一、地下水取水構筑物進水面上的腐蝕與沉積 　　凡是由金屬濾管（如管井的濾管、輻射井的水平集水管等）在地下水中都存在著不同程度的腐蝕。而沉積則存在于所有地下水取水構筑物的進水面上，如大口井井底。腐蝕與沉積?；ハ嗦撓担懿豢煞?。 　　1.腐蝕問題 　　腐蝕分電化學腐蝕與化學腐蝕兩種情況，金屬濾管的腐蝕幾乎都是電化學腐蝕。由于具有不同的電極電位，組成原電池。例如，由穿孔鋼管外包銅網組成的濾管即相當于原電池，電子將通過金屬支撐線——導線由鋼管（負極）流向銅網（正極）。這時在溶液中發生的反應如下； 　　在負極　　Fe→Fe2++2e-　　　　　　　　　　(1) 　　離子Fe2+進入溶液，即發生氧化反應，因而對溶液來說又是陽極。在陽極Fe2+將發生各種二級反應，例如： 　　Fe2++2OH-→Fe(OH)2　　　　　　　　　　　(2) 　　當水中有溶解氧時，則 　　4 Fe(OH)2+O2+2H2O→4 Fe(OH)3↓　　　　　(3) 　　在正極　　2H++2e-→2H→H2　　　　　　　　(4) 　　即發生還原反應，因而對溶液來說又是陰極。 　　實際上，只有當溶液中沒有溶解氧時，電極反應生成的H才結合為H2。如果溶液中存在溶解氧且在酸性條件下，陰極反應為： 　　4H+ O2→2H2O　　　　　　　　　　　　　　(5) 　　如果在溶液中有溶解氧且在中性或堿性條件下，陰極反應為： 　　O2+2H2O +4e-→4OH-　　　　　　　　　　　　(6) 　　下面分別討論濾管腐蝕過程中的各種影響因素。 　　(1)pH值的影響 　　由(4)、(5)式可知，H+在陰極放電，不斷地從陽極接受電子是使反應得以繼續進行。因此水的pH值越低，即H+濃度越高越易使陽極的腐蝕作用加劇。當H+濃度很高時腐蝕作用可變為金屬溶于酸中的作用。 　　可見，低pH值是濾管電化學腐蝕的重要因素之一。PH值低的地下水一般具有硬度低，游離碳酸等含量多的特點。地下水中的鐵質含量雖然與pH值沒有直接的關系，但據不完全統計，我國大多數(>80%)含鐵地下水的pH值小于7.0，僅少數(～10-20%)pH=7.0-7.5，個別pH>7.5。這就是含鐵地下水中濾管腐蝕的主要原因之一。 　　(2)溶解氧的影響 　　當溶液中沒有溶解氧時，陰極反應按(4)式進行，生成的原子態H和氫氣將復蓋在陰極表面，產生超電壓的極化作用，只有在Ph<4時，電極作用才能持續進行。當pH>5時，腐蝕將會停止下來。當水中有溶解氧時，反應按(5)或(6)式進行，此時氧化為去極劑使腐蝕作用加劇。實際上，當pH≌6時溶解氧是決定腐蝕的主要因素。實踐證明，這時腐蝕速度與溶解氧含量成正比。由于含鐵地下水中鐵質為F2+e形式存在，一般不含溶解氧。這時參與腐蝕、沉積的溶解氧的來源是一個值得探討的問題。我們認為形成的水位降落漏斗以及間斷抽水時的水位波動是造成井周圍地下水充氣溶氧的條件，這一因素的影響對埋藏淺的潛水層尤為突出。由于溶氧范圍只限于地下水的表層和濾管上部，但是由于地下水流在濾管外圍一般都有濾流重分布現象，從而使表層含氧較多的地下水向沿濾管的深層分布，是含鐵地下水取水構筑物同樣遭受腐蝕沉積的原因。 　　(3)水流速度的影響 　　在濾管及取水井設備的腐蝕過程中，水流速度影響甚大。大致有以下幾方面。首先是水流的機械沖刷作用。實際上可以觀察到，濾管或深井設備腐蝕嚴重的部位往往是水流集中、流速較大的部位。因此，減少濾管進水面的流速、使濾流均勻分布可以減緩濾管的腐蝕。其次是水流作用造成的濃差影響。水流速度大時，水中的溶解氧易于向濾管的陰極擴散，從而形成一種氧濃差電池，使腐蝕過程加劇。 　　實際上影響電化學腐蝕過程的因素還很多。如組成濾管的材料與構造形式，金屬結構、表面加工處理與各種應力的不均勻性，地下水與濾管周圍含水層的物理化學性質，生成物的物理化學性質，微生物作用與施工運行條件等。隨著這些因素的變化，濾管的腐蝕情況往往表現出不同的形式。例如，我們通常采用的纏絲濾管一穿孔鋼（或鑄鐵管）外纏鍍鋅鐵絲，由于鋅的電極電位(-0.76v)比鐵的(-0.44v)還要低，因此濾管原電池的極性與前述濾管的相反，這時首先是鍍鋅鐵絲遭到腐蝕，由此可見不同的材料與構造形式決定了電化學腐蝕過程。又如由于金屬結構等因素的影響引起的局部原電池作用，使濾管骨架表面呈現麻坑狀腐蝕，再如，腐蝕生成物較堅實時會影響氧向陽極擴散，產生氧濃差電池作用，還可能在堅實的沉積物下面造成一種厭氧條件有利于硫酸還原菌的生存繁殖，會使腐蝕過程加劇，這些情況在實際工作中都應加以區別。 　　(4)沉積問題 　　按(3)式生成的Fe(OH)3沉淀物就是造成濾管沉積堵塞的主要成份之一?？梢?，對金屬濾管而言腐蝕與沉積是伴生的。對由銅網與穿孔鋼管組成的濾管而言，在鋼管發生電化腐蝕的同時即伴隨著Fe(OH)3在銅網里側面的沉積與堵塞。水流速度較大時，因沖刷作用銅網被堵塞的速度較慢；反之，銅網即被迅速堵塞。這就是一些管井在長時間停用以后出水量明顯下降甚至不出水的原因。 　　此外，由(6)式可知，由電化學反應而產生的OH’將在濾管附近造成一種特殊的pH濃差變化，其分布情況與濾管的材料結構及水流狀況有關，結果將產生不同部位的沉積堵塞。例如，對上述網式濾管而言，作為陰極的銅網上形成的OH’在水流的影響上，常常在銅網和穿孔鋼管骨架的間隙內形成pH值較高的“隔層”。地下水中的Fe2+通過濾網后與這一“隔層”相遇，即迅速生成Fe(OH)3沉淀，結果使間隙和骨架孔眼被堵塞。PH值較高的“隔層”照理應偏向骨架的里側。 　　濾管的堵塞同時還伴隨著Ca、Mg及其他金屬鹽類的沉積。后一情況主要是因為地下水流向取水構筑物時水頭損失增加破壞了地下水中的氣相平衡與化學平衡，引起各種金屬鹽類的沉積。同樣的情況也產生于大口井等取水構筑物的進水面上。 　　由此可見，地下水流向取水構筑物的水頭損失越大，越易產生金屬鹽類的沉積。這是所有地下水取水構筑物進水面沉積堵塞的另一個主要原因。實際情況表明，在同樣條件下，兩個出水流量不同的取水構筑物，出水流量大的使用期短，出水流量小的使用期長；如就使用期的總出水量而論，前者的總出水量往往遠低于后者的總出水量。為此，需要對井的出水流量和進口流速加以限制。 　　除上述沉積之外，還存在著硅酸、有機物（包括各類菌體，如鐵細菌和硫酸還原菌）及泥沙的沉積與膠結。 　　因此，如果不去追究各種沉積堵塞的原因，單就地下水取水構筑物進水面上沉積物的沉積過程、組成情況、沉積形態而言就有很多不同的情況。為了便于解釋某些實踐問題，大致可作如下說明： 　　(1)進水面上的沉積過程 　　因為在濾管電化學腐蝕過程中形成的特殊pH值濃差環境的影響，以及Fe(OH)3的溶度積比其它金屬鹽低，所以在地下水中特別是含鐵地下水中將主要產生Fe(OH)3的沉積。而最先沉積的部位是穿孔骨架的未穿孔部分，最初形成的疏松沉積物，很容易沿進水孔的周圍吸著Fe(OH)3、硅酸膠體及其它化合物，從而使進水孔逐漸縮小。沉積物的結構將隨時間，逐漸密實。過水面積越小或流速越大，上述沉積過程越快。此外，沉積過程還與濾管孔眼尺寸、形狀有關，例如濾管的有效進水面積相同，流速相同，孔眼多而小的濾管及縫隙濾管堵塞較快。 　　上述現象不僅限于進水孔和井的有關部位，也存在于取水構筑物的填料層和含水層的顆粒間隙。實際證明，顆粒越粗、越均勻（即間隙大、透水性強、含污量大）越不易堵塞；反之，堵塞甚快。 　　從這個角度出發，也需對取水物構筑物的出水流量和水流速度加以限制。 　　(2)沉積物的組成與地下水的化學成分密切相關。 　　含鐵地下水取水構筑物沉積物的化學組成，以鐵質最多（以氧化鐵計，含量一般在60%以上），此外有硅酸、其它金屬（鋁、鈣、鎂、錳）及硫化物、有機物及水份，鐵細菌及硫酸還原菌。 　　必須指出，即使在同一取水構筑物上沉積物的化學組成也是不一樣的。例如，濾網與骨架間隙沉積物的鐵質含量一般較多，而濾管周圍的填料層與含水層中沉積物的鐵質相對較少（硅酸較多），這可能與腐蝕生成物的沉積，pH值環境變化有關；濾管上部沉積物中鐵質含量較多，下部鐵質含量相對減少，這可能與上部地下水溶解氧含量較多有關。 　　(3)沉積物形態 　　濾管上沉積物的堆積一般上部多下部少，沉積物的外觀形態不一，大致有下列幾種情況： 　?、偕暗[巖狀沉積——沉積物中硅酸含量相對較高，其它金屬鹽類含量也較多，鐵質含量較少，沉積物中伴有相當數量的砂、礫石膠結，故強度較大。這類沉積一般難于清洗去除。 　?、谑杷傻膶訝钆c海棉狀沉積——含鐵地下水中多見。層狀沉積有時伴有少量砂粒膠結，強度稍大；海棉狀沉積結構疏松，這類沉積物中鐵質含量越大，硅酸與其它金屬鹽類沉積相對減少。一般較易清洗。 　?、圮浐隣畛练e——沉積物中有機物較多。有時可以在濾管上看到瘤狀結節。金屬濾管的腐蝕與沉積某些情況下即為同一過程的兩種表現形式。因而同一取水構筑物經常是既受腐蝕又遭沉積，其結果不是大量漏砂就是嚴重堵塞，最終報廢。除了與水質有關外，與取水構筑物的設計、構造、施工、運行管理也都有關。 二、有關含鐵地下水取水構筑物的幾個問題 　　1、取水構筑物的型式 　　水文地質條件是決定構筑物型式的基本因素。但是在含鐵質過多的地下水中不能不考慮水質的影響。通常在同一水文地質條件下，如果進水面的平均單位負荷（取水量）相同，則大口井的出水量比管井要穩定，或者說大口井的使用期限比管井的長。這主要是因為大口井的實際進水面積比管井大，反濾層的透水性強，化學沉積速度較慢，此外不存在電化學腐蝕的影響。從經濟上分析，兩者的單位造價不分上下。目前因大口井的施工比較麻煩、工期長、特別是采用排水下沉法施工成井質量較差，往往影響大口井的使用效果。以佳木斯自來水公司四水源的一個大井口為例，地下水含鐵量12-13mg/l，井徑10m、井深16m，采用排水下沉法施工。 由上<