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背景介紹：

在預(yù)防傳染病緊急防疫消毒、疫區(qū)和災(zāi)區(qū)消毒、醫(yī)院醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)境消毒、家居民用消毒等情況下，通常會使用含氯消毒片。

含氯消毒片中含有大量氯離子，可用于消除水中的細(xì)菌和有機物。含氯消毒片能起消毒作用主要是溶解在水中后起化學(xué)反應(yīng)生成次氯酸，它的體積很小，呈電中性，再加上其極強的穿透能力，使其能迅速地擴散至細(xì)菌表面（多帶負(fù)電荷)，并進入微生物體內(nèi)，次氯酸主要通過破壞微生物體內(nèi)的多種酶系統(tǒng)（例如氧化磷酸葡萄糖去氫酶的疏基）達到使微生物死亡的效果。次氯酸很不穩(wěn)定，易釋放出新生態(tài)氧與水中的銨鹽、亞硝酸鹽、H2S、FeO以及有機物腐敗后產(chǎn)生的物質(zhì)相結(jié)合，氧化水中的有機物及部分有機物，從而抑制微生物的生長繁殖。

但大量消毒片投加至排水管道中會有許多危害：

1 對于鋼制管道：

首先消毒片中含有酸性物質(zhì)，遇水之后發(fā)生溶解，使得溶液環(huán)境呈酸性環(huán)境，以取得一個滿意的消毒效果。但大量投放消毒片會使水的PH值降低，對金屬管道產(chǎn)生以下2個主要影響：

(1) pH直接影響電化學(xué)腐蝕中的陰極反應(yīng)過程，當(dāng)pH值降低時，陰極中氫離子和氧的反應(yīng)將更易發(fā)生，從而促進電化學(xué)腐蝕反應(yīng)的順利進行，加大金屬管腐蝕；

(2) pH值減小，沉積于金屬管內(nèi)壁的腐蝕產(chǎn)物更易溶解，使金屬管內(nèi)壁保護膜穩(wěn)定性變差，間接加劇金屬管的腐蝕。另外，pH的改變還會對水的導(dǎo)電率及水中所含的影響腐蝕反應(yīng)的離子濃度產(chǎn)生影響，最終影響金屬管道的腐蝕情況。

其次大量投放含氯消毒片會使水中氯離子濃度升高，氯離子對金屬腐蝕特點如下：

1）氯離子對金屬腐蝕的影響表現(xiàn)在兩個方面：一是降低材質(zhì)表面鈍化膜形成的可能或加速鈍化膜的破壞，從而促進局部腐蝕；另一方面使得CO2在水溶液中的溶解度降低，從而緩解材質(zhì)的腐蝕。

氯離子具有離子半徑小、穿透能力強，并且能夠被金屬表面較強吸附的特點。氯離子濃度越高，水溶液的導(dǎo)電性就越強，電解質(zhì)的電阻就越低，氯離子就越容易到達金屬表面，加快局部腐蝕的進程；酸性環(huán)境中氯離子的存在會在金屬表面形成氯化物鹽層，并替代具有保護性能的FeCO3膜，從而導(dǎo)致高的點蝕率。腐蝕過程中，氯離子不僅在點蝕坑內(nèi)富積，而且還會在未產(chǎn)生點蝕坑的區(qū)域處富積，這可能是點蝕坑形成的前期過程。它反映出基體鐵與腐蝕產(chǎn)物膜的界面處的雙電層結(jié)構(gòu)容易優(yōu)先吸附氯離子，使得界面處氯離子濃度升高。在部分區(qū)域，氯離子會積聚成核，導(dǎo)致該區(qū)域陽極溶解加速。這樣金屬基體會被向下深挖腐蝕，形成點蝕坑陽極金屬的溶解，會加速氯離子透過腐蝕產(chǎn)物膜擴散到點蝕坑內(nèi)，使點蝕坑內(nèi)的氯離子濃度進一步增加，這一過程是屬于氯離子的催化機制，當(dāng)氯離子濃度超過一定的臨界值之后，陽極金屬將一直處在活化狀態(tài)而不會鈍化。因此，在氯離子的催化作用下，點蝕坑會不斷擴大、加深。盡管溶液中的鈉 含量較高，但是對腐蝕產(chǎn)物膜能譜分析卻未發(fā)現(xiàn)鈉元素的存在，說明腐蝕產(chǎn)物膜對陽離子向金屬方向的擴散具有一定的擬制作用；而陰離子則比較容易的穿過腐蝕產(chǎn)物膜到達基體與膜的界面。這說明腐蝕產(chǎn)物膜具有離子選擇性，導(dǎo)致界面處陰離子濃度升高。

2）氯離子對奧氏體不銹鋼的腐蝕主要使點蝕。

機理：氯離子容易吸附在鈍化膜上，把氧原子擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合形成可溶性氯化物，結(jié)果在露出來的機體金屬上腐蝕了一個小坑。這些小坑被成為點蝕核。這些氯化物容易水解，使小坑能溶液PH值下降，使溶液成酸性，溶解了一部分氧化膜，造成多余的金屬離子，為了平很腐蝕坑內(nèi)的電中性，外部的氯離子不斷向空內(nèi)遷移，使空內(nèi)金屬又進一步水解。如此循環(huán)，奧氏體不銹鋼不斷的腐蝕，越來越快，并且向孔的高層度方向發(fā)展，直至形成穿孔。

3）氯離子對縫隙腐蝕具有催化作用。腐蝕開始時，鐵在陽極失去電子。隨著反應(yīng)的不斷進行，鐵不斷的失去電子，縫隙內(nèi)Fe2大量的聚積，縫隙外的氧不易進入，遷移性強的Cl-即進入縫隙內(nèi)與Fe2形成高濃度、高導(dǎo)電的FeCl2，F(xiàn)eCl2水解產(chǎn)生H，使縫隙內(nèi)的pH值下降到3～4，從而加劇腐蝕。

同時還會使水中電導(dǎo)率升高，從而促進離子與電子的遷移，導(dǎo)致管道腐蝕的加劇。以及未消耗氯離子會促進鐵離子釋放的的同時，導(dǎo)致自養(yǎng)型鐵細(xì)菌的繁殖，導(dǎo)致生物性的金屬管道腐蝕。

鑄鐵材料表面腐蝕原理

根據(jù)研究表明，大量的次氯酸鈉還會對腐蝕起促進作用，會增大腐蝕速率，此促進作用主要體現(xiàn)在腐蝕穩(wěn)定器5天后，腐蝕初期腐蝕主要由溶解氧濃度控制，加入次氯酸鈉對其影響微弱，5天后次氯酸鈉對管道的腐蝕起決定作用。

由于加入次氯酸鈉導(dǎo)致氯離子的增加，小半徑的氯離子可穿透腐蝕層，破壞了其穩(wěn)定性，使垢層結(jié)構(gòu)變得疏松多孔，無法緊密的附著在鑄鐵表面，同時增加了點蝕的幾率。剝落的腐蝕產(chǎn)物對水質(zhì)產(chǎn)生影響，同時減弱了腐使垢對內(nèi)部金屬的保護作用，促進了進一步腐蝕的發(fā)生。

同時次氯酸鈉作為強氧化劑在氧氣不足的情況下可以作為去極化劑直接參與電化學(xué)陰極反應(yīng)，從而加劇了腐蝕；同時次氯酸鈉可將二價鐵氧化為三價鐵，使陽極反應(yīng)生成的二價鐵減少，從而間接促進了陽極反應(yīng)的進行。且在該環(huán)境下，隨著時間推進形成致密的腐蝕層，不利于溶解氧的擴散，由于氯酸根還原產(chǎn)生的氯離子破壞了腐蝕層的完整性，使其變得稀松甚至導(dǎo)致脫落，增加了氯離子于金屬界面接觸機會增大了點蝕機率。

另外消毒片分解過程中，會釋放出活性氧，使得水中氧濃度升高，在腐蝕反應(yīng)中，水中活性氧作為主要電子受體參與其中，被還原成氫氧根離子，對金屬管道進行氧化，活性氧的增加還有助于加速鐵的原電池腐蝕反應(yīng)。

2 對于高分子管道：

大量投加消毒片會導(dǎo)致管道中產(chǎn)生大量二氧化氯，短時間內(nèi)噴出過量的強氧化性氣體。大量消毒片遇水分解會導(dǎo)致快速放熱，使得高分子管道內(nèi)溫度升高，導(dǎo)致管道受熱變形，管材發(fā)生膨脹導(dǎo)致破裂，發(fā)生泄漏。當(dāng)出現(xiàn)大量二氧化氯氣體，也會致使管道受壓力突然增大，導(dǎo)致高分子管道局部表面應(yīng)力超過其屈服強度，使得材料表面氧化層出現(xiàn)裂隙，內(nèi)部大分子鍵可能發(fā)生斷裂，分子鏈間出現(xiàn)相互滑移，材料內(nèi)部自由體積增加，導(dǎo)致氧的進入和擴散，加速材料的應(yīng)力老化。且高分子材料吸收熱能到一定程度后超過共價鍵鍵能，引起高分子材料的分子鏈斷裂，使其張力，強度減低，且因為有活性氧的存在，高分子材料的老化一旦開始便會自動加速。同時大量二氧化氯氣體不溶于水中，其稍受激發(fā)還可能引起爆炸事故。

同時有研究表明，大量添加消毒片還會促進PE管的腐蝕，隨著氯的投加量增加，對應(yīng)PE管道上的碳元素占比增加，氧元素比重減小，可推測在腐蝕初期管材中鈣元素和碳元素流失，在水中形成碳酸鈣，而隨著腐蝕的推進，該沉淀附著在管材表面堵塞管道。以及對于UPVC管來說，氯元素因其具有較強的擴散能力，大量參與UPVC管的腐蝕過程，管道出現(xiàn)裂縫腐蝕，UPVC管材性能大幅下降。

參考文獻：

[1] 杜婷婷. 不同組合消毒方式對供水管腐蝕影響的研究進度[D]. 北京：北京建筑大學(xué)，2016.

[2] 劉靜. 飲用水組合氯化消毒工藝研究[D]. 北京：清華大學(xué)，2009.

[3] 張雅軍，蘇乃特，許萍，等. 紫外線強化次氯酸鈉消毒對再生管網(wǎng)腐蝕的影響[J]. 中國給水排水，2015(9)：79-83.

[4] 李景新. UPVC管和PE管淺析[J]. 鐵道建筑，2008：404-405.

[5] 李子臣. PE管道管材性能探討[J]. Value Engineering, 2011: 59.

[6] 宋雅容，田一梅，史昱驍. 再生水氯消毒對管網(wǎng)腐蝕的影響[J]. 中國科技論文，2016，11(3)：336-340.

[7] 肖偉民，林耀軍，羅冬浦，等. 飲用水不同類型消毒劑對分質(zhì)供水管材溶蝕作用研究[J]. 給水排水，2004，30(1)：25-28.

專家介紹：胡 釗

就職于上海金屬腐蝕與防護技術(shù)有限公司，浙江中科未來科技研究院，高級工程師，長期從事金屬管道腐蝕控制技術(shù)研究，發(fā)表論文20余篇，發(fā)表專利30余項。