电镀废水膜处理设备泄露原因探析

朱敦学，陈 浩，李瑞鹏

(1.南京大学建筑规划设计研究院有限公司，江苏 南京 210000；2.南京源泉环保科技股份有限公司，江苏 南京 210046)

0 引言

电镀废水成分复杂，其所含有的有毒阴离子、重金属离子及酸、碱等[1]污染物对环境危害严重。膜分离技术因其分离效率高、不发生相态变化等优点[2]，被广泛应用于电镀行业废水等工业废水处理领域。在工程实际应用中，膜处理设备的管接件在运行一段时间后会出现泄漏问题，本文以某电镀废水膜处理设备为例，探析其泄漏原因，并提出合理解决措施。

1 泄露分析

该电镀废水处理项目的镍回收膜设备设计量5t/h，膜设备中的浓缩部分采用的是304不锈钢材质的金属管接件制作，其中浓缩与超浓缩的进水与出水的不锈钢阀门以及单向阀在使用1～3个月后均不同程度地发生了泄露现象。经现场确认,由图1、图2可见,该管接件泄露主要有以下特点:

图1 泄露位置

图2 被腐蚀的不锈钢阀门表面

(1)在各处不锈钢阀门连接的两端接头处都有明显的渗漏现象；

(2)渗漏处都是处于膜设备的浓缩与超浓缩工段；

(3) 将泄露阀门表面的硫酸镍结晶后的附着物清除干净，阀门表面可见很多黑色或者深褐色的斑点，且斑点处渗漏程度最为严重。

2 原因分析

根据该膜处理设备管接件的泄漏特点及材料特点,考虑其处于膜回收浓缩管段，其管段流经的介质含有氯离子等侵蚀性离子，使不锈钢材料发生腐蚀，同时不同的焊接工艺也将影响不锈钢焊接接头耐腐蚀能力[4]。

2.1 材料特点

304不锈钢是典型的奥氏体不锈钢材料，其物理化学性能良好,具有较好的塑性及韧性，易于加工焊接[3],因此广泛应用于制造压力管道、平板等。奥氏体不锈钢虽具有一定的耐腐蚀性，但在含氯离子、硫离子[8]等侵蚀性较强的介质环境中会被腐蚀，被腐蚀部位会变成黑色或者深褐色[3]，且受腐蚀的不锈钢表面光泽度降低。

2.2 腐蚀类型

不锈钢表面的氧化膜是其耐腐蚀性能的保障。当氧化膜受到破坏，不锈钢就会发生局部腐蚀，包括应力腐蚀、孔蚀、点蚀、缝隙腐蚀[3]。

(1) 应力腐蚀：在特定介质和应力作用下，不锈钢发生应力腐蚀开裂。在氯离子环境中，奥氏体不锈钢较易产生应力腐蚀，通过添加缓蚀剂，可延缓奥氏体不锈钢应力腐蚀速度。张新英[5]在逐渐升高的氯离子质量浓度的实验组中加入缓蚀药剂，结果表明当氯离子质量浓度最高达到623.4mg/L时，材料的腐蚀率仍较低，说明在一定浓度范围内加入缓蚀剂可以取得良好的缓蚀效果。

(2) 孔蚀:不锈钢表面的氧化膜被含氯离子的溶液溶解,在其基底生成小蚀坑,进而形成蚀孔。在不锈钢材料中添加钼、硅等元素或添加元素的同时增加材料中的铬含量，能提高氧化膜的稳定性，预防孔蚀失效。

(3) 点腐蚀：不锈钢材料中都存在一定含量的非金属化合物,通过氯离子作用易形成坑点腐蚀, 受腐蚀处多变成黑色或深褐色。

(4) 缝隙腐蚀：与点腐蚀机理相同，坑点效应作用下产生离子迁移与富集，从而产生腐蚀。正如其名，缝隙腐蚀多发生在搭接缝、管板孔缝隙等部位。

2.3 焊接工艺

使用不锈钢制作管道等主要是通过氩弧焊焊接方式完成，而焊接接头在腐蚀失效分析中显示受到的腐蚀最严重。焊接接头发生晶间腐蚀主要是因为焊接时产生的危险温度，使得晶界及周边区域铬含量减少，当奥氏体不锈钢的铬元素含量<12%时，就不再具有耐腐蚀的性能。林晓云[9]等分析发现，当不锈钢焊接接头处于450～850℃时，奥氏体中的过饱和碳会扩散至晶粒边界并析出，与铬形成化合物，使晶界铬含量降低，进而降低晶界耐腐蚀性能。 而当温度低于450℃或高于850℃时，都不会降低晶界处铬含量[10]。

通过氩弧焊对不锈钢进行焊接时，氩弧焊的温度可以高达几千甚至上万摄氏度。由于受到焊接过程的热循环影响，对不锈钢耐腐蚀能力影响最为凸出的往往是在距离焊点有一定距离的附近部位，即热影响区。M. Dadfar等[11]研究发现热影响区的腐蚀速率快于其他区域，通过焊后热处理工艺可以减缓其腐蚀速率。因此防止焊接过程导致的不锈钢腐蚀性能下降，可考虑选择适当的焊接方法如快速焊等缩短危险温度区间的时间，同时在焊接后快速冷却，使焊缝温度低于450℃[10]。此外，可在焊接材料上选用碳含量低的焊材，降低对抗腐蚀性能的影响[4]。

2.4 导致该次设备泄露的原因

该电镀废水膜处理设备管段中流经的介质主要含有硫酸镍、氯化镍、硼酸、光亮剂及少量的硫酸，pH为3～4，而氯离子对不锈钢表面的氧化膜极具破坏性[6]。葛红花[7]等研究了304不锈钢耐氯离子性能，结果表明304不锈钢受氯离子作用点蚀的浓度界限为150mg/L左右。而产生该电镀废水的电子厂在电镀槽内添加的氯化镍(纯度为工业级约98%)浓度为40g/L,换算出氯离子的浓度大约12g/L,即12000mg/L。假设膜设备超浓缩管段中的氯离子浓度为槽液浓度的10%，则管道中的氯离子浓度高达1200mg/L,远远超过了304不锈钢对于氯离子的耐受浓度。对照设备管接件的泄露特点，初步断定泄露的不锈钢阀门是受到氯离子等介质的腐蚀而产生黑色及深褐色的斑点。同时，将该膜处理设备管件存在泄漏现象的阀门比对后可以发现，图3中不锈钢阀门焊接点附近腐蚀情况，热影响区的黑点数目最集中，腐蚀程度高于其他区域。热影响区受到的腐蚀最为严重，与文献研究结果相符，不锈钢焊接工艺也会对设备管接件的腐蚀泄露产生影响。

图3 不锈钢阀门焊接点附近腐蚀情况

3 结论及建议

(1)该电子电镀废水膜处理设备管接件发生泄露是由于不锈钢阀门在高浓度氯离子等介质中被腐蚀造成的，同时焊接工艺很有可能会进一步影响不锈钢腐蚀的速度。

(2)为延长不锈钢在氯离子环境下的寿命，可在工艺条件允许的情况下，加入适当的缓蚀剂或选择合理的材料，以达到最佳经济效益。

(3)焊接工艺方法不同会影响该电子电镀废水膜处理设备管接件耐腐蚀能力。焊接后快速冷却或使用小热量输入的焊接工艺，能降低对材料抗腐蚀性能的影响。