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什么是微生物腐蚀？
作者： 时间：2023-04-20 10:25:27 阅读：53
术语“腐蚀”描述了一系列由范围广泛的电化学因素驱动的过程。这些问题的根源是大多数工业金属在原子水平上固有的不稳定性，这使它们倾向于恢复到其天然存在的形式，即氧化物。
一种更不寻常的腐蚀形式是由细菌与多种金属和合金的相互作用引起的。微生物诱发腐蚀 (MIC) 在技术上起到更传统腐蚀过程的促进剂的作用。然而，加速速率可能是常规腐蚀速率的 10 到 1000 倍，这就要求从实际角度将 MIC 视为一种独特的腐蚀过程。
MIC 主要通过两个过程启动和传播。首先是在金属表面形成腐蚀细胞。微生物菌落产生粘性生物膜，它们附着在宿主表面并创造一个与周围金属明显不同的微环境。这些微环境中溶解氧、pH 值以及有机和无机化合物的变化导致与周围金属的电位差，产生高活性腐蚀电池。第二种是直接化学攻击。许多微生物的代谢副产物具有很强的腐蚀性。两种相关的生物——硫还原菌 (Disulfovibrio) 和硫氧化菌 (Thiobacillus thiooxidans)——分别产生硫化氢和硫酸。观察到来自这些副产品的局部硫酸浓度高达 10%。其他细菌种类产生范围广泛的有机酸以及氨。
MIC 中记录了在含氧环境中茁壮成长的需氧细菌和在极少或无氧环境中茁壮成长的厌氧细菌。在某些情况下，这两种细菌类型具有共生关系，因为好氧细菌会沉积生物膜，在生物膜下，金属界面会形成缺氧区。这个缺氧区随后成为厌氧菌群生长的理想环境。
结节的形成也常与 MIC 有关。结节类似于腐蚀产物的水泡，由生物膜沉积物和铁氧化细菌引起，特别是在流体管道系统的低流速区域。结节的生长和分解循环释放硫酸盐，并为水泡内部的厌氧硫酸盐还原菌提供场所。结节还形成一个有效的氧浓缩池，溶解水泡下的铁。流体输送系统中不受控制的结节生长将严重限制甚至完全阻塞流体流动。
金属表面与水接触是 MIC 的先决条件。由于负责 MIC 的细菌种类不会对人类健康构成威胁，因此“安全”饮用水系统与非饮用水系统一样面临风险。冷却系统和热交换器、水井、消防和农业自动喷水灭火系统以及储液罐是 MIC 开发的更明显的潜在场所。然而，通常与水无关的流体产品，如汽油、机油、机加工和切削润滑剂，都至少含有痕量水，足以支持引发 MIC 的细菌。几乎所有经过加工的流体产品，包括食品和饮料、石化产品以及其他商业和工业产品也含有不同量的水，并且容易受到 MIC 的影响。
MIC 以全面腐蚀和点蚀的形式出现，但局部点蚀是更明确的形式，更可能导致严重的系统故障。循环系统中的低流量区域（例如热交换器和工艺管道）特别容易受到影响，因为这些“停滞流动”位置为细菌提供了附着在管子或管道表面的机会。在微观和宏观特征上，流体流动“停滞”发生在任何缝隙、接头、焊缝或缺陷处，这些是 MIC 的典型位置。循环流体系统中的流动中断，例如周末、过夜，甚至短暂的维护停机，也为细菌粘附和启动 MIC 提供了机会。
一旦细菌建立起来，即使在流量恢复后腐蚀过程也会继续。水压测试，其中系统充满流体、加压、泄漏测试和排空——但通常没有完全干燥——是在 MIC 故障开始时反复出现的顺序。该测试通常在系统投入使用之前立即进行，并且故障可能在几个月内不会发生。当最终确实发生故障时，水压试验和停滞的流体残留物往往被忽视，因此，故障被误诊为氯化物引起的腐蚀。
静态流体系统，例如污水池和储罐，是 MIC 的接受环境。拐角、配件、接头和焊缝也很脆弱，在燃料和非水溶性流体的情况下，流体和任何水污染物之间的界面特别容易受到影响。尽管有保护性焦油、沥青或聚合物涂层，但已广泛观察到地下储罐和管道中的 MIC，特别是在潮湿的粘土中。在有效防止常规腐蚀的同时，涂层的任何分层或粘合失效都提供了理想的细菌生长环境。
几乎所有工业金属合金都受 MIC 限制，但钛合金除外。测试表明，少数含钼量在 6% 或更高水平的不锈钢合金也具有很高的 MIC 耐受性。这些限制严重限制了材料替代作为减轻 MIC 的策略。