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微生物腐蝕

2020-06-28 16:07:22 作者：婷婷來(lái)源：設(shè)備管理與防腐分享至：

CORROSION 2019期間，來(lái)自俄亥俄大學(xué)的顧亭月教授在CSCP Seminar分會(huì)場(chǎng)上和大家分享了通過(guò)因果關(guān)系研究解讀微生物驅(qū)動(dòng)腐蝕的內(nèi)在機(jī)制，這個(gè)報(bào)告引起了與會(huì)人員的強(qiáng)烈反響。在不同的環(huán)境中，不同種類的微生物能在材料上附著繁殖，其生命活動(dòng)會(huì)引起或加劇材料的腐蝕。根據(jù)種類及功能的不同，腐蝕微生物可以分為硫酸鹽還原菌、硫氧化菌、產(chǎn)酸菌、鐵氧化細(xì)菌、鐵還原細(xì)菌、硝酸鹽還原菌以及產(chǎn)粘液細(xì)菌等。微生物腐蝕幾乎能使所有現(xiàn)用的材料受到嚴(yán)重影響，破壞材料的結(jié)構(gòu)與性能，在建筑、運(yùn)輸管道、工業(yè)環(huán)境（石油化工等）以及海洋環(huán)境中造成巨大的安全隱患和財(cái)產(chǎn)損失。今天小編就和大家一起來(lái)了解微生物腐蝕的相關(guān)情況與防治辦法。

神秘的微生物令人敬畏，它無(wú)時(shí)無(wú)刻不吸引著人類對(duì)它進(jìn)行探知、利用和對(duì)抗。同時(shí)，微生物也成了人類的朋友，從我們一出生，體內(nèi)就有無(wú)數(shù)的微生物，它們是我們身體中非常復(fù)雜的一部分，它們時(shí)刻與我們互動(dòng)，而我們對(duì)它們卻知之甚少。

亦敵亦友的“神秘力量”

作為地球上最古老的生物，微生物在自然界分布極廣。無(wú)論是人跡罕至的南北極還是環(huán)境苛刻的沙漠；無(wú)論是神秘的外太空還是深邃的海底世界，都有它們的足跡。人們利用微生物來(lái)生產(chǎn)抗菌素、抗生素等藥品，幫助人類對(duì)抗疾病；利用微生物來(lái)生產(chǎn)飲料，啤酒，肥料和殺蟲(chóng)劑等產(chǎn)品以服務(wù)大眾，甚至可以生產(chǎn)出電池所需要的燃料解決能源短缺。那么是不是所有微生物都是對(duì)人類有益呢？答案是令人失望的。

微生物并沒(méi)有我們想象的那么友好，在服務(wù)人類的同時(shí)，它也“吃”掉了我們的GDP。

微生物正在“吃掉”人類的GDP

眾所周知，不是所有的微生物都對(duì)我們有益。當(dāng)微生物遇到鋼材時(shí)就會(huì)產(chǎn)生異樣的“電火花”，使得管道、橋梁和船舶等受到嚴(yán)重腐蝕——微生物腐蝕（MIC）。我們先看三個(gè)例子：

12000年，韓國(guó)石油天然氣公司一條X65輸油管道發(fā)生腐蝕失效。調(diào)查發(fā)現(xiàn)管道表面覆蓋著一層黑色沉淀物，滴加鹽酸后散發(fā)出臭雞蛋氣味，表明腐蝕產(chǎn)物中含有硫化物。證實(shí)了埋地管線剝離涂層下受到了土壤中硫酸鹽還原菌（SRB）的腐蝕。硫酸鹽還原菌（SRB）是一種廣泛存在于土壤、海水、地下管道以及油氣井等環(huán)境的厭氧細(xì)菌。大量研究表明SRB的存在加速了鋼的腐蝕。

2同年，我國(guó)某型艦艇船底在下水后不到2年內(nèi)船底就發(fā)生了多處的腐蝕穿孔。經(jīng)檢測(cè)艙內(nèi)積水部位單位體積內(nèi)SRB數(shù)量約是艙外海水的103-104倍，說(shuō)明SRB在艦船的艙底水中大量存在。

32003年，新疆一條X52鋼輸油管道發(fā)生爆管泄露事件。該管道曾多次發(fā)生內(nèi)腐蝕穿孔泄漏事故，但令人不解的是均發(fā)生在管道沿線起伏管段。原來(lái)罪魁禍?zhǔn)拙褪?ldquo;微生物”！事故最終調(diào)查結(jié)果認(rèn)為該管段起伏較大，原油流量較低，管道低洼處有微量游離水或積水聚積，從而為微生物生長(zhǎng)提供了環(huán)境，使得硫酸鹽還原菌（SRB）大量繁殖導(dǎo)致管道局部腐蝕失效。

據(jù)了解，2013年美國(guó)的腐蝕成本已經(jīng)達(dá)到2.5萬(wàn)億美元，約占GDP的3.4%。而其中由微生物腐蝕造成的損失約占20%。可見(jiàn)，微生物已經(jīng)在慢慢地吃掉我們的“GDP”。

腐蝕嚴(yán)重的管道

掃描電鏡下觀察到的鋼材上附著的微生物

微生物腐蝕該如何防治？

腐蝕是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象。大多數(shù)的腐蝕都是物質(zhì)與環(huán)境相互作用的電化學(xué)過(guò)程。那么微生物是怎樣參與腐蝕過(guò)程的呢？

科學(xué)家研究表明微生物參與腐蝕過(guò)程，金屬表面會(huì)附著一層具有腐蝕能力的生物膜，在微生物體內(nèi)生物酶的作用下，細(xì)菌將硫酸鹽還原成硫離子，硫離子與腐蝕產(chǎn)生的鐵離子進(jìn)一步反應(yīng)生成鐵硫化物（反應(yīng)1和2），從而參與并加速腐蝕過(guò)程。

SO42- + 8H → S2- + 4H2 （1）　　

Fe2+ + S2- → FeS （2）

目前科學(xué)家對(duì)于微生物腐蝕的機(jī)理也有了初步認(rèn)識(shí)，并提出了多種措施防治微生物腐蝕。例如：

01表面技術(shù)

涂層作為一道屏障可以使金屬表面光滑以減少微生物附著。目前研發(fā)抗生物污染的有機(jī)涂層，已經(jīng)廣泛地用于埋地管線、建筑物外墻、海洋結(jié)構(gòu)材料的防護(hù)。

02電化學(xué)保護(hù)

陰極保護(hù)可以使金屬腐蝕過(guò)程的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。因此可以采用更低的陰極保護(hù)電位來(lái)控制微生物引起的鋼鐵厭氧腐蝕，同時(shí)陰極保護(hù)與有機(jī)涂層聯(lián)合使用也有效地彌補(bǔ)了有機(jī)涂層會(huì)發(fā)生降解的缺欠。

03生物抑制劑

目前采用殺菌劑注入工業(yè)水系統(tǒng)中，也可以作為防治細(xì)菌腐蝕的方法。

04實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

大多數(shù)的腐蝕都可以通過(guò)早期監(jiān)測(cè)來(lái)采取控制措施從而減緩腐蝕，避免事故發(fā)生。因此對(duì)腐蝕過(guò)程中微生物的生長(zhǎng)，數(shù)量，生物膜的厚度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也有助于我們采取控制措施。

通過(guò)上述案例，我們看到微生物不容小覷的力量，只有了解微生物腐蝕，控制微生物腐蝕和利用微生物腐蝕，這樣才能為工業(yè)裝備保駕護(hù)航。而微生物腐蝕的復(fù)雜性注定控制腐蝕是長(zhǎng)期斗爭(zhēng)的過(guò)程，關(guān)于微生物腐蝕，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家們一直在行動(dòng)，齊心協(xié)力和貢獻(xiàn)才智，讓我們與微生物腐蝕宣戰(zhàn)，抗?fàn)幍降祝?/span>