循环冷却水处理中臭氧的缓蚀机理探讨

http://www.water.hc360.com2020年01月08日10:27 来源:铱钶环保T|T

另外,缝隙内阳极溶解下来的带正电荷的金属离子不断增加即金属盐溶液的浓度增加,使缝隙内金属总是处于活化状态,易于腐蚀。

    臭氧是一种强氧化剂,其作为缓蚀剂时可在金属表面形成一层致密氧化膜,将金属转变为钝化状态,缓解腐蚀。另外,在金属腐蚀发生过程中的氧化还原反应,由于水中氧的浓度较低,氧分子只有在对流和扩散作用下才能向阴极表面移动,所以阴极反应以浓差极化为主。在采用臭氧处理的循环水中,由于臭氧易分解,水中的溶解氧浓度逐渐增大,氧分子向金属表面的扩散过程较顺利,使得氧向金属表面输送的速率与氧在金属表面的还原速率相差不是很大,从而使得依靠浓差极化作用产生的腐蚀作用大大降低。

    赖万东等人研究表明,臭氧抑制腐蚀的机理与铬酸盐缓蚀剂的作用大致相似,主要原因是由于臭氧在冷却水中分解生成活泼的氧原子(O)与亚铁离子反应后,在负极表面上形成一层含γ-Fe2O3的氧化物钝化膜。这种膜薄、致密且与金属结合牢固,它能阻碍水中的溶解氧扩散到金属表面,从而抑制腐蚀反应的进行。同时,由于这种氧化膜的产生,使金属的腐蚀电位向正方向移动,迅速降低了腐蚀速率。

    成膜过程的反应如下:

    负极:

    H2O+3O2-+2Fe-4e→γ-Fe2O3+2OH-

    正极:

    1/2O2+H2O+2e→2OH-

    该研究为证实γ-Fe2O3氧化膜的存在,对金属挂片表面的刮下物质进行X-射线衍射分析。结果表明,未经处理循环水系统中,金属挂片的表面物质除CaCO3外,主要成分为Fe2O3·3H2O。这是种常见的片状铁锈,对金属无任何保护作用。而经臭氧氧化处理后的循环水系统中,金属挂片的表面主要成分是γ-Fe2O3,这种棕色的氧化物,具有磁性和良好的保护作用。

    经臭氧处理的循环冷却水系统的pH维持在8~9之间,弱碱性的环境有效减轻腐蚀发生。

    臭氧具有优异的杀生作用,有效杀灭引起垢下蚀的硫化菌、嗜铁菌等微生物,防止点蚀。

    5臭氧对不同材质的缓蚀效果

    AlanE.Pryor等人于1991年在循环水系统中采用1010碳钢和110铜两种材质的挂片,进行多处布点测试腐蚀率,结果表明在臭氧处理进行到80天左右时,碳钢的腐蚀率0.0508~0.102mm/a,铜的腐蚀率0.00508~0.0102mm/a。同时,该研究表明采用臭氧处理循环水,可降低循环水中的有机物,控制有机物的含量有利于控制腐蚀率且能将腐蚀率维持在一个较低水平。

    R.J.Strittmatter等人在1992做了臭氧对碳钢的腐蚀研究,结果表明16.5h的接触时间,0.1ppm的臭氧对低碳钢腐蚀率较低,为0.022mm/a。且臭氧浓度在0.1ppm时随着反应时间的延长,腐蚀率降低,其腐蚀率数据优于循环冷却水系统的实际运行控制值。

    2016年河南某电厂开展臭氧处理循环冷却水的动态模拟试验,浓缩倍数为6,在动态试验装置内进行了腐蚀率测定。采用了20#碳钢和304不锈钢两种材质的挂片,在热交换器前后均悬挂了两种挂片,在一个试验周期结束后,腐蚀率数据如下:

    该数据表明采用臭氧处理循环冷却水时,其腐蚀率远低于国标要求,说明臭氧具有良好的缓蚀效果。

    6结语

    臭氧技术处理循环冷却水具有良好的缓蚀效果,主要原因如下:

    (1)臭氧能在金属表面形成一层γ-Fe2O3氧化膜,增加了金属的抗腐蚀性能,降低了腐蚀速度。

    (2)采用臭氧处理时,循环水的pH值维持在8~9之间,呈弱碱性环境,减轻了腐蚀作用。

    (3)臭氧有效杀灭引起垢下蚀的微生物,防止点蚀。

责任编辑:殷莹莹

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