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淺談工業污廢水池防腐蝕工藝及防腐蝕失效

發布:三里港高空 發布時間:2020-06-04

防腐蝕工藝

工業污廢水池防腐蝕工藝及防腐蝕失效探討

一、前言

      隨著國民經濟的迅速發展,大量新的工廠、礦山得以投產運行。由于工藝原因,會產生大量的工業污水和廢水,原來相當數量的廠礦企業會直接向自然界排放,而這些未經處理的工業污水或廢水均含有大量的腐蝕性或有害性化學物質,不僅污染了自然環境,同時對人類自身健康產生了巨大的威脅,嚴重影響了可持續發展進程。為保護環境減少污染,國家通過立法要求對工業污廢水進行處理,不能未經處理而直接排放,因此許多廠礦均采用先進環保工藝,新建或重建了污水或廢水處理設施,對工業污、廢水進行合理、有效的處理,達標后排放。

      許多廠礦廠家也先后采用了先進環保工藝,新建或重建了污水或廢水處理設施,但因為防腐蝕材料選型、防腐方案設計及土建等多重因素,出現一些廢水池防腐蝕失效案例,主要問題體現為開裂、脫層、鼓泡、碳化、嚴重變色等,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出現問題

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

       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塑料(俗稱“玻璃鋼”或“FRP”)結構在混凝土基礎上形成一層防護,玻璃鋼襯里具有整體性、抗滲性好和造價合理的特點,同時選用適當的防腐蝕樹脂就能夠達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合結構,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氧樹脂,因為環氧樹脂具有來源廣、成本合理、耐腐蝕性能優良、收縮率低的特點,但是環氧樹脂本身也有其化學組成等各方面的局限性,下面就分別一般述說:

1)在常規的常溫或室溫防腐蝕施工工藝中,環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上的活潑氫與環氧基反應而最后交聯,形成三維網狀結構,但這個交聯結構很容易在酸性的介質作用下分解,導致三維交聯結構的解體而引起防腐蝕的失效,所以胺類固化的環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境中;選用室溫下固化環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℃;

2)采用環氧樹脂材料,由于選用胺類固化體系的環氧樹脂的養護周期較長,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,樹脂已凝結成固體或半固體狀,給現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,但這會給環境和施工質量帶來負面的影響,這些溶劑極易揮發、氣味非常具有刺激性,在給現場施工人員造成身體上的傷害的同時,也造成了環境的污染,并容易起火或發生爆炸。更為重要的,是由于揮發性的非活性稀釋劑的揮發造成了固化物的不致密,勢必影響玻璃鋼的抗滲性,從而導致耐腐蝕效果的下降。

      4)環氧樹脂(包括以環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,長期受太陽光紫外線的曝曬,涂層或防腐蝕結構極易受到這方面因素的影響而最后失效,表現為粉化等情況。

      所以,目前在國外已經很少采用環氧樹脂用于防腐蝕工程制作了,一般情況下會采用環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。環氧乙烯基酯樹脂是由環氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環加成化學反應而制得。它保留了環氧樹脂的基本鏈段,又具有不飽和聚酯樹脂的良好工藝性能,而這些特殊的化學結構賦予了乙烯基樹脂較環氧樹脂更好的工藝特性、耐腐蝕性和耐候性。目前常規的雙酚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,尤其適合膠泥的制作或者玻璃鋼內襯制作。目前,在國內我們利用環氧乙烯基樹脂在各種電子工廠(如中芯國際等)、化學工廠(金光紙業等)均有成功的應用案例。

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,含有較多的苯環結構,它在硫酸和硝酸的情況下的性能尤為突出,902樹脂較常用的環氧樹脂具有低毒、更好的工藝性的特點外,更具有與環氧樹脂相比的低成本。

2.1.2施工過程及要點

1>封底層:在經過處理的基層表面,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24h。

2>修補層:在基層的凹陷不平處,應采用樹脂膠泥料修補填平,自然固化不宜少于24h。

3>間歇法樹脂玻璃鋼鋪襯層的施工,應符合下列規定:

1、玻璃纖維布應剪邊,滌綸布應進行防收縮的前處理。

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

3、固化、修整表面后,再按上述程序鋪襯各層,直至達到設計要求的層數或厚度。

4、每鋪襯一層,均應檢查前一鋪襯層的質量,不能有毛刺、脫層和氣泡等缺陷。

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

4>連續法樹脂玻璃鋼鋪襯層的施工,應符合下列規定:

1、平面、立面一次連續鋪襯層數或厚度,以不應產生滑移,固化后不起殼、脫層為限。2、鋪襯時,上下兩層纖維增強材料的接縫應錯開,錯開距離及陰陽角處做法同上。

3、固化后,再進行下一次連續鋪襯層施工,達到設計要求的層數或厚度。

5>樹脂玻璃鋼封面層的施工,應均勻涂刷面層膠料。當涂刷兩遍以上時,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一步提高外,更多是其它方面的因素,綜合以往案例,我們進行了失效原因的總結與分析,除了對混凝土基礎的防腐蝕施工基本要求外,還有以下因素:

     1>在設計時,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,同時在設計上符合“二次粘接”(Secondarybonding)的設計要求;

     2>增強材料的選擇、如在含氟介質的條件下,增強材料不應該選用玻璃纖維,此時應該選用有機纖維(絳綸、錦綸等)或碳纖維;在堿性介質作用情況下,應該選擇耐堿性優異的纖維材料(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鍵因素,一是要選擇防腐蝕性能優異的乙烯基樹脂;二是要盡量要選擇低收縮的乙烯基樹脂。因在混凝土基礎上施工中,要求樹脂的收縮率不能太大,否則可能會導致在玻璃鋼襯里工藝時,出現由于樹脂的固化收縮造成的內應力而導致“脫殼”的現象,而引起防腐蝕失效。

     4>雖然玻璃鋼襯里一種經濟實用的防腐蝕形式,但也有其應用局限性,一般情況下,在特大面積應用過程中,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,經專用機械配制而成的材料,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于環氧鱗片材料,前幾年很多廠家或工程公司出于不同的目的把環氧樹脂鱗片材料當成乙烯基酯鱗片材料用而發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:

     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氧樹脂涂料高6-15倍,比普通環氧FRP高4倍;

     3)VEGF鱗片材料具有較強的粘結強度,因而VEGF鱗片材料涂層不易產生龜裂、分層或剝離,附著力和沖擊強度較好,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涂層在受外機械損傷時的破壞是局部的,其擴散趨勢小,只需在該處作簡單的處理即可進行修復,并不影響使用性能,具有修補性好的特點

     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濟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境。

     2.2.2 VEGF涂層施工過程及要點

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

     ①基礎混凝土要求養護期不少于28天,表面含水率應<6%。首先中和去掉表面的堿性物質,并之后利用噴砂或其它機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,基面強度不夠出現涂層剝離);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,硬化后進行下層施工,直至達到規定厚度。一般在每涂1mm厚度時進行檢測,以確認涂層是否有針孔及其它瑕疵;

     ③凹凸部位,適當增加厚度,或用FRP復合使用;用VEGF樹脂罩面一至二道;

      2.2.3如選用VEGF鱗片材料作為內襯材料時,在施工得當的前提下,防腐蝕性能是可以保證的,但也出現了一些失效案例,主要是一些混凝土基礎強度不夠或者是對混凝土基礎處理不得當而致。對選VEGF材料做防腐內襯時還要對下面的一些事宜加以注意,否則就會出現防腐失效。

     1)如混凝土基礎強度不夠,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進行補強處理,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度,之后方可進行后續的防腐蝕施工。

     2)結合VEGF鱗片涂層與玻璃鋼層的各方面特點,在一些特定工況場合下,我們可以在VEGF涂層上復合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

      但是在許多工業場合中,剛排放的污(廢)水的腐蝕性能較強,溫度較高(有的達120℃),或者固體粉粒的含量較高,如熱軋車間的含酸廢水(達到180℃);鈦白粉生產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,具有優良的耐酸性能,同時由于結構致密,吸水率小,耐磨耗性好。表3.1中耐酸磚的部分耐腐蝕情況。

   2.3.1施工過程及要點

     1>鋪砌塊材時,基層的表面應均勻涂刷封底料,待固化后再進行塊材的鋪砌。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,然后進行塊材的鋪砌。

     2>塊材結合層厚度、灰縫寬度和灌縫或勾縫的尺寸,均應符合表3.2的規定。

     3>塊材在鋪砌前先進行試排;鋪砌時的順序應由低往高,先地坑、地溝,后地面、踢腳板或墻裙。陰角處立面塊材應壓住平面塊材,陽角處平面地材應蓋住立面塊材,塊材鋪砌不應出現十字通縫,多層塊材不得出現疊縫。

 2.3.2塊材的鋪砌,還應符合下列規定否則也會出現防腐失效:

     1.耐酸磚和厚度≤30mm石材的鋪砌,宜采用樹脂膠泥揉擠法施工;平面上鋪砌厚度>30mm石材,宜采用樹脂砂漿座漿、樹脂膠泥灌縫法施工;立面上鋪砌厚度>30mm石材,宜采用樹脂膠泥揉擠法砌筑定位,其結合層應采用樹脂膠泥灌縫法施工。結合層和灰縫的膠泥或砂漿應飽滿密實,塊材不得滑移。

     2.立面塊材的連續鋪砌高度,應與樹脂膠泥的固化時間相適應,砌體不得變形。

     3.當鋪砌塊材時,應在膠泥或砂漿初凝前,將縫填滿壓實,灰縫的表面應平整光滑。

     4.樹脂膠泥的灌縫與勾縫,應在鋪砌塊材用的膠泥、砂漿固化后進行。

     5.灌縫或勾縫前,灰縫應清潔、干燥。灌縫與勾縫時,宜分次進行,縫應密實,表面應平整光滑。

      三、應用舉例

      1>在一目前國內最大的芯片集成電路制造廠的工業污水處理池中,含有一些廢酸,其中包括一些氫氟酸,在這個工程中采用了891乙烯基酯樹脂玻璃鋼結構,已經運行4年,效果良好,其玻璃鋼結構是2層04布再加一層表面氈的結構,總厚度約為2mm。

      2>在湖南一石油化學品公司的工業廢水處理池中,由于池的面積較大,同時廢水又含有大量的烴類等化學介質,對化水處理池最后采取VEGF樹脂鱗片材料結構,以確保整個防腐蝕內襯層的整體性和抗滲性,另外在砼基礎上加襯一層04玻纖布。

      3>在浙江一家農藥廠,排放的廢水中含有一些三氟乙酸、硫酸等強腐蝕性的化學介質,同時剛排放的廢水溫度較高,部分達到90℃甚至更高,最后在有關專家的建議下,并結合外方在國外同類工廠的防腐蝕經驗,最后選取耐酸磚襯里,溝縫用膠泥采用耐高溫898乙烯基酯樹脂膠泥,防腐蝕效果不錯。

(注:本文為若干年前撰寫,有些數據和材料可能未及時更新,不妥之處敬請見諒,歡迎提出寶貴意見。)

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