海洋生物污损及材料腐蚀.ppt

海洋工程材料 第三章 海洋生物污损与材料腐蚀 Chapter 3 Marine Biofouling Corrosion 第三章 海洋生物污损与材料腐蚀 3.1 前言 电化学腐蚀是金属材料在海洋中的主要腐蚀形式。但海洋腐蚀不能和电化学腐蚀简单地划等号。 海洋不是单纯的电解质溶液，它是具有极高生物活性的络合电解质体系，金属/海水界面同时存在着两个自然过程，即金属腐蚀和生物污损。 海洋腐蚀是腐蚀和污损共同作用的结果，海洋中的腐蚀破坏多是由环境的物理、化学、生物等多方因素共同作用的结果。 Marine Biofouling: a real big problem Marine Biofouling: a real big problem 增加管壁和舰船外壳的动力阻力，增加热交换器的热阻和膜过程的水压，导致过滤器等多孔元件的堵塞。 0.1?m厚的生物膜就会增加摩擦阻力10%以上，1 ?m厚的微生物粘膜，其摩擦力增加80%，使船速降低15%。 美国海军为克服船体附着生物造成的摩擦阻力，每年需要增加额外动力燃料费超过5亿美元。 微生物诱发的腐蚀过程遍及所有种类的材料。仅因硫酸盐还原菌(sulfate reducing bacteria, SRB)产生的硫化氢的腐蚀作用使石油工业的生产，运输和贮存设备每年遭受的损失达数亿美元。 What is marine corrosion？ 海洋生物腐蚀，系指海洋材料表面附着生物（细菌膜、微型生物粘膜、生物群落）的附着、生长、繁殖、代谢、死亡等过程中所产生的物质直接与间接对材料造成的腐蚀。 海水中的细菌和微生物可以使材料在海水中几个小时即形成一层由细菌、藻类等水生生物及其代谢产物组成的微生物薄膜(biofilm)，成为其他海洋生物和细菌生长、繁殖的“土壤”。随后发生的微生物腐蚀和生物污损均通过微生物膜发生作用。 金属表面不存在微生物膜就不可能发生微生物腐蚀和生物污损，控制生物污损和微生物腐蚀就必须控制微生物膜生长。 什么是微生物？ 生物可分为六界：病毒界、原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。微生物占了四界。 微生物（ microorganism ）是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。 形体微小，结构简单，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。（但有些微生物是可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。） 自然界中氮、碳、硫等多种元素循环靠微生物的代谢活动来进行。例如空气中的大量氮气只有依靠微生物的作用才能被植物吸收，而医药工业方面，几乎所有的抗生素都是微生物的代谢产物 没有微生物，植物就不能新陈代谢，而人类和动物也将无法生存。 微生物的分类 微生物种类繁多，至少有十万种以上。按其结构、化学组成及生活习性等差异可分成三大类。 一、真核细胞型微生物。 细胞核的分化程度较高，有核膜、核仁和染色体；胞质内有完整的细胞器（如内质网、核糖体及线粒体等）。真菌属于此类型微生物。 二、原核细胞型微生物。 细胞核分化程度低，仅有原始核质，没有核膜与核仁；细胞器不很完善。这类微生物种类众多，有细菌、螺旋体、支原体、立克次体、衣原体和放线菌。 三、非细胞型微生物。 没有典型的细胞结构，亦无产生能量的酶系统，只能在活细胞内生长繁殖。病毒属于此类型微生物。 Basic Facts about Microbial Corrosion 3.2 微观生物污损与材料腐蚀 3.2.1 微观生物导致腐蚀 材料浸入海水中，微生物便迅速附着于其表面，形成一层微生物膜。 微生物膜对金属材料腐蚀产生两种作用: (1) 微生物导致金属腐蚀(称为微生物腐蚀，microbially influenced corrosion, MIC)；(2) 微生物抑制金属腐蚀(称为微生物缓蚀，microbial inhibition of corrosion)。 常见的腐蚀性微生物 参与金属腐蚀的微生物主要包括细菌、真菌及藻类，尤其以细菌为主。腐蚀性细菌又分为两大类：好氧性菌和厌氧性菌。 1. 好氧性菌 (aerobic bacteria) 这类细菌主要有铁细菌和硫氧化菌。 铁细菌属 crenothrixandleptoth 铁细菌在自然界中分布甚广，形态多样，一般呈杆、球、丝状，在中性含有机物和可溶性铁盐的水、土壤，尤其在金属表面锈层中极易存在，其活动特点是能在中性介质中依靠 Fe2+ → Fe3++e 这一反应获得新陈代谢作用的能量。反应所生成的高价铁盐氧化能力很强，可将硫化物氧化为硫酸。这一类细菌常与黄铁矿(FeS2)沉淀物氧化过程有关。它最适宜的生长温度是 20~25℃，最适宜 pH 值为 1.4~7.0。 Reactions under tubercles 铁细菌腐蚀机理(mechanism of