第三章+海洋生物污損與材料腐蝕

1、1海洋工程材料海洋工程材料第三章第三章 海洋生物污損與材料腐蝕海洋生物污損與材料腐蝕Chapter 3 Marine Biofouling & Corrosion2第三章第三章 海洋生物污損與材料腐蝕海洋生物污損與材料腐蝕 r3.1 前言前言F電化學(xué)腐蝕是金屬材料在海洋中的主要腐蝕形式。但海洋腐電化學(xué)腐蝕是金屬材料在海洋中的主要腐蝕形式。但海洋腐蝕不能和電化學(xué)腐蝕簡(jiǎn)單地劃等號(hào)。蝕不能和電化學(xué)腐蝕簡(jiǎn)單地劃等號(hào)。F海洋不是單純的電解質(zhì)溶液，它是具有極高生物活性的絡(luò)合海洋不是單純的電解質(zhì)溶液，它是具有極高生物活性的絡(luò)合電解質(zhì)體系，金屬電解質(zhì)體系，金屬/海水界面同時(shí)存在著兩個(gè)自然過(guò)程，即海水界

2、面同時(shí)存在著兩個(gè)自然過(guò)程，即金屬腐蝕和生物污損。金屬腐蝕和生物污損。F海洋腐蝕是海洋腐蝕是腐蝕和污損共同作用腐蝕和污損共同作用的結(jié)果，海洋中的腐蝕破壞的結(jié)果，海洋中的腐蝕破壞多是由環(huán)境的物理、化學(xué)、生物等多方因素共同作用的結(jié)果。多是由環(huán)境的物理、化學(xué)、生物等多方因素共同作用的結(jié)果。3Marine Biofouling: a real big problem4Marine Biofouling: a real big problemF 增加管壁和艦船外殼的增加管壁和艦船外殼的動(dòng)力阻力動(dòng)力阻力，增加熱交換器的熱阻，增加熱交換器的熱阻和膜過(guò)程的水壓，導(dǎo)致過(guò)濾器等多孔元件的堵塞。和膜過(guò)程的水壓，導(dǎo)致過(guò)

3、濾器等多孔元件的堵塞。F 0.1 m厚的生物膜就會(huì)厚的生物膜就會(huì)增加摩擦阻力增加摩擦阻力10%以上，以上，1 m厚厚的微生物粘膜，其摩擦力增加的微生物粘膜，其摩擦力增加80%，使船速降低，使船速降低15%。F 美國(guó)海軍為克服船體附著生物造成的摩擦阻力，每年需美國(guó)海軍為克服船體附著生物造成的摩擦阻力，每年需要增加額外動(dòng)力燃料費(fèi)超過(guò)要增加額外動(dòng)力燃料費(fèi)超過(guò)5億美元。億美元。F 微生物微生物誘發(fā)誘發(fā)的的腐蝕腐蝕過(guò)程遍及所有種類(lèi)的材料。僅因硫酸過(guò)程遍及所有種類(lèi)的材料。僅因硫酸鹽還原菌鹽還原菌(sulfate reducing bacteria, SRB)產(chǎn)生的硫化產(chǎn)生的硫化氫的腐蝕作用使石油工業(yè)的生產(chǎn)

4、，運(yùn)輸和貯存設(shè)備每年氫的腐蝕作用使石油工業(yè)的生產(chǎn)，運(yùn)輸和貯存設(shè)備每年遭受的損失達(dá)數(shù)億美元。遭受的損失達(dá)數(shù)億美元。5What is marine corrosion？F海洋生物腐蝕海洋生物腐蝕，系指海洋材料表面附著生物（細(xì)菌膜、微型生，系指海洋材料表面附著生物（細(xì)菌膜、微型生物粘膜、生物群落）的附著、生長(zhǎng)、繁殖、代謝、死亡等過(guò)程物粘膜、生物群落）的附著、生長(zhǎng)、繁殖、代謝、死亡等過(guò)程中所產(chǎn)生的物質(zhì)直接與間接對(duì)材料造成的腐蝕。中所產(chǎn)生的物質(zhì)直接與間接對(duì)材料造成的腐蝕。F海水中的細(xì)菌和微生物可以使材料在海水中幾個(gè)小時(shí)即形成一海水中的細(xì)菌和微生物可以使材料在海水中幾個(gè)小時(shí)即形成一層由細(xì)菌、藻類(lèi)等水生生物

5、及其代謝產(chǎn)物組成的層由細(xì)菌、藻類(lèi)等水生生物及其代謝產(chǎn)物組成的微生物薄膜微生物薄膜(biofilm)，成為其他海洋生物和細(xì)菌生長(zhǎng)、繁殖的，成為其他海洋生物和細(xì)菌生長(zhǎng)、繁殖的“土壤土壤”。隨后發(fā)生的微生物腐蝕和生物污損均通過(guò)微生物膜發(fā)生作用。隨后發(fā)生的微生物腐蝕和生物污損均通過(guò)微生物膜發(fā)生作用。F金屬表面不存在微生物膜就不可能發(fā)生微生物腐蝕和生物污損，金屬表面不存在微生物膜就不可能發(fā)生微生物腐蝕和生物污損，控制生物污損和微生物腐蝕就必須控制微生物膜生長(zhǎng)?？刂粕镂蹞p和微生物腐蝕就必須控制微生物膜生長(zhǎng)。6什么是微生物？什么是微生物？l 生物可分為六界：病毒界、原核生物界、原生生物界、真菌界、植生物可

6、分為六界：病毒界、原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和動(dòng)物界。微生物占了四界。物界和動(dòng)物界。微生物占了四界。l 微生物（微生物（ microorganism ）是一切肉眼看不見(jiàn)或看不清的微小生物）是一切肉眼看不見(jiàn)或看不清的微小生物的總稱(chēng)。的總稱(chēng)。F 形體微小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常要用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡才能看清形體微小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常要用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡才能看清楚的生物，統(tǒng)稱(chēng)為楚的生物，統(tǒng)稱(chēng)為微生物微生物。（但有些微生物是可以看見(jiàn)的，像屬于。（但有些微生物是可以看見(jiàn)的，像屬于真菌的蘑菇、靈芝等。）真菌的蘑菇、靈芝等。）l 自然界中氮、碳、硫等多種元素循環(huán)靠微生物的代謝活動(dòng)來(lái)進(jìn)行。自然界中

7、氮、碳、硫等多種元素循環(huán)靠微生物的代謝活動(dòng)來(lái)進(jìn)行。例如空氣中的大量氮?dú)庵挥幸揽课⑸锏淖饔貌拍鼙恢参镂?，而例如空氣中的大量氮?dú)庵挥幸揽课⑸锏淖饔貌拍鼙恢参镂眨t(yī)藥工業(yè)方面，幾乎所有的抗生素都是微生物的代謝產(chǎn)物醫(yī)藥工業(yè)方面，幾乎所有的抗生素都是微生物的代謝產(chǎn)物l 沒(méi)有微生物，植物就不能新陳代謝，而人類(lèi)和動(dòng)物也將無(wú)法生存。沒(méi)有微生物，植物就不能新陳代謝，而人類(lèi)和動(dòng)物也將無(wú)法生存。7微生物的分類(lèi)微生物的分類(lèi)r 微生物種類(lèi)繁多，至少有十萬(wàn)種以上。按其結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及生活微生物種類(lèi)繁多，至少有十萬(wàn)種以上。按其結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及生活習(xí)性等差異可分成三大類(lèi)。習(xí)性等差異可分成三大類(lèi)。l 一、真核細(xì)胞型微

8、生物。一、真核細(xì)胞型微生物。 F 細(xì)胞核的分化程度較高，有核膜、核仁和染色體；胞質(zhì)內(nèi)有完整的細(xì)胞核的分化程度較高，有核膜、核仁和染色體；胞質(zhì)內(nèi)有完整的細(xì)胞器（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體及線粒體等）。細(xì)胞器（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體及線粒體等）。真菌真菌屬于此類(lèi)型微生物。屬于此類(lèi)型微生物。l 二、原核細(xì)胞型微生物。二、原核細(xì)胞型微生物。 F 細(xì)胞核分化程度低，僅有原始核質(zhì)，沒(méi)有核膜與核仁；細(xì)胞器不很細(xì)胞核分化程度低，僅有原始核質(zhì)，沒(méi)有核膜與核仁；細(xì)胞器不很完善。這類(lèi)微生物種類(lèi)眾多，有完善。這類(lèi)微生物種類(lèi)眾多，有細(xì)菌、螺旋體、支原體、立克次體、細(xì)菌、螺旋體、支原體、立克次體、衣原體和放線菌衣原體和放線菌。l 三、非

9、細(xì)胞型微生物。三、非細(xì)胞型微生物。F 沒(méi)有典型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，亦無(wú)產(chǎn)生能量的酶系統(tǒng)，只能在活細(xì)胞內(nèi)生沒(méi)有典型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，亦無(wú)產(chǎn)生能量的酶系統(tǒng)，只能在活細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)繁殖。長(zhǎng)繁殖。病毒病毒屬于此類(lèi)型微生物。屬于此類(lèi)型微生物。8Basic Facts about Microbial Corrosion r 3.2 微觀生物污損與材料腐蝕微觀生物污損與材料腐蝕 r 3.2.1 微觀生物導(dǎo)致腐蝕微觀生物導(dǎo)致腐蝕F 材料浸入海水中，微生物便迅速附著于其表面，形成一層微生物膜。材料浸入海水中，微生物便迅速附著于其表面，形成一層微生物膜。F 微生物膜對(duì)金屬材料腐蝕產(chǎn)生兩種作用微生物膜對(duì)金屬材料腐蝕產(chǎn)生兩種作用: (

10、1) 微生物導(dǎo)致金屬腐蝕微生物導(dǎo)致金屬腐蝕(稱(chēng)為稱(chēng)為微生微生物腐蝕物腐蝕，microbially influenced corrosion, MIC)；(2) 微生物抑制金屬微生物抑制金屬腐蝕腐蝕(稱(chēng)為稱(chēng)為微生物緩蝕微生物緩蝕，microbial inhibition of corrosion)。r 常見(jiàn)的腐蝕性微生物常見(jiàn)的腐蝕性微生物F 參與金屬腐蝕的微生物主要包括細(xì)菌、真菌及藻類(lèi)，尤其以細(xì)菌為主。腐參與金屬腐蝕的微生物主要包括細(xì)菌、真菌及藻類(lèi)，尤其以細(xì)菌為主。腐蝕性細(xì)菌又分為兩大類(lèi)：好氧性菌和厭氧性菌。蝕性細(xì)菌又分為兩大類(lèi)：好氧性菌和厭氧性菌。 l 1. 好氧性菌好氧性菌

11、(aerobic bacteria)F 這類(lèi)細(xì)菌主要有這類(lèi)細(xì)菌主要有鐵細(xì)菌鐵細(xì)菌和和硫氧化菌硫氧化菌。9鐵細(xì)菌屬鐵細(xì)菌屬 crenothrixandleptoth鐵細(xì)菌鐵細(xì)菌在自然界中分布甚廣，形在自然界中分布甚廣，形態(tài)多樣，一般呈桿、球、絲狀，態(tài)多樣，一般呈桿、球、絲狀，在中性含有機(jī)物和可溶性鐵鹽的在中性含有機(jī)物和可溶性鐵鹽的水、土壤，尤其水、土壤，尤其在金屬表面銹層在金屬表面銹層中極易存在中極易存在，其活動(dòng)特點(diǎn)是能在，其活動(dòng)特點(diǎn)是能在中性介質(zhì)中依靠中性介質(zhì)中依靠 Fe2+ Fe3+e 這一反應(yīng)獲得新陳代謝作用的能這一反應(yīng)獲得新陳代謝作用的能量。反應(yīng)所生成的高價(jià)鐵鹽氧化量。反應(yīng)所生成的高價(jià)鐵

12、鹽氧化能力很強(qiáng)，可將硫化物氧化為硫能力很強(qiáng)，可將硫化物氧化為硫酸。這一類(lèi)細(xì)菌常與黃鐵礦酸。這一類(lèi)細(xì)菌常與黃鐵礦(FeS2)沉淀物氧化過(guò)程有關(guān)。它最適宜沉淀物氧化過(guò)程有關(guān)。它最適宜的生長(zhǎng)溫度是的生長(zhǎng)溫度是 2025，最適宜，最適宜 pH 值為值為 1.47.0。10Reactions under tubercles11鐵細(xì)菌腐蝕機(jī)理鐵細(xì)菌腐蝕機(jī)理(mechanism of iron-oxidizing bacteria corrosion )鐵細(xì)菌因其好氧性，其腐蝕離不開(kāi)氧的作用。鐵細(xì)菌因其好氧性，其腐蝕離不開(kāi)氧的作用。鐵細(xì)菌具有產(chǎn)生鐵氫氧化物沉積物的能力，其大多數(shù)由鐵細(xì)菌具有產(chǎn)生鐵氫氧化物沉積

13、物的能力，其大多數(shù)由Fe2+氧化到氧化到 Fe3+產(chǎn)生能量，而后成為產(chǎn)生能量，而后成為Fe(OH)3 沉淀。沉淀。鐵細(xì)菌的腐蝕多通過(guò)縫隙腐蝕機(jī)理而發(fā)生。鐵細(xì)菌的腐蝕多通過(guò)縫隙腐蝕機(jī)理而發(fā)生。鐵細(xì)菌的作用在于高濃度氧區(qū)和金屬表面的小陽(yáng)極點(diǎn)（在致密的鐵鐵細(xì)菌的作用在于高濃度氧區(qū)和金屬表面的小陽(yáng)極點(diǎn)（在致密的鐵氫氧化物生成物下面）。氫氧化物生成物下面）。例：鐵細(xì)菌在水管內(nèi)壁形成氧濃差電池，發(fā)生的反應(yīng)為：例：鐵細(xì)菌在水管內(nèi)壁形成氧濃差電池，發(fā)生的反應(yīng)為： 12Tubercles resulting from the corrosion of iron-oxidizing bacteria13Pits

14、underneath the tubercles14What is under a tubercle?(a) rod-shape bacteria(b) iron-encrusted filaments15F硫氧化菌硫氧化菌主要是硫桿菌主要是硫桿菌類(lèi)的細(xì)菌，它可把元素類(lèi)的細(xì)菌，它可把元素硫以及硫代硫酸鹽氧化硫以及硫代硫酸鹽氧化為酸，產(chǎn)生的腐蝕性強(qiáng)為酸，產(chǎn)生的腐蝕性強(qiáng)酸存在于水泥、污水、酸存在于水泥、污水、土壤中。最適宜生長(zhǎng)的土壤中。最適宜生長(zhǎng)的溫度是溫度是 2830，最適，最適宜的宜的 pH 值為值為 2.53.5，但有時(shí)低于但有時(shí)低于 0.6 時(shí)也能時(shí)也能生存，最后可使介質(zhì)中生存，最后可使介

15、質(zhì)中硫酸度高達(dá)硫酸度高達(dá) 10%20%。 硫氧化菌硫氧化菌(Thiobacillus thioaxidan)參閱：http:/ do Sulfur-oxidizing bacteria work?2232224242Na S OOH ONa SOH SO22424FeSOH OFeSOH SO生物冶金？生物冶金？真的？假的？17anaerobic bacteria2. 厭氧性菌厭氧性菌 (anaerobic bacteria)主要是在缺乏游離氧或幾乎無(wú)氧的主要是在缺乏游離氧或幾乎無(wú)氧的條件下才能生存，主要為硫酸鹽還條件下才能生存，主要為硫酸鹽還原菌（原菌（SRB）。）。在自然界中分布亦極為廣泛

16、，尤其在自然界中分布亦極為廣泛，尤其是鋼鐵表面氧化皮及銹層下面。是鋼鐵表面氧化皮及銹層下面。特點(diǎn)是既能利用有機(jī)酸為給氫體，特點(diǎn)是既能利用有機(jī)酸為給氫體，也能直接利用氫，以硫酸鹽為最終也能直接利用氫，以硫酸鹽為最終電子受體進(jìn)行還原作用，最終產(chǎn)物電子受體進(jìn)行還原作用，最終產(chǎn)物是硫化物，如硫化氫等。是硫化物，如硫化氫等。 詳情請(qǐng)參閱百度百科厭氧性細(xì)菌詞條：http:/ 18How do SRB work? (Kuhvs theory: cathode depolarization effect) 酸性缺氧環(huán)境中，酸性缺氧環(huán)境中，H+可以作為可以作為陰極電子接受物（去極化劑），陰極電子接受物（去極化劑

17、），產(chǎn)生氫氣。產(chǎn)生氫氣。 SRB利用氫氣還原利用氫氣還原SO42-, 并通并通過(guò)氧化氫氣獲得新陳代謝的能過(guò)氧化氫氣獲得新陳代謝的能量來(lái)源，產(chǎn)生硫化氫量來(lái)源，產(chǎn)生硫化氫(見(jiàn)圖見(jiàn)圖)。 在金屬鐵腐蝕過(guò)程中，硫離子在金屬鐵腐蝕過(guò)程中，硫離子與腐蝕產(chǎn)物鐵離子結(jié)合形成硫與腐蝕產(chǎn)物鐵離子結(jié)合形成硫化鐵的黑色沉淀物。氫氣反應(yīng)化鐵的黑色沉淀物。氫氣反應(yīng)加速了腐蝕過(guò)程。加速了腐蝕過(guò)程。詳情請(qǐng)參閱中美環(huán)?？萍冀涣骶W(wǎng)：http:/ theory: sulfide effect2422244SRBNa SOHNa SH O 2233222Na SH CONaHCOH S22FeH SFeSH理論核心理論核心：還原菌的

18、活動(dòng)提供硫化物，由硫化物的作用加速還原菌的活動(dòng)提供硫化物，由硫化物的作用加速了鋼鐵的腐蝕速率。了鋼鐵的腐蝕速率。21腐蝕性微生物及其作用腐蝕性微生物及其作用微生物微生物作用作用引起的問(wèn)題引起的問(wèn)題硫酸鹽還原菌（脫硫弧菌、梭菌）產(chǎn)生H2S還原硫酸鹽腐蝕金屬還原鉻酸鹽硫氧化菌（硫桿菌）產(chǎn)生H2SO4腐蝕金屬硝化細(xì)菌亞硝化單胞菌產(chǎn)生硝酸腐蝕金屬鐵細(xì)菌（氧化鐵桿菌）將可溶性Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇苄愿哞F化合物產(chǎn)生鐵化合物沉淀，促進(jìn)腐蝕22The building of a typical biofilm and the reactions inside23Basic Facts about Biofilm

19、r 海水中生物膜的生長(zhǎng)海水中生物膜的生長(zhǎng) 據(jù)估計(jì)，有據(jù)估計(jì)，有90%以上微物的活動(dòng)是發(fā)生在生物膜內(nèi)。在材料腐蝕中，以上微物的活動(dòng)是發(fā)生在生物膜內(nèi)。在材料腐蝕中，生物膜中的微生物比溶液中自由動(dòng)的微生物更重要。生物膜中的微生物比溶液中自由動(dòng)的微生物更重要。 生物膜是由活的和死的細(xì)胞以及生物膜是由活的和死的細(xì)胞以及細(xì)胞外分泌物細(xì)胞外分泌物(也稱(chēng)細(xì)胞外聚合物，也稱(chēng)細(xì)胞外聚合物，Extracellular Polymer Substances，EPS)構(gòu)成。構(gòu)成。 細(xì)胞外分泌物細(xì)胞外分泌物（EPS）是由多糖、核酸、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)以及吸附的）是由多糖、核酸、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)以及吸附的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物

20、和一些碎片（污垢）構(gòu)成的。有一定的強(qiáng)度和粘性，有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和一些碎片（污垢）構(gòu)成的。有一定的強(qiáng)度和粘性，在金屬表面的附著性好，微生物就包藏在在金屬表面的附著性好，微生物就包藏在EPS組成的凝膠之中，而組成的凝膠之中，而在金屬表面和液體環(huán)境中形成凝膠相。在金屬表面和液體環(huán)境中形成凝膠相。24How is the biofilm built?q 生物膜的形成和增長(zhǎng)可分為五個(gè)階段：生物膜的形成和增長(zhǎng)可分為五個(gè)階段：F 第第1 1階段叫階段叫條件膜條件膜。溶解態(tài)的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物被吸附到材料表面。溶解態(tài)的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物被吸附到材料表面。這個(gè)過(guò)程是不可逆和大量發(fā)生的。吸附前材料表面的一些特征如這個(gè)過(guò)程是

21、不可逆和大量發(fā)生的。吸附前材料表面的一些特征如所帶電荷的電性、憎水性等在吸附發(fā)生后會(huì)發(fā)生改變，且在溶液所帶電荷的電性、憎水性等在吸附發(fā)生后會(huì)發(fā)生改變，且在溶液中細(xì)菌表面有類(lèi)似于膠體表面的雙電層結(jié)構(gòu)，這可導(dǎo)致細(xì)菌被吸中細(xì)菌表面有類(lèi)似于膠體表面的雙電層結(jié)構(gòu)，這可導(dǎo)致細(xì)菌被吸附到材料表面。附到材料表面。F 第第2 2階段是階段是可逆吸附過(guò)程可逆吸附過(guò)程。微生物以可逆的傳輸機(jī)理（運(yùn)動(dòng)、對(duì)。微生物以可逆的傳輸機(jī)理（運(yùn)動(dòng)、對(duì)流、溫度、重力和化學(xué)趨向性）和材料表面相接觸。因?yàn)槲⑸锪?、溫度、重力和化學(xué)趨向性）和材料表面相接觸。因?yàn)槲⑸锖筒牧媳砻骈g的靜電作用和范德華力，微生物被留在材料表面。和材料表面間的靜

22、電作用和范德華力，微生物被留在材料表面。這時(shí)微生物表現(xiàn)出布朗運(yùn)動(dòng)的特性并且很容易被流體（水）沖走。這時(shí)微生物表現(xiàn)出布朗運(yùn)動(dòng)的特性并且很容易被流體（水）沖走。25Going aheadF 第第3 3階段是階段是不可逆吸附不可逆吸附。微生物緊緊的吸附在材料的表面。這種作用是物。微生物緊緊的吸附在材料的表面。這種作用是物理理/化學(xué)性質(zhì)的（靜電作用，氫鍵，偶極作用和疏水作用）；或者以共價(jià)鍵化學(xué)性質(zhì)的（靜電作用，氫鍵，偶極作用和疏水作用）；或者以共價(jià)鍵形式將細(xì)胞外分泌物和細(xì)胞結(jié)合，或是通過(guò)細(xì)胞器如菌毛將細(xì)胞和膜連起形式將細(xì)胞外分泌物和細(xì)胞結(jié)合，或是通過(guò)細(xì)胞器如菌毛將細(xì)胞和膜連起來(lái)。生物膜內(nèi)的細(xì)胞不會(huì)被沖

23、走，布朗運(yùn)動(dòng)也觀察不到。來(lái)。生物膜內(nèi)的細(xì)胞不會(huì)被沖走，布朗運(yùn)動(dòng)也觀察不到。F 第第4 4階段，階段，生物膜形成生物膜形成。有粘性的微生物生長(zhǎng)繁殖，并形成多重膜。介質(zhì)。有粘性的微生物生長(zhǎng)繁殖，并形成多重膜。介質(zhì)中的細(xì)胞仍可進(jìn)入膜中。細(xì)胞被埋在大量的細(xì)胞外分泌物黏液中。分泌物中的細(xì)胞仍可進(jìn)入膜中。細(xì)胞被埋在大量的細(xì)胞外分泌物黏液中。分泌物可黏附經(jīng)過(guò)其表面的顆粒和微生物，從而使膜內(nèi)活的、死的物質(zhì)得以增加?？绅じ浇?jīng)過(guò)其表面的顆粒和微生物，從而使膜內(nèi)活的、死的物質(zhì)得以增加。l 在此過(guò)程中，生物膜變厚，如有好氧菌存在，膜內(nèi)會(huì)出現(xiàn)缺氧區(qū)，厭氧菌在此過(guò)程中，生物膜變厚，如有好氧菌存在，膜內(nèi)會(huì)出現(xiàn)缺氧區(qū)，厭氧菌

24、如硫酸還原菌、產(chǎn)烷生物可開(kāi)始繁殖。它們的代謝產(chǎn)物對(duì)材料造成腐蝕。如硫酸還原菌、產(chǎn)烷生物可開(kāi)始繁殖。它們的代謝產(chǎn)物對(duì)材料造成腐蝕。這些細(xì)胞外高聚物所帶電荷及其絡(luò)合性是引起微生物腐蝕的原因。生物膜這些細(xì)胞外高聚物所帶電荷及其絡(luò)合性是引起微生物腐蝕的原因。生物膜內(nèi)的細(xì)胞可以在很大程度上抵御滅菌劑的殺菌作用。因?yàn)楹图?xì)胞外分泌物、內(nèi)的細(xì)胞可以在很大程度上抵御滅菌劑的殺菌作用。因?yàn)楹图?xì)胞外分泌物、死細(xì)胞作用，滅菌劑在很大程度上被消耗，位于膜深處的細(xì)菌得以存活。死細(xì)胞作用，滅菌劑在很大程度上被消耗，位于膜深處的細(xì)菌得以存活。26How does the biofilm work?F 第第5 5階段，部分生物

25、膜脫落。當(dāng)生物膜連續(xù)增長(zhǎng)達(dá)到一個(gè)極限，或者膜在階段，部分生物膜脫落。當(dāng)生物膜連續(xù)增長(zhǎng)達(dá)到一個(gè)極限，或者膜在受到剪切力對(duì)膜的作用時(shí)，片狀的生物膜將脫落并被沖走。如果這部分脫受到剪切力對(duì)膜的作用時(shí)，片狀的生物膜將脫落并被沖走。如果這部分脫落的膜附著到合適的地方，它們會(huì)重新生長(zhǎng)。落的膜附著到合適的地方，它們會(huì)重新生長(zhǎng)。r 生物膜的影響：生物膜的影響： (1)生物膜覆蓋在金屬表面，在金屬表面與溶液本體之間起擴(kuò)散屏障作用，生物膜覆蓋在金屬表面，在金屬表面與溶液本體之間起擴(kuò)散屏障作用，產(chǎn)生濃度梯度，使金屬產(chǎn)生濃度梯度，使金屬/溶液界面狀態(tài)發(fā)生了很大變化，例如溶液界面狀態(tài)發(fā)生了很大變化，例如pH值、氧濃值、

26、氧濃度、基質(zhì)濃度、代謝產(chǎn)物濃度、溶解鹽濃度和有機(jī)物質(zhì)濃度等均與溶液本度、基質(zhì)濃度、代謝產(chǎn)物濃度、溶解鹽濃度和有機(jī)物質(zhì)濃度等均與溶液本體不同。體不同。 (2) 生物膜內(nèi)成分不均勻，影響到各處生物膜生物膜內(nèi)成分不均勻，影響到各處生物膜/材料界面反應(yīng)電化學(xué)參數(shù)，材料界面反應(yīng)電化學(xué)參數(shù)，從而決定著腐蝕機(jī)理、腐蝕形態(tài)等。從而決定著腐蝕機(jī)理、腐蝕形態(tài)等。 (3) 在所有情況下，在所有情況下，EPS都是親水性的，因此都是親水性的，因此EPS也能賦予疏水表面以親也能賦予疏水表面以親水性質(zhì)，基體的表面性質(zhì)也就發(fā)生了變化。水性質(zhì)，基體的表面性質(zhì)也就發(fā)生了變化。27微生物腐蝕機(jī)理微生物腐蝕機(jī)理 (Mechanism

27、 of microbial corrosion)r 微生物腐蝕機(jī)制微生物腐蝕機(jī)制l 目前，對(duì)于微生物能加速材料的腐蝕與分解的主要機(jī)理包括：目前，對(duì)于微生物能加速材料的腐蝕與分解的主要機(jī)理包括：F (1)微生物在材料表面形成微生物在材料表面形成微氧原電池微氧原電池；F (2)微生物分泌的具有多種官能團(tuán)的多聚物與金屬離子發(fā)生微生物分泌的具有多種官能團(tuán)的多聚物與金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)絡(luò)合反應(yīng)；F (3)微生物分泌的微生物分泌的無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸導(dǎo)致材料的腐蝕等；導(dǎo)致材料的腐蝕等；F (4)微生物膜促進(jìn)微生物膜促進(jìn)厭氧環(huán)境厭氧環(huán)境生成，導(dǎo)致如硫酸還原菌、產(chǎn)烷生物等厭氧生成，導(dǎo)致

28、如硫酸還原菌、產(chǎn)烷生物等厭氧菌的繁殖，其分泌物導(dǎo)致的腐蝕；菌的繁殖，其分泌物導(dǎo)致的腐蝕；F (5)微生物在材料表面產(chǎn)生的微生物在材料表面產(chǎn)生的氫氣氫氣加速了材料的氫脆等。加速了材料的氫脆等。F (6)微生物產(chǎn)生微生物產(chǎn)生微生物酶微生物酶（如過(guò)氧化氫酶），可以分解吸氧反應(yīng)中的中（如過(guò)氧化氫酶），可以分解吸氧反應(yīng)中的中間產(chǎn)物過(guò)氧化氫使之在材料表面產(chǎn)生氧氣和水，從而改變材料表面氧間產(chǎn)物過(guò)氧化氫使之在材料表面產(chǎn)生氧氣和水，從而改變材料表面氧濃度，加速腐蝕。濃度，加速腐蝕。28成熟的幾種理論成熟的幾種理論 (mature theories )r1. 氧濃差電池氧濃差電池F金屬表面生物膜內(nèi)微生物的生長(zhǎng)、繁

29、殖以及菌落的形成是不金屬表面生物膜內(nèi)微生物的生長(zhǎng)、繁殖以及菌落的形成是不均勻的，這導(dǎo)致了濃差電池的形成。均勻的，這導(dǎo)致了濃差電池的形成。F生物膜下空氣不易到達(dá)的位置形成陽(yáng)極，陽(yáng)極周?chē)蔀殛帢O。生物膜下空氣不易到達(dá)的位置形成陽(yáng)極，陽(yáng)極周?chē)蔀殛帢O。F附著在金屬表面的成熟微生物膜可以阻止氧氣向陰極區(qū)擴(kuò)散附著在金屬表面的成熟微生物膜可以阻止氧氣向陰極區(qū)擴(kuò)散和某些具有腐蝕性的陰離子如和某些具有腐蝕性的陰離子如Cl-向陽(yáng)極區(qū)擴(kuò)散。向陽(yáng)極區(qū)擴(kuò)散。(有利的有利的)F如果氧氣向膜內(nèi)擴(kuò)散的速率小于微生物呼吸消耗氧氣的速率，如果氧氣向膜內(nèi)擴(kuò)散的速率小于微生物呼吸消耗氧氣的速率，陰極反應(yīng)的機(jī)理就要發(fā)生改變。陰極反應(yīng)

30、的機(jī)理就要發(fā)生改變。29differential aeration cell /oxygen concentrationF 另外，藻類(lèi)和可進(jìn)行光合作用的細(xì)菌利用光能可在生物膜內(nèi)生成氧氣。另外，藻類(lèi)和可進(jìn)行光合作用的細(xì)菌利用光能可在生物膜內(nèi)生成氧氣。F 在沒(méi)有陽(yáng)光的條件下它們的呼吸作用將氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?。在沒(méi)有陽(yáng)光的條件下它們的呼吸作用將氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?。F 在海水正常的在海水正常的pH值變化范圍內(nèi)，氧氣濃度的變化對(duì)金屬腐蝕的影響要值變化范圍內(nèi)，氧氣濃度的變化對(duì)金屬腐蝕的影響要大于大于pH值變化的影響。氧氣對(duì)陰極的去極化作用可以使腐蝕速度加速。值變化的影響。氧氣對(duì)陰極的去極化作用可以使腐蝕速

31、度加速。F 生物膜內(nèi)局部的呼吸生物膜內(nèi)局部的呼吸/光合作用可以形成不同的氧濃差電池和不同的陽(yáng)光合作用可以形成不同的氧濃差電池和不同的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)。極區(qū)和陰極區(qū)。F 當(dāng)微生物膜內(nèi)有藻類(lèi)存在時(shí)，隨著光合作用和呼吸作用的轉(zhuǎn)變膜內(nèi)的當(dāng)微生物膜內(nèi)有藻類(lèi)存在時(shí)，隨著光合作用和呼吸作用的轉(zhuǎn)變膜內(nèi)的pH值也會(huì)變化。值也會(huì)變化。F 有光條件下膜內(nèi)有光條件下膜內(nèi)pH值可以達(dá)到值可以達(dá)到10以上，一天內(nèi)以上，一天內(nèi)pH值的變化可以達(dá)到值的變化可以達(dá)到2個(gè)單位。個(gè)單位。30Corrosions caused by reactions in biofilmsr2. 微生物膜內(nèi)的反應(yīng)引起的腐蝕微生物膜內(nèi)的反應(yīng)引起的腐蝕

32、F 生物膜內(nèi)生物的新陳代謝過(guò)程可以引起腐蝕。在細(xì)菌的新陳代生物膜內(nèi)生物的新陳代謝過(guò)程可以引起腐蝕。在細(xì)菌的新陳代謝的過(guò)程中一定要有謝的過(guò)程中一定要有電子的釋放電子的釋放。在好氧微生物的體內(nèi)，氧氣。在好氧微生物的體內(nèi)，氧氣作為電子的最終受體被轉(zhuǎn)變?yōu)樗?。在厭氧的環(huán)境中，作為電子的最終受體被轉(zhuǎn)變?yōu)樗?。在厭氧的環(huán)境中，SRB將硫?qū)⒘蛩岣x子作為電子的最終受體，并產(chǎn)生硫化氫。酸根離子作為電子的最終受體，并產(chǎn)生硫化氫。F 某些微生物在代謝過(guò)程中將某些微生物在代謝過(guò)程中將氨基酸轉(zhuǎn)化成氨基酸轉(zhuǎn)化成NH3或者將硝酸鹽和或者將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成亞硝酸鹽還原成NH3。這些可以產(chǎn)生。這些可以產(chǎn)生NH3的細(xì)菌可以引

33、起銅合的細(xì)菌可以引起銅合金的腐蝕。在溶液中金的腐蝕。在溶液中NH4+也可以和某些金屬反應(yīng)從而引起腐蝕。也可以和某些金屬反應(yīng)從而引起腐蝕。大部分異養(yǎng)菌在發(fā)酵的過(guò)程中會(huì)大部分異養(yǎng)菌在發(fā)酵的過(guò)程中會(huì)分泌有機(jī)酸分泌有機(jī)酸。有機(jī)酸在金屬和。有機(jī)酸在金屬和微生物膜的界面中的產(chǎn)生可以阻止或破壞金屬氧化膜的形成。微生物膜的界面中的產(chǎn)生可以阻止或破壞金屬氧化膜的形成。31F 膜內(nèi)膜內(nèi)特殊酶的作用特殊酶的作用也是導(dǎo)致金屬腐蝕加速的原因之一。也是導(dǎo)致金屬腐蝕加速的原因之一。l V.Scotto等人認(rèn)為腐蝕電位正移是膜內(nèi)特殊酶的作用。通過(guò)向海水中等人認(rèn)為腐蝕電位正移是膜內(nèi)特殊酶的作用。通過(guò)向海水中加加NaN3(一種可

34、以抑制微生物體內(nèi)酶活性的化學(xué)物質(zhì)），不銹鋼已經(jīng)正一種可以抑制微生物體內(nèi)酶活性的化學(xué)物質(zhì)），不銹鋼已經(jīng)正移的腐蝕電位又恢復(fù)到正移前的電位值。而滅菌海水中不銹鋼的腐蝕移的腐蝕電位又恢復(fù)到正移前的電位值。而滅菌海水中不銹鋼的腐蝕電位卻不隨電位卻不隨NaN3的加入而改變。的加入而改變。l 并且在超過(guò)并且在超過(guò)40時(shí)，去極化作用消失，這可能是由于酶的作用在超過(guò)時(shí)，去極化作用消失，這可能是由于酶的作用在超過(guò)40時(shí)失效造成的。這些都說(shuō)明腐蝕與膜內(nèi)的特殊酶有關(guān)。時(shí)失效造成的。這些都說(shuō)明腐蝕與膜內(nèi)的特殊酶有關(guān)。l 再比如，有研究證明，過(guò)氧化氫酶作為催化劑，可以把吸氧反應(yīng)的中再比如，有研究證明，過(guò)氧化氫酶作為催化

35、劑，可以把吸氧反應(yīng)的中間產(chǎn)物過(guò)氧化氫分解成氧氣和水，從而增加了材料表面氧的含量，改間產(chǎn)物過(guò)氧化氫分解成氧氣和水，從而增加了材料表面氧的含量，改變了腐蝕速度。變了腐蝕速度。Effects of special enzyme in biofilm32Effect of EPS on the corrosion of metal surfacer3. EPS凝膠層對(duì)金屬表面腐蝕的影響凝膠層對(duì)金屬表面腐蝕的影響F 微生物附著于金屬表面形成膠狀細(xì)胞外高聚物（微生物附著于金屬表面形成膠狀細(xì)胞外高聚物（EPS），），EPS對(duì)界面過(guò)對(duì)界面過(guò)程有多方面影響：程有多方面影響： (1)在生物膜在生物膜/金屬界面上留

36、住水；金屬界面上留住水； (2)捕獲界面上的金屬捕獲界面上的金屬(Cu、Mn、Cr、Fe)和腐蝕產(chǎn)物，因?yàn)檫@類(lèi)高分子和腐蝕產(chǎn)物，因?yàn)檫@類(lèi)高分子多為帶羧酸官能團(tuán)的多糖，其可以捕獲金屬離子從而加速金屬腐蝕。多為帶羧酸官能團(tuán)的多糖，其可以捕獲金屬離子從而加速金屬腐蝕。 (3)降低擴(kuò)散速度，使金屬降低擴(kuò)散速度，使金屬/生物膜生物膜/海水界面溶解氧及電解質(zhì)擴(kuò)散復(fù)雜化。海水界面溶解氧及電解質(zhì)擴(kuò)散復(fù)雜化。l Gill. G. Geesey報(bào)道報(bào)道Cu與生物高分子的螯合作用。與生物高分子的螯合作用。G.Chen研究了含研究了含Mo不銹鋼在天然海水中的微生物腐蝕，觀察到不銹鋼在天然海水中的微生物腐蝕，觀察到Mo

37、+6與與EPS中蛋白質(zhì)及氨基中蛋白質(zhì)及氨基酸發(fā)生作用被還原為酸發(fā)生作用被還原為Mo+5。33The building of a typical biofilm and the reactions inside34Microbial Inhibition of Corrosionr 3.2.2 微生物抑制腐蝕微生物抑制腐蝕l 微生物抑制腐蝕可以通過(guò)以下兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：微生物抑制腐蝕可以通過(guò)以下兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：F一、中和環(huán)境中的腐蝕性代謝產(chǎn)物一、中和環(huán)境中的腐蝕性代謝產(chǎn)物（Microbial inhibition of corrosion by neutralizing the effects o

38、f corrosive metabolites）。）。 （1）微生物呼吸消耗氧氣，降低環(huán)境中氧濃度，從而抑）微生物呼吸消耗氧氣，降低環(huán)境中氧濃度，從而抑制陰極反應(yīng)。制陰極反應(yīng)。 （2）EPS中的有機(jī)分子消耗氫或者影響氫重組，從而抑中的有機(jī)分子消耗氫或者影響氫重組，從而抑制金屬氫脆。制金屬氫脆。35F 二、形成保護(hù)膜或者使已經(jīng)形成的保護(hù)膜更穩(wěn)定二、形成保護(hù)膜或者使已經(jīng)形成的保護(hù)膜更穩(wěn)定。（。（ Microbial inhibition of corrosion by forming or stabilizing protective films on a metal surface）l 缺氧環(huán)境

39、而又有自由硫離子存在時(shí)，環(huán)境中是否存在生物影響到鐵的缺氧環(huán)境而又有自由硫離子存在時(shí)，環(huán)境中是否存在生物影響到鐵的最終腐蝕產(chǎn)物，進(jìn)而影響鐵的腐蝕歷程：最終腐蝕產(chǎn)物，進(jìn)而影響鐵的腐蝕歷程： （1）有微生物存在時(shí)，腐蝕產(chǎn)物中）有微生物存在時(shí)，腐蝕產(chǎn)物中FeS占優(yōu)勢(shì)，形成緊密覆蓋層；占優(yōu)勢(shì)，形成緊密覆蓋層； （2）無(wú)微生物存在時(shí)，腐蝕產(chǎn)物中）無(wú)微生物存在時(shí)，腐蝕產(chǎn)物中FeS2占優(yōu)勢(shì)，形成疏松覆蓋層。占優(yōu)勢(shì)，形成疏松覆蓋層。l 因此，當(dāng)有微生物存在時(shí)，緊密的硫化物外殼附著力更強(qiáng)，形成保護(hù)因此，當(dāng)有微生物存在時(shí)，緊密的硫化物外殼附著力更強(qiáng)，形成保護(hù)作用，阻礙了鐵離子進(jìn)一步向外擴(kuò)散。作用，阻礙了鐵離子進(jìn)一步

40、向外擴(kuò)散。F 三、生物膜阻礙金屬與介質(zhì)間物質(zhì)擴(kuò)散，從而抑制腐蝕。三、生物膜阻礙金屬與介質(zhì)間物質(zhì)擴(kuò)散，從而抑制腐蝕。 （1）阻礙金屬離子從陽(yáng)極往溶液中擴(kuò)散，引起陽(yáng)極極化；）阻礙金屬離子從陽(yáng)極往溶液中擴(kuò)散，引起陽(yáng)極極化； （2）阻礙溶解氧向陰極擴(kuò)散，引起陰極極化。）阻礙溶解氧向陰極擴(kuò)散，引起陰極極化。Microbial Inhibition of Corrosion詳情參閱：Videla. Understanding microbial inhibition of corrosion. A comprehensive overview36Influence of Microbial Consort

41、ium on the Corrosionr 3.2.3 微生物復(fù)合體系對(duì)腐蝕的影響微生物復(fù)合體系對(duì)腐蝕的影響l 微生物可以促進(jìn)金屬材料腐蝕，也可抑制金屬材料腐蝕。微生物可以促進(jìn)金屬材料腐蝕，也可抑制金屬材料腐蝕。l 海洋中復(fù)合微生物對(duì)材料腐蝕具有海洋中復(fù)合微生物對(duì)材料腐蝕具有協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)和和拮抗效應(yīng)拮抗效應(yīng)。r 協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)l 厭氧菌和好氧菌混合，會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使金屬腐蝕更加厭氧菌和好氧菌混合，會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使金屬腐蝕更加嚴(yán)重。嚴(yán)重。l 當(dāng)體系中同時(shí)存在好氧菌和厭氧菌時(shí)，腐蝕速率比單純只當(dāng)體系中同時(shí)存在好氧菌和厭氧菌時(shí)，腐蝕速率比單純只有好氧菌或厭氧菌時(shí)更大。有好氧

42、菌或厭氧菌時(shí)更大。37細(xì)菌協(xié)同作用下的腐蝕細(xì)菌協(xié)同作用下的腐蝕r 以鋼鐵水管內(nèi)壁腐蝕為例，腐蝕步驟如下：以鋼鐵水管內(nèi)壁腐蝕為例，腐蝕步驟如下： 首先，鐵細(xì)菌把鐵管內(nèi)首先，鐵細(xì)菌把鐵管內(nèi)Fe2+氧化為氧化為Fe3+，形成，形成Fe(OH)3沉淀。沉淀。 Fe(OH)3沉淀附著在管道內(nèi)壁，生成癤瘤。沉淀附著在管道內(nèi)壁，生成癤瘤。 癤瘤成為氧擴(kuò)散勢(shì)壘。瘤下的金屬表面為貧氧陽(yáng)極區(qū)，瘤外癤瘤成為氧擴(kuò)散勢(shì)壘。瘤下的金屬表面為貧氧陽(yáng)極區(qū)，瘤外其余金屬表面為富氧陰極區(qū)。其余金屬表面為富氧陰極區(qū)。 氧濃差作用使瘤下金屬形成蝕孔。氧濃差作用使瘤下金屬形成蝕孔。 瘤下缺氧區(qū)為厭氧菌提供生長(zhǎng)、繁殖場(chǎng)所。瘤下缺氧區(qū)為厭

43、氧菌提供生長(zhǎng)、繁殖場(chǎng)所。 硫酸鹽還原菌生物化學(xué)作用，瘤下金屬加速腐蝕。硫酸鹽還原菌生物化學(xué)作用，瘤下金屬加速腐蝕。38The building of a typical biofilm and the reactions inside39Influence of a dual-species biofilm on the corrosion of mild steelr 拮抗效應(yīng)拮抗效應(yīng)l 硫酸鹽還原菌（硫酸鹽還原菌（SRB）和鐵還原菌同時(shí)存在時(shí)，可以表）和鐵還原菌同時(shí)存在時(shí)，可以表現(xiàn)為拮抗效應(yīng)?，F(xiàn)為拮抗效應(yīng)。l 鐵還原菌可以將鐵還原菌可以將Fe3+還原成還原成Fe2+，一部分

44、與水中氧氣結(jié)合，一部分與水中氧氣結(jié)合，另一部分與另一部分與SRB產(chǎn)生的硫化物結(jié)合，形成較厚、較致密產(chǎn)生的硫化物結(jié)合，形成較厚、較致密的的FexSy（mackinawite，四方硫鐵礦）層，與金屬基體，四方硫鐵礦）層，與金屬基體結(jié)合緊密，從而保護(hù)基體不再繼續(xù)腐蝕。結(jié)合緊密，從而保護(hù)基體不再繼續(xù)腐蝕。40Biology of fouling organismsr3.3 宏觀生物污損與材料腐蝕宏觀生物污損與材料腐蝕r 3.3.1 污損生物的生物學(xué)（固著或附著生活）污損生物的生物學(xué)（固著或附著生活）F污損生物群落的成員，有污損生物群落的成員，有3類(lèi)生活方式：固著、附著和自類(lèi)生活方式：固著、附著和自由活

45、動(dòng)生活。前由活動(dòng)生活。前2類(lèi)方式的物種，是構(gòu)成群落的主要成員，類(lèi)方式的物種，是構(gòu)成群落的主要成員，也是防污的主要對(duì)象。也是防污的主要對(duì)象。F固著和附著生活的物種，有固著和附著生活的物種，有3個(gè)共同特點(diǎn)：個(gè)共同特點(diǎn)：成體固著或成體固著或附著；附著；幼蟲(chóng)或孢子營(yíng)自由生活；幼蟲(chóng)或孢子營(yíng)自由生活；絕大多數(shù)是濾食性。絕大多數(shù)是濾食性。41 1. 海藻海藻海藻大多數(shù)是多細(xì)胞、營(yíng)固著生活。海藻以假根形成的固著基盤(pán)，牢固海藻大多數(shù)是多細(xì)胞、營(yíng)固著生活。海藻以假根形成的固著基盤(pán)，牢固地營(yíng)終生固著生活。中國(guó)海域已記錄紅藻地營(yíng)終生固著生活。中國(guó)海域已記錄紅藻444種、褐藻種、褐藻164種、綠藻種、綠藻194種，這些

46、都可能成為污損生物群落的成員。種，這些都可能成為污損生物群落的成員。 2. 海綿海綿最原始、最低等、處在細(xì)胞水平的多細(xì)胞動(dòng)物。全部營(yíng)固著生活。中國(guó)最原始、最低等、處在細(xì)胞水平的多細(xì)胞動(dòng)物。全部營(yíng)固著生活。中國(guó)海已記錄海已記錄106種。種。海綿種數(shù)達(dá)海綿種數(shù)達(dá)10000多種，占所有海洋動(dòng)物種數(shù)的多種，占所有海洋動(dòng)物種數(shù)的115。體形最大的海。體形最大的海綿動(dòng)物是綿動(dòng)物是1909年曾在巴哈馬群島撈獲的一只，圍長(zhǎng)為年曾在巴哈馬群島撈獲的一只，圍長(zhǎng)為183厘米，剛出水厘米，剛出水重重40千克，曬干后的重量為千克，曬干后的重量為5千多克。此外，在安的列斯群島生活的一千多克。此外，在安的列斯群島生活的一種

47、海綿動(dòng)物，身長(zhǎng)種海綿動(dòng)物，身長(zhǎng)106厘米，寬厘米，寬915厘米。海王星海綿也是體形較大的厘米。海王星海綿也是體形較大的種類(lèi)，剖面長(zhǎng)種類(lèi)，剖面長(zhǎng)120厘米，卻不太寬。最小的種類(lèi)是白枝海綿，身高不過(guò)厘米，卻不太寬。最小的種類(lèi)是白枝海綿，身高不過(guò)3毫米，體重僅有幾克，跟一粒芝麻一樣小。海綿動(dòng)物的壽命也比較長(zhǎng)，毫米，體重僅有幾克，跟一粒芝麻一樣小。海綿動(dòng)物的壽命也比較長(zhǎng)，有的種類(lèi)據(jù)說(shuō)可以活幾百年。有的種類(lèi)據(jù)說(shuō)可以活幾百年。 Biology of fouling organisms42 3. 腔腸動(dòng)物腔腸動(dòng)物分水螅綱、缽水母綱和珊瑚綱。水螅綱的水螅以螅體的基部固著，終分水螅綱、缽水母綱和珊瑚綱。水螅綱的

48、水螅以螅體的基部固著，終生不動(dòng)；珊瑚綱的?？匀赓|(zhì)的基盤(pán)附著，能夠移動(dòng)；石珊瑚分泌石生不動(dòng)；珊瑚綱的海葵以肉質(zhì)的基盤(pán)附著，能夠移動(dòng)；石珊瑚分泌石灰質(zhì)，牢固地固著在基質(zhì)上。中國(guó)海域記錄水?；屹|(zhì)，牢固地固著在基質(zhì)上。中國(guó)海域記錄水螅456種、海葵種、?？?7種、種、石珊瑚石珊瑚200多種。多種。 4. 環(huán)節(jié)動(dòng)物環(huán)節(jié)動(dòng)物分為多毛綱、寡毛綱和蛭綱。僅多毛綱的種類(lèi)是污損生物成員。多毛分為多毛綱、寡毛綱和蛭綱。僅多毛綱的種類(lèi)是污損生物成員。多毛綱的生活方式有游走和管棲兩類(lèi)，但僅管棲多毛類(lèi)在防污上有實(shí)際意綱的生活方式有游走和管棲兩類(lèi)，但僅管棲多毛類(lèi)在防污上有實(shí)際意義，管棲多毛類(lèi)以棲管固著在基質(zhì)表面，或插入泥

49、沙底質(zhì)中。常見(jiàn)的義，管棲多毛類(lèi)以棲管固著在基質(zhì)表面，或插入泥沙底質(zhì)中。常見(jiàn)的種類(lèi)如沙蠶（種類(lèi)如沙蠶（Nereis），沙蠋（），沙蠋（Arenicola）、巢沙蠶（）、巢沙蠶（Diopatra）等。）等。Biology of fouling organisms43 5. 軟體動(dòng)物軟體動(dòng)物左右對(duì)稱(chēng)，不分節(jié)，身體由頭、足、內(nèi)臟組成，多數(shù)具貝殼。軟體左右對(duì)稱(chēng)，不分節(jié)，身體由頭、足、內(nèi)臟組成，多數(shù)具貝殼。軟體動(dòng)物門(mén)的種類(lèi)非常多，在動(dòng)物界中是僅次于節(jié)肢動(dòng)物門(mén)的第二大門(mén)。動(dòng)物門(mén)的種類(lèi)非常多，在動(dòng)物界中是僅次于節(jié)肢動(dòng)物門(mén)的第二大門(mén)。本門(mén)分多板綱、腹足綱、雙殼綱、掘足綱（角貝）和頭足綱（魷魚(yú)本門(mén)分多板綱、腹足綱

50、、雙殼綱、掘足綱（角貝）和頭足綱（魷魚(yú)等）。前等）。前3綱都有污損生物成員。綱都有污損生物成員。常見(jiàn)的海洋軟體動(dòng)物有石鱉、鸚鵡螺、牡蠣、蚶、螠蟶、蛤蜊、文常見(jiàn)的海洋軟體動(dòng)物有石鱉、鸚鵡螺、牡蠣、蚶、螠蟶、蛤蜊、文蛤、扇貝、貽貝（俗稱(chēng)海紅）、珍珠貝、鮑魚(yú)、烏賊等蛤、扇貝、貽貝（俗稱(chēng)海紅）、珍珠貝、鮑魚(yú)、烏賊等中國(guó)海域已記錄貽貝科中國(guó)海域已記錄貽貝科73種，牡蠣種，牡蠣17種，這兩類(lèi)是管道和船底非常種，這兩類(lèi)是管道和船底非常重要的防污對(duì)象。重要的防污對(duì)象。Biology of fouling organisms44 6. 節(jié)肢動(dòng)物節(jié)肢動(dòng)物節(jié)肢動(dòng)物門(mén)甲殼綱中的蔓足亞綱（無(wú)柄蔓足類(lèi)藤壺和有柄蔓足類(lèi)茗節(jié)

51、肢動(dòng)物門(mén)甲殼綱中的蔓足亞綱（無(wú)柄蔓足類(lèi)藤壺和有柄蔓足類(lèi)茗荷）和軟甲亞綱中的端足目（管棲端足類(lèi)），是污損生物的優(yōu)勢(shì)種。荷）和軟甲亞綱中的端足目（管棲端足類(lèi)），是污損生物的優(yōu)勢(shì)種。無(wú)柄蔓足類(lèi)無(wú)柄蔓足類(lèi)(藤壺藤壺) 自由游泳生活末期的幼蟲(chóng)，以第一觸角分泌白堊質(zhì)，自由游泳生活末期的幼蟲(chóng)，以第一觸角分泌白堊質(zhì)，在附著基上附著，變態(tài)為幼小藤壺，藤壺以整個(gè)基底直接固著，在在附著基上附著，變態(tài)為幼小藤壺，藤壺以整個(gè)基底直接固著，在生長(zhǎng)過(guò)程中仍由外套膜不斷分泌石灰質(zhì)，形成堅(jiān)硬的壁板，中國(guó)海生長(zhǎng)過(guò)程中仍由外套膜不斷分泌石灰質(zhì)，形成堅(jiān)硬的壁板，中國(guó)海域已記錄域已記錄110種。種。有柄蔓足類(lèi)俗稱(chēng)有柄蔓足類(lèi)俗稱(chēng)“茗荷茗

52、荷”，是外洋表層的主要污損生物，分頭狀部，是外洋表層的主要污損生物，分頭狀部和柄部，以柄部末端固著，柄部有由頭狀部往下延伸的小管以傳送和柄部，以柄部末端固著，柄部有由頭狀部往下延伸的小管以傳送白堊質(zhì)到柄的末端，中國(guó)海域已記錄白堊質(zhì)到柄的末端，中國(guó)海域已記錄78種。種。Biology of fouling organisms45 7. 苔蘚動(dòng)物苔蘚動(dòng)物苔蘚動(dòng)物門(mén)是營(yíng)固著生活的群體生物（苔蘚動(dòng)物門(mén)是營(yíng)固著生活的群體生物（colonial organisms）。每）。每一群體（一群體（colony）由許多個(gè)蟲(chóng)（）由許多個(gè)蟲(chóng)（zooids）組成。苔蘚蟲(chóng)群體分片狀）組成。苔蘚蟲(chóng)群體分片狀被覆型和樹(shù)枝狀直

53、立型。前者由個(gè)蟲(chóng)的基面的鈣質(zhì)緊貼于附著基，被覆型和樹(shù)枝狀直立型。前者由個(gè)蟲(chóng)的基面的鈣質(zhì)緊貼于附著基，后者由群體基部個(gè)蟲(chóng)固著于附著基。后者由群體基部個(gè)蟲(chóng)固著于附著基。8. 海鞘海鞘海鞘綱分單海鞘綱和復(fù)海鞘綱，全部營(yíng)固著生活，單海鞘由被囊基海鞘綱分單海鞘綱和復(fù)海鞘綱，全部營(yíng)固著生活，單海鞘由被囊基部固著，復(fù)海鞘由片狀的群體被覆式固著。部固著，復(fù)海鞘由片狀的群體被覆式固著。Biology of fouling organisms46 3.3.2 海洋設(shè)施的污損生物海洋設(shè)施的污損生物 1. 管道內(nèi)的污損生物管道內(nèi)的污損生物 沿海工程的海水冷卻系統(tǒng)、海上平臺(tái)、海上電站、船舶沿海工程的海水冷卻系統(tǒng)、海上平

54、臺(tái)、海上電站、船舶等，這些設(shè)施的升水管道、冷卻管道和衛(wèi)生管道等，均等，這些設(shè)施的升水管道、冷卻管道和衛(wèi)生管道等，均會(huì)被附著生物所污損。會(huì)被附著生物所污損。 管道污損生物在北半球溫帶水域主要為管道污損生物在北半球溫帶水域主要為貽貝貽貝，其次還有，其次還有藤壺、龍介蟲(chóng)藤壺、龍介蟲(chóng)(屬屬環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)多毛綱環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)多毛綱)、水螅和苔蘚蟲(chóng)、水螅和苔蘚蟲(chóng)。 濱海電廠和核電站，其海水冷卻系統(tǒng)中微型生物及濱海電廠和核電站，其海水冷卻系統(tǒng)中微型生物及細(xì)菌細(xì)菌黏膜黏膜是影響熱交換效率的主要障礙之一，應(yīng)當(dāng)引起重視。是影響熱交換效率的主要障礙之一，應(yīng)當(dāng)引起重視。Fouling organisms on marine

55、facilities47 2. 海底電纜的污損生物海底電纜的污損生物海底電纜隨著所處深度不同，污損生物的種類(lèi)和數(shù)量也不同。通常，海底電纜隨著所處深度不同，污損生物的種類(lèi)和數(shù)量也不同。通常，在大洋深處附著量少，港灣和淺海附著量較多。在大洋深處附著量少，港灣和淺海附著量較多。主要有雙殼類(lèi)、腹足類(lèi)、水螅、珊瑚和多毛類(lèi)等動(dòng)物。主要有雙殼類(lèi)、腹足類(lèi)、水螅、珊瑚和多毛類(lèi)等動(dòng)物。具體的有：藤壺、水螅、海齒花、海膽具體的有：藤壺、水螅、海齒花、海膽(屬棘皮動(dòng)物屬棘皮動(dòng)物) 、苔蘚蟲(chóng)、龍介、苔蘚蟲(chóng)、龍介蟲(chóng)、水螅等蟲(chóng)、水螅等Fouling organisms on marine facilities48Fouli

56、ng organisms on marine facilities 3. 海中鋼樁的污損生物海中鋼樁的污損生物海洋鋼樁為海中固定設(shè)施，涉及海上平臺(tái)、鋼樁棧橋等具鋼樁固海洋鋼樁為海中固定設(shè)施，涉及海上平臺(tái)、鋼樁棧橋等具鋼樁固定的海工設(shè)施。定的海工設(shè)施。污損生物基本規(guī)律：污損生物基本規(guī)律：近岸比遠(yuǎn)海附著量大；近岸比遠(yuǎn)海附著量大；表層比深層附著表層比深層附著量大；量大；不同海域中污損生物分布的種類(lèi)和數(shù)量有較大差異；不同海域中污損生物分布的種類(lèi)和數(shù)量有較大差異；各潮區(qū)污損生物有明顯的垂直分帶現(xiàn)象。各潮區(qū)污損生物有明顯的垂直分帶現(xiàn)象。潮高潮高主要種類(lèi)主要種類(lèi)附著面積附著面積 (%)厚度厚度 (mm)濕重

57、濕重(kg/m2)6.05-3.85m濱螺濱螺1100.13.85-3.55m泥藤壺泥藤壺35100.33.55-1.05m褶牡蠣褶牡蠣10015025.5縱條肌?？v條肌海葵泥藤壺泥藤壺1.05m-潮潮下下近江牡蠣近江牡蠣10035034.4太平洋側(cè)花?？窖髠?cè)花?？嗵賶啬嗵賶貐毋粞笃脚_(tái)水泥樁生物污損情況呂泗洋平臺(tái)水泥樁生物污損情況49 4. 浮碼頭與浮標(biāo)的污損生物浮碼頭與浮標(biāo)的污損生物浮碼頭位于岸邊，浮標(biāo)則屬離岸海中設(shè)施，二者均坐落位置固定，浮碼頭位于岸邊，浮標(biāo)則屬離岸海中設(shè)施，二者均坐落位置固定，隨潮水而漲落。隨潮水而漲落。污損生物附著規(guī)律：污損生物附著規(guī)律：浸海時(shí)間愈長(zhǎng)，附著量愈大

58、，并可形成特浸海時(shí)間愈長(zhǎng)，附著量愈大，并可形成特定的附著生物群落；定的附著生物群落；一般來(lái)說(shuō)，浮標(biāo)的附著量要比岸邊浮碼頭一般來(lái)說(shuō)，浮標(biāo)的附著量要比岸邊浮碼頭附著量大。附著量大。污損生物優(yōu)勢(shì)種：近江牡蠣、翡翠貽貝、網(wǎng)紋藤壺、褶牡蠣和太污損生物優(yōu)勢(shì)種：近江牡蠣、翡翠貽貝、網(wǎng)紋藤壺、褶牡蠣和太平洋側(cè)花海葵。平洋側(cè)花?？?。Fouling organisms on marine facilities50 5. 艦船的污損生物艦船的污損生物F 艦船污損生物的種類(lèi)組成隨艦船的艦船污損生物的種類(lèi)組成隨艦船的船屬港和航行海區(qū)船屬港和航行海區(qū)不同有所差別。不同有所差別。黃海、渤海海區(qū)艦船的主要污損生物：紋藤壺、內(nèi)

59、刺盤(pán)管蟲(chóng)（屬多黃海、渤海海區(qū)艦船的主要污損生物：紋藤壺、內(nèi)刺盤(pán)管蟲(chóng)（屬多毛綱纓鰓蟲(chóng)目龍介蟲(chóng)科）、網(wǎng)紗帳苔蟲(chóng)、紫貽貝等。毛綱纓鰓蟲(chóng)目龍介蟲(chóng)科）、網(wǎng)紗帳苔蟲(chóng)、紫貽貝等。東海海區(qū)艦船的主要污損生物：筒螅、泥藤壺、網(wǎng)紋藤壺、牡蠣等。東海海區(qū)艦船的主要污損生物：筒螅、泥藤壺、網(wǎng)紋藤壺、牡蠣等。南海海區(qū)的主要污損生物：網(wǎng)紋藤壺、巨藤壺、緣齒牡蠣、咬齒牡南海海區(qū)的主要污損生物：網(wǎng)紋藤壺、巨藤壺、緣齒牡蠣、咬齒牡蠣等。蠣等。F 艦船污損生物數(shù)量多少與艦船污損生物數(shù)量多少與艦船的類(lèi)型、性能、營(yíng)運(yùn)情況和塢修間隔艦船的類(lèi)型、性能、營(yíng)運(yùn)情況和塢修間隔期長(zhǎng)短期長(zhǎng)短有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，快速船、經(jīng)常塢修的艦船污損生物少。有關(guān)，

60、一般來(lái)說(shuō)，快速船、經(jīng)常塢修的艦船污損生物少。Fouling organisms on marine facilities51Fouling organisms of Chinese main harbors 3.3.3 我國(guó)主要港灣的污損生物我國(guó)主要港灣的污損生物 1. 大連港大連港大連港港區(qū)開(kāi)闊，水流通暢，溫度大連港港區(qū)開(kāi)闊，水流通暢，溫度-0.8-25.1鹽度高（鹽度高（29.0-31.0），透明度），透明度2.5m。大連港污損生物：大連港污損生物：77種動(dòng)物、種動(dòng)物、27種藻類(lèi)。主要有：種藻類(lèi)。主要有：藤壺、紫貽貝、藤壺、紫貽貝、加州草苔蟲(chóng)、海筒螅、曲膝藪枝螅加州草苔蟲(chóng)、海筒螅、曲膝藪枝螅五種動(dòng)