Мікробіологічна корозія та способи захисту

 

 

Тіонові бактерії відповідальні за виникнення різних відновлених сполук сірки, які здійснюють один з етапів перетворення цього елемента в природі. Тіонові бактерії широко поширені не тільки у водоймах, а й у грунтах, і в гірських породах, що руйнуються. Їм належить провідна роль в окисленні неорганічних сполук сірки.

Представниками тіонових бактерій є Thiobacillusthiooxidans, Thiobacillusthioparusта ін.. Тіонові бактерії являють собою типових хемолітотрофамі, які розвиваються в простих мінеральних середовищах. Джерелом азоту для них служать солі амонію або нітрати. Ростуть тіонові бактерії при різних значення рН. Серед них є термофіли (Thiospirillumpistiense) з оптимумом росту 50 ˚С і вище. Значна кількість їх наголошується в термальних джерелах вулканічного походження. Наявність мінеральної середовища поблизу вулканів і сірчаної кислоти у водних джерелах обумовлено діяльністю тіонових бактерій. Вони є енергійними окислювачами сірководню.

За участю даних бактерій у природних умовах відбувається окислення сульфідів і вилуговування металів. Доведено, що основна роль в окисленні широкого кола сполук сірки до сульфатів належить представникам роду Thiobacillus. У зв'язку з цим роль тіонових бактерій як чинника агресивних середовищ дуже велика. Тіонові бактерії, що мають потужний ферментативний апарат, за своєю окисною активністю можуть конкурувати з агентами процесів хімічного окислення сульфідів металів, елементарної сірки, сульфату закису заліза. Відомо, що швидкість бактеріального окислення дисульфіду заліза в умовах кислого середовища в мільйони разів вище швидкості хімічного окислення. У процесі бактеріального окислення піриту протікають хімічні реакції, в результаті яких відбувається активне зниження рН середовища за рахунок утворення сірчаної кислоти:

FeS2 + 3, 5O2 + H2O = FeSO2 + H2SO4,

2FeSO4 + 0, 5O2 + H2SO4 = Fe2 (SO4) 3 + H2O,

FeS2 + Fe2 (SO4) 3 = 3FeSO4 + 2S0,

S0 + H2O + 1, 5O2 = H2SO4.

Роль тіонових бактерій, як факторів корозії металу, зводиться не тільки до утворення сірчаної кислоти. Thiobacillusferrooxidans окисляє закисне сірчанокисле залізо до окисного, що є надзвичайно агресивним по відношенню до металевих спорудам, оскільки воно виступає як активний окислювач. Окисне залізо, приймаючи електрони з поверхні сталі або заліза, відновлюється до закисного, яке, в свою чергу, знову окислюється до окисного бактерією Thiobacillusferrooxidans. В умовах, сприятливих для розвитку тіонових бактерій, процес утворення окисного заліза може йти постійно, внаслідок 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 змістом сульфідів (сірководня).

За корозійною активністю сіркобактерії поки що мається мало інформації. В тілі бактерій містяться сірчисті сполуки, це ще раз пояснює їх здатність чинити вплив на корозію заліза. Сіркобактерії отримують енергію, що необхідна для їх життєвих процесів, головним чином за рахунок окиснення сірководню. Реакція проходить наступним чином:

2H2S + O2 = 2H2O + 2S

Сірка, що утворилася може окислюватися в сульфатну кислоту:

2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4

Корозія в ґрунтовій воді залежить від вмісту в ній мікроорганізмів і може бути посилена ними в 11 – 13 разів. Стійкість вуглецевої сталі в цьому разі нижче, ніж у хромистої сталі. Втрата заліза внаслідок аеробної корозії може досягати 30 – 100 мг/ (дм2∙добу).

 

 

Виникнення кислих агресивних середовищ може відбуватися і в результаті діяльності нітрифіцируючих бактерій. Процес нітрифікації пов'язаний з утворенням азотної кислоти за рахунок окислення аміаку. Окислення його відбувається у дві фази:

NH3 + 1, 5O2 = HNO2 + H2O + 73 ккал.,

HNO2 + 0, 5O2 = HNO3 +17 ккал.

Збудниками першої фази нітрифікації є представники Nitrosomonas, Nitrosocystis та ін., збудниками другого -Nitrobactervinogradskii.

Участь залізобактерій в процесі аеробного корозії, на відміну від участі тіонових і нитрифицирующих бактерій, зводиться до іншого механізму – утворення диференційовано аеріруючих осередків на поверхні кородуючого субстрату. Сутність механізму утворення диференційовано аеріруючих осередків полягає в наступному. У трубах з проточною водою, що містить кисень, закріплюються залізобактерії, які утворюють слизисті скупчення. Завдяки волокнистій структурі оболонок залізобактерій, ці скупчення мають високу механічну міцність, що пояснює їх стійкість до струму води в трубі. Ділянки трубопроводу, не піддані обрастання залізобактеріями, омиваються водою, що містить кисень, і, отже, добре вентилюються. Поверхня труби, що знаходиться під охристими відкладеннями (колоніями залізобактерій), що не омивається водою і тому аерується слабкіше. Таким чином, завдяки зростанню залізобактерій на поверхні внутрішньої стінки труби створюються диференційовано аеруючі осередки, у яких вентильовані ділянки мають вищий потенціал і функціонують як катод; менш аеруючі, які зазнали обростання, діють як анод. В анодній зоні металеве залізо розчиняється у відповідності з рівнянням: Fe = Fe2+ + 2e, що свідчить про початок процесу корозії.

Значення рН, при якому існують залізобактерії, знаходиться