污水处理工程的防腐设计 6页

'污水处理工程的防腐设计摘要:本文介绍了污水处理工程中埋地管道特点、常用的防腐方法,提出在该条件下最适宜的防腐蚀方法和技术保证措施。池、槽类混凝土基层的表面状态,对防腐蚀工程质量有多方面重大影响。表面状态难于界定是主要隐患,只有通过抹面、封闭等平整、密实措施解决。关键词:污水污水处理污水处理池、槽埋地管道防腐质量粗糙度平整度污水处理系统工程防腐的特殊性无论是材料及结构的性质、基层的表面特征、腐蚀的环境及腐蚀造成的影响等,对污水处理系统池、槽等混凝土表面与钢铁表面的防腐蚀均有极大差异,对防腐蚀的设计与施工有其特殊的要求,下面就具体介绍一下管道及混凝土结构建筑的防腐设计。一、污水处理工程埋地钢质管道的防腐近年我国不少城市兴建了污水处理场。城市污水处理工程中输水管道大多为埋地敷设的钢质管道,其腐蚀问题是污水处理工程中的一大难题,埋地输水管线的质量和寿命直接影响着整个工程。因此,做好城市污水处理工程中埋地管道的防腐至关重要。1埋地管道的特点(1)腐性特点城市污水处理工程中埋地管道的腐蚀主要是土壤腐蚀,其特点是管道布置分散,土壤条件复杂,因此腐蚀机理复杂。土壤腐蚀有土壤中的盐、水、氧气等与钢管构成的电化学腐蚀、微生物侵蚀。由于城市地下电气设施、电缆较为密集,杂散电流的腐蚀也比较严重,穿过工厂附近的管线甚至还可能受到酸或碱介质的化学腐蚀。(2)受力特点城市埋地管线常常穿过道路、建筑物、河流等,受压情况复杂。另外,在管道埋地回填过程中可能受到石砂的冲撞和挤压破坏。(3)检修困难埋地管道一旦受到腐蚀破坏不易检查和维修,使腐蚀加剧。在检修时往往会造成环境的破坏。由于这一特点,埋地管道及其防腐的设计寿命一般要求在20-30年以上。2防腐层要求根据城市埋地污水管道的特点,管道的防腐层应能满足下列基本要求:(1)具有良好的耐化学腐蚀性能;(2)良好的绝缘性能和致密性,防止电化学和杂散电流的腐蚀; (3)耐细菌腐蚀;(4)有一定的机械强度,防止搬运和埋地过程中受到机械破坏;(5)施工简便、安全,满足现场施工要求等。另外,在特殊地区还有一些特殊要求,如耐寒性等。3常用防腐方法可用于城市污水埋地管道防腐的方法有以下几种:(1)石油沥青一玻璃纤维布涂及层这种防腐方法以前在输油管道使用较多,现正在被淘汰。其优点是原料来源广,造价低。缺点是不耐细菌腐蚀,物理性能差,施工环境恶劣。(2)氛磺化聚乙烯涂料一玻璃纤维布涂及层这种方法防腐效果较好,施工温度范围广,可与阴极保护配合应用。但表面处理要求高,涂层较薄,机械强度低。曾在上海黄浦江引水工程中应用。(3)环氧煤沥青涂料一玻璃纤维布涂履层这种方法耐化学、电化学腐蚀性好,耐细菌腐蚀,机械强度高,适用范围广。可与阴极保护配合应用。缺点是不能在低温(0℃以下)下施工,表面处理要求高。目前在城市污水处理工程上应用较多。(4)聚乙烯绝缘胶带包及防腐层这种方法施工方便、易修补,防腐性能好。但是机械强度低,耐阴极剥离性能差,不宜与阴极保护配套应用,在异型件上密封性差。在石油和天然气输送管道应用较多。(5)熔结环氧涂层熔结环氧涂层的优点是防腐性能好,机械强度高,施工效率高,与阴极保护有良好的配合。但涂层施工要在车间内进行,现场修补时要采用其它方法(如液态环氧树脂)。熔结环氧涂层在国外应用较为普遍。(6)阴极保护是一种先进的防腐蚀应用技术,防腐效果好,寿命长且可预见,可监控管道的运行和腐蚀状况。须与防腐涂层配套使用。工业水管道和长输管道应用很多,而且效果良好。4埋地管道的防腐注意事项从材料的性能、施工、造价及使用效果等全面衡量,环氧煤沥青涂料一玻璃纤维布涂覆层是现今城市污水处理工程埋地管道较为理想的防腐方法。从技术性能看,熔结环氧涂层是一种值得推广的防腐方法。在使用中还应注意以下几点:(1)采用阴极保护单独的外防腐层在使用过程中往往存在不可预见的破坏,造成管道的局部腐蚀,采用阴极保护不仅能更有效地提高防腐能力, 而且可以在地面上监控管道的腐蚀和运行状况、准确设计和预测管道的寿命,更适宜于城市污水处理工程应用。实施阴极保护时,在铁路和电气设施附近的管段增加牺牲阳极的数量等。(2)在酸、碱性较强和盐份含量高的土壤、过河管段等采用加强或特加强防腐(3)穿过公路、铁路的管段应在管道外设置套管保护。(4)管道下地前管沟内应铺垫细砂,回填时宜首先填充细砂和软土,避免用石块、砖块直埋。二、污水处理系统钢筋混凝土结构建筑的防腐我国的水质污染的治理已刻不容缓,“污水处理”是环保的一项极为重要的内容。该系统的各类污水池、槽大多为钢筋混凝土构造,腐蚀问题比较突出,如何进行有效地防腐蚀,不仅关系到环保的投资效率,同时也避免系统自身因腐蚀而造成的污染。据1999年《中国环境状况公报》,我国1999年用于环保的投资达823.2亿元,占国内生产总值的1%,但是情况仍不容乐观。环保的投资是巨额的,显然搞好防腐蚀对国家,对人民都具有重大意义。由于钢筋混凝土结构的特殊性,环保工程的防腐效果差异甚大,工程中各类质量事故时有发生,其中有设计、施工及管理等多方面的原因。（一）充分分析混凝土的构造特征及其对防腐的相关特殊要求,采取相应地有效措施,是保证该系统防腐工程质量的关键。污水处理的混凝土结构基层表面防腐的特殊性大致有以下方面:（1）腐蚀环境的综合性污水处理系统的腐蚀介质一般是比较复杂的,例如酸、碱、盐、有机物等混合或交替出现,远非生产条件下的设备或厂房区域的腐蚀介质那样相对稳定。（2）构造及其表面状态的特殊性混凝土表面具有疏松、粗糙、多孔及显微裂纹等特点,对防腐的各类覆盖层的粘接力、抗渗性等方面极为不利,在这样的构造表面进行防腐,显然比钢铁表面更不易保证质量,仅混凝土表面的高气孔率极易吸水这一点,对防腐施工就有多方面影响。（3）防腐蚀措施的大修及维护保养比较困难混凝土结构日常维护保养比较困难,一旦被腐蚀后,重新防腐困难就更大,效果更难保证。尤其是污水处理系统投人使用后,不仅在于经污水污染后难于达到防腐所要求的表面处理质量,更因该类构造大部分在地下或半地下,有的甚至是半封闭式,仅池内的湿度就很难达标,特殊的施工环境,甚至使防腐的检修难于进行。（4）腐蚀造成的特殊影响与设备比较,没有大修更换的任何可能性,一旦腐蚀介质渗透, 钢筋锈蚀引起混凝土开裂,补救措施很难凑效,而且许多大型池槽采用分格式,池体相连,一处损坏波及整体,很难控制,腐蚀危害更大。显然,为确保工程质量,防腐的设计与施工应充分考虑上述一些特殊情况。（二）防腐工程质量的设计因素设计包括土建及防腐两个方面。1、关于土建设计GB50046-95规范虽有一些原则规定,但是这类构筑物的建筑设计,未充分考虑防腐对基层质量的特殊要求,或设计中缺乏明确质量指标是最常见现象,在密实性、平整度方面尤为突出。(l)表面密实性孔隙率高、蜂窝、麻面等必然影响防腐涂层的绝缘性,粗糙疏松的表面不仅直接影响涂层或衬层的结合力,更因这样的表面极易吸湿,对各种防腐层粘结状态有显著影响,是大部分防腐工程质量事故的主要原因。混凝土的表面状态取决于混凝土的配合比、灌浇方式、模板质量及形式等多方面因素。例如现在使用较多的钢制模板,收水性较差,容易出现表面缩孔,形成麻面。大多数情况下不经抹面的混凝土表面很难达到防腐要求,如以树脂砂浆或胶泥作抹面层,则价格昂贵不太现实;如用水泥砂浆,则按GB50046-95规范,“不宜抹面”,原因是基于砂浆抹面层结合力不好,容易脱落,如何解决这一矛盾是一个现实问题。HG/J20578-96规定,必须找平时,宜采用聚合物改性水泥砂浆,但问题又在于如何判别是否“必须”,这里存在规范执行的可操作性问题。我国现行有关规范,对混凝土表面状态的规定,只限于定性的概念,缺乏定量指标,但影响表面状态的因素较多,池、槽类构造表面状态的差异极大,而且因混凝土结构特征,决定了类似孔隙率高、各类宏观(0.1-0.3mm)及显微裂纹等缺陷必然存在,只是程度问题。当这种“程度”难于明确界定,又缺少相应检测手段的情况下,实际工程中就不得不在抹面是“必要”或“不必要”之间,作艰难的或者盲目的选择,漏弊也就不可避免。(2)表面平整度混凝土表面的平整度对防腐层的结合力有很大影响,无论是油漆、树脂玻璃钢,还是树脂胶泥,在固化、成膜过程中都有一定的收缩率,体积收缩的结果对防腐层产生张力。当这种张力大于材料自身的抗张强度时产生开裂。大于粘接力时,在不平整表面的低凹处,首先脱粘形成气泡。显然,由于内衬树脂玻璃钢强度较高,脱粘的趋势更明显,平整度对粘接力的影响就更大。玻璃钢的线胀系数是混凝土的10倍左右,在使用过程的热胀冷缩作用下,气泡边缘的粘接界面上易产生疲劳,使脱粘面进一步发展扩大。污水池的气相及气液界面附近温差大,这种脱粘趋势更明显,实际上这些区域也确是衬层破坏事故发生频率最高,最易出现早期失效的薄弱环节, 与池面的平整度密切相关。在树脂胶泥砌衬板块材施工中,如果基层表面平整度差,低凹处容易造成结合层(垫层)胶泥厚度超标,固化收缩及热胀冷缩形成局部应力,同样易使厚薄不均匀的胶泥结合层脱粘或疲劳开裂。平整度不仅影响玻璃钢的结合力对衬里层的密实性、抗渗性也有显著影响,特别在使用类似2mm以上厚布时这种影响将更突出。原因在于厚布刚性较大,不易与凹坑底部形成良好粘合,导致布与基层间的空隙在布面施胶时,胶料与基层的粘附性能较差,使胶料沿布面流动,部分填人凹坑内,再从坑内沿下侧布的网眼流出布面,结果在低洼的基层表面与衬层间形成气泡、凹坑面上胶流失形成衬层的贫树脂区,凹坑下侧衬层树脂富集并在布面出现流挂.综上所述,混凝土表面的平整度、密实性、粗糙度等对防腐工程质量有重大影响,因此,把一个难于界定的混凝土自然表面通过抹面找平措施,成为一个可以控制的二次加工面似有必要。因为通过抹面至少可以按“木抹光、铁板光、压光”等不同施工方式产生的不同效果加以区分,达到不同要求。如加以规定压光后经一定等级标准的轻度喷砂打毛,则表面的粗糙度更易控制。问题只在于如何采取掺加聚合物等措施提高抹面层的结合力。2.关于防腐方案的设计根据混凝土的结构特征,防腐方案设计时对一些特殊要求应予以更多的重视。如措施选择、材料选用、结构形式及表面处理要求等方而。(l)选材及结构由于污水处理系统腐蚀介质的综合性,防腐材料选用相对困难,实际上能同时耐各种浓度的酸、碱、各类有机物的理想材料是很难找到的。因此分析污水成分,确定主要腐蚀介质,以此为依据选择材料是一种重要手段,应避免简单地参照有关设计。同时采用复合的防腐层构造及儿种材料的共混改性,往往是比较有效的二种途径。以树脂玻璃钢内衬为例,综合性能较好的仍首推环氧,如再加以吠喃等树脂的共混改性,更能获得几种性能兼备的效果。(2)关于玻璃钢内衬各种树脂玻璃钢在污水处理工程中应用比较广泛,但有关在混凝土表面进行内衬的许多技术问题仍值得研究根据本公司的施工实践,这里重点针对混凝土基层这一特殊状态,就有关影响质量的设计因素进行一些分析与探讨。1、关于玻璃布的选择。为了加厚衬层,提高衬层的强度及抗渗性而选择厚布,这是一个误区。虽然厚布强度确实更好,问题在于钢筋混凝土的结构强度并不依靠衬层。衬层的自身强度也不应以其断裂强度来衡量,因为在内衬层受力的情况下,引起的树脂及树脂与玻璃纤维间的界面显微裂纹,导致介质渗透、腐蚀、脱粘的过程早在衬层断裂前就已发生,所以即使产生局部断裂, 影响也只局限于局部而已。衬层厚度与抗渗性并无直接的因果关系,抗渗性取决于胶含量及布胶界面的粘结状态,达到同样厚度的衬层,厚布的胶含量一般均低于薄布。另外,由于树脂胶液对薄、稀布的浸润性,胶在布中的分散性更好,整体性能更好,抗应变性能因此也优于厚布玻璃钢,特别如我们前面提到的因基层平整度的影响,厚布衬层胶料分布更不均匀、抗渗性就更差,因此在污水工程中不宜采用0.2mm以上的厚布,以增加层数来保证衬层的必要厚度,效果更好。至于胶含量高,衬层收缩率要高一些。这一矛盾可以通过改进胶料的配方加以有效地控制。2、关于连续法与间断法的选择。通常情况下连续法的整体性更好,施工周期短,被较多采用。但对一些低分子易挥发份含量较高的树脂,例如酚醛树脂、吠喃树脂等应采用间断法。除该因素外,针对污水处理工程的池槽大多在地下或半地下,环境湿度容易偏高特别在南方沿海一带地下水位较高,在池内既存在环境与大气温差,也有环境与基层表面的温差,间断贴布更容易因作业面吸湿影响层间结合力,影响衬层的整体性。施工中经常会遇到虽然大气湿度不高,但池内已有表面结露的情况,这是污水处理工程中池、槽的特殊性之一,因此宜采用连续法贴衬,同时加强通风以保证工程质量。(3)涂装防腐涂装防腐设计中,一个重要指标是关于涂层总厚度的选定。GB50046-95规范对弱腐蚀环境中的储槽、污水处理池,分别规定了所需涂层的最低厚度,但是所需涂层厚度因涂料品种性质不同而有所区别,过厚的涂层不仅因体积收缩影响其结构强度,而且对基层的粘接力有较大影响,有关试验表明,涂层从35-100μm间厚度增加对粘接力无影响,当厚度超过100μm,继续增加,粘接力将明显降低。在粗糙、不平整的表面,涂层不均匀易局部超厚,成膜的收缩应力就大,更易导致开裂、起壳,因此规范应根据不同环境及不同性质的涂层,规定适宜的总厚度范围。(4)特殊部位的增强措施考虑许多污水处理池存在悬浮物及结疤，这可能导致腐蚀介质在悬浮物及结疤中选择性地浓缩,同时气液交界面上如有鼓泡等搅拌过程或存在冲刷,这些局部区域出现防腐层早期破坏的情况比较常见,除了在选材时应考虑上述因素,采取局部加强措施是必要的。参考文献：《全面腐蚀控制》《棍凝土和钢筋混凝土的腐蚀及其防护方法》《腐蚀与防护手册》《城市污水处理工程埋地钢质管道的防腐》《化工设备、管道外防腐设计规定》《埋地钢管的防腐及技术经济评价》'