工業(yè)污廢水池防腐蝕工藝及防腐蝕失效探討

工業(yè)污廢水池防腐蝕工藝及防腐蝕失效探討

（上海富晨化工有限公司   上海 200233）

摘要：本文就常見的工業(yè)污廢水處理池中的防腐蝕工藝進(jìn)行了總結(jié)，包括對材料的選擇和工施工藝,同時也對各類常見防腐失效的原因從材料選型及工藝選擇、基體要求等方面進(jìn)行分析與總結(jié)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)污廢水  防腐蝕 工藝  失效 探討

一、     前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，大量新的工廠、礦山得以投產(chǎn)運(yùn)行。由于工藝原因，會產(chǎn)生大量的工業(yè)污水和廢水，原來相當(dāng)數(shù)量的廠礦企業(yè)會直接向自然界排放，而這些未經(jīng)處理的工業(yè)污水或廢水均含有大量的腐蝕性或有害性化學(xué)物質(zhì)，不僅污染了自然環(huán)境，同時對人類自身健康產(chǎn)生了巨大的威脅，嚴(yán)重影響了可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。為保護(hù)環(huán)境減少污染，國家通過立法要求對工業(yè)污廢水進(jìn)行處理，不能未經(jīng)處理而直接排放，因此許多廠礦均采用先進(jìn)環(huán)保工藝，新建或重建了污水或廢水處理設(shè)施，對工業(yè)污、廢水進(jìn)行合理、有效的處理，達(dá)標(biāo)后排放。

許多廠礦廠家也先后采用了先進(jìn)環(huán)保工藝，新建或重建了污水或廢水處理設(shè)施，但因?yàn)榉栏g材料選型、防腐方案設(shè)計(jì)及土建等多重因素，出現(xiàn)一些廢水池防腐蝕失效案例，主要問題體現(xiàn)為開裂、脫層、鼓泡、碳化、嚴(yán)重變色等，有局部問題，也有整體失效的，下面就這些問題我們對廢水池防腐效原因及工藝選擇作一探討。

二、     防腐蝕材料與工藝及常規(guī)出現(xiàn)問題

在污廢水處理池中，由于污廢水中含有大量的腐蝕性介質(zhì)，如含有廢酸、氧化性化學(xué)品等，對以混凝土為基礎(chǔ)的處理池其腐蝕性是較大的，未經(jīng)防腐蝕處理的砼處理池，一般情況下，2-3月個就會出現(xiàn)池表面的損壞、強(qiáng)度下降明顯。因此，必須對混凝土基礎(chǔ)的處理池進(jìn)行防腐蝕處理，下面就分別介紹幾種目前國內(nèi)比較常見的防腐蝕處理方法及可能出現(xiàn)的問題。

2．1玻璃鋼襯里

這是最常見的防腐蝕處理方法，它是利用玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱“玻璃鋼”或“FRP”）結(jié)構(gòu)在混凝土基礎(chǔ)上形成一層防護(hù)，玻璃鋼襯里具有整體性、抗?jié)B性好和造價合理的特點(diǎn)，同時選用適當(dāng)?shù)姆栏g樹脂就能夠達(dá)到良好的防腐蝕效果。在玻璃鋼襯里防腐蝕工法中，一般采用玻璃纖維加玻璃纖維短切氈或表面氈的復(fù)合結(jié)構(gòu)，厚度一般在1-3mm之間。

2.1.1 樹脂的選擇

一般情況下許多廠家和工程公司均會選擇環(huán)氧樹脂，因?yàn)榄h(huán)氧樹脂具有來源廣、成本合理、耐腐蝕性能優(yōu)良、收縮率低的特點(diǎn)，但是環(huán)氧樹脂本身也有其化學(xué)組成等各方面的局限性，下面就分別一般述說：

1）在常規(guī)的常溫或室溫防腐蝕施工工藝中，環(huán)氧樹脂的固化體系一般情況下會采用胺類固化體系，其固化原理是利用胺基團(tuán)上的活潑氫與環(huán)氧基反應(yīng)而最后交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但這個交聯(lián)結(jié)構(gòu)很容易在酸性的介質(zhì)作用下分解，導(dǎo)致三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的解體而引起防腐蝕的失效，所以胺類固化的環(huán)氧樹脂的耐酸性是較差的，尤其在大于40℃或者更高的作用溫度環(huán)境中；選用室溫下固化環(huán)氧樹脂的熱變形溫度（HDT）一般情況下較低，均在60-70℃之間，因此也不能耐更高的溫度,推薦使用溫度不能超過75℃；表2.1中列出了環(huán)氧樹脂的耐腐蝕性能：

表2.1 環(huán)氧樹脂耐介質(zhì)的濃度和溫度

2）采用環(huán)氧樹脂材料，由于選用胺類固化體系的環(huán)氧樹脂的養(yǎng)護(hù)周期較長，客觀上要求有較寬裕的施工期限，更重要的是：采用的胺類固化劑的毒性較大，對施工人員的身體危害極大。

3）一般工程中采用的6101（E-44）的粘度較大，尤其是在冬天室溫或北方施工時，樹脂已凝結(jié)成固體或半固體狀，給現(xiàn)場施工等帶來了極大的不便，所以一般采用非活性稀釋劑（如丙酮、二甲苯等）的添加以降低樹脂的粘度以方便施工，但這會給環(huán)境和施工質(zhì)量帶來負(fù)面的影響，這些溶劑極易揮發(fā)、氣味非常具有刺激性，在給現(xiàn)場施工人員造成身體上的傷害的同時，也造成了環(huán)境的污染，并容易起火或發(fā)生爆炸。更為重要的，是由于揮發(fā)性的非活性稀釋劑的揮發(fā)造成了固化物的不致密，勢必影響玻璃鋼的抗?jié)B性，從而導(dǎo)致耐腐蝕效果的下降。

4）環(huán)氧樹脂（包括以環(huán)氧樹脂為主要成份的其它防腐材料）的耐候性相對較差，而眾所皆知，一般情況下，污廢水池均是室外的，尤其在一些高原地區(qū)，長期受太陽光紫外線的曝曬，涂層或防腐蝕結(jié)構(gòu)極易受到這方面因素的影響而最后失效，表現(xiàn)為粉化等情況。

所以，目前在國外已經(jīng)很少采用環(huán)氧樹脂用于防腐蝕工程制作了，一般情況下會采用環(huán)氧樹脂改性的乙烯基酯樹脂，乙烯基樹脂正逐漸成為防腐蝕材料的首選材料。環(huán)氧乙烯基酯樹脂是由環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環(huán)加成化學(xué)反應(yīng)而制得。它保留了環(huán)氧樹脂的基本鏈段，又具有不飽和聚酯樹脂的良好工藝性能，而這些特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予了乙烯基樹脂較環(huán)氧樹脂更好的工藝特性、耐腐蝕性和耐候性。目前常規(guī)的雙酚A型乙烯基樹脂的室溫固化收縮率為3%左右，而我們推出的一低收縮891乙烯基樹脂的收縮率<1%，較環(huán)氧樹脂的線收縮率也低，這種樹脂更具有高耐蝕性、與填料良好的浸潤性的特點(diǎn)，尤其適合膠泥的制作或者玻璃鋼內(nèi)襯制作。目前，在國內(nèi)我們利用環(huán)氧乙烯基樹脂在各種電子工廠（如中芯國際等）、化學(xué)工廠（金光紙業(yè)等）均有成功的應(yīng)用案例。

表2.2 891環(huán)氧乙烯基酯樹脂耐介質(zhì)的濃度和溫度

表2.3 902芳烴樹脂耐介質(zhì)的濃度和溫度

另外我們推薦一種高性能的芳烴型樹脂（902），這是一種特種不飽和聚酯樹脂，含有較多的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，它在硫酸和硝酸的情況下的性能尤為突出，902樹脂較常用的環(huán)氧樹脂具有低毒、更好的工藝性的特點(diǎn)外，更具有與環(huán)氧樹脂相比的低成本。

2.1.2 施工過程及要點(diǎn)

1> 封底層：在經(jīng)過處理的基層表面，均勻地涂刷封底料，不得有漏涂、流掛等缺陷，自然固化不宜少于24 h。

2> 修補(bǔ)層：在基層的凹陷不平處，應(yīng)采用樹脂膠泥料修補(bǔ)填平，自然固化不宜少于24 h。

3> 間歇法樹脂玻璃鋼鋪襯層的施工，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、玻璃纖維布應(yīng)剪邊，滌綸布應(yīng)進(jìn)行防收縮的前處理。

2、先均勻涂刷一層鋪襯膠料，隨即襯上一層纖維增強(qiáng)材料，必須貼實(shí)，趕凈氣泡，其上再涂一層膠料，膠料應(yīng)飽滿。

3、固化、修整表面后，再按上述程序鋪襯各層，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求的層數(shù)或厚度。

4、每鋪襯一層，均應(yīng)檢查前一鋪襯層的質(zhì)量，不能有毛刺、脫層和氣泡等缺陷。

5、鋪襯時，同層纖維增強(qiáng)材料的搭接寬度不應(yīng)小于50 mm，上下兩層纖維增強(qiáng)材料的接縫應(yīng)錯開，錯開距離不得小于50 mm。陰陽角處應(yīng)增加一至二層纖維增強(qiáng)材料。

4>連續(xù)法樹脂玻璃鋼鋪襯層的施工，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1、  平面、立面一次連續(xù)鋪襯層數(shù)或厚度，以不應(yīng)產(chǎn)生滑移，固化后不起殼、脫層為限。

2、  鋪襯時，上下兩層纖維增強(qiáng)材料的接縫應(yīng)錯開，錯開距離及陰陽角處做法同上。

3、  固化后，再進(jìn)行下一次連續(xù)鋪襯層施工，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的層數(shù)或厚度。

5>樹脂玻璃鋼封面層的施工，應(yīng)均勻涂刷面層膠料。當(dāng)涂刷兩遍以上時，待第一遍固化后，再涂刷下一遍。

2.1.3雖然玻璃鋼襯里在污廢水池的防腐蝕工藝中作為一種很成熟的工藝形式，但也出現(xiàn)了大量的失效案例，這些失效案例部分是由于施工技巧有待于進(jìn)一步提高外，更多是其它方面的因素，綜合以往案例，我們進(jìn)行了失效原因的總結(jié)與分析，除了對混凝土基礎(chǔ)的防腐蝕施工基本要求外，還有以下因素：

1>在設(shè)計(jì)時，最好在接觸混凝土層要采用短切氈或者表面氈層，以防止分層或者脫層的情況出現(xiàn)，同時在設(shè)計(jì)上符合“二次粘接”（Secondary bonding）的設(shè)計(jì)要求；

2>增強(qiáng)材料的選擇、如在含氟介質(zhì)的條件下，增強(qiáng)材料不應(yīng)該選用玻璃纖維，此時應(yīng)該選用有機(jī)纖維（絳綸、錦綸等）或碳纖維；在堿性介質(zhì)作用情況下，應(yīng)該選擇耐堿性優(yōu)異的纖維材料（如丙綸等）或者碳纖維等。

3>樹脂材料的選擇是失效的主要關(guān)鍵因素，一是要選擇防腐蝕性能優(yōu)異的乙烯基樹脂；二是要盡量要選擇低收縮的乙烯基樹脂。因在混凝土基礎(chǔ)上施工中，要求樹脂的收縮率不能太大，否則可能會導(dǎo)致在玻璃鋼襯里工藝時，出現(xiàn)由于樹脂的固化收縮造成的內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致“脫殼”的現(xiàn)象，而引起防腐蝕失效。

4>雖然玻璃鋼襯里一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的防腐蝕形式，但也有其應(yīng)用局限性，一般情況下，在特大面積應(yīng)用過程中，會有脫層等腐蝕失效的隱患，除非施工公司有一些“Know-how”技巧去解決實(shí)際問題；另外在些長期使用溫度超過80℃的工況下，建議最好不要采用玻璃鋼襯里形式；同時，如污廢水中含有大量的粉料沖刷作用情況下，玻璃鋼襯里形式的適用性也要慎重考慮。

2．2 VEGF鱗片襯里

2．2．1材料介紹

所謂的VEGF鱗片材料，就是將具有一定片徑和厚度的玻璃鱗片，分別與高耐防腐蝕乙烯基樹脂等混合，經(jīng)專用機(jī)械配制而成的材料，VEGF材料有不同的工藝方式以供選擇，包括刷涂、噴涂或者是鏝涂等工藝。目前市場上存在一部分廠家為了成本上因素考慮選擇環(huán)氧樹脂作為樹脂基體的。相對而言，乙烯基樹脂鱗片材料的綜合性能包括耐腐蝕性能和耐溫性能均優(yōu)于環(huán)氧鱗片材料，前幾年很多廠家或工程公司出于不同的目的把環(huán)氧樹脂鱗片材料當(dāng)成乙烯基酯鱗片材料用而發(fā)生了很多防腐蝕案例失效，這是材料選型的問題。VEGF材料具有以下特點(diǎn)：

1） 耐腐蝕性能好：由于VEGF鱗片材料采用的基體樹脂是高性能的乙烯基酯樹脂，該類型樹脂具有較環(huán)氧樹脂更好的耐腐蝕性能；

2） 較低的滲透率：VEGF鱗片材料的抗水蒸汽滲透率比普通環(huán)氧樹脂涂料高6-15倍，比普通環(huán)氧FRP高4倍；

3） VEGF鱗片材料具有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度，因而VEGF鱗片材料涂層不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離，附著力和沖擊強(qiáng)度較好，從而保證較好的耐蝕性；

4） 耐溫差（熱沖擊）性能較好：涂層中由于含有許多玻璃鱗片，因此消除了涂層與基材之間的線膨脹系數(shù)的差別，以避免由于溫差等因素而造成的脫層情況。

5） 耐磨性好：VEGF鱗片材料在固化后的硬度較高，比普通醇酸漆高2-3倍，耐磨性較好，VEGF涂層在受外機(jī)械損傷時的破壞是局部的，其擴(kuò)散趨勢小，只需在該處作簡單的處理即可進(jìn)行修復(fù)，并不影響使用性能，具有修補(bǔ)性好的特點(diǎn)

6） 工藝性較好：由于VEGF鱗片材料的固體成份較高，可以一次性成較厚的涂層，對于一些工期較緊的工程項(xiàng)目，可以采用大面積無氣噴涂的施工，最大限度的縮短工期。

所以綜上所述，VEGF鱗片襯里不失為一種相對經(jīng)濟(jì)而有效的防腐蝕形式，VEGF襯里不僅可以提供有效的防腐蝕保障，更可以降低綜合成本（包括材料成本和施工成本），同時也沒有特別高的施工要求或難度，可以很好的適用于一些玻璃鋼不是特別適用的工況，如使用溫度相對較高、大面積施工或含大量粉塵沖擊的腐蝕環(huán)境。

2．2.2 VEGF涂層施工過程及要點(diǎn)

在工業(yè)污廢水處理池等混凝土基層上施工的方法及過程相當(dāng)簡單，具體的使用過程如下：

①  基礎(chǔ)混凝土要求養(yǎng)護(hù)期不少于28天，表面含水率應(yīng)＜6%。首先中和去掉表面的堿性物質(zhì)，并之后利用噴砂或其它機(jī)械方法去除混凝土表面浮灰，清理干凈后，然后用VEGF封閉底涂打底充分浸透，（很多公司沒有這種材料，基面強(qiáng)度不夠出現(xiàn)涂層剝離）；固化后施工VEGF底涂一兩道，干后施工下一工序;

②  用手工泥刀刮鏝刮（鏝刮每道厚1mm左右)或滾涂、刷涂、噴涂工藝，硬化后進(jìn)行下層施工，直至達(dá)到規(guī)定厚度。一般在每涂1mm厚度時進(jìn)行檢測，以確認(rèn)涂層是否有針孔及其它瑕疵；

③  凹凸部位，適當(dāng)增加厚度，或用FRP復(fù)合使用；用VEGF樹脂罩面一至二道；

2.2.3如選用VEGF鱗片材料作為內(nèi)襯材料時，在施工得當(dāng)?shù)那疤嵯?，防腐蝕性能是可以保證的，但也出現(xiàn)了一些失效案例，主要是一些混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度不夠或者是對混凝土基礎(chǔ)處理不得當(dāng)而致。對選VEGF材料做防腐內(nèi)襯時還要對下面的一些事宜加以注意，否則就會出現(xiàn)防腐失效。

1）如混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度不夠，這對任何防腐蝕形式而言均是一種隱患，所以很有必要對基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，VEGF鱗片材料有配套的混凝土封閉底涂，在砼體上加刷2-3道封閉底涂，可大幅度的提高混凝土的強(qiáng)度，之后方可進(jìn)行后續(xù)的防腐蝕施工。

2）結(jié)合VEGF鱗片涂層與玻璃鋼層的各方面特點(diǎn)，在一些特定工況場合下，我們可以在VEGF涂層上復(fù)合1-2層的FRP層，一是可以克服玻璃鋼襯里的相對局限性；二是可以提高襯里的綜合防腐蝕特性。

2．3耐酸塊材砌筑

    但是在許多工業(yè)場合中，剛排放的污（廢）水的腐蝕性能較強(qiáng)，溫度較高（有的達(dá)120℃），或者固體粉粒的含量較高，如熱軋車間的含酸廢水（達(dá)到180℃）；鈦白粉生產(chǎn)中的含硫酸廢水等更具有腐蝕性。在這種情況下，用玻璃鋼襯里或者VEGF襯里就不能解決這種既要求耐高溫耐腐蝕，又要求耐磨耗的情況，這種腐蝕條件下一般用耐酸塊材砌筑的方式來解決。選用的耐腐蝕塊材有耐酸磚、各類耐腐蝕石材（如花崗石、石英石等），這些耐腐蝕塊材的基本成份是二氧化硅，具有優(yōu)良的耐酸性能，同時由于結(jié)構(gòu)致密，吸水率小，耐磨耗性好。表3.1中耐酸磚的部分耐腐蝕情況。

表3.1 耐酸磚的腐蝕性能

2.3.1施工過程及要點(diǎn)

1> 鋪砌塊材時，基層的表面應(yīng)均勻涂刷封底料，待固化后再進(jìn)行塊材的鋪砌。在某些情況下，基層上可采用玻璃鋼隔離層，此時宜先涂刷一遍與襯砌用樹脂相同的膠料，然后進(jìn)行塊材的鋪砌。

2> 塊材結(jié)合層厚度、灰縫寬度和灌縫或勾縫的尺寸，均應(yīng)符合表3.2的規(guī)定。

3> 塊材在鋪砌前先進(jìn)行試排；鋪砌時的順序應(yīng)由低往高，先地坑、地溝，后地面、踢腳板或墻裙。陰角處立面塊材應(yīng)壓住平面塊材，陽角處平面地材應(yīng)蓋住立面塊材，塊材鋪砌不應(yīng)出現(xiàn)十字通縫，多層塊材不得出現(xiàn)疊縫。

            表3.2  結(jié)合層厚度、灰縫寬度和灌縫或勻縫的尺寸