金属表面混合微生物腐蚀及分析方法研究进展

微生物腐蚀研究一直都是金属腐蚀领域关注的热点,微生物种类的不同,对金属材料的腐蚀影响也不尽相同。实际环境中,微生物的复杂性导致单一微生物的腐蚀机理并不能完全解释实际的腐蚀现象,因此混合微生物体系研究成为微生物腐蚀领域新的研究方向。在基于单种微生物对金属的腐蚀行为及其腐蚀机理的研究基础上,综述了两种微生物的混合体系在金属表面对其腐蚀的影响。归纳总结了混合微生物的构成,重点综述了含有SRB、IOB和其他典型微生物的混合体系的作用过程,分析了混合体系中,不同微生物的相互作用(如协同、竞争作用等)对金属腐蚀影响。梳理了目前混合微生物体系研究的实验环境,并针对混合微生物体系在金属表面腐蚀微观的研究,介绍了几种技术,以期能更加直观地显示混合体系中微生物间的作用机制。最后对研究两种微生物混合体系下的金属腐蚀问题提出了建议和发展方向。     

冷却水系统中的微生物腐蚀及杀生剂

在冷却水系统的运行过程中,金属设备常会遭到腐蚀。这时,人们往往会把金属的腐蚀与冷却水的一些化学因素(例如:水的pH、水中的腐蚀性离子、络合剂、溶解氧、悬浮物和缓蚀剂的浓度等)以及物理因素(水的流速、温度等)联系起来,去探讨这些设备发生腐蚀的原因。但是,有时会遇到一些不能用化学因素或物理因素去解释的情况。这时,冷却水系统中金属设备的腐蚀可能与冷却水的微生物因素有关。     

海洋微生物腐蚀的电化学研究方法

海洋微生物引起的腐蚀对海洋结构物造成了日益严重的危害,其特征是微生物附着于金属表面并形成聚合物膜－－生物膜,该生物膜改变了膜内的环境条件,并伴有微生物对电化学反应的催化过程,因此加速了金属的腐蚀。本文介绍了监测腐蚀电位,氧化还原电位、极化电阻、强极化技术,电化学阻抗谱、,电化学噪声、电化学表面成象,双区电池等方法在微生物腐蚀研究中的应用,指出了这些方法的使用条件和优缺点,为了保持微生物本身物活性,     

磁场作用下的微生物腐蚀研究进展

磁体周围存在磁场,磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的,磁场力包括洛伦兹力和安培力.概述了磁场对微生物和金属腐蚀过程的影响,包括对单一细菌和混菌体系、电化学控制和浓差极化控制的电化学过程的影响.归纳了磁场作用于微生物金属腐蚀的防控方法,包括微生物竞争手段、缓蚀杀菌剂的应用以及存在的不足等问题.在此基础上,重点综述了近年来磁场条件下金属微生物腐蚀的研究进展,分析了磁场对于微生物生长特性和生物膜形成的影响,分别以不同微生物存在的体系、电化学过程控制的类型等方面展开详细讨论.针对磁场存在的环境,总结了微生物对金属的腐蚀机理,包括生物膜理论、离子干涉理论、自由基理论等.最后结合磁场对金属腐蚀过程的相关机理,展望了后续磁场对微生物腐蚀防控的研究方向.     

电站锅炉盐酸清洗中的腐蚀控制

介绍了锅炉盐酸清洗不同阶段钢的腐蚀规律和腐蚀控制方法。通过试验研究,得出规律：(1)酸洗过程中影响腐蚀速率的工序是酸洗、酸洗后水冲洗和漂选.(2)酸洗工序中主要影响腐蚀速率的因素有流速、三价铁离子浓度;其中流速对腐蚀速率的影响最大,可使腐蚀速率增加10倍左右;三价铁离子可使腐蚀速率增加3倍以上。(3)酸洗后水冲洗工序中钢的腐蚀速率与酸洗工序中钢的腐蚀速率相当,应尽量减少水冲洗的时间。(4)为了控制漂洗工序中钢的腐蚀速率,需添加缓蚀剂。     

微生物腐蚀中生物膜的生成、作用与演变

自然界中,微生物常常附着在材料表面形成生物膜,影响金属表面的电化学过程,从而诱发微生物腐蚀。生物膜与微生物腐蚀的发生密切相关,其结构组成、成膜过程对金属的腐蚀反应类型与速率有着很大的影响。由于微生物活动的复杂性以及缺乏生物膜与金属界面之间交互作用的深刻认识,微生物腐蚀的发生和发展机制尚不清晰。基于此,从生物膜的角度阐述了金属微生物腐蚀的作用机制。介绍了易引起材料腐蚀的常见菌种,如硫酸盐还原菌、硫氧化菌、铁氧化菌、硝酸盐还原菌及其他腐蚀菌,并对它们的腐蚀机理进行了概述。综合论述了生物膜的特征、生成步骤,以及它是如何随时间和外部环境进行动态演变的。着重讨论了影响生物膜生成和发展的因素,包括材料因素以及环境因素,如温度、溶解氧、pH值、Cl~-、Fe~(2+)、水体流速、营养介质、磁场。最后,针对外界影响因素的复杂性,阐述了生物膜研究过程中存在的问题,同时对模拟生物环境过程中合理设计实验方案的重要性进行了展望。     

低比例甲醇汽油对金属的腐蚀研究

目的减轻甲醇汽油的腐蚀性。方法以汽车油路系统常用的紫铜、黄铜、钢、铁、铝等金属材质为研究对象,采用金属试片的腐蚀度和颜色变化相结合的方法,分析判断甲醇汽油的腐蚀性,通过考察不同金属试片在不同含量甲醇汽油、含水甲醇汽油以及添加缓蚀剂甲醇汽油中的腐蚀情况,分析甲醇汽油腐蚀的主要原因,并根据缓蚀机理筛选缓蚀剂。结果低比例甲醇汽油对不同金属材质都有明显的腐蚀作用,与93#汽油相比,加入5%(体积分数)的甲醇就能使紫铜、黄铜、钢、铝的腐蚀度增加一倍以上。少量水分可加剧甲醇汽油的腐蚀,但当水含量达到一定程度时,腐蚀度减小。缓蚀剂B对铜系金属材质的腐蚀有较好的抑制作用,缓蚀剂C对铁片腐蚀有较好的抑制作用,复配缓蚀剂H对所选金属材质都有良好的缓蚀效果,可使紫铜、黄铜、铁和铝的缓蚀率分别减小82.1%、81.5%、85.3%和89.5%。结论复配的缓蚀剂能够有效地减缓甲醇汽油对金属的腐蚀。     

海洋环境硫酸盐还原菌对金属材料腐蚀机理的研究进展

硫酸盐还原菌(SRB)是一类广泛存在于自然环境中可以利用硫酸盐类物质作为呼吸代谢电子受体的厌氧类微生物,是造成金属腐蚀破坏和设备故障的主要原因之一,已经成为一个重要的研究课题。由于微生物活动的复杂性,生物膜内SRB与金属表面的相互作用缺乏深入的研究,其诱导腐蚀机理和腐蚀过程尚不清楚,难以进行有效的腐蚀预测。基于此,本文从SRB生物膜的呼吸代谢角度介绍了其诱导金属腐蚀的研究进展。介绍了SRB的生态特征和厌氧呼吸过程,重点综述了SRB腐蚀机理,包括阴极去极化、代谢产物腐蚀、浓差电池作用和胞外电子传递等理论,最后简要介绍了微生物腐蚀(MIC)研究的方法与技术手段。     

AFM技术在微生物腐蚀研究中的应用

介绍了原子力显微镜(AFM)的工作原理、操作模式以 及在微生物腐蚀研究中的应用,包括原位观察细菌和微生物膜形貌、测量力-距离曲线研究微生物在材料表面的粘附力、测量材料表面电位的不同得知生物膜厚度和腐蚀程度.同时还介绍了电化学原子力显微镜的应用.     

建筑行业微生物腐蚀与防护研究进展

综述了导致混凝土材料和金属材料微生物腐蚀的研究现状,分别阐述了其微生物腐蚀的机理,包括混凝土生物硫酸腐蚀机制、金属微生物腐蚀的经典腐蚀机制和细胞外电子转移机制。概述了现有的建筑行业混凝土和金属材料微生物腐蚀及混凝土改性、制备保护涂层材料、添加杀菌剂等防护方法的研究进展,为后续建筑材料微生物腐蚀机制和防护技术的深入研究提供参考。     

海洋微生物腐蚀的研究进展

介绍了国内外海洋微生物腐蚀研究的最新进展,讨论了海洋中影响金属腐蚀的几类微生物,评述了微生物腐蚀研究中涉及的微生物的培养,测量方法以及表面分析手段;简介了不锈钢,铜和铜合金,镍合金的微生物腐蚀的特征和最新研究进展,并展望了微生物腐蚀研究的发展趋势。     

油气管线钢土壤环境硫酸盐还原菌腐蚀研究进展

结合国内外埋地管线钢微生物腐蚀的研究,综述了腐蚀性土壤微生物种类和特点、环境因素对硫酸盐还原菌腐蚀的影响、生物腐蚀研究方法和进展,以及微生物腐蚀防护与监检测技术.最后,对埋地管线钢微生物腐蚀研究进行了展望.埋地管线钢服役环境复杂,受到土壤类型、杂散电流、阴极保护、应力、剥离涂层和微生物等多种因素的影响,而各种因素之间又存在着相互的耦合作用.多因素耦合作用下埋地管线钢微生物腐蚀将成为土壤微生物腐蚀今后的主要研究方向.土壤微生物腐蚀研究涉及土壤学、材料学、腐蚀科学和微生物学等多学科,是一个多学科交叉的研究课题,而化学和电化学分析技术、微生物分析技术以及材料表征技术等的联用也将为土壤微生物腐蚀行为和机制的研究提供更多的研究方法,这也有助于更好地理解微生物/材料之间的相互作用机制.随着对微生物腐蚀研究的深入,人们对硫酸盐还原菌腐蚀机理的认识也更加全面,"生物阴极催化还原"理论从生物能量学和生物电化学角度解释了微生物腐蚀的过程和机理.抗菌涂层开发和耐微生物腐蚀管线钢研发为MIC防治提供了一个新的研究路径.     

海洋环境下金属材料微生物腐蚀研究进展

海洋环境下的微生物易附着在金属材料表面形成生物膜,进而导致金属材料表面的微生物腐蚀(MIC)。分析了海洋环境下常见的易导致腐蚀的微生物种类及其特征,如硫酸盐还原菌(SRB)、铁氧化细菌(IOB)、产酸菌(APB)与产粘液菌(SPB)等,归纳了船舶与海洋平台涉及的微生物腐蚀及其与材料摩擦磨损的协同作用。在此基础上,重点综述了近年来碳钢、不锈钢与铜合金在海洋环境下的微生物腐蚀研究进展,包括溶解氧(DO)浓度、胞外聚合物(EPS)、生物膜微观形态等因素对碳钢MIC的影响,不锈钢在MIC过程中钝化膜与Cr元素化合物形态与含量变化,微生物抵抗Cu离子毒性机制以及铜合金在MIC过程中出现的脱合金成分腐蚀。对比了碳钢、不锈钢与铜合金表面在MIC中由生物膜、腐蚀产物与钝化膜形成的复合表面层结构差异。并从阴极去极化理论与微生物电化学腐蚀理论的角度解释了MIC,总结了两种理论间的关联性与局限性,指出了一些亟待解决的问题。     

油气管道SRB腐蚀研究新进展

由硫酸盐还原菌(SRB)引发的腐蚀是造成管道材料破坏和失效的重要原因,研究微生物腐蚀机制和防控措施具有重要的科学意义和经济价值.首先通过介绍国内外油气管道微生物腐蚀的失效案例,说明SRB对油气管道破坏的严重性.接着介绍了管道表面微生物膜的微观形成过程和结构特点,梳理了微生物膜作用下管材发生局部腐蚀的机理,主要对当前较为流行的微生物电化学腐蚀(EMIC)理论和管道微生物腐蚀预测模型做了深入探讨.综合考虑管道运行实际工况,结合模拟试验结果,进一步阐述了管线钢即使处于正常阴极保护条件下,由于受SRB生命代谢活动的影响,管道表面Fe中的电子通过细菌的新陈代谢作用直接获取,从而导致管材依然发生局部腐蚀甚至更为严重.而焊缝及其附近热影响区是管道发生腐蚀穿孔的薄弱区.最后全面总结了油气管道工业中抗SRB腐蚀防护前沿的理念和方法,分析了当前各种防护技术在实际应用中的不足,对微生物腐蚀如何更有效地防治提供了富有价值的参考,为管道工程SRB腐蚀防护技术的未来发展指明了方向.     

Identification of steel corrosion associated with sulfate-reducing bacteria by electrochemical noise technique

Deterioration of steel structures in natural waters can result from microbiologically influenced corrosion (MIC) such as that caused by sulfate-reducing bacteria (SRB). Corrosion pits associated with MIC have been recently observed in submerged steel bridge piles and there is renewed interest to assess their deterioration. Conventional electrochemical techniques to identify MIC have been complicated due to the effects of the surface films and the mechanism for charge transfer by the bacteria on the steel surface. An electrochemical noise (EN) technique to identify steel corrosion in an aqueous solution has been developed and the method ideally can identify the onset of local pitting, but complications and limitations relating to data acquisition, filtering, and interpretation exist. EN analysis was shown to differentiate SRB and corrosion activity including initial biofilm development, pitting corrosion development, and diminution of SRB activity. Electrochemical behavior, environmental characteristics, SRB activity, and corrosion modality provided consistent correlation to EN and localized corrosion development.     

Development of microbially influenced corrosion on carbon steel in a simulated water injection system

Microbially influenced corrosion (MIC) on internal pipeline surfaces has become a severe problem during the water injection process in secondary oil recovery. The formation of a biofilm, normally dominated by sulfate‐reducing bacteria (SRB), is believed to be the critical step of the MIC process. A continuously fed biofilm simulating the water injection process was operated to investigate the influence of biofilm development on MIC behavior in the early phase of corrosion development. The development of the corrosion product film and biofilm was monitored for 5 months with electrochemical impedance spectroscopy, linear polarization resistance, scanning electron microscopy, 3D optical profiling, and direct weight measurement. MIC development was found to comprise three phases: initialization, transition, and stabilization. The initialization phase involved the formation of the corrosion product layer and the initial attachment of the sessile microbes on metal surface. In the transition phase, the MIC process gradually shifted from charge‐transfer‐controlled reaction to diffusion‐controlled reaction. The stabilization phase featured mature and compact biofilm on the metal surface, and the general corrosion rate (CR) decreased due to the diffusional effect, while the pitting CR was enhanced at a lower carbon source level, which supported the mechanism of direct electron uptake from the metal surface by SRB.     

海洋用金属材料的微生物腐蚀研究进展

虽然海洋环境下所使用的金属材料的机械性能和耐蚀性能都较好,但近年来关于海洋工程材料腐蚀失效的报道却越来越多。以海洋环境下金属材料的腐蚀为背景,重点介绍了近年来逐渐引起人们重视的金属材料微生物腐蚀的研究进展。一些经典的腐蚀理论虽然能够解释一些微生物腐蚀现象,但是目前微生物腐蚀逐渐成为很多工业环境下普遍存在的严重问题,这些机理的片面性也就逐渐暴露出来。随着研究的深入,人们对微生物腐蚀机理的认识更加全面、深入。研究者逐步提出了基于生物能量学和生物电化学的微生物腐蚀理论,该理论引入了微生物胞外电子传递过程,解释了微生物为什么和如何腐蚀金属材料,并获得了学术界的普遍认可。为了解决传统抗微生物腐蚀方法的诸多不足,开发新型抗菌材料、研发环保型杀菌剂和杀菌剂增效剂将会为微生物腐蚀防治提供新思路。     

Localised corrosion of mild steel in presence of Pseudomonas aeruginosa biofilm

Microbially influenced corrosion (MIC) is a destructive type of corrosion, which is initiated, facilitated or accelerated by the presence of bacteria. The objective of this study is to determine the MIC behaviour of mild steel exposed to Pseudomonas aeruginosa inoculated nutrient rich simulated sea water medium. The formation of the biofilm layer, corrosion products and pitting areas on the steel substrate are characterised by field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, energy dispersive spectroscopy and atomic force microscopy. The overall results showed the aggressive role of P. aeruginosa biofilm in inducing the corrosion process and generating significant pits on steel. This study may provide a new understanding of the MIC behaviour of steel caused by bacterial colonisation and biofilm formation.     

微生物影响下不锈钢焊缝的腐蚀机理

从水化学、材料表面特征及微生物种类3方面研究了不锈钢304O焊缝微生物腐蚀,用微生物腐蚀实验台测量了试样的开路,结果表明,在有微生物的水介质中的试样产生了电位升,而无微生物的水介质中的试样没有电位升,当微生物腐蚀发生时,电位急剧下降,在几种焊接缺陷中,金黄色回火膜对微生物腐蚀最敏感,研究表明,当水中Cl^-含量较高时,容易发生微生物腐蚀,用SEM对点蚀坑进行观察,并用EDXA分析了部分腐蚀产物,微生物 腐蚀试样与未腐蚀试样表面最明显的区别是Mn-Fe氧化菌的数量。     

Model for microbiologically influenced corrosion potential assessment for the oil and gas industry

Corrosion is one of the major causes of failure in onshore and offshore oil and gas operations. Microbiologically influenced corrosion (MIC) is inherently more complex to predict, detect and measure because, for instance, the presence of biofilm and/or bacterial products is not sufficient to indicate active microbiological corrosion. The major challenge for current MIC models is to correlate factors that influence corrosion (i.e. chemical, physical, biological and molecular variables) with the potential of having MIC. Previous work has proposed the potential for MIC as a simple product of multiple factors, without fully considering the synergy or the interference among the factors. The present work proposes a network-based approach to analyse and predict MIC potential considering the complex interactions among a total of 60 influencing factors and 20 screening parameters. The proposed model has the ability to capture the complex interdependences and the synergic interactions of the factors used to assess MIC potential and uses an object-oriented approach based on a Bayesian Network. The model has been tested and verified using real data from a pipeline leakage incident that was a result of MIC. The proposed model constitutes a significant step in deepening the understanding of when MIC occurs and its predictability.

List of acronyms: APB: acid producing bacteria; Aw: water activity; BN: Bayesian network; MIC: microbiologically influenced corrosion; MMMs: molecular microbiological methods; NRB: nitrate-reducing bacteria; OOBN: object-oriented Bayesian network; PWRI: produced water re-injection; SPs: screening parameters; SRB: sulphate-reducing bacteria; SRPs: sulphate-reducing prokaryotes; TDSs: total dissolved solids