厌氧菌生物腐蚀应用

发布时间: 2011-05-08 17:42:00   点击数:

由SRB细菌引起的厌氧菌生物腐蚀

     当想到“腐蚀”的定义时，你首先想到的是当金属在氧气和水的作用下被毁坏的氧化腐蚀，然而主要的腐蚀损害都发生在无氧情况下，例如一些储罐的底部或者是在管输线系统内。

     硫酸盐还原菌主要是厌氧腐蚀。这些微生物加速腐蚀一些与水和有机材料接触的钢材表面，如原油储罐和一些其他技术设施。这样的表面应保持清洁，不然，由于SRB细菌快速繁殖形成凝胶样形式的生物薄膜，这个过程会导致强烈气味煤泥形成，而这就是微生物腐蚀的前奏。

     当有色金属被微生物腐蚀时，其表面会有铁硫化合物黑点。通过去除表面腐蚀层，裸铁的阳极腔会被迅速诱发点阵腐蚀，因此极易被毁坏。

图片：清洁过后能清晰看到被SRB细菌严重腐蚀的钢储罐

SRB细菌如何进入原油储罐？

因为提取原油和加工过程，使得原油含除了碳化合物还有很多地表水。而水本身被微生物污染含有大量硫化物，特别是硫酸盐，SRB代谢会产生硫，进而生成硫化氢。

硫酸盐还原菌如何运作？

在含水原油的SRB进行了异化（释放能量）减少有关的含硫化合物，例如，硫酸盐变成硫化物，就是同时氧化还原的电子受体。首选充足电子受体通常是氢气/或碳源，如：乳酸，丙酮酸，苹果酸的盐或酯，高分子脂肪酸，芳香烃和不饱和烃。这些受体会被氧化成醋酸。当SRB细菌群在有色金属表面时，氧化金属铁铁离子是可能发生的。以下显示了生物腐蚀过程的详细描述

      氧化是一种化学反应，其中氧化物质（还原剂）释放电子，在正式分子中的原子氧化数量增加。另一种物质（氧化剂）接收电子（电子受体），并因此减少。那就意味着分子中被氧化的原子数量在减少。这一过程被称为减少。 氧化总是和减少有关。双方的反应是一个氧化还原的一部分。

生物腐蚀的第一阶段：第一群是通过SRB耐氧菌发生的

第一群是通过SRB耐氧菌发生的。通常发生在含氧区域，但是速度中等（休眠）。这些耐氧SRB细菌在没有对流的区域内扩散得最快。他们找到了减少对流的小环境，就是油罐底部和涂层孔隙和裂缝的位置。因此，在储罐甚至是管道各个位置都有可能有SRB耐氧菌。这些耐氧SRB细菌能够生产一些造成严重缺氧的酶，如过氧化氢酶和超氧化物歧化酶。

生物腐蚀第二阶段：结节的形成和产生的破坏铁

在这些严重缺氧的区域，硫酸盐还原菌（SRB）增长速度极快，并生产O2以确保其独立代谢并产生硫化氢（H2S）。SRB细菌主要以结节状菌落存在。接着，有色金属储罐表面附近的物理和化学条件改变。由SRB而产生的酶氢，对由水质子递增而产生的铁（II）硫化物和氢膜是很重要的。

      氧化是一种化学反应，其中氧化物质（还原剂）释放电子。因此，氧化反应其实是一个电子供体。（氧化使得分子中的原子数量增加）。所以另一种材料（氧化剂）接收电子，会变少。这意味着在分子中的原子的氧化数降低。这是减少的过程。氧化反应总是与减少有关。两个反应一起只是氧化还原反应的一部分。

防锈结节示意图，防锈结节的产生是由微生物诱发的复杂过程。类似一个肾球形的结节

     酶氢拆除氢膜的保护，并释放出氢气作为电子供体。因此，以上所描述的只是氧化还原反应的开始，主要是铁被氧化为铁2和硫酸减少硫化物。被硫化铁截获的铁离子变成硫化ii铁，并在铁锈周围建立起黑色的外壳。

     产生的硫化铁变成阴极并和铁分子，硫化铁继续反应。（将化学能转化为电能）。氢气会使该区域电位降低，但是酶氢酶同样会阻碍这种保护机制并且不断与硫化铁反应。

     所有证据都充分说明了厌氧菌生物腐蚀是普通腐蚀的10倍。

     为什么Ceramic Polymer公司获得专利的涂层系统能够有效对抗包括SRB在内的生物腐蚀？

     从生物腐蚀过程中看出，要避免生物腐蚀最重要的就是要防止SRB细菌繁殖并生成结节。获得国际专利的产品通过将杀菌晶体整合到涂料中，当微小裂缝产生，在SRB细菌开始要腐蚀前就把SRB细菌给消灭掉。独立机构通过广泛的测试证实了使用我们的专利产品能够彻底预防由SRB细菌引起的腐蚀。

图：储罐表面涂装有获得防生物腐蚀专利产品。当涂层产生微裂缝时，特殊杀菌晶体被激活，并沿着整个裂缝开始活动。把SRB细菌杀死在摇篮里。此杀菌剂长期有效对抗生物腐蚀，因此不会产生局部腐蚀。

参考资料：

[Beech, I.B., Microbiology Today, 30, (2003)],

[Bryant, R., et al, Applied and Environmental Microbiology, 57/10, (1991), 2804-2809].

作者：Torsten Angermann, INNOVENT e.V., Jena/Germany