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1 微生物腐蝕 -概述

 參與或促進金屬腐蝕過程的微生物。1910年,R.H.蓋恩斯發現微生物腐蝕。1934年,荷蘭學者C.A.H.vonW.屈爾等提出硫酸鹽還原菌參與金屬腐蝕中陰極氫去極化的理論之後,人們對微生物腐蝕開始重視起來。
  腐蝕微生物主要是在自然界中參與硫、鐵元素循環的菌類,包括好氧菌和厭氧菌。好氧菌有硫桿菌屬,如氧化硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌和排硫硫桿菌等。它們分佈於含硫的酸性礦水、土壤及海洋淤泥中,通過氧化元素硫和還原性硫化物,最終產生硫酸而腐蝕金屬、混凝土構件等。鐵細菌能氧化水中亞鐵成高鐵氧化物沉積於菌體外鞘或周圍粘液層中,在金屬表面形成黃褐色的結瘤。結瘤內氧進入困難而導致氧濃差電池腐蝕。常見的危害菌有嘉利翁氏菌屬、纖發菌屬、泉發菌屬和鞘鐵菌屬等。此外,一些產生粘液的細菌(如假單孢菌屬中的細菌)、真菌以及某些藻類和原生動物,都可引起金屬腐蝕。厭氧菌主要是硫酸鹽還原菌,廣泛分佈於pH6~9的土壤、淡水、海水、淤泥中。在金屬腐蝕中出現最多的是脫硫弧菌,它將自然界中存在的硫酸鹽還原成硫化物。微生物腐蝕常給地下管線、海底電纜、工業注水系統等工業設施帶來嚴重危害,造成經濟上的損失。
  通常是在土壤和水介質中採用耐菌破壞的有機護層(煤焦油瀝青、環氧樹脂漆、塑料薄膜等)或無機護層(鍍鋅、鉻、水泥等)以及陰極保護(包括犧牲陽極或外加電源法)等措施,以防止微生物腐蝕。在密閉系統中(如金屬油、氣貯罐、飛機油箱、工業循環冷卻裝置等),採用氧化型或非氧化型殺菌劑殺滅或抑制腐蝕微生物的增殖,達到控制腐蝕的目的。

2 微生物腐蝕 -類別

 1.參與金屬腐蝕的微生物種類

雖然有關金屬腐蝕的微生物種類很多,但是其中比較重要的是直接參与自然界硫、鐵和氮循環的微生物。參與硫循環的有硫氧化細菌和硫酸鹽還原菌;參與鐵循環的有鐵氧化細菌和鐵細菌;參與氮循環的主要有硝化細菌和反硝化細菌等。這些細菌按其生長發育中對氧的要求,又可分為好氧腐蝕菌和厭氧腐蝕菌兩類。

(l)鐵細菌

該類菌形態多樣(有桿狀、球狀、絲狀等),分佈廣泛,在富含鐵的水中尤為普遍。鐵細菌能把水中溶解的亞鐵氧化成高鐵形式,沉積於菌體鞘內或菌體周圍,並從中取得能量同化CO2進行自養生活。鐵細菌常在水管內壁附著生長,形成結瘤,所以它們不僅能造成機械堵塞,而且還能形成氧差電池腐蝕管道,並出現「紅水」惡化水質。鐵細菌常見的種類有纖發菌屬(Leptothrix)和鐵細菌屬(Crenothrix)中的一些類群。

(2)硫氧化菌

這類菌能氧化元素硫、硫代硫酸鹽和亞硫酸鹽等,產生代謝產物硫酸。硫氧化菌在酸性土壤及含黃鐵礦的礦區中,能使土壤或礦水變酸導致腐蝕。如美國俄亥俄地區1922年這種酸礦水排出量就相當於300萬t硫酸,對河上鋼鐵建築、水閘、橋墩、水壩、排污管、自來水管等造成了嚴重腐蝕。這類菌常見的有硫桿菌屬(Thiobacillus)中的排硫硫桿菌(T.thloparus)、氧化亞鐵硫桿菌(T.ferrooxidans)、氧化硫硫桿菌(T.thiooxidans)。

(3)硫酸鹽還原菌

這類菌是引起金屬腐蝕的主要微生物。硫酸鹽還原菌屬厭氧菌,能還原硫酸鹽為硫化物,它們利用有機物為給氫體,在還原硫酸鹽的過程中獲得能量。該類菌最常見的是脫硫弧菌(Desulfovibrio desulfurcans)。

(4)硝化細菌和反硝化細菌

硝化細菌,如亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)和硝化桿菌屬(Nitrobacter)等能把氨氧化成亞硝酸,再進一步氧化成硝酸,同時獲取能量供自身生活。反硝化細菌,如脫氨假單胞菌(Pseudomonas denitrificans)、施氏假單胞菌(Pseudomonasstutzeri)、紫色色桿菌(Cpromobacterium vio-laceum)等,在通氣不良的環境中,能把硝酸還原成亞硝酸。因此這類菌能在環境中積累一定量的硝酸和亞硝酸,從而對金屬造成腐蝕。

另外有人研究發現一種黴菌──樹脂枝孢霉(Cladosporium resinae)能使鋁合金在短期內腐蝕。

2.控制微生物腐蝕的主要措施

由於微生物腐蝕涉及的金屬構件種類多,所處的環境及腐蝕的菌類又不盡相同,因此在防護工作中,必須根據具體情況採取一種或幾種措施配合使用。歸納起來防止微生物對金屬腐蝕的措施主要有以下幾種:

(1)限制營養源

因為細菌生長需要營養,所以限制金屬構件周圍的微生物生長的營養物是降低腐蝕危害的一個重要方法。例如盡量控制環境中有機物、銨鹽、磷、鐵、亞鐵、硫及硫酸鹽等就會大大降低微生物的增長。

(2)控制微生物生長的環境條件

微生物生長繁殖都需要一個適宜的環境條件,所以適當地改變環境條件也是減少微生物金屬腐蝕的一個重要措施。例如提高pH值到9以上,溫度50℃以上就會強烈抑制菌類生長。再如在濕潤粘土地帶加強排水,回填砂礫於埋管線周圍,以改善通氣條件,即可減少硫酸還原菌產生的厭氧腐蝕。

(3)採用化學殺菌劑和抑菌劑

主要是將殺菌劑和抑菌劑用於密閉或半密閉的系統中或摻合於塗料和護層中。殺菌劑要求高效、低毒、廣譜、價廉、原料來源方便等。採用這種方法應注意把殺菌劑、防腐劑、去垢劑三者結合起來使用。

(4)物理、生物控制方法

物理法主要是採用紫外線、超聲波等物理手段來殺滅腐蝕微生物的方法;生物法主要是採用生物防治和遺傳工程改變危害菌的附著力來達到控制目的的方法。例如日本研製開發的利用能吞食海水中腐蝕微生物的噬菌體清除金屬管件表面的有害微生物,以達防止微生物腐蝕的方法,效果就較好,而且該法利用的是病毒,它們能有選擇地殺死附著微生物,而不會象其它方法那樣影響其他生物。

另外在金屬材料外加防護層等,也可控制微生物對金屬的腐蝕。

自生物學通報,1996年2期

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