防腐彈性材料在污水處理池防腐中的應(yīng)用研究

毛俊軒，潘 林，李文輝，熊 婷

(成都硅寶科技股份有限公司，四川 成都 610041)

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防腐彈性材料在污水處理池防腐中的應(yīng)用研究

毛俊軒，潘 林，李文輝，熊 婷

(成都硅寶科技股份有限公司，四川 成都 610041)

指出了成都硅寶科技股份有限公司針對(duì)污水處理池的腐蝕問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種防腐彈性材料，并進(jìn)行了耐酸堿性能研究。結(jié)果表明：在含氫氟酸的強(qiáng)腐蝕性混合酸及高濃度氫氧化鈉溶液中長(zhǎng)期處理后，性能保持率高，耐酸堿性能優(yōu)異。經(jīng)實(shí)際工程案例證明，該材料作為污水處理池防腐內(nèi)襯使用，防腐效果好，施工簡(jiǎn)單，易修補(bǔ)。

污水處理池；腐蝕滲漏；防腐；耐酸堿；彈性材料

1　引言

國(guó)務(wù)院在2015年印發(fā)了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》[1](簡(jiǎn)稱“水十條”)，要求全面控制污染物排放，加強(qiáng)水污染防治力度。目前，水污染最為嚴(yán)重的，當(dāng)屬工業(yè)水污染。針對(duì)工業(yè)集聚區(qū)的水污染現(xiàn)狀，要求現(xiàn)有工業(yè)集聚區(qū)排放的廢水必須經(jīng)預(yù)處理達(dá)到集中處理要求，方可進(jìn)入污水集中處理設(shè)施。

污水處理池是工業(yè)污水處理系統(tǒng)必備的設(shè)施，目前在石油、化工、濕法冶煉、火力發(fā)電、制藥等領(lǐng)域均有應(yīng)用，主要用于工業(yè)污水的處理，以達(dá)到滿足排放標(biāo)準(zhǔn)、保護(hù)水環(huán)境的目的。通常工業(yè)污水處理需經(jīng)過(guò)化學(xué)處理，方可達(dá)到水、污分離的效果。處理過(guò)程中，組成復(fù)雜的工業(yè)污水將對(duì)污水處理池產(chǎn)生不同程度、不同類型的腐蝕，如強(qiáng)酸腐蝕、強(qiáng)堿腐蝕、電化學(xué)腐蝕等，造成污水處理池滲漏，導(dǎo)致周邊地下水的污染。調(diào)查顯示，造成污水處理池滲漏破壞的主要因素，即為工業(yè)污水的強(qiáng)腐蝕性。因此，有針對(duì)性地對(duì)污水處理池進(jìn)行防腐保護(hù)，提高防腐層防腐壽命，保證污水處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是目前環(huán)保工作的重要課題[2]。筆者對(duì)國(guó)內(nèi)常用的工業(yè)污水處理池防腐技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比介紹，并對(duì)防腐彈性材料在污水處理池中的應(yīng)用可行性進(jìn)行了研究和探討。

2　國(guó)內(nèi)污水處理池防腐技術(shù)

工業(yè)污水處理池是專門針對(duì)處理工業(yè)污水而建的環(huán)境保護(hù)設(shè)施，其作用是對(duì)工業(yè)污水中的重金屬及有害物質(zhì)進(jìn)行沉降，中和污水酸堿度，并對(duì)工業(yè)污水進(jìn)行消毒凈化處理，以滿足工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

針對(duì)工業(yè)污水處理池復(fù)雜的腐蝕工況，目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的污水處理池防腐技術(shù)主要包括以下三種。

2.1玻璃鋼襯里

玻璃鋼襯里是利用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(俗稱“玻璃鋼”)結(jié)構(gòu)在混凝土基礎(chǔ)上形成厚度為1～3 mm之間的玻璃鋼襯里防護(hù)層，達(dá)到防腐的目的。該技術(shù)選用的固化體系通常為環(huán)氧樹(shù)脂，常用固化劑類型為胺類或酸酐類。

玻璃鋼襯里作為污水處理池的防腐層，具有抗?jié)B透性好、與基材附著力優(yōu)、施工簡(jiǎn)單、造價(jià)適中的優(yōu)點(diǎn)。但是，玻璃鋼襯里中的環(huán)氧樹(shù)脂在強(qiáng)酸性介質(zhì)作用下，交聯(lián)結(jié)構(gòu)易分解，導(dǎo)致防腐層老化，使玻璃鋼襯里喪失防腐性能。另外，胺類固化毒性大，且為了降低樹(shù)脂粘度，環(huán)氧樹(shù)脂中通常需要加入溶劑，均會(huì)對(duì)施工人員的身體危害極大[3]。

2.2樹(shù)脂鱗片膠泥襯里

樹(shù)脂鱗片膠泥襯里, 是將耐腐蝕樹(shù)脂、玻璃鱗片與其他助劑和填料混合制成一種膠泥材料，將其與固化劑混合，并涂覆與基材表面，固化后形成的一種耐腐蝕內(nèi)襯。

根據(jù)耐腐蝕樹(shù)脂的不同，鱗片膠泥主要包括兩種，分別是環(huán)氧樹(shù)脂鱗片膠泥和乙烯基樹(shù)脂鱗片膠泥。因環(huán)氧樹(shù)脂自身的性能缺陷，導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂鱗片膠泥與前述玻璃鋼襯里一樣，存在強(qiáng)酸性介質(zhì)作用下耐腐蝕性能較差的問(wèn)題。乙烯基樹(shù)脂鱗片膠泥采用的基礎(chǔ)樹(shù)脂是環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂，具有更優(yōu)的耐腐蝕性和良好的機(jī)械性能，且與基材粘接性優(yōu)異。另外，因膠泥中使用了片狀屏蔽填料玻璃鱗片，使得該材料具有更加優(yōu)異的抗?jié)B透性和耐磨性，且作為膠泥材料，具有局部破壞后易修補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)。但是，作為一種樹(shù)脂類材料，其彈性較差，在高低溫循環(huán)及機(jī)械振動(dòng)作用下，局部易發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂[4,5]，最終導(dǎo)致整個(gè)防腐系統(tǒng)的腐蝕破壞。此外，其使用溫度也不能超過(guò)100℃，并且成本較高，目前國(guó)內(nèi)還未廣泛應(yīng)用。

2.3耐腐蝕塊材砌筑

耐腐蝕塊材砌筑即使用膠泥材料作為基材和塊材之間的粘結(jié)劑，按由低往高，先地坑、地溝，后地面、踢腳板或墻裙的順序進(jìn)行耐腐蝕塊材的砌筑。

耐腐蝕塊材的主要成分是SO2，包括耐酸磚、各類耐腐蝕石材，其具有耐腐蝕性能好、耐溫性良、吸水率小、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)。但是，耐腐蝕塊材砌筑施工難度大，局部破壞時(shí)，需要進(jìn)行大面積拆除修復(fù)，工程造價(jià)較高[3]。另外，粘結(jié)劑防腐性能的優(yōu)劣，同樣決定者整個(gè)防腐系統(tǒng)的防腐效果。目前應(yīng)用較多的，仍為環(huán)氧樹(shù)脂類或環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂類粘結(jié)劑，其中環(huán)氧樹(shù)脂類粘結(jié)劑耐腐蝕性能一般，而環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂類粘結(jié)劑造價(jià)高，且二者均易發(fā)生局部應(yīng)力開(kāi)裂。

3　硅寶防腐彈性材料及其應(yīng)用研究

硅寶防腐彈性材料是硅寶科技股份有限公司研發(fā)的一款工業(yè)防腐專用有機(jī)粘合劑產(chǎn)品[6]。該產(chǎn)品具有優(yōu)異的耐酸堿性能，可長(zhǎng)期耐受80℃以下強(qiáng)腐蝕性混合酸液及強(qiáng)堿溶液的腐蝕。同時(shí)，該產(chǎn)品與污水處理池常用基材混凝土具有優(yōu)異的粘接性，使用過(guò)程中不會(huì)發(fā)生防腐層脫落現(xiàn)象，有效保證污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行[7～9]。另外，該材料具有良好的彈性，可避免應(yīng)力破壞的出現(xiàn)。為證明硅寶防腐彈性材料優(yōu)異的耐酸堿性能，進(jìn)行了如下性能應(yīng)用研究。

3.1加速老化測(cè)試條件

根據(jù)國(guó)內(nèi)某污水處理池混合酸液的組成，將其濃度提高5倍，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的強(qiáng)腐蝕性酸液氫氟酸，作為評(píng)價(jià)硅寶防腐彈性材料耐酸性能的實(shí)驗(yàn)混合酸液，如表1所示。

表1　實(shí)際酸液與實(shí)驗(yàn)酸液組成

據(jù)了解，常見(jiàn)工業(yè)污水池中，堿液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為10%，為短時(shí)間內(nèi)評(píng)價(jià)硅寶防腐彈性材料的耐堿性能，實(shí)驗(yàn)酸液采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的氫氧化鈉，如表2所示。

表2　實(shí)際堿液與實(shí)驗(yàn)堿液組成

另外，污水處理池中的介質(zhì)溫度一般介于20～80 ℃，本實(shí)驗(yàn)中選擇峰值80 ℃作為加速老化溫度。

3.2加速老化測(cè)試結(jié)果及分析

在以上加速老化測(cè)試條件下，硅寶防腐彈性材料性能測(cè)試結(jié)果如圖1～2所示。

由測(cè)試結(jié)果可知，硅寶防腐彈性材料在80 ℃高濃度混合酸液條件下處理60 d后，拉伸強(qiáng)度保持率和斷裂伸長(zhǎng)率保持率均大于80%，耐酸性能優(yōu)異；在80 ℃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的氫氧化鈉中處理60 d后，拉伸強(qiáng)度變化很小，斷裂伸長(zhǎng)率保持率大于75%，耐強(qiáng)堿性能優(yōu)異；強(qiáng)混酸或強(qiáng)堿條件下處理30 d后，測(cè)試結(jié)果趨于穩(wěn)定，即防腐彈性材料性能趨于穩(wěn)定。

圖1　80 ℃條件下防腐彈性材料的耐混酸腐蝕性能

圖2　80 ℃條件下防腐彈性材料的耐堿腐蝕性能

根據(jù)“范特霍夫”規(guī)則，當(dāng)溫度升高10 ℃時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)增加2～4倍，因此，80 ℃條件下混合酸液或強(qiáng)堿溶液對(duì)防腐彈性材料的腐蝕速率是70 ℃時(shí)的2～4倍，是60 ℃的4～16倍，以此類推，在溫度較低的污水處理池中使用，硅寶防腐彈性材料具有更長(zhǎng)的防腐壽命。同時(shí)，鑒于以上加速老化實(shí)驗(yàn)用混合酸液的濃度是實(shí)際工況下的5倍左右，強(qiáng)堿溶液的濃度也是常見(jiàn)污水池堿液濃度的3倍以上，加速老化試驗(yàn)的腐蝕速率遠(yuǎn)高于實(shí)際工況。另外，硅寶防腐彈性材料在短時(shí)間高溫處理后，彈性保持良好，可避免因熱脹冷縮或高溫硬化而產(chǎn)生的應(yīng)力集中導(dǎo)致的防腐層開(kāi)裂或脫落現(xiàn)象發(fā)生，因此，該材料可耐受特殊污水處理池的瞬時(shí)高溫情況。綜上，作為一種綜合性能優(yōu)異的防腐材料，硅寶防腐彈性材料可為污水處理池的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保證。

硅寶防腐彈性材料施工工藝類似刮膩?zhàn)庸に?，操作?jiǎn)單，施工周期短。在使用過(guò)程中，即使因客觀條件導(dǎo)致局部破壞，將破壞部位進(jìn)行簡(jiǎn)單清理后，直接在破壞部位施膠即可完成修復(fù)工作，因此，該材料也可作為修補(bǔ)劑，為其他腐蝕破壞后不易修復(fù)的防腐系統(tǒng)提供一種良好的修復(fù)技術(shù)方案[10～13]。

4　工程案例

硅寶科技股份有限公司開(kāi)發(fā)的防腐彈性材料作為污水處理池內(nèi)襯防腐層，防腐性能優(yōu)異。圖3～5是硅寶防腐彈性材料在某電廠使用的工程案例，其中，圖3、圖4為施工照片，圖5為該方案使用5年后的照片。

圖3　硅寶防腐彈性材料工程案例

圖4　硅寶防腐彈性材料工程案例

圖5　硅寶防腐彈性材料工程案例

以上防腐內(nèi)襯系統(tǒng)在該污水池使用5年后，膠體性能仍保持良好，無(wú)酸液滲漏和膠層脫落現(xiàn)象，污水處理系統(tǒng)運(yùn)行良好。

5　結(jié)語(yǔ)

工業(yè)污水多為腐蝕性介質(zhì)，因化學(xué)處理方式的不同，工業(yè)污水處理池均存在不同程度、不同類型的腐蝕。目前常用的污水處理池防腐方案包括玻璃鋼內(nèi)襯、鱗片膠泥內(nèi)襯和耐腐蝕塊材砌筑。以上方案耐腐蝕性能有限，且均為剛性材料，長(zhǎng)期使用易發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂，導(dǎo)致防腐內(nèi)襯破壞、脫落[14～18]。

針對(duì)污水處理池的腐蝕環(huán)境，硅寶科技股份有限公司開(kāi)發(fā)了一種防腐彈性材料。經(jīng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)證明，該材料耐酸堿性能優(yōu)異，且克服了以上材料缺乏彈性的缺點(diǎn)。此外，該材料施工簡(jiǎn)單，與刮膩?zhàn)臃椒愃疲铱勺鳛樾扪a(bǔ)材料使用。使用硅寶防腐彈性材料進(jìn)行污水處理池防腐，已得到大量工程實(shí)踐的充分證明。

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2016-06-21

毛俊軒(1986—)，男，碩士，主要從事防腐彈性材料的研制工作。

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1674-9944(2016)16-0146-03