No.10076
不锈钢在城市废水处理厂中的使用指南
A.H.Tuthill S.Lanb
不锈钢管已成为美国近25年建成的城市废水处理厂（WWTP ）的标准用材。图1是一座典型的城市废水处理厂。
60年代后期以来，共建有1600
多座城市废水处理厂，它们都使用
了不锈钢曝气管、消化池气体管道
和污泥输送管道，以及不锈钢移动
桥、阀门、池子、螺栓、扶手和其
它设备。最初选用不锈钢替代镀锌
和涂漆碳钢是为了降低维修和更换
成本，这些材料维修和更换成本较
高是因为它们的耐蚀性差。总的使
用情况越来越好[1]。本文概要介绍几种已经用于和计划用于废水处理厂的不锈钢的适用性和使用性能，并提出一些指导性意见，帮助用户选择最适用于这类设备的不锈钢，以期获得最好的结果。
用于废水处理设备的奥氏体不锈钢有含Cr16%~20%,Ni8%~14%的钢种和含钼2%~3%的钢种。表1是它们的通用名称、UNS 编号、英国、德国和瑞典的牌号，以及锻造钢种的成分。从表2可以看出美国机械工程师学会明显要求不锈钢管的许用设计应力比碳钢管高很多，特别是当不锈钢管作为双认证（dual-certified ）产品时，可以在保持低碳可焊接性的同时，允许使用其更高的设计性能。
低碳钢种304L 和316L 用于焊接结构。使用这些低碳钢种的目的是在焊后不经过热处理的情况下耐晶腐蚀。碳含量较高的钢号可以使强度略有提高，主要用于阀杆和泵轴，这些部件不需要焊接，较高强度可以使设计优化。含钼不锈钢耐局部腐蚀性能较好，最好是用于侵蚀性比较强的环境或是为了防止随时可能发生的意外情况达到更保险的效果。相应钢种的铸造产品具有耐腐蚀性和类似的机械性能。
表1 合金标准和成分 %
英国标准 德国标准瑞典标准
BS DIN SS
304 S30400 304S31 1.4301 2333
304L S30403 314S11 1.4306 2352
316 S31600 316S31 1.4401 2347
316L S31603 316S11 1.4404 2348 通用名 UNS编号
欧洲标准C Cr Ni Mo Fe EN 1.4301 0.0818.010.0 - 其余 1.4306 0.0318.010.0 - 其余 1.4401 0.0817.012.0 2.0~3.0 其余 1.4404 0.0317.012.0 2.0~3.0 其余
表
2 美国工程师学会(ASME)许用设计应力(公斤/英寸2)
温度 温度 不锈钢焊管ASTM A 312 304 16.0 碳钢管ASTM A 53 无缝管A 12.0
304L 13.3 无缝管B 15.0
316 13.3 焊管A 10.2
316L 13.3 焊管B 12.8
1 废水处理设备所处的环境
图2是典型的废水处理厂的流程图, 并标出了腐蚀试样在实际设备条件下暴露不同时间 位置。这些试验曾于60年代和70年代初在不同废水处理厂进行的，国际镍公司(Inco)对试
[2]验结果进行过分析和报道。
表3、表4和表5简要汇总了从INCO 试验样收集到的304、316和1010碳钢的数据。每项试验的设备位置都编了号，与流程图中的位置相对应。碳钢的腐蚀速度在进厂含量越高，对碳钢的腐蚀越严重（腐蚀速度与碳钢表面的氧气量成正比）。在所有部位碳钢 污水处为3密耳/年（0.075mm/年），在清洁的腐蚀速度都非常高，需要不间断地维护和尽早更换。镀锌和涂层可以使碳钢管道系统的 废水出口处为16密耳/年（0.4mm/年）。氧使用寿命延长几年，但是这样仍然不能为废水处理设备环境提供最佳的长期保护。这些涂层会损坏或涂层设备本身就是牺牲品。
表3 废水处理设备的环境条件
设备位置 流速 进料 其它
1、 城市废水入口 N.A 未经处理 BOD175~300ppm,悬浮固体物 的原污水 220~650ppm，氧气140ppm
2、 混合的污水和活性污泥 2~3英尺/秒 70%污水,30% —
活性污泥+H2S —
3、 曝气池 剧烈搅拌 70%污水,30%活性污泥 —
4、 澄清池（二次沉淀） 低速 活性污泥和一些废水 —
5、 浓缩性污泥 很高 — —
6、 真空过滤器至排放口 无曝气,1英尺/秒 活性污泥送至 一些氯化铁添加剂 真空过滤器
7、 废水出口 2英尺/秒, 中等曝气 — —
8、 污口出口 4~5英尺/秒, 大量曝气 含有很多氯化物 —
和不溶解固体物质
9、 滴滤池 — — 高曝气
注：典型温度68~77℉，典型pH 值7.4~7.7
表4 在废水处理设备环境下的腐蚀速度 密耳/年（mm/年） 设备位置 304型 316型 1010碳钢
1． 市废水入口
2． 合的污水和活性污泥
3． 曝气池
4． 澄清池（二次沉淀）
5． 浓缩活性污泥
6． 真空过滤器至排放口
7． 废水出口
8． 污水出口
9． 滴滤池
168~732天暴露的平均腐蚀速度 （1）有缝隙腐蚀侵蚀
腐蚀速度—密耳/年 （2）出现点蚀
表5 城市废水处理设备腐蚀试验
位置6：脱水装置和真空过滤中的活性污泥 密耳/年（mm/年）
环境条件 304型 316型 1010碳钢 至真空过滤器的活性污泥（不搅拌）
曝露169~732天的平均腐蚀速度 （1）有缝隙腐蚀迹象 （2）出现点蚀
304/304L和316/316L不锈钢是目前城市废水处理设备中筛子、沉砂池、溢流堰、螺栓、移动桥、曝气池、消化池和污泥管道的主要材料，在过去的20多年中，根据国际镍公司进行的现场试验，这些材料已经成为标准的建造材料。表3、表4和表5中的参数表明，除表5中一项活动性污泥曝露试验外（后面讨论），304和316不锈钢的重量损失腐蚀速度
这些非常低的腐蚀速度意味着在设计不锈钢设备时不必在壁厚上留有“腐蚀余量”，但对于碳钢和球墨铸铁必须留有腐蚀余量。所以使用不锈钢在重量/材料方面可以节省得多。
据称不锈钢的部分试样上确实产生了缝隙腐蚀。这种腐蚀是局部性的，一般发生在“受屏蔽”或“有缝隙的”地方，如：螺栓连接处、没焊透的焊缝或污泥沉积物下面。要想尽量减少这种侵蚀，无论什么部位都应尽可能地消除缝隙，所有焊缝必须完全焊透，定期清理沉积物。曝气池中的沉积物一般是在曝气池停用进行除臭清理时清除掉。采取这些措施后，长时间连续使用不会出什么大问题。运行过程中对曝气池进行搅拌或充氧可以进一步发挥不锈钢作用。
（1）耐大气腐蚀
钢中添加铬提高了耐腐蚀性。使不锈钢“不生锈”所需铬的含量可以根据含量变化钢的重量损耗而定[3]。Faulring 的数据表明铬含量大于和等于12.5%的钢种在海洋性大气下曝露25年后，重量损耗相当小。这些“纯铬”不锈钢（铁素体和马氏体）和表面层有一层锈蚀层，在很多外观显得特别重要的大气环境中不宜使用。相反含镍8%~10%的奥氏体钢种304和316的耐蚀性更强，在大气中暴露许多年后表面仍然光泽如初。
消化池中产生的H 2S 气体渗透到废水处理设备的许多部位，加速了铜合金、铝和碳钢
腐蚀。据De Renzo称，在潮湿的H 2S 中，304和316不锈钢的腐蚀速度
虽然人们并不想让钢曝露于湿氯气中，但是在氯气贮存区附近通风不好的有限位置，管子外表确实发现几处一般点蚀。304L 和316L 不锈钢在湿氯气蓄积和冷凝的不通风大气环境下易生锈和发生一般点蚀。适当通风可以消除这些现象，也可以对不锈钢表面进行定期喷水清洗，可以使生锈和点蚀减至最少。
（2）氯气一臭氧
不锈钢通常能够耐废水处理设备中一般浓度的氯气腐蚀。表6是1010碳钢、铸铁、304和316不锈钢试样在有一定残余氯浓度的加氯处理的淡水中暴露的数据[5]。304和316L 在残余氯含量高达2ppm 的井水中的耐腐蚀性很好，而碳钢和铸铁的腐蚀速度要高出一倍。如果连续曝露在3~5 ppm残余氯气中，测得的数据表明304/304L容易产生缝隙腐蚀，保险起见应选用316L ，不锈钢不适用于氯气喷雾系统，那里的氯含量可达50至几百ppm 。
臭氧是一种日益普及的氧化剂代用品，既可以单独使用，也可以同氯气一起使用。虽然最初制造臭氧发生器时选用316L 而没有选用304L 的背景和数据不足，但是316L 已经成为制造臭氧发生器的最佳材料。
表6 1010钢、铸铁和不锈钢在加氯处理的淡水中的腐蚀性
残余氯含量 腐蚀速度 暴露表面一点蚀 缝隙腐蚀
（mg/L） 密耳/年(mm/年) 最大深度（密耳） 最大深度（密耳）
1010钢，铸铁 304 316 304 316
0 1.4(0.004), 1.7(0.004) 0
（3）其它化学添加剂
硫酸亚铁是废水处理厂经常添加的化学添加剂：De Renzo称304和316不锈钢试样在含有pH 值为1~2.5的硫酸（废酸洗液）的硫酸亚铁溶液中耐蚀性非常好，腐蚀速度小于0.8密耳/年（
氯化铁有时在调节池中用来起絮凝作用，污泥在调节池中进一步浓缩和脱水，然后焚烧和排弃。放置在活性污泥位置6（表
3）上的304和316试样，在氯化铁
含量为250~300ppm环境下，既有点
蚀也有缝隙腐蚀。表5中的数据表
明316不锈钢耐氯化铁腐蚀性略好
于304不锈钢，可作为较保守的选
择，用于氯化铁喷入点之后氯化铁
含量较高的部位。尽管试验数据不
理想，但是，304不锈钢管一般还是
用于输送处理后流出的污泥。
(4)微生物腐蚀（MIC ）
标准不锈钢在滞流和缓慢流动
的水中，其焊缝和焊缝周围有时容易产生微生物腐蚀。在一家废水处理厂试验用的旋转式生物压缩装置（RBC'S ）用409(11%铬) 不锈钢制作的框架上出现了微生物腐蚀就是一个例子。图3是被拆开的旋转式生物压缩装置。从图4可以看出，微生物团大体都堆集在框架的焊缝处。旋转式生物压缩装置的不锈钢框架以2转/分的转速在污泥中时进时出，为微生物腐蚀提供了理想的环境。在废水处理设备的其它部位很少有微生物腐蚀。
城市废水处理设备中缝隙腐蚀和微生物腐蚀很少见，可能是由于以下几个因素使它们具备良好的使用性能：
①通过酸洗或机械清理的方法
将暴露于曝气池污泥中的通气管外
部的回火色氧化皮去除掉。
②曝露在污泥中的管道的环形
对接焊缝应表面光滑、无缝隙。
（注：去除回火色[6]并且不留缝隙可
以大大增强耐微生物腐蚀和其它形
式的局部腐蚀的能力）。
③对污泥进行曝气和消化可以
减少污泥在管道表面的粘附。
④当曝气池停止使用时，对管道的外壁彻底冲洗，清理污泥。
2 普 遍 经 验
60年代和70年代及以后建成的老废水处理厂中的不锈钢管道，即使不是全部，也是绝大部分仍在使用中。图5所示的是典型的用途，不锈钢通气管道用于曝气池的污泥中。不锈钢在应用中的实际性能比根据前面归纳的试样实验数据指示的情况还要好，特别是在很好维护的情况下。
浸没在污泥中的通气管外壁上
出现过一些沉淀物腐蚀的事例。在
这些事例中，腐蚀都发生在正常清
理曝气池时，没有完全清除的小块
残余物的下面。
注意一下试验架就会发觉，在
添加了氯化铁的活性污泥中的试样
上出现了腐蚀。不过，不锈钢污泥
管道在输送活性污泥的环境下使用
性能良好，最近只是在污泥管道O 型环机械连接的开槽和弯头处发现缝隙腐蚀。污泥汇集在开槽处，并造成O 型环周围严重腐蚀，看起来由于流速慢和滞流持续时间很长，沉积物的下面产生腐蚀。为了尽量减少沉积物腐蚀，应避免污泥管道中的滞流和低速流动。自由流动将有助于减少沉积物形成。
在有些土壤中也会出现缝隙腐蚀。埋入土中的不锈钢管的外部表面腐蚀取决于土壤成分和电阻系数。土壤的腐蚀性取决于湿度、pH 值、透气性、杂散电流和表面排水性。土壤湿度越大，埋在土中的不锈钢管越容易产生缝隙腐蚀，沼泽地、河流交叉口下面的湿土中产生缝隙腐蚀的可能性最大。日本进行的试验表明，不锈钢在许多土质中，特别是电阻系数较高的土壤中使用性能良好[7]。日本极其成功地将不锈钢连接管埋入东京地下，把饮用水从街道的辅干线引到住宅中。从80年代大规模安装使用以来，在目前使用的50
多万根连接管中，
没有发现一处腐蚀问题。对于湿土壤和关键管道，可以采用阴极保护的方法，这是埋在地下的不锈钢管道的标准防护措施。
（1）采购与技术条件
废水处理厂不锈钢管道中所出现的大多数问题都发生在采购、设计、制作和安装等环节中。奥氏体不锈钢焊管和接头的通用技术条件如表7所示。
表7 不锈钢管技术条件比较
技术条件
有效范围
接头技术条件
尺寸
壁厚
固溶退火
机械测试
氧化铁鳞 ASTM A312 焊管或无缝 ASTM A403 1/8"~30" SCH 5S~80 需要 拉伸和焊缝正面弯曲 需要去除 ASTM A778 焊管 ASTM A774 3"~48" 0.062"~0.5" 焊管需要 选配 拉伸和焊缝导向弯曲 任选 任选去除 ASTM A409 焊管，大直径壁薄管 ASTM A403/A774 14"~30" SCH 5S~10 任选 选配 拉伸和焊缝导向弯曲 需要 需要去除 填充金属添加物 自生选配 水压测试 需要
ASTM 技术条件A312（管）和A403（接头）规定奥氏体不锈钢焊管和接头专用于侵蚀性腐蚀环境，典型行业是化工和其它加工工业。这些技术条件中的低碳级和普通级钢种包括了绝大多数通用不锈钢合金，直径范围从3mm(1/8")到0.75mm(30")。ASTM 技术条件A312要求进行最终固溶退火，去除回火色氧化铁鳞。
ASTM 技术条件A778（管子）和A774（接头）可用于腐蚀性较弱的环境，在这种环 境下通常使用焊接条件的低碳和稳定型钢钟（该技术条件中只包括低碳和稳定型钢种）本技术条件中所包括的尺寸范围从ф75mm(3")到ф1.22m(48")。由于技术条件中只包括了低碳和稳定型不锈钢钢种，所以不要求进行焊后固溶退火。虽然去除回火色氧化铁鳞可视情况而定，但是为了避免未经酸洗，表面有回火色氧化铁鳞的管子已经发生了腐蚀问题，应将其去除掉，而且采购文件上也是这样规定的。
(2)设计与制作
ASTM 技术条件中并没有对管子的工厂或现场制作时的环形对接焊缝做出现定。用户或负责设计施工的工程公司必须制定出室内焊接技术规范，其中包括以下重要内容：
①要求完全焊透，同时并要求沿内径的环形焊缝平滑。
②焊接过程中在管子里辅以惰
性气体，尽量减少氧化和回
火色。
③使用成分匹配或钼含量较高
的填充金属。
④用安全的保护性塞头将管子
两端堵严，防止运输、室内
存放时将管子内部弄脏。
⑤要保证室内外贮存区域干净
（存放时要离地）。
⑥曝气池管道外表面上的回火
色氧化铁鳞应去除掉。
浸没在污泥中的各个区域的环形焊缝—通气管的外表面、消化池和污泥管的内壁，不能有缝隙，而且要全部焊透。
有些管道系统如：通气管， 在使用过程中容易受到振动。虽然304不锈钢和316不锈钢具有很好的疲劳强度，疲劳极限[8]约为35000psi （见图6中的S-N 曲线），但是，认真设计诸如过渡段或组装中的相交部件是重要的。这些部位是整体结构的最终薄弱环节，振动应力容易集中于此处。
因此，采用鞍形和推式连接可以避免连接部位的相交连接。鞍形接合可以使连接处的焊缝完全焊透，如图7所示，并去掉与头部相连接的焊缝，形成更为传统化的管子焊缝。这种设计可以省略掉另外严格设计的相交接头中的焊缝，采用手工电弧焊技术焊这样的焊缝时可能会产生焊缝中裹带熔剂，或在接头的下面产生缝隙（焊缝没完全焊透）。
（3） 酸洗
酸洗对于不锈钢废水处理厂管道使用性能的成功很重要。它能使处理曝气池污泥的通气管具有良好的耐蚀性。酸洗可以有效地去除金属表面的回火色氧化铁鳞、嵌入的铁屑和其它产生点蚀的缺陷。虽然多数车间都尽量避免不锈钢与碳钢划线平台、滑块、吊链接触，但铁屑仍然会嵌入其表面。此外在切割和焊接过程中，周围的金属被加热，形成深棕色或黑色氧化膜（回火色氧化铁鳞）。加工厂可以选择一种方法，他们可将加工好的材料发给用户，并希望用户产生允许加工时产生的铁屑和其它表面污染所造成的锈蚀或划痕，或者对它们进行酸洗，使表面恢复其最好的耐蚀性。酸洗可以在酸洗槽中进行，也可以用酸洗膏和弱酸洗液对被污染的表面进行处理，然后进行彻底的中和清洗，去除金属表面残余的酸液和酸膏。 Tennessee 大学最近进行的一项研究证实，在选用不锈钢并利用其耐蚀性的含水环境下，需要去除回火色氧化铁鳞。图8为焊接后的304L （有回火色）和焊接后经过酸洗的304L （去除了回火色）的极化曲线。经过酸洗，去除了回火色所得到的这条曲线表明奥氏体不锈钢具有正常钝化行为（保护性）。极化曲线的垂直部分表明不锈钢特有的、很大的钝化范围。经过焊接的试样由于热影响区的原因缺少类似的钝化范围，这表明在侵蚀环境下可能出现局部腐蚀。
（4） 成本比较
不锈钢设计为轻型的构件和管道系统取得
了很好的成本效益。虽然不锈钢的初始投资费用
可能高于其它材料，但是它使用寿命长、总的维
修费用低，总的寿命期降低了成本。欧洲不锈钢
开发和信息集团（EUROINOX ）对意大利一家
废水处理厂完成了一项欧洲项目的研究，尽管不
锈钢的初期安装费用比碳钢高25%以上，但是
仅仅使用10年不锈钢的寿命周期成本与碳钢持
平。这项分析包括资本成本和维修成本，而且选
用了不锈钢进行设计时，节省重量采用了一个保
守的估计数字10%。不锈钢装置包括机械护板、
移动桥及扶手， 这些部位常用的是镀锌钢。
3 结 论
304L 和316L 不锈钢已经非常成功的广泛用于废水处理厂中的管道和其它许多用途之中。不锈钢较高的设计性能和很低的腐蚀速度允许采用轻型结构。工厂很好的清洁维护会进一步提高不锈钢的优良使用性能。
（1）ASTM 技术条件A312和A778一般能够满足采购钢管的要求，如果按照ASTM A778订货时则要求去除回火色氧化铁鳞。
（2）必须制定环形对接焊的室内技术条件，因为ASTM 中没有这部分内容，技术条件中应要求焊缝完全焊透，而不是“工业级质量”焊缝。
（3）设计全焊透接头的外形和焊缝加强高必须平滑，在分支连接处不要采用角焊缝，这样可以获得最好的抗振性能。
（4）在氯化物含量超过200ppm(mg/l)可残余氯气含量超过2ppm 的水中，最好选用316L ，不要用304L 。
（5）处理污泥的设施，流速应保持在2英尺/秒以上，避免低洼处和缝隙处沉积污泥，这是保证最佳使用性能的关键。
（6）自60年代后期，美国有1600座城市废水处理厂中的曝气管道、消化池气体管道和污泥输送管道都使用了304L 和316L 不锈钢。
No.10076
不锈钢在城市废水处理厂中的使用指南
A.H.Tuthill S.Lanb
不锈钢管已成为美国近25年建成的城市废水处理厂（WWTP ）的标准用材。图1是一座典型的城市废水处理厂。
60年代后期以来，共建有1600
多座城市废水处理厂，它们都使用
了不锈钢曝气管、消化池气体管道
和污泥输送管道，以及不锈钢移动
桥、阀门、池子、螺栓、扶手和其
它设备。最初选用不锈钢替代镀锌
和涂漆碳钢是为了降低维修和更换
成本，这些材料维修和更换成本较
高是因为它们的耐蚀性差。总的使
用情况越来越好[1]。本文概要介绍几种已经用于和计划用于废水处理厂的不锈钢的适用性和使用性能，并提出一些指导性意见，帮助用户选择最适用于这类设备的不锈钢，以期获得最好的结果。
用于废水处理设备的奥氏体不锈钢有含Cr16%~20%,Ni8%~14%的钢种和含钼2%~3%的钢种。表1是它们的通用名称、UNS 编号、英国、德国和瑞典的牌号，以及锻造钢种的成分。从表2可以看出美国机械工程师学会明显要求不锈钢管的许用设计应力比碳钢管高很多，特别是当不锈钢管作为双认证（dual-certified ）产品时，可以在保持低碳可焊接性的同时，允许使用其更高的设计性能。
低碳钢种304L 和316L 用于焊接结构。使用这些低碳钢种的目的是在焊后不经过热处理的情况下耐晶腐蚀。碳含量较高的钢号可以使强度略有提高，主要用于阀杆和泵轴，这些部件不需要焊接，较高强度可以使设计优化。含钼不锈钢耐局部腐蚀性能较好，最好是用于侵蚀性比较强的环境或是为了防止随时可能发生的意外情况达到更保险的效果。相应钢种的铸造产品具有耐腐蚀性和类似的机械性能。
表1 合金标准和成分 %
英国标准 德国标准瑞典标准
BS DIN SS
304 S30400 304S31 1.4301 2333
304L S30403 314S11 1.4306 2352
316 S31600 316S31 1.4401 2347
316L S31603 316S11 1.4404 2348 通用名 UNS编号
欧洲标准C Cr Ni Mo Fe EN 1.4301 0.0818.010.0 - 其余 1.4306 0.0318.010.0 - 其余 1.4401 0.0817.012.0 2.0~3.0 其余 1.4404 0.0317.012.0 2.0~3.0 其余
表
2 美国工程师学会(ASME)许用设计应力(公斤/英寸2)
温度 温度 不锈钢焊管ASTM A 312 304 16.0 碳钢管ASTM A 53 无缝管A 12.0
304L 13.3 无缝管B 15.0
316 13.3 焊管A 10.2
316L 13.3 焊管B 12.8
1 废水处理设备所处的环境
图2是典型的废水处理厂的流程图, 并标出了腐蚀试样在实际设备条件下暴露不同时间 位置。这些试验曾于60年代和70年代初在不同废水处理厂进行的，国际镍公司(Inco)对试
[2]验结果进行过分析和报道。
表3、表4和表5简要汇总了从INCO 试验样收集到的304、316和1010碳钢的数据。每项试验的设备位置都编了号，与流程图中的位置相对应。碳钢的腐蚀速度在进厂含量越高，对碳钢的腐蚀越严重（腐蚀速度与碳钢表面的氧气量成正比）。在所有部位碳钢 污水处为3密耳/年（0.075mm/年），在清洁的腐蚀速度都非常高，需要不间断地维护和尽早更换。镀锌和涂层可以使碳钢管道系统的 废水出口处为16密耳/年（0.4mm/年）。氧使用寿命延长几年，但是这样仍然不能为废水处理设备环境提供最佳的长期保护。这些涂层会损坏或涂层设备本身就是牺牲品。
表3 废水处理设备的环境条件
设备位置 流速 进料 其它
1、 城市废水入口 N.A 未经处理 BOD175~300ppm,悬浮固体物 的原污水 220~650ppm，氧气140ppm
2、 混合的污水和活性污泥 2~3英尺/秒 70%污水,30% —
活性污泥+H2S —
3、 曝气池 剧烈搅拌 70%污水,30%活性污泥 —
4、 澄清池（二次沉淀） 低速 活性污泥和一些废水 —
5、 浓缩性污泥 很高 — —
6、 真空过滤器至排放口 无曝气,1英尺/秒 活性污泥送至 一些氯化铁添加剂 真空过滤器
7、 废水出口 2英尺/秒, 中等曝气 — —
8、 污口出口 4~5英尺/秒, 大量曝气 含有很多氯化物 —
和不溶解固体物质
9、 滴滤池 — — 高曝气
注：典型温度68~77℉，典型pH 值7.4~7.7
表4 在废水处理设备环境下的腐蚀速度 密耳/年（mm/年） 设备位置 304型 316型 1010碳钢
1． 市废水入口
2． 合的污水和活性污泥
3． 曝气池
4． 澄清池（二次沉淀）
5． 浓缩活性污泥
6． 真空过滤器至排放口
7． 废水出口
8． 污水出口
9． 滴滤池
168~732天暴露的平均腐蚀速度 （1）有缝隙腐蚀侵蚀
腐蚀速度—密耳/年 （2）出现点蚀
表5 城市废水处理设备腐蚀试验
位置6：脱水装置和真空过滤中的活性污泥 密耳/年（mm/年）
环境条件 304型 316型 1010碳钢 至真空过滤器的活性污泥（不搅拌）
曝露169~732天的平均腐蚀速度 （1）有缝隙腐蚀迹象 （2）出现点蚀
304/304L和316/316L不锈钢是目前城市废水处理设备中筛子、沉砂池、溢流堰、螺栓、移动桥、曝气池、消化池和污泥管道的主要材料，在过去的20多年中，根据国际镍公司进行的现场试验，这些材料已经成为标准的建造材料。表3、表4和表5中的参数表明，除表5中一项活动性污泥曝露试验外（后面讨论），304和316不锈钢的重量损失腐蚀速度
这些非常低的腐蚀速度意味着在设计不锈钢设备时不必在壁厚上留有“腐蚀余量”，但对于碳钢和球墨铸铁必须留有腐蚀余量。所以使用不锈钢在重量/材料方面可以节省得多。
据称不锈钢的部分试样上确实产生了缝隙腐蚀。这种腐蚀是局部性的，一般发生在“受屏蔽”或“有缝隙的”地方，如：螺栓连接处、没焊透的焊缝或污泥沉积物下面。要想尽量减少这种侵蚀，无论什么部位都应尽可能地消除缝隙，所有焊缝必须完全焊透，定期清理沉积物。曝气池中的沉积物一般是在曝气池停用进行除臭清理时清除掉。采取这些措施后，长时间连续使用不会出什么大问题。运行过程中对曝气池进行搅拌或充氧可以进一步发挥不锈钢作用。
（1）耐大气腐蚀
钢中添加铬提高了耐腐蚀性。使不锈钢“不生锈”所需铬的含量可以根据含量变化钢的重量损耗而定[3]。Faulring 的数据表明铬含量大于和等于12.5%的钢种在海洋性大气下曝露25年后，重量损耗相当小。这些“纯铬”不锈钢（铁素体和马氏体）和表面层有一层锈蚀层，在很多外观显得特别重要的大气环境中不宜使用。相反含镍8%~10%的奥氏体钢种304和316的耐蚀性更强，在大气中暴露许多年后表面仍然光泽如初。
消化池中产生的H 2S 气体渗透到废水处理设备的许多部位，加速了铜合金、铝和碳钢
腐蚀。据De Renzo称，在潮湿的H 2S 中，304和316不锈钢的腐蚀速度
虽然人们并不想让钢曝露于湿氯气中，但是在氯气贮存区附近通风不好的有限位置，管子外表确实发现几处一般点蚀。304L 和316L 不锈钢在湿氯气蓄积和冷凝的不通风大气环境下易生锈和发生一般点蚀。适当通风可以消除这些现象，也可以对不锈钢表面进行定期喷水清洗，可以使生锈和点蚀减至最少。
（2）氯气一臭氧
不锈钢通常能够耐废水处理设备中一般浓度的氯气腐蚀。表6是1010碳钢、铸铁、304和316不锈钢试样在有一定残余氯浓度的加氯处理的淡水中暴露的数据[5]。304和316L 在残余氯含量高达2ppm 的井水中的耐腐蚀性很好，而碳钢和铸铁的腐蚀速度要高出一倍。如果连续曝露在3~5 ppm残余氯气中，测得的数据表明304/304L容易产生缝隙腐蚀，保险起见应选用316L ，不锈钢不适用于氯气喷雾系统，那里的氯含量可达50至几百ppm 。
臭氧是一种日益普及的氧化剂代用品，既可以单独使用，也可以同氯气一起使用。虽然最初制造臭氧发生器时选用316L 而没有选用304L 的背景和数据不足，但是316L 已经成为制造臭氧发生器的最佳材料。
表6 1010钢、铸铁和不锈钢在加氯处理的淡水中的腐蚀性
残余氯含量 腐蚀速度 暴露表面一点蚀 缝隙腐蚀
（mg/L） 密耳/年(mm/年) 最大深度（密耳） 最大深度（密耳）
1010钢，铸铁 304 316 304 316
0 1.4(0.004), 1.7(0.004) 0
（3）其它化学添加剂
硫酸亚铁是废水处理厂经常添加的化学添加剂：De Renzo称304和316不锈钢试样在含有pH 值为1~2.5的硫酸（废酸洗液）的硫酸亚铁溶液中耐蚀性非常好，腐蚀速度小于0.8密耳/年（
氯化铁有时在调节池中用来起絮凝作用，污泥在调节池中进一步浓缩和脱水，然后焚烧和排弃。放置在活性污泥位置6（表
3）上的304和316试样，在氯化铁
含量为250~300ppm环境下，既有点
蚀也有缝隙腐蚀。表5中的数据表
明316不锈钢耐氯化铁腐蚀性略好
于304不锈钢，可作为较保守的选
择，用于氯化铁喷入点之后氯化铁
含量较高的部位。尽管试验数据不
理想，但是，304不锈钢管一般还是
用于输送处理后流出的污泥。
(4)微生物腐蚀（MIC ）
标准不锈钢在滞流和缓慢流动
的水中，其焊缝和焊缝周围有时容易产生微生物腐蚀。在一家废水处理厂试验用的旋转式生物压缩装置（RBC'S ）用409(11%铬) 不锈钢制作的框架上出现了微生物腐蚀就是一个例子。图3是被拆开的旋转式生物压缩装置。从图4可以看出，微生物团大体都堆集在框架的焊缝处。旋转式生物压缩装置的不锈钢框架以2转/分的转速在污泥中时进时出，为微生物腐蚀提供了理想的环境。在废水处理设备的其它部位很少有微生物腐蚀。
城市废水处理设备中缝隙腐蚀和微生物腐蚀很少见，可能是由于以下几个因素使它们具备良好的使用性能：
①通过酸洗或机械清理的方法
将暴露于曝气池污泥中的通气管外
部的回火色氧化皮去除掉。
②曝露在污泥中的管道的环形
对接焊缝应表面光滑、无缝隙。
（注：去除回火色[6]并且不留缝隙可
以大大增强耐微生物腐蚀和其它形
式的局部腐蚀的能力）。
③对污泥进行曝气和消化可以
减少污泥在管道表面的粘附。
④当曝气池停止使用时，对管道的外壁彻底冲洗，清理污泥。
2 普 遍 经 验
60年代和70年代及以后建成的老废水处理厂中的不锈钢管道，即使不是全部，也是绝大部分仍在使用中。图5所示的是典型的用途，不锈钢通气管道用于曝气池的污泥中。不锈钢在应用中的实际性能比根据前面归纳的试样实验数据指示的情况还要好，特别是在很好维护的情况下。
浸没在污泥中的通气管外壁上
出现过一些沉淀物腐蚀的事例。在
这些事例中，腐蚀都发生在正常清
理曝气池时，没有完全清除的小块
残余物的下面。
注意一下试验架就会发觉，在
添加了氯化铁的活性污泥中的试样
上出现了腐蚀。不过，不锈钢污泥
管道在输送活性污泥的环境下使用
性能良好，最近只是在污泥管道O 型环机械连接的开槽和弯头处发现缝隙腐蚀。污泥汇集在开槽处，并造成O 型环周围严重腐蚀，看起来由于流速慢和滞流持续时间很长，沉积物的下面产生腐蚀。为了尽量减少沉积物腐蚀，应避免污泥管道中的滞流和低速流动。自由流动将有助于减少沉积物形成。
在有些土壤中也会出现缝隙腐蚀。埋入土中的不锈钢管的外部表面腐蚀取决于土壤成分和电阻系数。土壤的腐蚀性取决于湿度、pH 值、透气性、杂散电流和表面排水性。土壤湿度越大，埋在土中的不锈钢管越容易产生缝隙腐蚀，沼泽地、河流交叉口下面的湿土中产生缝隙腐蚀的可能性最大。日本进行的试验表明，不锈钢在许多土质中，特别是电阻系数较高的土壤中使用性能良好[7]。日本极其成功地将不锈钢连接管埋入东京地下，把饮用水从街道的辅干线引到住宅中。从80年代大规模安装使用以来，在目前使用的50
多万根连接管中，
没有发现一处腐蚀问题。对于湿土壤和关键管道，可以采用阴极保护的方法，这是埋在地下的不锈钢管道的标准防护措施。
（1）采购与技术条件
废水处理厂不锈钢管道中所出现的大多数问题都发生在采购、设计、制作和安装等环节中。奥氏体不锈钢焊管和接头的通用技术条件如表7所示。
表7 不锈钢管技术条件比较
技术条件
有效范围
接头技术条件
尺寸
壁厚
固溶退火
机械测试
氧化铁鳞 ASTM A312 焊管或无缝 ASTM A403 1/8"~30" SCH 5S~80 需要 拉伸和焊缝正面弯曲 需要去除 ASTM A778 焊管 ASTM A774 3"~48" 0.062"~0.5" 焊管需要 选配 拉伸和焊缝导向弯曲 任选 任选去除 ASTM A409 焊管，大直径壁薄管 ASTM A403/A774 14"~30" SCH 5S~10 任选 选配 拉伸和焊缝导向弯曲 需要 需要去除 填充金属添加物 自生选配 水压测试 需要
ASTM 技术条件A312（管）和A403（接头）规定奥氏体不锈钢焊管和接头专用于侵蚀性腐蚀环境，典型行业是化工和其它加工工业。这些技术条件中的低碳级和普通级钢种包括了绝大多数通用不锈钢合金，直径范围从3mm(1/8")到0.75mm(30")。ASTM 技术条件A312要求进行最终固溶退火，去除回火色氧化铁鳞。
ASTM 技术条件A778（管子）和A774（接头）可用于腐蚀性较弱的环境，在这种环 境下通常使用焊接条件的低碳和稳定型钢钟（该技术条件中只包括低碳和稳定型钢种）本技术条件中所包括的尺寸范围从ф75mm(3")到ф1.22m(48")。由于技术条件中只包括了低碳和稳定型不锈钢钢种，所以不要求进行焊后固溶退火。虽然去除回火色氧化铁鳞可视情况而定，但是为了避免未经酸洗，表面有回火色氧化铁鳞的管子已经发生了腐蚀问题，应将其去除掉，而且采购文件上也是这样规定的。
(2)设计与制作
ASTM 技术条件中并没有对管子的工厂或现场制作时的环形对接焊缝做出现定。用户或负责设计施工的工程公司必须制定出室内焊接技术规范，其中包括以下重要内容：
①要求完全焊透，同时并要求沿内径的环形焊缝平滑。
②焊接过程中在管子里辅以惰
性气体，尽量减少氧化和回
火色。
③使用成分匹配或钼含量较高
的填充金属。
④用安全的保护性塞头将管子
两端堵严，防止运输、室内
存放时将管子内部弄脏。
⑤要保证室内外贮存区域干净
（存放时要离地）。
⑥曝气池管道外表面上的回火
色氧化铁鳞应去除掉。
浸没在污泥中的各个区域的环形焊缝—通气管的外表面、消化池和污泥管的内壁，不能有缝隙，而且要全部焊透。
有些管道系统如：通气管， 在使用过程中容易受到振动。虽然304不锈钢和316不锈钢具有很好的疲劳强度，疲劳极限[8]约为35000psi （见图6中的S-N 曲线），但是，认真设计诸如过渡段或组装中的相交部件是重要的。这些部位是整体结构的最终薄弱环节，振动应力容易集中于此处。
因此，采用鞍形和推式连接可以避免连接部位的相交连接。鞍形接合可以使连接处的焊缝完全焊透，如图7所示，并去掉与头部相连接的焊缝，形成更为传统化的管子焊缝。这种设计可以省略掉另外严格设计的相交接头中的焊缝，采用手工电弧焊技术焊这样的焊缝时可能会产生焊缝中裹带熔剂，或在接头的下面产生缝隙（焊缝没完全焊透）。
（3） 酸洗
酸洗对于不锈钢废水处理厂管道使用性能的成功很重要。它能使处理曝气池污泥的通气管具有良好的耐蚀性。酸洗可以有效地去除金属表面的回火色氧化铁鳞、嵌入的铁屑和其它产生点蚀的缺陷。虽然多数车间都尽量避免不锈钢与碳钢划线平台、滑块、吊链接触，但铁屑仍然会嵌入其表面。此外在切割和焊接过程中，周围的金属被加热，形成深棕色或黑色氧化膜（回火色氧化铁鳞）。加工厂可以选择一种方法，他们可将加工好的材料发给用户，并希望用户产生允许加工时产生的铁屑和其它表面污染所造成的锈蚀或划痕，或者对它们进行酸洗，使表面恢复其最好的耐蚀性。酸洗可以在酸洗槽中进行，也可以用酸洗膏和弱酸洗液对被污染的表面进行处理，然后进行彻底的中和清洗，去除金属表面残余的酸液和酸膏。 Tennessee 大学最近进行的一项研究证实，在选用不锈钢并利用其耐蚀性的含水环境下，需要去除回火色氧化铁鳞。图8为焊接后的304L （有回火色）和焊接后经过酸洗的304L （去除了回火色）的极化曲线。经过酸洗，去除了回火色所得到的这条曲线表明奥氏体不锈钢具有正常钝化行为（保护性）。极化曲线的垂直部分表明不锈钢特有的、很大的钝化范围。经过焊接的试样由于热影响区的原因缺少类似的钝化范围，这表明在侵蚀环境下可能出现局部腐蚀。
（4） 成本比较
不锈钢设计为轻型的构件和管道系统取得
了很好的成本效益。虽然不锈钢的初始投资费用
可能高于其它材料，但是它使用寿命长、总的维
修费用低，总的寿命期降低了成本。欧洲不锈钢
开发和信息集团（EUROINOX ）对意大利一家
废水处理厂完成了一项欧洲项目的研究，尽管不
锈钢的初期安装费用比碳钢高25%以上，但是
仅仅使用10年不锈钢的寿命周期成本与碳钢持
平。这项分析包括资本成本和维修成本，而且选
用了不锈钢进行设计时，节省重量采用了一个保
守的估计数字10%。不锈钢装置包括机械护板、
移动桥及扶手， 这些部位常用的是镀锌钢。
3 结 论
304L 和316L 不锈钢已经非常成功的广泛用于废水处理厂中的管道和其它许多用途之中。不锈钢较高的设计性能和很低的腐蚀速度允许采用轻型结构。工厂很好的清洁维护会进一步提高不锈钢的优良使用性能。
（1）ASTM 技术条件A312和A778一般能够满足采购钢管的要求，如果按照ASTM A778订货时则要求去除回火色氧化铁鳞。
（2）必须制定环形对接焊的室内技术条件，因为ASTM 中没有这部分内容，技术条件中应要求焊缝完全焊透，而不是“工业级质量”焊缝。
（3）设计全焊透接头的外形和焊缝加强高必须平滑，在分支连接处不要采用角焊缝，这样可以获得最好的抗振性能。
（4）在氯化物含量超过200ppm(mg/l)可残余氯气含量超过2ppm 的水中，最好选用316L ，不要用304L 。
（5）处理污泥的设施，流速应保持在2英尺/秒以上，避免低洼处和缝隙处沉积污泥，这是保证最佳使用性能的关键。
（6）自60年代后期，美国有1600座城市废水处理厂中的曝气管道、消化池气体管道和污泥输送管道都使用了304L 和316L 不锈钢。