再生水利用腐蚀性因子监测与分析

□邢晨曦

再生水资源化利用是节水的重要途径之一，既能缓解水资源短缺，又能减少环境污染，从而改善生态环境，实现水生态良性循环，同时推动社会经济发展，具有可观的经济效益和社会效益。再生水水源不同处理方法不同，得到的再生水水质也不同，在再生水利用过程中会接触到钢筋混凝土或者金属器件等，因此对再生中可能对设备产生腐蚀的因子进行监测分析就格外重要。再生水利用前期需对水质进行定期监测，对再生水中腐蚀性因子浓度及变化规律进行分析研究，才能有针对性的进行二次深度处理。

1.再生水概述

1.1 再生水概念与应用领域

再生水又称（中水），指废水或雨水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。再生水来源很多，如日常生活中洗浴、洗衣、厨房等生活废水，以及城市污水厂二级处理出水等。

再生水应用领域：可以用于农田灌溉、园林绿化、工业生产、景观环境、及市政杂用等方面。

1.2 再生水利用现状

河北省是严重缺水型省份，强化节水是我省应对水资源严重匮乏的重要举措之一。2021年我省城市再生水利用率达到34%以上，为了进一步加强城镇污水处理提质增效，提升再生水利用水平，住房城乡建设部等部委出台了《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021年）》，为了落实方案重点任务，我省要求进一步加强再生水利用的设施建设，鼓励再生水优先利用的方面包括河道的生态补水，工业生产中冷却水、冲灰水，城市景观用水以及建筑、城市杂用等，同时有些城市可再生水资源的利用率相对较低，应继续加大再生水利用工作力度，提升再生水利用水平。

1.3 再生水处理方法

随着科学技术的发展，再生水的处理方法也有许多，依据再生水利用的处理技术，按照其机理不同，可大致分为生物化学处理法、物理化学法处理法和物理处理法等。

生物化学处理法：简称生化法，是利用存在于自然界中的各种微生物和细菌，通过其分解转化能力，将有机物变为无害物质，从而净化废水。此方法适用于有机物含量较高的废水。

物理化学处理法：基本方式是两种技术的结合，分别是混凝沉淀（气浮）技术、活性炭吸附技术。相比传统的二级处理水质有所改善，但运行成本较高。

物理处理法：主要指膜处理法（超滤膜、反渗透膜），优点是对悬浮物（SS）有很高的去除率。适用于水质变化大的情况。

除此之外对再生水的利用用途不同，对其水质要求也不同，必要时对其进行深度处理。

1.4 再生水利用水质

根据再生水利用的用途不同，对水质的要求也不同。如再生水利用于工业用水，其主要考虑因素为不引起设备腐蚀、管道腐蚀等，对设备维护和管理不造成困难，同时不影响设备结构，其主要衡量指标有pH值、硬度、溶解性总固体、钙、镁、氯化物、硫酸盐等，主要参考标准为《再生水水质标准》SL368-2006

2.再生水中的腐蚀性因子

我们所说的腐蚀性是个相对的概念，相同因子对不同物质的腐蚀性是不同的，因此只有针对一种或几种特定的物质时，才可以进行量化比较。现以某工厂经处理后的工业废水及生活污水为监测样本，一年的水质采样监测资料为基础，参照《再生水水质标准》SL368-2006进行评价分析，讨论再生水腐蚀性因子的影响，为再生水利用的二次深度处理提供依据。

2.1 pH值

pH值，亦称氢离子浓度指数，用来表示溶液中氢离子的活度，通常用来衡量溶液的酸碱度。虽然腐蚀性和pH值不存在直接关系，但是高浓度的氢离子(H+)或者氢氧根离子（OH-）都有较强的反应活性，从而体现出较强的腐蚀性。并且水的pH值大小也是其他化学反映的条件，因此认为水的酸碱性是衡量再生水腐蚀性的最基础指标。样品A的pH值监测成果见图1。

图1 样品A的pH值监测成果

由图1可见，此样品全年pH值的监测数据在7～8之间，符合《再生水水质标准》SL368-2006。

2.2 硫酸盐

硫酸盐对于钢筋混凝土也可称为腐蚀性因子，可以破坏钢筋混凝土的强度，也是不容忽视的水质参数。对于热电厂在低pH值再生水中硫酸盐（SO42-）的存在，对再生水利用系统有很大的腐蚀性隐患，碰到高硬度补充水还会产生沉淀。样品A的硫酸盐监测成果见图2。

图2 样品A的硫酸盐监测数据

由监测结果显示，此再生水样品中的硫酸盐含量相对稳定，集中在214mg/L～324mg/L，但硫酸盐其腐蚀性的大小相对材料、环境而定，具体腐蚀情况仍需继续研究。

2.3 溶解氧

溶解氧是指溶解在水中的分子氧，对于纯净未受污染的地表水来说，可以通过调查水体溶解氧大小了解水质污染情况，溶解氧越低说明污染越严重。但对于设备来说，金属在腐蚀中的主要电子接受体是溶解氧，溶解氧在金属的氧化过程中起着非常重要的作用，也能在亚铁（Fe2+）氧化物上或铁锈中起到作用，因此防止设备腐蚀必须考虑溶解氧的大小。样品A溶解氧监测数据见表1。虽然全部监测数值均高于0.1mg/L的标准限值，但是我们可以通过膜技术进行二次深度处理，从而降低水中的溶解氧。

表1 样品A溶解氧监测数据监测批次

2.4 氨氮

氨氮中的氮是铵离子（NH4+）里的氮以及游离氮（NH3）。高氨氮在条件适当的情况下，会继续硝化反应和反硝化反应，当水温适宜、氧气充足时，适宜发生上述反应。因为水中的硝化细菌把氨氧化成一种还原物质—亚硝酸盐，亚硝酸盐可以与氧化性物质氯发生反应，当水中添加含有氯杀菌剂的情况下，亚硝酸盐被氯完全氧化为硝酸盐后才会出现余氯，因此氯的除菌效果大大降低，从而使含氯杀菌剂被大量消耗，浊度增大、水变黑、水中泥增多。随着硝化反应碱度会耗损，循环水中的碱度会减少，pH值变小，硝化反应的速率降低，增加了腐蚀的风险。因此，再生水利用时必须考虑到氨氮的大小，样品A的氨氮监测数据见图3。

图3 样品A的氨氮监测数据

由图3可见，污水中的氨氮去除并不规律，从2mg/L～70mg/L。因此在对污水进行再生利用时，特别是用于工业循环冷却水系统时，对氨氮的二次处理工艺就显得尤为重要。

2.5 铁

再生水含铁离子（Fe3+）时，受热的金属表面会有铁垢形成。所形成的铁垢与金属表面存在电位差，会腐蚀金属的局部，容易造成金属穿孔或爆裂，所以危害性较大。样品A的铁监测数据见图4。

图4 样品A的铁监测数据

2.6 氯化物

氯离子（Cl-）是一种腐蚀介质，其渗透性较强，对钢筋混凝土尤其如此，当钢材表面接触到氯离子（Cl-）时，钢材表面的钝化层会被快速破坏，周围环境为强碱性时，氯离子（Cl-）所引起的点蚀仍会发生。样品A的氯化物监测数据见图5。

图5 样品A的氯化物监测数据

对于氯化物的腐蚀性，目前没有标准限值，建筑行业也未曾对氯化物导致钢筋混凝土的腐蚀有公认的阈值。氯化物的腐蚀性与湿度以及设备材料有关。由图5可见，再生水中氯化物的含量并不稳定，因此对于再生水利用时要对氯化物进行二次处理，从而保证仪器设备正常使用。

3.结论

再生水利用时，根据不同的利用用途以及设备的具体情况，考虑再生水中腐蚀性因子对设备的影响。通过对利用再生水的定期监测，了解所利用再生水特点及规律，进而选择合适的二次深处理设备以及方法，能够有效地实现再生水的重复利用，最终降低污染物排放总量，从而减少环境污染，促进城市的可持续发展。□