微生物对金属的腐蚀与控制研究_孙凯刚

微生物对金属的腐蚀与控制研究

孙凯刚（大庆市第三医院

大庆１６３０００）樊

萍（大庆市环境监测中心站

大庆１６３０００）

摘要

本文介绍了微生物的腐蚀作用、机理、特征，提出了金属防腐对策。

关键词：

微生物腐蚀（ＭＩＣ）

作用机理

控制方法

防治措施

第３１卷第３期黑龙江环境通报Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．３

２００７年８月ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＪｏｕｒｎａｌＤｅｌ．２００７

１微生物腐蚀作用

由于微生物的生命活动而引起或促进材料腐蚀进程的现象统称为微生物腐蚀（ＭＩＣ）。ＭＩＣ是１９１０年由Ｒ．Ｈ．Ｇａｉｎｅｓ首次指出的，它是城市供水系统及污水处理系统和油井、石油输送管线中普遍存在的现象。

２各种微生物腐蚀的机理及特征

２．１还原菌ＳＲＢ的腐蚀作用机理及特征

还原菌ＳＲＢ是微生物腐蚀中最重要的菌。ＳＲＢ在自然界分布很广，是典型的专性厌氧菌，ＳＲＢ在其

生长代谢过程中形成生物膜，局部形成厌氧环境，诱发碳钢腐蚀的形成和发展。

有关ＳＲＢ致腐蚀作用的机理有阴极去极化机理、浓差电池机理、局部电池机理、代谢产物机理、沉积物下的酸腐蚀机理、阳极区固定机理等。

最容易发生ＳＲＢ腐蚀的区域是：海底管道、近海

石油输送管、冷却塔、污水处理设施、造纸设备等。ＳＲＢ会在钢和不锈钢表面上生成特殊的ＦｅＳ黑色沉

积物，不必取出。直接在黑色沉积物上滴加盐酸时，会

闻到硫化氢气体的味道，这是ＳＲＢ腐蚀的典型特点。ＳＲＢ在不锈钢上的腐蚀会生成开口的点蚀坑或圆孔，许多坑内还可看到同心环。ＳＲＢ对镍、

高镍合金和钢镍合金的腐蚀也会生成同心环或阶梯形的圆锥形坑。对沉积物进行元素分析表明，硫含量高表示存在有ＳＲＢ或硫杆菌。

２．２硫杆菌的腐蚀作用机理及特征

金属、混凝土和石灰石的大规模的迅速破坏，通常是由于硫杆菌对硫或硫化物进行氧化后，生成硫酸

的直接作用造成的，所以这种腐蚀也叫酸腐蚀。它们通过氧化作用来取得能量，这种细菌本身是耐酸的。硫氧化所生成的硫酸，可以占介质含量的１０％～１２％，这种浓度的硫酸就产生了严重的腐蚀作用。通常在土壤和水中可以发现氧化硫杆菌，并可在酸性介质中分离出这种细菌。以硫杆菌在金属污水管中的腐蚀为例：从污水中析出的无机硫化物沉积在管道的内底面上，接着硫杆菌把这些硫化物氧化成硫酸（ｐＨ值可达

１以下），这就造成金属管发生严重的腐蚀作用，从而

使管道毁坏。细菌所需的硫来源于大气中的污染物，偶尔，在建筑物面层中装饰用的水泥中含有硫，这也是硫杆菌的理想基地。将含硫材料用来连接总水管，就会使这种水管受到硫杆菌的腐蚀，硫化橡胶也会受到这类细菌的腐蚀。对沉积物进行元素分析显示，硫含量高表示存在有硫杆菌。对溶液进行测定可显示，酸性大表明存在有硫杆菌，它们可以把溶液的ｐＨ值降到０．７。

２．３铁细菌的腐蚀作用机理及特征

铁细菌腐蚀机理因铁细菌的好氧性，所以铁细菌离不开氧的作用。铁细菌具有产生铁氢氧化物沉积物的能力，其大多数由亚铁离子氧化到Ｆｅ３＋离子产生

能量，而后成为Ｆｅ（ＯＨ）３沉淀，多种造型铁细菌促使已氧化亚铁离子的沉淀。研究认为，铁细菌主要以锈蚀垢形式参与，在很短时间内产生大量铁氧化物沉积。Ｆｅ（Ⅱ）的生物性氧化率大大高于非生物性的。铁细菌的腐蚀通过缝隙腐蚀机理而发生，氧化铁细菌的作用在于高浓度氧区和金属表面分成的小阳极点（在致密的铁氢氧化物和生成物下面）以及大范围阴极区。

这种细菌对金矿和沥青煤焦油的酸性水溶液所引起的污染，起着主要的作用，这种水对抽吸机械和开采设备会产生腐蚀作用。铁杆菌会生成有特色的半球形点状腐蚀瘤。对沉积物进行元素分析，铁含量高显示存在有铁杆菌。由这种细菌所产生的具有腐蚀性的水的ｐＨ值是２～３，并显示出有褐色碱性的硫酸铁沉淀，也含有游离的硫酸。

２．４加荣氏菌的腐蚀作用机理及特征

加荣氏菌（在水井和河底的淤泥中存在着大量的加荣氏菌）几乎总是在焊缝内或焊缝附近发生腐蚀。这是由于焊缝里总是有各种局部缺陷，如孔隙、矿渣夹杂物和未对准的缝隙，这些区域容易沉积各种沉积物，而加荣氏菌能在沉积物中积聚高含量的铁和锰，并把亚铁和二价锰氧化成三价铁和四价锰，这样就生成了酸性的氯化铁和氯化锰溶液，这两种溶液对于不锈钢来说，有很高的腐蚀性。

加荣氏菌的腐蚀作用是相当严重的，它们活动所形成的点蚀坑，在常温下，在几周内就可使管道和容器壁穿孔。加荣氏菌在不锈钢表面上的沉积物的颜色通常从淡红色到棕色，并常常在焊缝处也看到这种颜色的粉末沉积物。加荣氏菌在不锈钢槽底上的沉积物呈现出小的圆锥形，偶尔在中心附近有一个小的像火山似的喷烟口，但这个喷烟口非常脆弱，容易被冲掉。加荣氏菌的沉积物是较小的，并呈现出时沉时浮的铁锈色条纹。加荣氏菌在不锈钢表面上所生成的空穴是微小的穿透的针孔。对沉积物进行元素分析时，铁、锰和氯化物含量高，表明存在有加荣氏菌。

２．５过氧化氢酶腐蚀机理及特征

过氧化氢生物菌（生物酶）是细菌细胞氧化作的一个完整组合，主要由稳定态细胞产生。它同过氧化非变位酶和烷基过氧化氢一起被认为限制了活性氧类的堆积。生物霉菌通过促使它分解为水和氧而减少细胞内过氧化氢的浓度，如：２Ｈ２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２（１）由Ｃｕ和Ｃｕ合金的时效试验可以得知，界面Ｈ２Ｏ２浓度和过氧化氢生物酶的影响由在电极表面Ｃｕ２Ｏ／ＣｕＯ两种氧化物相关区域分配而决定；在浮游生物培养中，提出因生物酶作用的氧化还原反应去极化的生物酶腐蚀机理。并且认为这种去极化影响是可逆的，通过迭氮化钠可逆变；其化合物和产生缓蚀酶的过氧化氢酶进行可逆反应。

２．６微生物的代谢产物的腐蚀机理

细菌和真菌都可产生有机酸，大多数硫酸盐还原菌群体代谢的最终产物是像乙酸这样的短链脂肪酸。这种酸对碳钢具有很强的腐蚀性，而且当在一个菌落下或其他沉积物下集聚时会变得尤其具有侵蚀性。氯的添加会加速这种的侵蚀，腐蚀产生的氯化物有很大体积且不稳定，常常从表面脱落。其他细菌种类会产生侵蚀性无机酸，如Ｈ２ＳＯ４，土壤中的微生物可以产生高浓度的二氧化碳，二氧化碳溶解在地下水中，生成碳酸。碳酸的溶液对碳钢具有很强的腐蚀性，并会导致全面腐蚀、点蚀及应力腐蚀破裂。除细菌外，霉菌和酵母菌也可以在有氧情况下累积有机酸。另外也可合成“第二代谢物”，这第二代谢物虽然只是弱酸，但却是强大的螯合剂。当细菌在金属表面进行粘泥聚集时，这些第二代谢物有着特殊意义，因为它们聚集的较高浓度的潜在的腐蚀产物，会引起腐蚀凹坑。飞行器燃料箱的大规模点蚀，就是＂煤油真菌＂对飞行器合金的腐蚀引起的。

３生物膜对金属材料腐蚀机理的影响

当一种材料或物体浸于海水中后，表面很快就被细菌粘附，细菌分泌胞外多聚物，如胞外多糖（ｅｘｔｒａ－ｃｅｌｌｕａｒｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ）将细菌与基体之间、细菌与细菌之间相互粘接形成复杂的生物膜；同时，材料表面还附着有真菌、微藻等其他微生物，它们相互作用构成一个复杂的微生态，即生物膜（ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｂｉｏｆｉｌｍ）。

由于生物膜内不同种类的微生物代谢类型多种多样，微生物腐蚀的机理也多种多样，但归结起来，微生物腐蚀有以下几种类型：（１）（氧、离子）浓差电池的形成；（２）多种腐蚀性代谢产物的影响（有机酸、无机酸、胞外多聚物）；（３）局部厌氧环境的形成使得硫酸盐还原菌活性增强，腐蚀增强；（４）铁细菌和锰细菌的影响；（５）微生物活动引起金属材料氢脆。

４控制微生物腐蚀的方法

４．１改变设备的材料

这是通常首先考虑的选择方案，因为这是简单的