土壤中的微生物腐蚀与防护

微生物腐蚀与防护

摘要：本文概括介绍了微生物腐蚀的常见菌种，如硫酸盐还原菌、铁细菌等，其中主要介绍了硫酸盐还原菌的腐蚀机理。针对微生物腐蚀，目前国内外的防腐技术分为物理方法、化学方法和生物方法，文章对主要的防腐技术进行了介绍。

关键词：微生物腐蚀硫酸盐还原菌防腐技术

Abstract: This paper presents the bacteria species involved in micro-biologically influenced corrosion, such as

sulfate-reducing bacteria and iron bacteria.The corrosion mechanisms by sulfate-reducing bacteria (SRB) was mainly reviewed.Anti-corrosion techniques,including physical method,chemical method and biological method, were also introduced in this paper.

Keywords: Micro-biologically influenced corrosion;

sulfate-reducing bacteria; anti-corrosion technique

1.前言

微生物腐蚀(Micro-biologically Influenced Corrosion，简称MIC)是指微生物引起的腐蚀或受微生物影响的腐蚀。其本质是微生物新陈代谢的产物通过影响腐蚀反应的阴极过程或阳极过程，从而影响腐蚀速率和类型。为了找到针对 MIC 的既环保又有效的防腐措施，必须首先了解腐蚀微生物的种类及作用机理，了解当今国内外防腐技术的研究现状。

2.影响腐蚀的微生物

腐蚀微生物，按照氧的需求、金属种类及腐蚀机制有不同的分类，主要包括硫酸盐还原菌、铁细菌、产酸菌、产粘泥菌和产氨菌等。Isabel Neria-González 等发现钢管的腐蚀生物膜中包括柠檬酸杆菌、肠杆菌、盐厌氧菌及脱硫弧菌等。可见，金属的腐蚀是多种细菌共同作用的结果。

2.1 硫酸盐还原菌

硫酸盐还原菌(Sulfate-reducingBacteria，简称SRB)是专性厌氧菌，它是一些能够把-

SO还原成-2S而使自身获得能量，在生理和形

4

态上完全不同的多种细菌的统称。SRB 可导致铁和低碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金、镍及镍合金、混凝土等(除钛合金外)大部分工业材料产生微生物腐蚀。表征SRB在金属表面腐蚀情况的电化学测定参数包括开路电势(Ecorr)、氧化还原电位(Eredox)、极化电阻(Rp)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学噪声(EN)等。用于研究生物膜形成和点蚀性状的技术包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜检查法(SEM)、扫描探[针显微术(SPM)、能谱分析(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等。

目前有关 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。

其中普遍被学者们接受的是阴极去极化理论，该理论认为 SRB 利用金属表面的离子还原硫酸盐，反应式如式⑴-⑺。

+-+→H OH O H 8882 ⑴ 阳极：-++→e Fe Fe 8442 ⑵ 阴极：[]H e H 888→+-+ ⑶ 阴极去极化： []O H S H SO 222448+→+-- ⑷ 阳极（腐蚀产物）：FeS S Fe →+-+22 ⑸

阴极

： ()22363OH Fe OH Fe →+-+ ⑹ 总反应式：()--++→++OH FeS OH Fe O H SO Fe 23442224 ⑺

整个过程称为阴极去极化，公式⑷代表了SRB 促进腐蚀的作用。

2.2 铁细菌

铁细菌(Iron bacteria ，简称IB)是一类生活在含有高浓度的+2Fe 池塘、湖泊、温泉等水域中，能将+2Fe 氧化成+3Fe ，并利用氧化过程中产生的能量来同化2CO 进行生长的细菌的总称。它是需氧菌，将+2Fe 氧化成+3Fe ，并使之以鞘的形式沉淀下来，同时形成大量粘液而形成结瘤。总反应式为()3224364OH Fe O O H Fe →++。由于铁细菌耗氧，而

结瘤又阻碍氧的渗入，结瘤下部常常处于缺氧状态，因而构成氧浓差电池加速腐蚀过程。铁细菌还可造成腐蚀性3FeCl 和2MnCl 的富集。

T.S.Rao 等通过 SEM 图像观察到，铁细菌形成的结瘤中有严重的点蚀和SRB 诱导的腐蚀，并含γ-32O Fe 、52PO Fe 、()3333BaFeO PO Fe FePS 和、等复合物。

2.3 其它腐蚀菌

产酸菌(Acid-producing Bacteria)能够将可溶性硫化物或氨转变为硫酸或硝酸，降低局部的pH 值从而加速金属的腐蚀。如硫氧化

菌(SOB)中的排硫杆菌和氧化硫硫杆菌可分别使pH 值降低到 4.73

± 0.36 和 1.35 ±0.32。

产粘泥菌(Slime-producing Bacteria)，又称腐生菌，是海水

中数量较多的一类细菌，常见的有气杆菌、黄杆菌、巨大芽孢菌、荧光假单孢菌和枯草芽孢杆菌等。产生一种胶状的、附着力很强的沉淀物，附着在金属或合金的表面，形成差异腐蚀电池而导致局部腐蚀。

产氨菌(Ammonium-producing Bacteria)是能产生 NH4+的细菌，该类细菌对铜和铜合金的腐蚀影响特别大，能大大提高铜合金应力腐蚀开裂的敏感性。

事实上，天然环境中并不存在单一细菌的环境。除上述菌种外，引起腐蚀的菌还包括产甲烷菌、假单胞杆菌、厚纤毛菌等，各菌种在腐蚀过程中也有着重要的相互关系。

3.防腐技术研究进展

腐蚀损坏的条件是金属材料本身、环境以及二者之间的界面反应，因而防腐措施应从以下方面入手：（1）选择耐蚀材料；（2）对腐蚀环境和介质采取措施；（3）采用涂层和电化学保护方法；（4）采用非金属材料代替金属材料。具体的防腐方法包括物理方法、化学方法和生物方法。

3.1 物理方法

利用电离射线（包括紫外线、γ射线和X射线）或超声波处理。紫外线在 260nm 波长附近有很强的辐射,恰好能为核酸所吸收，延长照射时间能杀死SRB；γ和X射线能使细菌的 DNA 链中两个胸腺嘧