[发明专利]一种模拟管道在闭塞水和主体水中腐蚀产物测定的方法

说明书

本发明提出一种模拟管道在闭塞水和主体水中腐蚀产物测定的方法。所述方法包括模拟闭塞水和主体水中的腐蚀产物形成过程和腐蚀产物在避免氧化条件下的检测。闭塞区尺寸较小，实际管道中对于闭塞区以及闭塞区腐蚀产物的检测是很困难的。所以利用本装置同时模拟闭塞水和主体水中给水管道的腐蚀，取样后覆盖2mm除氧去离子水于管垢用拉曼光谱仪进行检测。本发明提供的方法，具有便捷、成本低廉、样品前处理方法简单、无损检测等优势，是一种新型的腐蚀产物研究方法。

技术领域

本发明属于城市饮用水管道腐蚀领域，涉及一种模拟管道在闭塞水和主体水中腐蚀产物测定的方法。

背景技术

中国在九十年代，供水管道主要包括冷镀锌管，灰口铸铁管，球墨铸铁管等金属管。经过多年的使用，金属管道出现了不同程度的腐蚀，大部分管道已达到使用寿命。但目前，由于管道水质和水力条件的影响，金属管道仍然是饮用水管网材料的主要选择。中国90％的饮用水管是铸铁管和钢管，美国是56.6％，意大利是67.2％。在饮用水输配系统中，金属管的内部腐蚀是常见的问题。随着使用时间的增加，腐蚀也会越来越严重，管道内壁也生成大量的管垢。管垢是造成水质恶化的重要原因之一，如“红水”现象。

典型的管垢具有多孔结构并且基本上由三层组成：(1)表面层，(2)硬壳，和(3)多孔层。Sarin的研究表明，管垢的孔隙度达到40-55％。管垢孔隙内含有颗粒及液体，在前人研究的基础上，我们对管垢空隙内的水，即闭塞水进行了深入分析。研究发现闭塞水水质于流动水水质存在很大差异。闭塞水示意图如图1所示。两种不同类型的水：(1)主体水-即饮用水输配系统中输送的水，(2)闭塞水-给水管道内部腐蚀管垢孔隙中的水。闭塞水呈厌氧，弱酸性，富含大量的离子如铁，锰，氯和硫酸盐。由于目前学者对闭塞水的研究较少，闭塞水腐蚀产物和主体水中腐蚀产物的差异性还没有深入研究。国内外学者对管垢的物理化学性质进行了大量研究，得到了相似结果。但管垢在接触氧气后会发生氧化导致成分发生变化，目前多数研究都将管垢进行空气干燥后进行分析测试，使之成分发生了改变。虽然一些学者利用惰性气体保存管垢进而分析测试，但取样过程中不可避免接触空气而发生氧化。因此，十分必要对腐蚀产物进行原位分析，以防止成分发生变化。常规的原位分析装置成本较高，而且能实现原位检测的装置较小。从实验成本和可操作性上大大限制了对于管道腐蚀的原位检测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种能较好保证样品不被氧化的条件下对闭塞水和主体水中的腐蚀产物进行分析。由于闭塞水的环境是呈弱酸性、厌氧、高离子浓度的状态，所以腐蚀产物也是在厌氧条件下产生的。现有的技术无法实现原位对闭塞水和主体水的腐蚀产物进行分析，所以本发明采用除氧去离子水覆盖结合拉曼光谱仪对腐蚀产物进行分析测定，以及利用拉曼光谱技术获得主体水和闭塞水腐蚀产物形成过程。

具体技术方案为：

一种模拟管道在闭塞水和主体水中腐蚀产物测定的方法，包括如下步骤：

第一步，连接实验装置，该装置由三部分组成，分别是主体水区域、管垢区域以及闭塞水区域；主体水区域通过管垢区域与闭塞水区域连通；模拟了真实管道闭塞区和主体水区域的状态。整个装置仅在主体水区域设置进、出水口；主体水区域用蠕动泵连接，以模拟主体水的流动状态；并将打磨后的两个管材片用镊子分别放于主体水区域和闭塞水区域中；用恒流电源正极连接闭塞水区域中的管材片，负极连接主体水区域的管材片，将模拟自来水倒入主体水区域，除氧的模拟闭塞水倒入闭塞水区域，管垢区域添加混合管垢，连接电源加1mA的电流以加快腐蚀速率，并启动蠕动泵，根据要求运行指定时间；

第二步，取样，准备好除氧的去离子水和玻璃培养皿；将主体水区域和闭塞水区域中的管材片用镊子取出，迅速放于培养皿中并用除氧的去离子水覆盖；

第三步，测试待测样品

将待测样品置于拉曼显微镜下，并用挡板遮住待测样品，避免风的干扰；调节拉曼光谱仪，进行测试，获得不同腐蚀时间下，主体水区域和闭塞水区域中管材的腐蚀产物。