Корозійні дослідження

Загальна активність життєдіяльності мікробіоти ґрунту є дуже чутливим показником, який негайно реагує на будь-які зміни зовнішнього середовища, що ведуть до порушення встановленої в системі екологічної рівноваги. На сучасному етапі розвитку цивілізації найбільш потужним фактором є техногенез.

Розглянемо із вами, шановна аудиторія, взаємовплив на швидкість корозії трьох співасоціантів корозійно агресивного угруповання мікроорганізмів "феросфери". До цієї групи належать сульфатвідновлювальні та тіонові бактерії. а також бактерії виду Stenotrophomonas maltophilia,

Рис. 2. Швидкість корозії металевих зразків в присутності різних сполучень корозійно активних мікроорганізмів

Як видно з рис. 2, максимальна швидкість корозії виявляється у варіанті, коли на метал одночасно діють три різних види мікроорганізмів, що входять до складу природних корозійно активних угруповань мікроорганізмів. До того ж швидкість розчинення металу за умови спільної дії мікроорганізмів перевищує суму швидкостей корозійних реакцій, які спостерігаються при дії індивідуальних культур

Так, сумарна швидкість корозії, що спричинена індивідуальним впливом Desulfovibrio desulfuricans та Thiobacilus thioparus, складає 17,38 мг/дм2 • добу, в той самий час при сумісному вирощуванні цих бактерій швидкість сягає 22,7 мг/дм2 • добу.

Аналогічні підрахунки для корозійного угруповання повного складу дають 19,71 мг/дм2 • добу та 32,14 мг/дм2 • добу, відповідно. Підсилення корозійної дії, що спостерігається, складає 30,6% для бінарної асоціації та 63% для повного угруповання.

Таким чином, ми маємо підстави говорити про певний синергічний ефект в випадках, коли корозія контролюється водночас декількома видами мікроорганізмів.

Пояснення цьому факту ми одержали при вивченні гідрогеназної активності клітин біоплівки.

Рис. 3. Порівняльна активність гідрогенази для планктонної та біоплівкової моделей росту СВБ.
Як видно з рис. 3, гідрогеназна активність малоактивного штаму 45 практично не змінюється в залежності від моделі росту як для індивідуальної культури, так і для бінарної асоціації з ТБ. На відміну від цього, гідрогеназна активність штаму 10 в випадку біоплівкової моделі росту, або, інакше кажучи, для клітин "феросфери" збільшується майже у 2,5 рази. Слід зазначити, що присутність ТБ практично ніяким чином не сприяє такому підвищенню активності. Отже, ми маємо підстави висловити припущення, що інтенсифікація біокорозійних процесів відбувається за рахунок активізації гідрогенази СВБ, яку спричиняє підвищена концентрація іонів заліза в "феросфері" - біоплівці

Загальновідомо, що температура та вологість довколишнього середовища є одними з найбільш значущих факторів при розвиненні корозійних процесів. Ми мали нагоду дослідити вплив цих факторів на прикладі кабельних мереж, прокладених в різних регіонах Республіки Куба.

Результати мікробіологічних обстежень показали, що чисельність і активність досліджуваних бактерій коливається в широких межах. Відповідно, гідрогеназна активність СВБ також змінювалась від одиниць до сотень мікромолей зв’язаного Н₂ за хвилину на 1мг клітинного білку.

На підставі проведених досліджень загальну корозійну ситуацію кабельних мереж Республіки Куба було оцінено як вкрай несприятливу. Значні корозійні руйнування об’єктів обумовлені високою інтенсивністю життєдіяльності бактерій циклу сірки. Характерною відзнакою при порівнянні ситуації в різних регіонах країни було те, що максимальні пошкодження спостерігали там, де зазначали більш високий ступень антропогенного навантаження, а саме, інтенсивне забруднення кабельних колодязів побутовими та промисловими відходами, які потрапляють до колодязів разом з дощовою водою.

Екологічні зміни в ґрунтах, які є наслідком масштабного підземного будівництва, будуть перш за все спрямовані на досягнення нового рівня стабільності мікробного угруповання. При цьому переорієнтування метаболічних процесів мікроорганізмів здатна призводити до аварійних ситуацій. Виходячи з цього, цілком ймовірно, що для захисту металевих конструкцій від біокорозії важливе не лише розуміння того, як мікроорганізми впливають на метал, але і те, як метал впливає на мікроорганізми.

З метою виявлення таких зв’язків між мікроорганізмами, які складають корозійно агресивне угруповання, нами були проведені дослідження щодо визначення складу мікробних метаболітів в ґрунтах, прилеглих до місць корозійного пошкодження металу підземних трубопроводів.

Узагальнені результати наведено на рис.4. Виявлено відмінності якісного складу мікробних метаболітів в ґрунтах, відібраних з верхньої та нижньої утворюючої трубопроводу. Так, слід зазначити, що підвищену концентрацію серіну, а також присутність сірковмісних амінокислот - цистеїну і метіоніну спостерігалась лише в ґрунтах, прилеглих до нижньої утворюючої трубопроводу, тобто в місцях, де спостерігались максимальні корозійні пошкодження металу.

Рис.4. Розподіл корозійнонебезпечних мікробних метаболітів довкола поверхні трубопроводу

Ацетат

asp thr glu pro his ser val

asp thr glu pro Ацетат

his ser val cys met Форміат

gli ala tyr leu Пропіонат

Окрім цього, в зразках ґрунту, відібраних з нижньої утворюючої трубопроводу, виявлено форміат, який є біосинтетичним попередником серіну і цистеїну. Одержані результати дозволяють зробити певні висновки щодо можливих механізмів формування сталого якісного складу корозійно агресивного угруповання мікроорганізмів. Так, накопичення ацетату сприяє підвищенню чисельності СВБ, тому що він є субстратом для їх росту. Метіонін - обов’язковий фактор для повноцінної нормальної життєдіяльності Stenotrophomonas maltophilia. Цистеїн, що синтезується з метаболічних попередників, здатен брати участь в утворенні позаклітинних активних центрів, подібних до гідрогеназного, і в такий спосіб підтримувати необхідний для угруповання в цілому високий рівень забезпечення енергетичними еквівалентами

Питання прогнозування віддалених наслідків експлуатації підземних споруд на сьогоднішній день майже не вивчається. Це в значній мірі пов’язано з відсутністю загальної концепції прогнозування наслідків техногенного втручання в природне середовище. Певний внесок в створення подібної концепції може надати вивчення змін якісного складу угруповання ґрунтових мікроорганізмів та спрямованості сумарних метаболічних процесів угруповання. Подібні дослідження були проведені для угруповань мікроорганізмів, вилучених з ґрунтів та підземних вод, що безпосередньо контактували з поверхнею тунелів метрополітену м. Ташкент.

Виходячи з даних попередніх досліджень щодо складу мікробних метаболітів, які можна вважати індикаторами біокорозійного процесу, в відібраних зразках води та ґрунту визначали наявність саме цих речовин.

Якісний склад мікробних метаболітів в усіх досліджених зразках був майже ідентичний. Виняток складала лише наявність лактату в зразках, відібраних на екологічно небезпечній ділянці. Подібний факт може розглядатися як важливий, враховуючи те, що лактат - один з основних субстратів СВБ. Кількісний вміст тестових речовин був в 1,5 - 3 рази вищий для зразків, відібраних на ділянці підвищеної екологічної небезпеки.

На перший погляд, висновок щодо більшої корозійної активності мікробного угруповання з екологічно небезпечної ділянки метрополітену цілком правомірний. Проте, низькомолекулярні органічні сполуки в ґрунті постійно трансформуються внаслідок діяльності мікроорганізмів. Тому ми лише здатні зафіксувати концентрацію певної речовини на певний момент часу. Таким чином, існує вірогідність того, що деякі з характеристичних речовин взагалі не будуть зафіксовані у досліджуваних зразках ґрунтів.

Рівень антикорозійного захисту залізобетонних споруд в цей час досить низький. Це в певній мірі пов'язано тим, що, на думку ряду авторів, масштаби мікробіологічного чинника непорівнянні з величезною бетонною масою морських і річкових гідротехнічних споруд

Нами було проведене мікробіологічне обстеження залізобетонних конструкцій одного з об'єктів атомної станції з метою прогнозу інтенсивності розвитку біокорозійних процесів після введення станції в експлуатацію.

Активність життєдіяльності накопичувальних культур, виділених з відібраних зразків, оцінювали за інтенсивністю утворення ними вуглекислого газу і водню.

В таблиці 1 наведено результати визначення частоти виявлення деяких груп мікроорганізмів, тобто відсотку інфікованих зразків по відношенню до загального числа досліджених зразків, що є загальноприйнятим і демонстративним показником ступеня зараженості споруди мікроорганізмами.

Інтенсивність накопичення агресивних газоподібних метаболітів - вуглекислого газу і водню - дозволяє опосередковано оцінити міру участі мікробних угруповань в процесах біопошкодження залізобетону. З цієї точки зору найбільш цікавими для дослідження є угруповання, виділені з бетону і арматури. Найбільшу стимулюючу дію на накопичення СО₂ виявляють нітрат- і сульфат-іони, причому NО_-3 в однаковій мірі стимулює продукцію вуглекислого газу обома угрупованнями. Приріст в порівнянні з контролем становить 3%. Наявність в середовищі сульфат-іону в набагато більшому ступені впливає на життєдіяльність угруповання, виділеного з арматури. Накопичення ним СО₂ зростає на 7% в порівнянні з контролем, тоді як при культивуванні угруповання, виділеного з тіла бетону, всього на 0,5%

Таблиця 1

Частота виявлення бактерій в різних точках відбору

(%)

Бактерії	Поза спорудою	На поверхні споруд	В товщі бетону
80+5 80+5 90+5	73,3=5 53.3+5 66,6+5 93,3+5	66,6+5 33,3+5 66,6+5 88,8=5	55.6+5 44+5 67,7+5 64,5+5

Таким чином, можна прогнозувати, що не лише інтенсивність утворення біогенної вуглекислоти, але і участь в цьому процесі тієї або іншої групи бактерій визначається вмістом і співвідношенням між зазначеними іонами, що заглиблюються в товщу бетону з водою

Можнмо зробити певний висновок, що внаслідок ідентичності еколого-трофічних груп мікроорганізмів, які виявляються в зонах корозійних пошкоджень металу, як на підземних спорудах, так і на арматурі залізобетонних конструкцій, механізми, що призводять до корозійного руйнування, будуть ідентичні.

Безпосередній вплив корозійно небезпечних бактерій на металеві конструкції в реальних підземних умовах можливий лише у випадку руйнування пасивуючої плівки катодного захисту. З суто теоретичних міркувань можливо припустити, що гідрогеназа здатна брати участь в цьому процесі, або передаючи електрони на природні клітинні акцептори, і в такий спосіб забезпечувати енергетичні потреби мікробного угруповання, або сприяти зменшенню захисного ефекту за рахунок вилучення надлишку протонів з реакційного середовища у вигляді молекулярного водню

Розглянемо процес, що відбуватиметься пр. додаванні у поживне середовище іонів нікелю на якому вирощуються корозійно небезпечні бактерії, спостерігається скорочення лаг-фази, а питома швидкість росту залишається незмінною як у випадку індивідуальних культур СВБ, так і у випадку штучних асоціацій. Наявність в культуральному середовищі іонів нікелю скорочувала тривалість лаг-фази росту СВБ в 2-3 рази, а штучних асоціацій в 3-3,5 рази в залежності від концентрації.

Водночас паралельне вивчення впливу іонів нікелю на гідрогеназну та корозійну активність досліджуваних культур показало, що обидва ці параметри активуються. Як гідрогеназна активність, так і швидкість корозії досліджуваних металевих зразків (Рис.5) збільшувались майже вдвічі за умови присутності в культуральному середовищі іонів нікелю в концентрації 0,5 мг/см3.

Рис.5. Вплив іонів нікелю на гідрогеназну активність СВБ

Швидкість корозії досліджуваних металевих зразків (Рис.6) збільшувалася майже вдвічі за умови присутності в культуральному середовищі іонів нікелю в концентрації 0,5 мг/см3. Подальше збільшення концентрації нікелю не призводило до суттєвого підвищення зазначених показників.

Рис. 6. Вплив іонів нікелю на швидкість мікробної корозії металевих зразків.
Проведені дослідження дозволяють зробити декілька висновків щодо можливих функцій гідрогеназ СВБ в корозійних процесах. Гідрогеназа здатна впливати на різні етапи корозійного процесу:

- руйнування водневої плівки катодного захисту;

- безпосередній вплив на поверхню металу.

Можлива акумуляція гідро-генази в позаклітинному середовищі є процесом, який обумовлює прискорення розвитку корозійних процесів у ґрунті. Подібна полі-функціональність гідрогенази дозволяє припустити, що визначення активності цього ферменту разом з визначенням чисельності СВБ здатне в повній мірі характеризувати ступінь інтенсивності біокорозійних процесів.

За умов інтенсивного розвитку ґрунтових мікроорганізмів, зокрема СВБ, загальновживані системи протикорозійного захисту виявляються низькоефективними, а часто повністю неспроможними протидіяти розвитку корозійного процесу. Плануванню заходів щодо протикорозійного захисту підземних споруд передує оцінка корозійної активності ґрунтів, яка зазвичай спирається на значення питомого електричного опору Даний показник з високим ступенем достовірності характеризує загальну корозійну агресивність ґрунту, однак не розкриває причин, що призводять до відповідного значення. Часто це може привести до недооцінки реальної корозійної небезпеки.

Порівнюючи одержані в різний спосіб значення критерію біокорозійної агресивності ґрунтів, можна констатувати, що розбіжність результатів не перевищує 20%. Розбіжність менша для ґрунтів неагресивних, слабо агресивних та потенційно агресивних. Розбіжність у визначеннях зростає для ґрунтів агресивних та дуже агресивних. Слід зазначити, що КА, обчислені для таких ґрунтів за експрес-методом, завжди перевищували значення КА, отримані на основі аналітичних методів (Рис.7).

Рис.7. Значення критерію корозійної агресивності ґрунтів вздовж траси продуктопроводу Талалаївка - Гніденці

Бетонні, залізобетонні конструкції та споруди, що експлуатуються в агресивних водонасичених або рідких середовищах, зазнають постійної руйнівної дії бактерій циклу сірки і азоту.

При мікробіологічному обстеженні продуктів корозії залізобетону каналізаційних колекторів, нами були виділені значні кількості бактерій циклу сірки і азоту. Найбільш поширеними були ацидофобні (Thiobacillus denitrificans) і ацидофільні (Th. ferrooxidans і Th. thiooxidans) тіонові бактерії. Thiobacillus thioparus виявлений тільки в контрольних зразках.

З цих же зразків виділено сульфатвідновлювальні бактерії, а також значна кількість амоніфікувальних бактерій, які продукують аміак і вуглекислий газ, які також впливають на корозійні процеси

Дата добавления: 2015-12-08