海洋生物腐蝕課件

1、 海洋生物腐蝕及防護(hù)技術(shù)目錄一、什么是海洋生物腐蝕二、海洋生物腐蝕防護(hù)技術(shù) 一、什么是海洋生物腐蝕 海洋生物腐蝕是因生物附著、生長、繁殖、代謝和死亡直接或間接造成的腐蝕被稱為海洋生物腐蝕。 簡而言之就是生物附著在材料上而引起的生物污損和腐蝕。 1、微觀生物腐蝕 2、宏觀生物腐蝕 1、微觀生物腐蝕 微生物腐蝕可以看作是生物和非生物間電轉(zhuǎn)移過程,如被生物激活的金屬氧化還原反應(yīng)等。生物膜中除微生物細(xì)胞外,還包括微生物的胞外聚合物,如蛋白、多糖、脂類和核酸等,成分復(fù)雜,且隨著生物種群、細(xì)胞生理狀態(tài)和環(huán)境因素的不同而各異，造成微生物腐蝕過程研究的困難，至今沒有統(tǒng)一的微生物腐蝕機(jī)理。 通常如果將生物膜模型

2、化,其可分為材料表面、微生物和基質(zhì)、營養(yǎng)方式以及氣相等4部分進(jìn)行研究。 微生物代謝過程主要在以下4個方面影響到腐蝕反應(yīng)： 1)生物膜造成金屬表面氧分布不均; 2)生物膜增大金屬表面質(zhì)子轉(zhuǎn)移阻力; 3)微生物新陳代謝產(chǎn)生腐蝕物質(zhì),如酸; 4)新陳代謝產(chǎn)生能夠引發(fā)陰極反應(yīng)的物質(zhì)。 微生物根據(jù)對氧的需求分為多種類型,如厭氧菌、好氧菌等。腐蝕性的厭氧菌有硫酸鹽還原菌(SRB),腐蝕性的好氧菌有鐵氧化菌、假單胞菌等。不同類型的微生物對金屬的腐蝕方式不同。 厭氧菌 SRB是常見的厭氧腐蝕性微生物,已成為微生物腐蝕研究中常用的模型生物。研究表明SRB對碳鋼、不銹鋼、低碳鋼、銅鎳合金等多種金屬都造成局部腐蝕。

3、 對碳鋼的腐蝕行為：SRB形成生物膜后,由碳鋼陽極溶解的電荷轉(zhuǎn)移變成受限的離子擴(kuò)散過程.腐蝕產(chǎn)物不但含磷,而且有硫化物產(chǎn)生,構(gòu)成不同的腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu),腐蝕速率升高。SRB氫化酶活性和質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程促進(jìn)了局部腐蝕加速.生物膜的不均勻性造成局部梯度,放大了腐蝕的活性位。 v好氧菌 假單胞菌是海水中最普遍的好氧微生物,對銅鎳合金、不銹鋼等金屬材料在海水中的腐蝕進(jìn)程有顯著影響。v 海洋假單胞菌對銅鎳合金腐蝕的影響,發(fā)現(xiàn)在假單胞菌存在時(shí),銅鎳合金的腐蝕速率增加。細(xì)菌細(xì)胞首先附著在合金表面,形成不規(guī)則生物膜,生物膜下形成微小蝕坑,細(xì)胞及EPS（胞外聚合物）所具有的功能基團(tuán)減緩了合金鈍化膜的形成過程,削弱了其自

4、然保護(hù)作用。鐵氧化菌(IOB) 因其對鐵的氧化作用,直接造成鋼鐵腐蝕。在IOB對不銹鋼的腐蝕中,發(fā)現(xiàn)其主要造成局部腐蝕,當(dāng)有IOB存在時(shí),代謝過程會影響生物膜構(gòu)成的變化,導(dǎo)致腐蝕過程陰極或陽極反應(yīng)動力學(xué)的改變,同時(shí)造成不銹鋼保護(hù)膜的化學(xué)變化,不銹鋼表面出現(xiàn)大量蝕坑,且生物代謝產(chǎn)生的氧化鐵沉積在不銹鋼表面產(chǎn)生縫隙效果,造成縫隙腐蝕。v微生物復(fù)合體系對腐蝕的影響 厭氧菌和好氧菌混合,會產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使金屬腐蝕更加嚴(yán)重。好氧菌在有氧狀態(tài)下,造成鋼鐵腐蝕,產(chǎn)生局部腐蝕產(chǎn)物,其下形成缺氧環(huán)境,從而促進(jìn)了厭氧菌迅速生長,兩種菌的相互作用會加速金屬腐蝕。（拮抗效應(yīng)）2、宏觀生物腐蝕 生物污損是不延續(xù)和不均一

5、的附著過程,經(jīng)初期階段生物膜形成后,緊接著大型污損生物的抱子或幼蟲開始附著和生長,最終形成宏觀生物污損群落,包括植物綠藻、紅藻和褐藻等,動物藤壺、貽貝、石灰蟲、海鞘和苔鮮蟲等。在宏觀污損生物群落的演替過程中,特別是最初階段,不但表面覆蓋量變化,而且不同種類的生物出現(xiàn),優(yōu)勢物種隨著時(shí)間演變.其復(fù)雜程度,比微觀生物污損更甚。1、大型污損生物降低鋼腐蝕速率,增加局部腐蝕的機(jī)理:(l)大型污損生物屏蔽氧,降低腐蝕速率,但形成氧濃差電池,產(chǎn)生局部腐蝕。(2)大型污損生物阻隔了SRB生長所需的營養(yǎng),抑制了SRB的繁殖和活性。 在碳鋼腐蝕與大型污損生物及SRB的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，硬殼污損生物有石灰質(zhì)的外殼,且生

6、命周期長,石灰質(zhì)底座難以分解,隔絕了氧和營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸,硬殼附著部位碳鋼腐蝕較輕;而藻類、軟殼生物對氧和營養(yǎng)物質(zhì)為部分阻擋,且生命周期短,死亡后易腐爛、分解,補(bǔ)充豐富了SRB等腐蝕菌的營養(yǎng),因此藻類附著部位蝕坑較深。 宏觀生物污損可引起鋁合金縫隙腐蝕。對鋁的長期海水腐蝕研究發(fā)現(xiàn),鋁合金經(jīng)長期全浸暴露,表面有牡蠣、苔鮮蟲、石灰蟲及海藻等污損生物。發(fā)現(xiàn)海生物污損對鋁合金腐蝕有明顯影響,.較深的蝕點(diǎn)都在牡蠣或石灰蟲下面及邊緣,主要引起縫隙腐蝕。ab 二、海洋生物腐蝕防護(hù)技術(shù) 海洋工程設(shè)施,包括各種濱海和海上鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土設(shè)施,諸如海洋跨海大橋、港口碼頭、濱海電廠、海底管線、海上平臺、海上船舶等固

7、定和移動設(shè)施設(shè)備,是事關(guān)國計(jì)民生和國防安全和建設(shè)的重要基礎(chǔ)性設(shè)施。這些工程設(shè)施不僅量大面廣,而且投資巨大,通常要求30、50甚至上百年的安全服役運(yùn)行周期,保護(hù)這些設(shè)施的長期安全運(yùn)行具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和社會意義。海洋生物腐蝕防護(hù)技術(shù)很多，主要從物理和化學(xué)方法介紹。 物理法： 1、氣泡屏障法 早期采用氣泡屏障法阻止海洋生物附著，這是一種最簡單的物理方法，由于該法可靠性不夠，因此很少采用。如果將這種方法與化學(xué)法相結(jié)合，如將含可溶性丁基氧化錫的煤油化學(xué)品釋放到氣泡，形成氣泡屏障，防附著效果會大大提高。 2、 涂層法 在基體材料表面涂覆可剝性涂層，當(dāng)海洋生物附著時(shí)，涂層一層一層剝落，阻止生物附著，有機(jī)錫

8、自拋光共聚涂層能有效阻礙海洋生物附著，這種涂層低毒環(huán)保、高效節(jié)能，有效使用壽命長達(dá)5年。 另一種不含生物殺滅劑的耐沖蝕有機(jī)硅涂層，其有效使用壽命也能長達(dá)5年，含生物殺滅劑的SPCs更有競爭力。 3、 超聲波和射線法 采用20-200 kHZ頻率的超聲波可驅(qū)趕海洋生物，防止生物附著，但這種方法效果差，而且費(fèi)用昂貴，成本高。利用锝-99同位素產(chǎn)生射線防止海洋生物附著相當(dāng)有效，有應(yīng)用前景，持續(xù)有效期超過2年，但這種方法對健康和環(huán)保有潛在威脅。4、 其他物理方法 此外，利用溫度、磁場、電場、電流、水力、液膜層、強(qiáng)力水波等物理方法防止海洋生物附著，尚處于試驗(yàn)階段。 化學(xué)法： 與物理法相比，化學(xué)法有效可靠

9、，但容易破壞環(huán)境，殺滅生物，且有害物的富集會危害人類的健康。船體油漆層的使用壽命是與其厚度相關(guān)的，殺滅劑的儲量一般不會超過5一10年。對于尺寸較大的海洋生物附著來說，涂層保護(hù)相當(dāng)有效，但當(dāng)涂層剝落或受損則效果下降。1、 毒品滲出法 化學(xué)法工業(yè)防護(hù)所利用的化學(xué)品包括:有毒金屬氧化物如銅、鋅、鉛等金屬氧化物;有機(jī)毒物如有機(jī)錫,有機(jī)鉛、有機(jī)砷等;氯氣;臭氧。這類化學(xué)品能將附著海洋生物殺滅，但影響生態(tài)環(huán)境。2、 生物法 化學(xué)法自然防護(hù)所利用的是無毒化學(xué)品，其防附著機(jī)理是排斥附著生物、脫附附著生物、防附著生物遷移。如從純天然物中提取的生物排斥劑,四甲基乙基二胺有效期可超過一個半月。 防生物粘附用低粘有機(jī)

10、硅高分子涂層，不含生物殺滅劑，嚴(yán)格說來不會阻礙生物附著，但很容易將附著在該涂層上的生物清除。關(guān)于化學(xué)法自然防護(hù)的研究很少，才剛剛起步。3、 電化學(xué)法 采用電化學(xué)法，船體作陰極，可在鍍鉑陽極得到氯氣，氯氣水分解生成次氯酸，能高效地防止海洋生物附著，有效性可長達(dá)10-15年。對于電廠冷卻水系統(tǒng)防污電解裝置來說，不利因素是安裝復(fù)雜，耗電、成本高，氯氣腐蝕，還要定期清除陰極管路上沉積的Mg(OH)2。銅件作為陽極生成的銅離子也可有效防止生物附著。船舶重工集團(tuán)公司七二五所開發(fā)的銅鐵和銅鋁復(fù)合陽極，減小了安裝空間和阻水體積，有效、環(huán)保、節(jié)能、穩(wěn)定，解決了電廠生物污染問題。 由于環(huán)境復(fù)雜性和生物多樣性，海洋生物腐蝕一直是人們關(guān)注但尚未完全解決的問題，雖然某些防護(hù)方法取得了一些進(jìn)步，但存在一些未解決的問題，如有效期短、毒物破壞海洋環(huán)境、成本高等。隨著海洋開發(fā)利用的步伐加快，海洋生物腐蝕問題的解決具有緊迫性。海洋生物附著機(jī)理模型還只能定性描述，有待進(jìn)一步深入研究。多種方法結(jié)合往往比單一方法更為有效，環(huán)保型低毒長效防腐蝕方法具有