Читайте также:
|
Діяльністю мікроорганізмів, на думку ряду авторів, може бути обумовлене від 50 до 80% корозійних пошкоджень трубопроводів. На водопровідні мережі доводиться до 70% капітальних вкладень, що витрачаються на будівництво всіх систем водопостачання, і не менше 50% витрат на експлуатацію. У цих умовах питання раціонального використання водопровідних мереж і, перш за все, металевих трубопроводів набувають особливо важливого значення. Важливість цього завдання визначається масштабами вживання металевих труб в системах водопостачання. В порівнянні з трубами з інших матеріалів вони транспортабельні, мають вищу міцність, добре відпрацьовану технологію з'єднання і ремонту, відносно невисоку вартість. Що проте випускаються вітчизняною промисловістю металеві труби, як правило, не мають внутрішніх захисних покриттів. З цієї причини вони значною мірою схильні до корозійних руйнувань і обростань
термін їх служби і пропускну спроможність, збільшує витрати на вміст, ремонт і заміну.
З металевих труб, використовуваних в комунальному водопостачанні, сталеві більшою мірою, чим чавунні, схильні до корозійних руйнувань. Проте традиційні уявлення про те, що чавунні труби не коррозірують у воді, необгрунтовані.
Мікробіологічна корозія може здійснюватися різно: за рахунок безпосередньої дії продуктів метаболізму мікроорганізмів (СО2, Н2S, NН3, органічні і неорганічні кислоти) на металеві і неметалічні конструкції; шляхом утворення органічних продуктів, що діють як деполяризатори або каталізатори корозійних реакцій; а так само, за умови, коли корозійні реакції є окремою частиною метаболічного циклу бактерій.
Корозійні процеси, що протікають на поверхні матеріалів, залежать від физико-хімічних умов в приповерхневому шарі. На інтенсивність перебігу корозії надають вплив рН, концентрація кисню, окислювально-відновний потенціал, а також концентрація хімічних сполук. Розташування біоплівок, присутніх в середовищі безпосередньо на поверхні матеріалу, обумовлює той факт, що перераховані параметри в прикордонному шарі істотно відрізняються від таких у водній фазі. В зв'язку з цим, біоплівки на поверхні матеріалу можуть робити помітний вплив на кінетику корозійного процесу. Розрізняють аеробний і анаеробний види корозії.
2.1 Аеробний вигляд корозії здійснюється у присутності достатньої кількості вільного або розчиненого у воді кисню. До аеробної корозії схильні бетонні і сталеві водопровідні труби, насоси і різне устаткування системи водопостачання, кам'яні, бетонні споруди і сталеві конструкції підземних споруд, де утворюються кислі води. Збудниками аеробної корозії є тіонові, нітрифікуючі і залізобактерій. В результаті життєдіяльності тіонових і нітрифікуючих бактерій агресивні корозійні середовища створюються за рахунок накопичення сірчаної і азотної кислот – кінцевих продуктів їх метаболізму. Участь залізо бактерій в корозійному процесі пов'язують з утворенням вічок, що диференційовано аеруються.
Тіонові бактерії відповідальні за виникнення різних відновлених з'єднань сірки, які здійснюють один з етапів перетворення цього елементу в природі. Тіонові бактерії широко поширені не лише у водоймищах, але і в грунтах, і в гірських породах, що руйнуються. Їм належить провідна роль в окисленні неорганічних з'єднань сірки. Представниками тіонових бактерій є Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus thioparus і ін. Тіоновиі бактерії є типовими хемолітотрофов, які розвиваються в простих мінеральних середовищах. Джерелом азоту для них служать солі амонія або нітрати. Зростають тіоновиє бактерії при різних значення рН. Серед них є термофіли (Thiospirillum pistiense) з оптимумом зростання 50 оС і вище. Значна кількість їх наголошується в термальних джерелах вулканічного походження. Наявність мінерального середовища поблизу вулканів і сірчаної кислоти у водних джерелах обумовлена діяльністю тіонових бактерій. Вони є енергійними окислювачами сірководня.
За участю даних бактерій в природних умовах відбувається окислення сульфідів і вилуговування металів. Доведено, що основна роль в окисленні широкого круга з'єднань сірки до сульфатів належить представникам роду Thiobacillus. У зв'язку з цим роль тіонових бактерій як чинника створення агресивних середовищ дуже велика. Тіонові бактерії, що володіють потужним ферментативним апаратом, по своїй окислювальній активності можуть конкурувати з агентами процесів хімічного окислення сульфідів металів, елементарної сірки, сульфату закису заліза. Відомо, що швидкість бактерійного окислення дисульфіду заліза в умовах кислого середовища в мільйони разів вище за швидкість хімічного окислення. В процесі бактерійного окислення піриту протікають хімічні реакції, в результаті яких відбувається активне зниження рН середовища за рахунок утворення сірчаної кислоти:
FeS2 + 3,5 O2 + H2O = FeSO 2 + H2SO4,
2 FeSO4 + 0,5 O2 + H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + H2O,
FeS2 + Fe2 (SO4)3 = 3 FeSO4 + 2S0,
S0 + H2O + 1,5 O2 = H2SO4.
Роль тіонових бактерій, як чинників корозії металу, зводиться не лише до утворення сірчаної кислоти. Thiobacillus ferrooxidans окислює закисноє сірчанокисле залізо до окисного, такого, що є надзвичайно агресивним по відношенню до металевих споруд, оскільки воно виступає як активний окислювач. Окисне залізо, приймаючи електрони з поверхні стали або залоза, відновлюється до закисного, яке, у свою чергу, знову окислюється до окисного бактерією Thiobacillus ferrooxidans. У умовах, сприятливих для розвитку тіонових бактерій, процес утворення окисного заліза може йти постійно, унаслідок чого існує загроза постійного руйнування металу під дією цього з'єднання. Зрозуміло, що корозійні процеси за участю тіонових бактерій можуть відбуватися в системі водопостачання при транспортуванні води з низькими значеннями рН і вмістом сульфідів (сірководня).
Виникнення кислих агресивних середовищ може відбуватися і в результаті діяльності нітрифікуючих бактерій. Процес нітріфікації пов'язаний з утворенням азотної кислоти за рахунок окислення аміаку. Окислення його відбувається в дві фази:
NH3 + 1,5 O2 = HNO2 + H2O + 73 ккал.,
HNO2 + 0,5 O2 = HNO3 +17 ккал.
Збудниками першої фази нітріфікациі є представники Nitrosomonas, Nitrosocystis і ін., збудниками другої – Nitrobacter vinogradskii.
Участь залізобактерій в процесі аеробної корозії, на відміну від участі тіонових і нітрифікуючих бактерій, зводиться до іншого механізму – утворення вічок, що диференційовано аеруються, на поверхні коррозіруємого субстрата. Суть механізму утворення вічок, що диференційовано аеруються, полягає в наступному. У трубах з проточною водою, що містить кисень, закріплюються залізобактерії, які утворюють слизисті скупчення. Завдяки волокнистій структурі оболонок залізобактерій, ці скупчення володіють високою механічною міцністю, що пояснює їх стійкість до струму води в трубі. Ділянки трубопроводу, що не піддалися обростанню залізобактеріями, омиваються водою, що містить кисень, і, отже, добре вентилюються. Поверхня труби, що знаходиться під охристими відкладеннями (колоніями залізобактерій), не омивається водою і тому аерується слабкіше. Таким чином, завдяки зростанню залізобактерій на поверхні внутрішньої стінки труби створюються вічка, що диференційовано аеруються, в яких вентильовані ділянки мають вищий потенціал і функціонують як катод;
що менш аеруються, піддалися обростанню, діють як анод. У анодній зоні металеве залізо розчиняється відповідно до рівняння:
Fe = Fe2+ 2e, що свідчить про початок поцесу корозії.
Саме тому, після механічного руйнування мінералізованих охристих відкладень, під ними можна виявити корозійні пошкодження матеріалу труб. Очевидно, що в корозійній діяльності залізобактерій важлива також їх каталазна активність і збільшення швидкості корозії за рахунок продукту метаболізму – перекиси водню.
2.2 Основними збудниками анаеробної корозії є сульфатредукуючими бактерії, відповідальні за відновлення сульфатів до сірководня і що відносяться до родів Desulfovibrio и Desulfotomaculum.
В даний час існує декілька гіпотез відносно механізму анаеробної корозії стали, заліза і алюмінію під дією сульфатредукуючими бактерій, з яких представляють інтерес наступні:
катодна деполяризація, що виявляється в стимуляції катодної ділянки коррозірующего металу шляхом переміщення і вжитку бактеріями поляризованого водню;
стимуляція катодної деполяризації твердими сульфідами заліза, що утворюються в результаті взаємодії іонів заліза з сульфідом-іонами, які є кінцевим продуктом бактерійного відновлення сульфатів.
Суть процесу полягає в тому, що сульфатредукуючі бактерії використовують сульфідну плівку (сульфід заліза) як катод, здійснюючи катодну деполяризацію з використанням водню для подальшого відновлення сульфатів. Оскільки сульфід заліза, утворений сульфатредукуючими бактеріями, виступає як катод, а корозійне руйнування відбувається на залозі (аноді), то створюються сприятливі умови для протікання двох згаданих вище електрохімічних реакцій
В разі сірчановодневої корозії, обумовленою життєдіяльністю сульфатредукуючих бактерій, інтенсивно йдуть наступні реакції: іон металу, зв'язуючись з сульфідом-іоном, ослабляє перенапруження концентрації іонів металу в приелектроному шарі, прискорюючи анодну реакцію; сульфатредукуючих бактерії, знижуючи перенапруження Н2 в пріелектродном шарі, прискорюють реакцію.
Тому сумарний процес двох реакцій забезпечує прискорення корозії в порівнянні з хімічною сірчановодневою корозією (без участі сульфатредуцирующих бактерій) в десятки і сотні разів; сульфатредуцирующие бактерії прискорюють корозію в анаеробній зоні за рахунок утилізації водню катода за допомогою гидрогеназной системи. Мікробіологічна корозія більше пов'язана з вжитком водню, чим з відновленням заліза. Гі дрогеназна активність даних мікроорганізмів підтверджена дослідженням їх безклітинних екстрактів.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 237 | Нарушение авторских прав