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“吃”钢的细菌
2019-04-23 | 供稿: 】【打印】【关闭

  “吃”钢的细菌

  神秘的微生物令人敬畏,但又诱惑着人类对于它的探知。它无时无刻不吸引着科学家对它进行探知、发现。复杂的微生物世界给人类抛向了一个具有永恒挑战性的命题。同时,微生物也成了人类的朋友,从我们一出生,体内就有一些微生物,它们是我们身体中非常复杂的一部分,它们与我们互动,而我们对它们却知之甚少。 

  不容小觑的力量 

  作为地球上古老的生物,微生物在自然界分布极广。无论是人迹罕至的南北极还是环境苛刻的沙漠;无论是神秘的外太空还是深邃的海底世界,都有它们的足迹。人们利用微生物来生产抗菌素、维生素等药品,帮助人类对抗疾病;利用微生物来生产饮料,啤酒,微生物肥料、微生物杀虫剂等产品服务工业,甚至可以生产出电池所需要的燃料解决能源短缺问题。那么是不是所有微生物都是对人类有利的?然而,答案是令人失望的。 

  微生物并没有我们想象的那么友好,在服务人类的同时,它也“吃”掉了我们的GDP 

  

(神秘的微生物世界) 

 

   (神秘的微生物世界) 

  微生物与钢也能产生“电火花” 

  众所周知,不是所有的微生物都对我们有利。当微生物遇到钢材也会产生“电火花”,使得管道、海洋船舶等工业装备受到严重腐蚀——微生物腐蚀(MIC)。我们先看两个例子: 

  2000年,韩国石油天然气公司一条X65输油管道发生腐蚀失效。调查发现管道表面覆盖着一层黑色沉淀物,滴加盐酸后散发出臭鸡蛋气味,表明腐蚀产物为硫化物。证实了埋地管线剥离涂层下受到了土壤中硫酸盐还原菌 (SRB) 和产酸菌 (APB) 的腐蚀。同年,我国某型舰艇船底在下水后不到2年内就发生了多处的腐蚀穿孔。经检测舱内积水部位单位体积内硫酸盐还原菌SRB 数量约是舷外海水的103-104倍,说明 SRB 在舰船的舱底水中大量存在。2003年,新疆1X52级输油管道发生爆管泄露事件。此前该管道曾多次发生内腐蚀穿孔泄漏事故,但令人不解的是均发生在管道沿线起伏管段。事故最终调查认为该管段起伏较大,原油流量较低,管道低洼处有微量游离水或积水聚积,从而使得硫酸盐还原菌(SRB)大量繁殖导致局部腐蚀失效。据国际腐蚀工程师协会(NACE) 调查结果显示,2013 年美国的腐蚀成本已经达到2.5 万亿美元,超过GDP 3.4%。而其中由微生物腐蚀造成的损失约占20%。可见,微生物已经在慢慢的吃掉我们的“GDP”。 

      

 (腐蚀严重的管道)  

    

(腐蚀严重的管道)  

 (扫描电镜下钢材上附着的微生物,引自“Sherar Bet al.Corros. Sci, 2011, 53: 955-960” 

  微生物腐蚀防治 

  腐蚀是一种常见的自然现象。大多数的腐蚀都是物质与环境相互作用的电化学过程。那么微生物是怎样参与腐蚀过程的呢?科学家研究表明微生物参与下的腐蚀金属表面附着具有腐蚀能力的生物膜,在生物膜中微生物分泌的生物活性酶的作用下,细菌的代谢产物硫化物与金属阳极溶解产生的亚铁离子反应生成铁硫化物,从而参与并加速腐蚀过程。 

  目前科学家对于微生物腐蚀的机理也有了初步认识,并提出了多种措施防治微生物腐蚀。例如: 

  1)表面技术:研发抗生物污染的有机涂层,已经广泛地用于埋地管线、建筑物外墙、海洋结构材料的防护; 

  2)电化学保护:采用更低的阴极保护电位来控制微生物引起的钢铁厌氧腐蚀,同时阴极保护与有机涂层联合使用也有效地弥补了有机涂层的缺欠; 

  3)生物抑制剂:目前采用杀菌剂注入工业水系统中,也可以作为防治细菌腐蚀的方法; 

  4)实时监测:大多数的腐蚀都可以通过早期监测来采取控制措施从而减缓腐蚀,避免事故发生。因此对腐蚀过程中微生物的生长,数量,生物膜的厚度等进行监测,也有助于我们采取控制措施。 

  通过上述案例,我们看到微生物不容小觑的力量,只有了解微生物腐蚀,控制微生物腐蚀,利用微生物腐蚀,这样才能为工业装备保驾护航。而微生物腐蚀的复杂性注定控制腐蚀过程是长期斗争的过程,关于微生物腐蚀,国内外科学家们一直在行动,齐心协力,贡献才智,让我们与微生物腐蚀宣战,抗争到底! 

  (文中未标注出处图片均引自网络<百度图片>,在此表示感谢) 

    

                                                             作者:韦博鑫 

                                                         中国科学院金属研究所 

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