腐蚀速率）可通过用复合水泥胶结材料中总碱度去除损耗的对等的CaCO）的方法来计算如下：管道单位内表面积上管材腐蚀速度二基于体积的腐蚀速率可通过用管材的比重和水的密度去除式1%右边来得到因此单位表面积上的管材的体积腐蚀速率为：层厚度。
结合式24和25并重新组合得：（AZ）代表碱度和允许穿通深度的共同影响，因此称为寿命系数。当给定k和！sw时寿命系数决定管线的有用寿命。
通过对比重（铁的比重为75）的啁整并使用酸消耗量（1.79）（对应于碱度）对于钢管式19应改为：六、求污水干管的使用寿命已知某段干管长1 =10km，管径81200，为钢筋混凝土管，假设管道中的环境有利于硫化物的产生，通过观测得到的S2-的流量系数M 250mg/L，T=200CPH值为7.0，水力坡度S=0.0008m/m，管道粗糙系数x=0.0D，水深=05D，测得起始端硫化物浓度（S-）。=0.6mg/L.（假设污水中不含能沉淀S2-的金属离子。）求该段管道起端、中点和末端的使用寿命。
2.用式12求硫化物浓度的限值考虑到并非所有的酸都参加了反应，在式18中加入系数Qr在酸生成慢的系统中，Q的值接近于1；在酸生成快的系统中，Q的值在1s0.）的范围内。如果管道或建筑已经发生了H2S腐蚀系统的真实的k值就能被求得。通过来自实地的k值预测的腐蚀速度的准确性可大大增加。
这样我们就可以求得污水管道的使用寿命：Z――允许的腐蚀深度，mm，对钢筋混凝土管，Z表示纵筋的保护）。用式14求起端、中点和末端总的可溶硫化物浓度⑴起端：（2）中点：（3）末端：中点：H2S 5：用式5和15求从管道空气到裸露管壁的H2S的通量因为管道空气中H2S的相对饱和度通常很小，可丨段设为q=0，（1）起点：6.由式59求腐蚀速度，假设酸的生成足够慢即：+5.0根据我国现行给水排水工程结构有关规范规定，离心机制钢筋砼管可分为两种：一种为普通管，中型口径管子的壁厚一般为
