航天器進出太空嚴控微生物

    自1957 年蘇聯成功發射世界上第一顆人造衛星開始，人類對地外空間的探索已經持續了半個多世紀，其間各式各樣的飛行器攜帶著地球生命無數次地進出過地球大氣層。越來越多的太空活動，不禁讓天體生物學家開始擔心起來。

    在各國科學家的不斷努力下，人類將飛向太空的夢想逐漸變成了現實。隨著空間探索的開始，人類能夠借助于航天器發射各種儀器到月球、火星或其他行星。然而，在進行星際探索時，飛行器或著陸裝置難免會與各種微生物進行接觸，這就引出了一個十分嚴肅的問題，會不會因此攪亂地球與其他行星的生物環境。科學家也開始注意到空間活動背后存在著的一些隱患，特別是對天體生物環境保護問題備受矚目。

    可以做一個假設，如果地球微生物闖入其他星球，找到適合于它生長的條件，就可能會增殖，從而破壞目標行星的原始狀態。另一方面，我們也必須保護地球及其生物圈與地上人群，不被可能存在的地外危險物質或生命所“污染”。因此，科學家們對天體生物環境的保護工作十分重視。不久前，國際空間站人員對站內微生物環境進行了檢測，發現無孔不入的微生物在人類眼皮底下借助貨運飛船進入了空間站，同時迅速適應空間站內的環境并四處蔓延。目前國際空間站內共發現有 76 種微生物，其中包括致病細菌和真菌，以及能夠對金屬造成生物性腐蝕的微生物。這些微生物會損害儀表盤、線路上的絕緣材料及其他類型的聚合材料。微生物的大量繁殖和材料的大量降解耗損將會導致空間站內的設備運行失靈。微生物也嚴重威脅著國際空間站內宇航員的健康。微生物會釋放出毒素，它們的大量繁殖可能導致宇航員患傳染病的幾率增加。

    不過好在科學家基于以前的研究，使用一種特殊液體對空間站內部進行了殺菌清理，化解微生物“侵襲”的危機。鑒于微生物未來還會對空間站造成襲擾，俄羅斯科學家準備在站內安裝一種名為“阿爾法”的特殊裝置。它能夠發射出波長 200 納米至 400 納米的紫外線。這些紫外線非常厲害，目前還沒有發現哪種微生物能夠在它的照射下繼續存活。

    只有嚴格滅菌 星際探索才有保障

    在制造航天器材時，一些微生物也不免混入其中，科學家也考慮到了這方面的問題。

    航天器和航天儀器設備的制造可使用一類新型功能抗菌材料，來預防控制微生物的“污染”。此類材料是在原料中添加抗菌劑，使航天器材制品具有內在的抗菌性，在一定時間內可以將附著在材料上的微生物殺死或抑制其生長繁殖。比如，可以在航天材料中添加無機抗菌劑材料，其中銀離子類抗菌劑是最常用的抗菌劑，有時為了提高協同作用，還要再添加一些銅離子、鋅離子。

    此外，還可以添加有機抗菌劑的材料，主要品種有香草醛或乙基香草醛類化合物，還有酰基苯胺類、咪唑類、噻唑類、異噻唑酮衍生物、季銨鹽類、雙呱類、酚類等。目前有機抗菌劑的安全性尚在研究中。一般來說有機抗菌劑耐熱性差些，容易水解有效期短。用高科技納米技術處理無機抗菌劑后制造的納米抗菌材料，因具有更為廣泛、卓越的抗菌殺菌功能，并且通過緩釋作用，能夠提高抗菌長效性，所以也是制造航天器材時常會用到的。

    對航天器可以做到嚴格滅菌，那么作為生命體的宇航員身上也會攜帶微生物，對于它們要如何處理？

    生物學家估計人體至少攜帶有 10億個微生物，約占體重的 2%。它們中的大多數都能夠與人體和諧相處，但有些也會致病。即使航天飛機、載人飛船、航天服、裝船產品等經過再嚴格的真空消毒，微生物還是會隨著航天員的皮膚、人體分泌物、物資等途徑混進乘員艙。

    因此，對于人體攜帶的微生物是無法清除的，也是不能清除的。只能通過開展載人航天生物保護系統中的微生物安全監控策略預防微生物的危害。

    當然在進行星際探索時，肯定會有一些微生物被“粘”回地球，對它們進行怎樣的防范？

    首先，為了歷行國際行星保護公約，我們應不斷發展及應用空間飛行器的生物載荷測量和減少生物載荷的技術，防患于未然。

    其次，要對難以避免的“污染”進行補救。在眾多太空任務中，有一類任務是“受限制地球返回”任務。

    說得通俗一點就是執行這種任務的航天器，有可能受到過外星微生物“污染”，因而在返回地球前受到一定的限制。這種情況下所有返回的硬件在整個返回階段都應采取防泄漏措施。

    如果采集了來自于目標天體的未消毒材料（比如石塊樣本），那么還要對這些材料采取防泄漏措施。返回后，應在嚴格控制下及時地采用最靈敏的技術分析收集到的未消毒樣品。如果發現任何可能的非地球復制物實體的信息，在沒有采用有效的消毒程序之前，都要嚴格保管防止泄漏。但并不是所有空間微生物都對人類及地球生物有害，我們知道空間生物學的重要研究內容之一就是利用各種航天飛行器（高空氣球、軌道衛星、空間站、航天飛機等）探索生物對空間環境因子作用的反應，即空間生物學效應。空間環境諸多的物理條件，如顯著的失重，熱交換影響，粒子穿透，宇宙射線，磁變影響，細胞懸浮，營養物的濃度梯度、毛細特性、流體行為等均可能引起生物體的遺傳和生物學特性的變異反應。因此，我國在過去 40 多年里，利用各種飛行器成功地搭載了動植物和微生物樣品，去探討了解空間環境因子的生物學效應，并發展新的生物技術服務于地球人類生活。1987 年中國科學院和有關單位首次利用我國發射的返回式科學衛星，安裝搭載了 68 件試驗容器和裝置，開展了對 32 種植物種子、6 種植物愈傷組織、2 種昆蟲、1 種病毒和 7 種微生物的生物學效應探討。在隨后的 20 年間，我國科學家利用我國成功發射的 19 顆返回式科學衛星進行了涉及航天醫學、細胞生物學、植物學、動物學、微生物學、水生生物學、放射生物等生命科學的廣泛研究，已經取得了一些顯著成果。

    所以凡事都有兩面性，空間生物的保護和利用也是如此，未來我們會讓空間微生物更好地為人類造福。

    船舶的微生物腐蝕及其防護

    微生物影響金屬腐蝕過程是海洋腐蝕的重要類型之一。船舶在海洋上航行，與海水接觸部分不僅受海水腐蝕的影響，還受海洋生物污損的影響，許多海洋微生物能夠吸附于船底、螺旋槳、船舶管路及其他金屬結構表面并生長和繁殖，導致嚴重的生物污損。污損生物會破壞金屬表面的涂層，使金屬裸露而導致金屬的腐蝕；有石灰外殼的污損生物覆蓋在金屬表面，改變了金屬表面的局部供氧，形成氧濃差電池加劇腐蝕；有些微生物本身就對金屬有腐蝕作用。但是，船舶的微生物腐蝕起初并不被人們所重視。近 20 年來，隨著腐蝕研究的不斷深入，許多異常快速的腐蝕問題引起了人們的注意，由此發現微生物腐蝕在船舶上大量存在。

    船舶微生物腐蝕發生位點與危害

    船舶的微生物腐蝕情況根據船體各部位所處環境、船舶航行海域、船齡以及維護保養程度不同而有很大差別。

    由于船體水下部分直接接觸海水，生物污損能破壞表面防腐涂層使漆膜脫落，增加船舶航行阻力，增大油耗。此外，在漆膜破損處，腐蝕微生物可以直接與金屬基體接觸誘發微生物腐蝕。船體水下部分的生物污損群落結構受到多種因素的影響。一般來說，富營養化、水溫較高、水流速度緩慢的海域有利于污損生物的附著；污損生物附著量與船舶在港停靠的時間成正比，與船舶航行速度成反比。

    船體水上結構，包括干舷、甲板和上層建筑。主要受到海洋大氣、海水飛沫、雨雪、沖洗甲板時所用的海水以及凝結水的侵蝕。水在各種難以維護的地方聚集并長期存在，也是船體水上結構局部腐蝕破壞的重用原因，但是該部位由于營養物質匱乏，一般認為發生微生物腐蝕的概率很小。

    船體內部結構由于不直接接觸海水，不會發生大型生物污損，但是由于船體內部結構的復雜性，在海洋環境中有六個區域有發生微生物腐蝕的潛在可能性，分別是燃油系統、潤滑油系統、冷卻水系統、艙底積水部位、壓載艙水部位和油輪油艙。其中，水、營養物質、溫度以及環境是微生物生存的幾個要素。

    水是最主要的要素。燃油和潤滑油中的水會給微生物生長提供條件，水含量往往成為微生物生長的控制因素。同時溶解在燃料中的水還可以維持霉菌的生長。一般認為燃料中的微生物是在水滴中或者是被水膜包圍的環境中生存的。而大量微生物的生長需要大量的水，通常要求含水量超過 1wt%。

    微生物生長需要營養物質。燃油和潤滑油中的碳水化合物和各種化學添加劑，以及水中可利用的營養物質均可以作為營養物質供微生物利用。用于清洗壓載艙的已經被污染的海港附近的海水也含有營養有機物和農肥，以及遺留下的石油降解微生物，這些都會為壓載艙水中的微生物生長提供營養物質。此外，船舶內部貨艙中的貨物殘留 （ 如尿素、肥料和糖等 ）、少量的殺菌劑殘留、銹層以及死掉的微生物都有可能充當貨艙微生物生長的營養物質。一般認為，船體內部結構溫度在 15-35℃范圍內，會給微生物提供理想的生長環境。如果船體內部結構溫度低于5℃或高于70℃時，都不利于微生物生長。

    腐蝕微生物通常不喜歡擾動的環境，因此在港的船舶或間歇性航行的船舶更易發生微生物腐蝕。腐蝕微生物可以在油水界面生長，將油相中的碳水化合物氧化成酸，包括有毒、有刺激性的H 2 S。腐蝕微生物還可以利用燃料、潤滑油、海水和廢料中的含硫化合物。在理想的環境中，腐蝕微生物在極短的時間內就會大量生長， 產生幾公斤的生物量。

    船體鋼的微生物腐蝕

    SRB 對碳鋼腐蝕的影響較大，日本學者管野照造的研究認為，碳鋼在含與不含 SRB 的海泥中的腐蝕速率之比為37 : 17。烏拉諾夫斯基曾評定在 SRB 作用下鋼的腐蝕速度加速 50%-60%；巴切爾遜曾測量 SRB 對鋼腐蝕的加速可達 20倍。有人測定了含 SRB 的船艙水浸泡的鋼質船板，其腐蝕速度是25mg/（dm 2 d），而無菌鋼的腐蝕速度是 2.6mg/（dm 2 d），兩者相差幾乎 10 倍。早在 1966 年，就報道了在船艙底的疑似微生物腐蝕。船尾螺旋槳附近的 8mm 碳鋼板在 2 年內腐蝕穿孔，腐蝕速率達到 4mm/yr，比同樣鋼板在海水中的腐蝕速率 （0.127mm/yr）快 30 多倍，SRB 腐蝕產物 FeS 的存在證明了微生物腐蝕的發生。

    1994 年，我南海某艦艙底板發生嚴重腐蝕，在主機艙、副機艙和尾軸艙，發現直徑 8-20mm、坑深 3-6mm 的潰瘍狀蝕坑 217 個，年潰瘍腐蝕率為 1.5-3.0mm/yr，最大潰瘍腐蝕率為 4.5mm/yr，其中左主機齒輪箱左側一處已腐蝕穿孔，坑徑 80mm，孔徑 20mm。其余為潰瘍狀蝕坑，呈橢圓形，有的蝕坑呈階梯狀。經國內有關專家勘驗分析，事故主要原因是由微生物腐蝕所引起，并首次提出了治理艦船微生物腐蝕的建議。

    2000 年，我國有 6 艘某型艦艇船底在下水后不到 2 年的使用期間就發生了多處的腐蝕穿孔。經檢測艙內積水部位單位體積內 SRB 數量約是舷外海水的103-104 倍，說明 SRB 在艦船的艙底水中大量存在。同時，勘驗結果還表明，其腐蝕形貌具備 SRB 腐蝕的明顯特征：

    腐蝕產物帶有難聞氣味，外貌為黑色沾糊狀覆蓋在鋼板上，蝕坑往往是一些開口的階梯形圓錐體，坑內側有許多同心圓環，坑內是黑色的腐蝕產物，產物下可以看到光澤的金屬表面。2007 年報道了澳大利亞皇家海軍軍艦的 10mm 船體板在不到 1 年的時間內腐蝕穿孔，腐蝕速率達到 10mm/yr，這一過程也被認為可能是由微生物腐蝕導致的。

    科學家在澳大利亞皇家海軍 7 艘軍艦的艙底水中取樣詳細研究了四種金屬材料的微生物腐蝕，包括兩種澳大利亞海軍軍艦用船體鋼 （ 一種水面艦艇用低合金鋼和一種潛艇用高強低合金鋼 ） 和兩種不銹鋼。浸泡 116 天后，采用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能譜分析樣品表面形貌和組成。對比研究發現，與浸泡在天然海水中的材料相比，浸泡在艙底水中的海軍軍艦用船體鋼腐蝕速率加快，點蝕敏感性增大，出現了半球型的點蝕坑，表明船體鋼在艙底水中的腐蝕與 SRB 導致的微生物腐蝕有關。而對于兩種不銹鋼樣品，沒有證據表明其在天然海水和艙底水中的腐蝕與微生物腐蝕有關。

    此外，在儲罐底部的水和污泥以及原油自身含有的水滴中均發現了包括SRB和產酸細菌在內的腐蝕微生物群落，而采用殺菌劑控制原油儲罐的微生物腐蝕是不切實際的。

    船體其他金屬材料的微生物腐蝕

     微生物對船舶管道的腐蝕是最近幾年才引起重視的。研究發現 SRB 能在厭氧條件下的海水管道內大量繁殖，并產生粘液物質，加速垢的形成，造成海水管道的堵塞；同時，SRB 菌落致使管道設施發生局部腐蝕，甚至出現穿孔，造成巨大的經濟損失。管道的腐蝕過程起初是由鐵細菌或一些粘液形成菌在管壁上附著生長，形成較大菌落、結瘤或不均勻粘液層，產生氧濃差電池。隨著生物污垢的擴大，形成了 SRB 繁殖的厭氧條件，從而加劇了氧濃差電池腐蝕，同時 SRB 產生的去極化作用及硫化物產物腐蝕，使得腐蝕進一步惡化，直至局部穿孔。

    大量的失效事例分析表明，銅鎳合金雖不發生海生物污損，但卻具有微生物腐蝕敏感性。不銹鋼的微生物腐蝕常常發生在焊縫及熱影響區。研究表明，不銹鋼材料的微觀組織和表面結構對金屬抗微生物腐蝕是有影響的，特別是鈍化層的性質對抗微生物腐蝕有較大影響。在不銹鋼的微生物腐蝕中起作用的微生物主要有藻類、SRB、鐵氧化菌及錳氧化菌等。在不銹鋼材料表面，由于需氧菌的新陳代謝作用，消耗氧氣，在生物膜下，產生一個氧濃差電池；另外，由于鐵氧化菌和錳氧化菌的生長活動，在金屬表面形成局部沉淀，阻礙了氧氣在生物膜中的擴散，使生物膜的中心部分形成無氧環境，適合 SRB 的生長和繁殖。在 SRB、鐵氧化菌和錳氧化菌的共同作用下，點蝕產生。也有人認為，在金屬表面形成的沉淀瘤，造成了微小縫隙，從而產生縫隙腐蝕。

    一般認為銅對 SRB 有毒性，但 SRB對銅有一定的適應性。最耐 SRB 腐蝕的材料是鈦及鈦合金。在英國皇家海軍的報告中也提到由于微生物腐蝕導致軍艦上燃氣渦輪發動機發生故障。故障原因與冷卻管路系統使用海水作為冷卻介質有關。這些冷卻水中含有的微生物和營養物質會導致微生物腐蝕。英國皇家海軍潛艇冷卻系統所使用的銅鎳合金也發現由微生物腐蝕導致的點蝕。在船底艙水和污泥中檢測到了包括 SRB、真菌和酵母菌在內的多種微生物。在腐蝕產物和海泥樣本中均檢測到了硫化物，表明主要發生了 SRB 導致的微生物腐蝕。

    對比國內外研究現狀，我們可以看到國外對于船舶生物腐蝕污損的研究開展的相對較早，認識較為深入。1966 年Copenhagen 就分析了船底鋼的微生物腐蝕機理。在后續的研究中，對于船舶不同部位的生物腐蝕污損問題也有了分類認識，提出不僅在船底水和壓載水等水環境中，在燃油和潤滑系統等部位也會因為燃油和潤滑油受到微生物污染導致微生物污損腐蝕，影響設備安全有效運行。同時，美國、英國、加拿大、澳大利亞等國海軍也對水面艦艇和潛艇的微生物腐蝕進行了系統的調查，形成了多份公開的調查報告，建議了有針對性的防護措施。而在我國，對于船舶水下部位生物污損的問題研究較早，也相對全面系統，通過多年實海掛板分析，掌握了我國不同海域生物污損群落特征隨季節、地理位置變化的演變規律，并且也有相應的防污措施。但是對于船舶內部結構微生物腐蝕問題的研究則起步較晚，從公開文獻的調研結果可見，我國直到上世紀末才充分認識到微生物腐蝕對于艦船設備安全有效運行的巨大破壞作用，建議了相應的防護措施。但總體而言，在重視程度和機理分析方面與國外尚有一定差距，在船舶微生物腐蝕機理及防護技術領域的研究亟待加強。

    燃油系統如何對抗微生物誘導腐蝕

    微生物誘導腐蝕與埋地油罐系統泄漏之間的聯系直到 20 世紀 80 年代才被廣泛的認識到。那時美國環保署記錄了成千上萬的埋地油罐系統中油品及化學品泄漏至地下水及土壤的事故。 1988年，經國會批準，美國環保署發布了埋地油罐系統管理條例，并成立了專門的埋地油罐系統辦公室，來負責防止泄漏的進一步發生和清理現有的滲泄漏。截至2015 年 9 月，被聯邦政府確認的超過528000 個埋地油罐系統泄漏中，已經有457000 個完成了清理工作。

    微生物誘導腐蝕的研究歷程

    1999 年，隨著對燃油系統中微生物誘導腐蝕的進一步科學進展和理解，美國材料與試驗協會對其編號為 ASTMD6469-99 的“燃油和燃油系統微生物污染指南”進行了大范圍修訂，提供了關于慢性微生物的癥狀、現象和后果的理解，以及對燃油和燃油系統微生物污染的控制。然而，標準中聲明“盡管大多數的油罐配置會盡可能的進行排水，但是不可能將水 100% 排凈”，標準更指出溶于燃料的滅微生物制劑與溶于水的滅微生物制劑僅在各自的液體環境中有效，通用的（同時能夠溶于燃料和水）的滅微生物制劑十分昂貴，且需配合油罐和管線的清洗才能使用。但這種頻繁的檢查對于加油站的運營是不切實際的。隨著生物燃料、含醇燃料及其他極性油品添加劑的引入，又極大地增加了燃料的含水率和親水性，使得保持油品無水的努力非常難以達到。一個典型的例子是美國空軍技術大學在 2003 年進行的一項關于微生物誘導腐蝕的取樣和研究，采集了 40 份 JP-8 燃料樣本，分別來自 12 個遍布全美的在役空軍基地的儲油罐、油罐車、飛行器，以及一個未透露的海外空軍基地的柔性燃料囊，其中 90% 的樣本中檢測出了明顯的微生物存在。超過 40% 的系列稀釋中產生的微生物增長被鑒定為中度或重度污染樣本。

    超低硫柴油的應用與微生物誘導腐蝕

    2006 年 6 月開始，美國環保署規定了 2010 年之前，柴油中硫的含量要下降 97%，含硫量從 500ppm 下降到15ppm，這種柴油被稱為超低硫柴油。幾乎同時，2007 年美國頒布能源獨立和安全法案，規定大幅增加生物燃料的產量，進而加油站增加了含醇燃料和生物柴油的存儲及銷售。 也正是在2007年里，美國石油設備協會開始收到大量異常的與超低硫柴油相關的油罐及加注設備中金屬部件被嚴重且快速腐蝕的報告。報告包括觀測到有一種金屬的咖啡渣形式的物質堵塞了加油機過濾器，腐蝕或導致了密封圈、墊片、油罐、流量計、測漏探頭、電磁閥和立管的損壞。該現象最早在轉換到超低硫柴油 6 個月內就發生。到了 2010 年，由美國石油設備協會進行的一項廣泛的調研顯示，上述問題遍布全國各地，而且同時存在于燃油系統的液相空間和氣相空間中。隨后，清潔柴油聯盟成立了一個專門的研究小組，并資助委托巴特爾紀念研究所深入調研超低硫柴油存儲與加注系統中的腐蝕問題。清潔柴油聯盟的專門研究小組包括美國鐵路協會、美國石油學會、福特汽車公司，美國便利店協會、美國停車場運營協會、美國石油設備協會等。

    2012 年 9 月，巴特爾紀念研究所總結了 146 頁的研究報告，以超低硫柴油存儲和加注系統中的微生物誘導腐蝕，極有可能是由廣泛散布的醋酸所造成的這一終極假說作為結論。醋酸的產生是由醋菌屬細菌在極低水平的乙醇污染飼養下，受較高氣壓的作用以及卸油時的擾動使醋酸擴散到潮濕的氣相空間，進而分布在整個燃料系統中。這導致在一個干燥和濕潤的循環中，醋酸濃縮在設備的金屬部件上，從而發生快速且嚴重的腐蝕。

    2014 年，由于與超低硫柴油相關的嚴重腐蝕持續存在，美國環保署的埋地油罐系統辦公室承擔了一項關于 42個埋地油罐系統加油站的研究。2015年 6 月，美國環保署的初步數據報告顯示“腐蝕現象似乎非常普遍，42 個加油站中有 35 個被認定為中度或重度的腐蝕，而且可能是由微生物誘導腐蝕造成的”。

    歐美國家對抗微生物誘導腐蝕的措施

    歐美國家對于埋地油罐燃油系統嚴峻的微生物誘導腐蝕現象的研究進展不斷推進，尤其是在超低硫柴油方面。北美油品零售市場傾向于廣泛地應用非金屬埋地油罐系統，例如在埋地油罐選擇上，在北美銷量最高的 50 個油品零售商中，有 46 個一直或已經轉向使用非金屬的全 FRP 材料制成的雙層油罐，而2000 年時全 FRP 雙層油罐的市場占有率只有 55%。全 FRP 油罐在油品零售市場擁有超過 50 年的成功應用經驗，20 世紀 80 年代的一項匯總統計包括幾大石油公司，美國環保署及研究院獨立測試的共 19240 個單層 FRP 油罐的應用情況，總體使用成功率為 99.995%。加拿大和澳大利亞一直以來幾乎全部使用 FRP 油罐。在歐洲，過去幾十年中加油站的數量一直在下降，很少有新建的加油站，并且超低硫柴油銷售逐年增長遠高于汽油銷量，由于缺乏本土 FRP 油罐供應商和狹小的加油站空間，所以更傾向于使用內襯法來升級現有的油罐。過去幾十年成千上萬的油罐采用了 FRP 或環氧基樹脂等其他非金屬材料進行內襯改造以對抗微生物誘導腐蝕。

    微生物誘導腐蝕與歐美標準的發展

    技術的進步必須在行業協會組織下各企業單位密切合作才能達到。美國石油設備協會，擁有 80 余個國家的 1600多個會員的貿易協會，會員包括加油站、零售終端、油庫及油品配送方面的設備制造商、銷售商和安裝服務商。關于超低硫柴油微生物誘導腐蝕的研究，也必須依靠類似于美國石油設備協會之類的行業組織才能做到。1986 年，美國石油設備協會發布了第一版埋地液體存儲系統安裝的建議操作規程。從此以后，操作規程在大量研究和同行評議的基礎上不斷發展并修訂合并最新的研究成果，比如微生物誘導腐蝕。在歐洲范圍內，也有一個位于英國的類似組織叫作石油和爆炸物管理協會，出版了一個被稱為藍寶書的《加油站設計、建設、改造、維護和停運的指南》。類似于 RP900 中要求油罐每月檢查是否有水，藍寶書指出油罐存儲系統中水的積累會導致微生物污染和油罐罐壁的內部腐蝕，并指出FRP 材料制作的油罐不受腐蝕的影響。

    在埋地油罐存儲系統的滲泄漏檢測方面，英國標準 BS EN13160《滲泄漏檢測系統》也得到了廣泛的應用。在此，建議我國的設備制造商、零售商和零售相關服務公司形成一個強有力的行業協會，來推進我國油品零售行業相關的最新技術和實踐經驗推廣。

    除上述加油站相關的操作標準之外，還有太多的單獨產品的標準難以列全。在這里僅對全球石油公司廣泛采用的埋地油罐標準和埋地管線標準的演變做一個簡略的探討。1966 年，美國保險商實驗室發布了第一版 UL1316《用于儲存石油產品的 FRP 埋地油罐系統》標準。1984 年，雙層油罐的設計被納入UL1316 標準。進而在 1994 年和 2006 年，隨著業內發現非金屬 FRP 埋地油罐系統適用于所有的燃料且沒有微生物誘導腐蝕的問題，標準添加了醇類和含醇燃料在內的新的燃料的適用性。1987 年，美國保險商實驗室發布了用于夾套鋼罐的 UL1746 標準。相應的，歐洲用于FRP 埋地油罐系統產品的標準是 EN976.

    EN977 和 EN978，用于夾套鋼罐的標準是 EN12285。但上述標準的認知并不如UL 標準廣泛。比如在藍寶書中，當提到雙層埋地油罐系統時就只引用了 UL1316和 EN12285 的標準。對于埋地管線系統來說，UL971《用于易燃液體的非金屬埋地管線標準》

    應用的十分廣泛。在美國，由于微生物誘導腐蝕的現象，在幾十年前金屬管線就已經全面淘汰，市場上的主流產品一直是在壓力下更堅固且安全系數更高的 FRP 硬管，而符合 EN14125標準的復合材料柔性管線則在歐洲應用的更為廣泛。由第三方強制執行的標準、UL 和 UL 審查下的認證和制造為產品提供了可靠性和安全性，從而令工程師和政府部門更容易接受非金屬埋地油罐系統和管線系統，非金屬地下儲罐及管線超過 50 年的標準及成功使用歷程證明了它們是微生物誘導腐蝕的終極解決方案。

    在中國，已經開始廣泛應用超低硫油品、含醇油品和生物燃料。希望美國關于微生物誘導腐蝕尤其是超低硫柴油相關的經驗、教訓和研究成果，能夠幫助中國的油品銷售企業在埋地油罐系統方面做出更好的選擇。同時，我們相信，將來有一天在全球的油品儲運系統中，將不會再有任何的低碳鋼部件的應用，徹底清除腐蝕以輸送真正清潔的油品給客戶。

    石質文物微生物防腐蝕

    中國是歷史悠久的文明古國，我們的祖先創造了燦爛的文化，留下了豐富的歷史遺產。其中，散布在野外的各種石質文物是其中重要的一類。除了酸雨、凍融、鹽結晶、風沙、干濕循環等因素會破壞野外的石質文物外，生物也是侵蝕石質文物的最重要因素之一。近一二十年來，生物腐蝕石質文物的問題已經越來越受到人們的關注。生物的破壞作用盡管較為緩慢，但累積效果不可小視，據初步估計有 20%-30% 的石頭表層腐蝕是生物作用的結果。

    常見的破壞石質文物的生物主要有兩大類：微生物：即細菌、真菌、藻類及地衣等；較高級生物：包括蘚類、 植物、昆蟲及哺乳動物等。

    微生物腐蝕作用的觀測

    在杭州閘口的白塔（建于公元 907年）和杭州靈隱寺雙塔（建于公元 960年）的石灰巖上都有生物生長和腐蝕的證據，尤其是微生物幾乎在所有古舊建筑上都有它們生長和侵蝕的痕跡。在古舊建筑石材上發現的數量最多的微生物是異養菌和真菌，在電子顯微鏡下可以直接看到石內或石面生的各種微生物群落；通過檢測石面層微生物代謝物或反應產物的變化可以估計微生物的活動情況；微生物分泌物引起的石面層的 pH值的變化也常常作為微生物化學侵蝕性的一種指標。

    人們早己發現在古舊石質建筑上附生著大量微生物，尤其是大理石或石灰石表層有許多喜鈣微生物，它們是侵蝕大理石等石材的主要禍害之一。例如，在某些氣候條件下凹坑地衣會造成大理石崩解；異養菌能夠從石灰石中溶解鈣，其中絲狀真菌溶解礦物的能力特別強；硝化細菌會分泌硝酸并改變鈣聯結材料的化學組成；硫桿菌能夠產生硫酸并腐蝕所寄居的石材等等。

    微生物腐蝕的機理

    野外石質文物的生物腐蝕過程可分為生物化學機理和生物物理機理兩類。侵蝕石質文物的生物種類從微生物到高等植物都有可能，生物產生的破壞作用既有因植物的根和微生物菌絲的穿透作用引起的機械破壞，也有因它們的分泌物螯合石頭礦物中的金屬離子而引起的化學破壞。

    微生物侵蝕石材的過程可以分為三個階段。

    1、微生物的傳播與沉積階段

    微生物傳播到石材上需要通過風、浮塵、植物及動物的轉運。在暴露于自然環境中的石材表面上，有人觀察到異養菌的堆積速度可達到每天每平方米。

    微生物附著石材的能力，受微生物的細胞結構和表面電荷的影響，也受石材的性質和表面孔隙結構的影響，同時微生物本身的生存能力也是決定性的因素。堆積形成的微生物和塵埃的履蓋層，由于微生物的代謝作用會逐漸增加石材表面的粘著力，使石材表面的持水能力和捕獲空氣中營養性浮塵及有機物的能力增加，從而進一步改善微生物群落的生存條件。

    2、微生物與巖石的相互作用階段

    石材腐蝕過程的化學反應十分復雜，不僅涉及到微生物代謝和繁殖的機理，還涉及許多中間產物的轉換。首先，巖石礦物晶粒間的聯接性會因微生物分泌的酸、深入石材微孔隙菌絲的生物粘液、生物體吸濕和干燥的變化、分泌物凝膠—溶膠間自動調節的變動等等因素而被削弱。其次，微生物的存在改變了石材微孔隙毛細管水吸收和氣體擴散等性能，加快了有機或無機營養浮塵的沉積速度。各種微生物以其擅長的生存方式在石頭上和石頭內生長。這種生長有可能會緩解天然石材對于干濕、溫差和冰凍等破壞因素的敏感性，但是微生物生長的穿透性、增容壓力等易引起機械破壞，特別是酸等分泌物造成的化學破壞將使石質文物的表面層面目全非。

    3、腐蝕層的剝離和腐蝕循環（恒定期）

    在古舊石材表面覆蓋的微生物層演化發展過程中，隨著石面層某些產物的積累和基本礦物的退化，占據石面層的微生物群落的種類和復雜程度會隨時間變化，生物充分作用后疏松的巖石外殼會從石材上剝離，新鮮暴露的石材表層會再度被微生物侵占，腐蝕過程將繼續并不斷循環下去，形成持續恒定的破壞進程。微生物腐蝕石材的過程和速率受環境因素的影響。由于人類的活動使空氣中的污染物和飄塵增加，已經發現脂肪烴和芳香烴會加速古老建筑石材上的異養菌的繁殖速率和腐蝕進程。

    侵蝕石質文物的微生物

    古舊建筑石材上常見的微生物群落，有簡單的細菌、真菌和光合類微生物開始，也有復雜的藻類、藍細菌和地衣等微生物群落。

    細菌

    細菌是微生物中數量最多的一類。

    任何有水存在的地方都有細菌生長。從腐敗石材上發現的大多數微生物是異養型細菌，它們對石質文物的表面腐蝕起著重要作用，下面以硝化細菌和硫桿菌為例具體說明。

    硝化細菌有兩類，即能將氨氧化成亞硝酸鹽的亞硝化細菌和將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽的硝化細菌。細菌從氨或硝酸鹽的氧化過程中獲得能量，消化碳源以合成細胞物質。建筑石材表層中氨的濃度越高硝化細菌的數量也越多，實驗發現巖石環境的 pH 值為 5-7 時硝化細菌最為活躍，古建筑石材最常見的 pH值為 6-7 值為，此時硝化細菌是主要的產生酸的細菌之一。在不同類型的古建筑石材樣品中都已發現硝化細菌氧化得到亞硝酸，再得到硝酸的現象。硝化細菌的繁殖與石材本身的結構特征有關，當石材微孔半徑為 1-10μm 時硝化細菌數量最多，在微孔小于 1μm 的石面層中硝化細菌的數量就很少。硝化細菌的繁殖也與石材的化學成分有關，含碳砂巖中硝化細菌的數量很多。另外，若巖石表面有黑色風化殼層，硝化細菌就很容易繁殖。

    硫桿菌主要靠氧化還原態的硫化物而最終形成硫酸鹽，從中獲得能量，消化碳源以合成細胞物質。硫桿菌是好氧菌，其突出特點是耐酸性強，有些種類能在 pH 值為 1-2 的條件下生長。當有揮發性含硫化合物存在時，硫桿菌生長旺盛，由于這類細菌的繁殖會產生硫酸，由此不斷降低周圍的 pH 值，從而侵蝕寄居的石材。

    真菌

    真菌是另一類最活躍的腐蝕石質文物的微生物。在每一處被腐蝕的古舊建筑上幾乎都能發現真菌的存在。真菌是異養型且常為需氧有機物。在石質文物上觀察到的真菌常常為單菌絲或菌絲網形式。在很多石材上常見到類似于酵母菌或者黑色菌的真菌。這些真菌在光學顯微鏡下酷似石灰質沉積，在標準真菌培養基上還難以生長，故不太容易鑒定。

    但是已經發現許多建筑石材，特別是城市區域建筑石材表面的顏色變黑，以及含鈣石材表面石膏殼層的變暗等都與黑色菌的作用有關。另外，許多石材表面出現的色斑常常與真菌的繁殖和作用有關，例如石材表面出現的桔紅色斑塊就是一些真菌染色的結果。另外，石塊間粘接的沙漿、維修加固材料和防護材料等，如石材表面防護劑、防水劑、粘接劑等，由于含有有機物利用并使石材受到侵蝕。

    光合類微生物

    石面微生物群落的光合類主要是藻類和藍細菌或藍綠藻。

    建筑石材的表面都可以找到藻類和藍細菌。藻類和藍細菌的種類明顯地呈區域分布，例如在以色列的石質文物上看到的大多數是“黑色的”藍細菌，巖石的黑色外觀除煙塵的沉積外，主要是黑色藍細菌的生物化學過程形成的黑色素造成；在氣候潮濕的德國北部看到的大多數是綠色的藻類，而不是藍細菌。在中國，不同地區情況相差很大，有人估計藻類與藍細菌的分布與石材內所含的提供微生物生長的氮源的含量有關。

    研究發現，經過一定周期的微生物作用，腐蝕層會自發剝離，巖石表層的剝離說明藍細菌和藻類的占據和繁殖引起了石材的機械破壞。藻類呼吸的氣體溶于周圍的水生成碳酸，碳酸的化學酸蝕作用使石材腐蝕。除此之外，也發現它們會產生有機酸，這些酸會溶解石頭中的鈣從而侵蝕石材。

    地衣

    在世界各地的古建筑上都可以發現地衣的存在。

    地衣在地質巖石和土壤的演變中充當著生物風化劑的角色，研究已經表明地衣是能夠較快地侵蝕石質文物的微生物之一。 地衣侵蝕石材的方式和機理為：

    呼吸出的 CO 2 溶解于水產生酸性溶液；通過分泌草酸與周圍巖石中的陽離子如鈣離子反應形成草酸鹽；分泌檸檬酸和地衣酸等溶于水可與多種陽離子形成螯合混合物，改變石材的化學成分；因菌絲生長產生的物理壓力破壞石材微孔的微結構；使石材局部改變物理性能如水力膨脹性能造成應力破壞。

    微生物是腐蝕破壞石質文物和古跡的重要因素之一。微生物對石質文物的危害程度不僅與微生物的種類有關，也與石材的性質和周圍的環境有關。在一般情況下微生物是石質文物的破壞因素，但在某些特殊情況下微生物也有緩解其他因素腐蝕石質文物的作用，例如草酸鈣膜的防酸雨作用等。研究微生物腐蝕石質文物的機理，對于控制微生物的生長，保護石質文物和古跡具有十分重要的作用；另外，也告戒我們在開發使用新型維修防護材料時都應該考慮材料本身帶來或引起的生物破壞問題。

    再生水管道金屬管材防微生物腐蝕

    再生水營養物質豐富，為微生物大量滋生提供了適宜條件。微生物生長可能會造成管網腐蝕，影響再生水水質安全，因此探究管網中微生物生長對管網腐蝕的影響，對于延長管網壽命和保證供水安全具有積極意義。

    再生水是指雨水、工業廢水、生活污水進行集中深度處理達到一定的水質標準后，進行二次利用的水。再生水的回用途徑主要包括以下五個方面：工業用水、農田灌溉、城市雜用、景觀環境、地下水回灌。再生水回用于工業，主要用于鍋爐、冷卻塔的洗滌和工藝的補充水源。為了提高工業用水的重復利用率，我國相繼建成了大量再生水回用工程。

    冷卻水是工業用水大戶，實現再生水的冷卻回用對于工業節水具有重大意義。

    例如，北京從 2007 年開始，相繼有國華熱電廠、華能熱電廠、高井熱電廠、石景山熱電廠、高安屯垃圾焚燒廠等工業用戶以再生水作為循環冷卻水的補充水源。天津的咸陽路再生水回用工程，主要用于楊柳青電廠的循環冷卻補充水源。2012 年，大連的第二再生水處理廠，主要將再生水用于供給第二熱電廠的循環冷卻水和其他工業用水。再生水回用已經成為未來城市節水的關鍵途徑。但是由于再生水由于水質成分復雜，營養物質豐富，隨著管網余氯的衰減，微生物勢必會大量生長，特別在長期運輸過程中，勢必會引起管道的腐蝕問題，給管道的安全運行和水質安全帶來嚴重隱患，探究微生物對于管道的腐蝕影響和腐蝕機理就顯得尤為重要。

    再生水管道的微生物腐蝕問題

    再生水水質成分復雜，pH 適宜，營養豐富，為微生物生長提供了豐富的碳源、氮源、磷源，再加上再生水中溶解氧豐富，管道內溫度變化不大，有大量的微生物滋生，其主要種類有細菌，真菌，藻類。

    細菌 包括：①產黏泥細菌，粘附力很強，能夠覆蓋在金屬表面；②硫細菌，硫細菌在污水中比較常見，能把硫磺顆粒和硫化氫氧化成硫酸根離子；③鐵細菌生能把水中的亞鐵離子氧化成三價鐵離子；④硫酸鹽還原菌能夠把硫酸根還原成硫化氫；⑤硝化細菌能把亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。

    真菌 真菌主要有絲狀霉、菌似酵母菌、擔子菌。菌絲大量生長能形成生物粘泥，管道將會受到堵塞。

    藻類 能利用光能進行同化作用，在接觸到光的場所比較常見，主要有藍藻、綠藻、硅藻。

    微生物腐蝕對再生水管道的危害

    再生水中的微生物附著在管壁上，微生物新陳代謝的有機酸以及微生物群體本身形成微生物膜，改變了管壁的局部環境，對管道的水泥砂漿涂層和混凝土產生腐蝕作用。某些微生物比如硫細菌和硝化細菌，經過一系列的生物化學作用，使水泥水化物分解，使得管道的涂層受到損壞。加上再生水對管道的外在沖刷浸泡的雙重作用，防腐涂層更容易膨脹剝落，進而使管道的金屬管材裸露于再生水中，引起金屬的微生物電化學腐蝕，給再生水管道運行安全以及水質安全帶來多方面隱患。

    微生物腐蝕的危害主要表現在以下方面：1）惡化水質。再生水中的微生物大量繁殖，勢必引起水質的濁度、色度增加，甚至水體發臭。2）形成生物黏泥。再生水中的微生物附著在管壁，與無機物以及其代謝物一起形成生物膜，影響再生水的水力流動，堵塞管道，破壞水泥砂漿保護層的結構，使得水泥砂漿內襯剝離、脫落到水中，使水中的懸浮物和其他顆粒增多，進一步惡化水質。3）影響管道質量安全，降低管道使用壽命。在生物垢的影響下，管壁保護層脫落剝離后，微生物垢直接與金屬管材接觸，造成鋼筋、鑄鐵生銹腐蝕，甚至引起管道裂縫，影響管道的使用，造成巨大的經濟損失。

    再生水中微生物腐蝕研究進展

    （1）碳鋼的微生物腐蝕

    關于碳鋼的微生物腐蝕研究，主要集中在海水、油田循環冷卻水領域，研究的微生物菌種主要是單一的硫酸鹽還原菌對碳鋼的腐蝕。近年來，逐漸出現了很多關于混合微生物或者新興微生物對于碳鋼的腐蝕研究。A3 鋼在單一的氧化亞鐵硫桿菌、單一的鏈霉菌和兩種混合菌的環境里，金屬表面的腐蝕形態和形貌隨著菌種狀態而改變。Q235 鋼在青霉菌的作用下，其腐蝕狀態跟微生物膜的狀態和微生物活性密切相關。從成品油的油罐里分離出芽孢桿菌和氧化硫硫桿菌對 Q235 碳鋼的腐蝕行為更加嚴重。

    （2）鑄鐵的微生物腐蝕

    2011年， Sancy等用電化學阻抗譜、SEM、EDS 技術研究了含有多年腐蝕產物的鑄鐵的腐蝕特性，并提出了內外部不同的腐蝕產物轉移運輸模型。同年，陳笑居從哈爾濱某水廠的輸水管網的腐蝕產物中，分離出硫酸鹽還原菌和鐵細菌，采用失重法和腐蝕法研究了鑄鐵管材在單一菌種和混合菌種下的腐蝕狀態，結果表明，單一菌種促進鑄鐵的腐蝕，混合菌種延緩鑄鐵的腐蝕。喬培鵬等對某核電廠球磨鑄鐵管道失效進行了分析，指出腐蝕瘤是致使管道失效的主要原因，局部氧濃差電池加速了管道的腐蝕。

    （3）不銹鋼的微生物腐蝕

    2010 年，李進等采用交流阻抗譜法、原子力顯微鏡和能譜儀結合的掃描電鏡，研究了從北京某電廠的循環冷卻再生水中分離出的硫酸鹽還原菌對 304不銹鋼的腐蝕的影響。研究表明，隨著浸泡時間的延長，不銹鋼表面的微生物膜逐漸增厚，腐蝕產物逐漸堆積增加，不銹鋼的電化學腐蝕過程由活化極化控制，轉變為活化極化和擴散步驟控制。

    焦迪等從北京以再生水作為循環冷卻補充水的冷卻塔底分離出硫酸鹽還原菌，比較研究了 304 不銹鋼、316L 不銹鋼、317L 不銹鋼在含有硫酸鹽還原菌的再生水中的腐蝕行為。經過原子顯微鏡、電化學交流阻抗譜測定后，結果表明，硫酸鹽還原菌極大地促進了 304 不銹鋼的腐蝕，對 316L 不銹鋼、317L 不銹鋼基本不發生腐蝕。2013 年，李雨等研究了304 不銹鋼在天然海水中的腐蝕行為，采用奧林巴斯熒光顯微鏡觀察不銹鋼表面微生物膜的變化情況，結合交流阻抗譜的研究結果表明，微生物膜在一定程度上抑制了不銹鋼的腐蝕。

    （4）銅合金的微生物腐蝕

    再生水回用成為未來城市節水的關鍵途徑。再生水由于水質成分復雜，在長期運輸過程中，勢必會引起管道的腐蝕問題，給管道的安全運行和水質安全帶來嚴重隱患。再生水中營養物質豐富，隨著管網余氯的衰減，微生物勢必會大量生長，探究微生物對于管道的腐蝕影響和腐蝕機理，最終為提出新型管道防腐技術措施提供理論依據，對再生水管網安全運行、防止管網水質二次污染以及延長管道壽命都具有重要的理論價值和社會經濟效益，進而確保再生水回用作為解決水資源短缺重要途徑的技術、經濟和社會價值。