生物腐蝕

01 生物腐蝕的危害

生物腐蝕是由于生物活動性導(dǎo)致非生命物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生不利于人類需求的變化，即非生命物質(zhì)的內(nèi)在價值受到削弱。很多生物（包括微生物、昆蟲、嚙齒類、藻類、鳥類等）都能引起生物腐蝕。生物腐蝕過程可分為兩類：機械的，包括非營養(yǎng)物質(zhì)被昆蟲和嚙齒動物嚙蝕和穿孔；化學(xué)的，包括同化效應(yīng)和異化效應(yīng)，同化效應(yīng)是指生物將物質(zhì)中的基質(zhì)作為營養(yǎng)源使用，異化效應(yīng)則指生物產(chǎn)生代謝產(chǎn)物（如酸性物質(zhì)），引起腐蝕、霉變、變色、變質(zhì)或使之不能使用。

腐蝕對管道工業(yè)（尤其是油氣田）產(chǎn)生了重大影響，盡管管道受到保護，但仍可能發(fā)生事故，而腐蝕是造成事故的主要原因之一，其中由微生物所引起的生物腐蝕由細(xì)菌群落引起的腐蝕現(xiàn)象，被認(rèn)為是一個世界性問題，其每年給管道行業(yè)（主要是石油和天然氣）造成數(shù)上百億美元的損失，用于更換腐蝕結(jié)構(gòu)和保持其可靠性和完整性。根據(jù)相關(guān)研究的數(shù)據(jù)，近20%的腐蝕是由微生物引起的，微生物在海水、油田和冷卻水環(huán)境中無處不在且多樣化。

生物腐蝕正在成為一項熱門研究，它的特點是不同微生物（主要是厭氧微生物）參與電化學(xué)反應(yīng)并分泌蛋白質(zhì)和代謝物，這些過程具有腐蝕作用，并且是多重反應(yīng)的復(fù)雜過程，其中細(xì)菌可以利用電子來驅(qū)動它們的代謝途徑。除此之外，高度腐蝕的金屬表面可以充當(dāng)半導(dǎo)體并有助于改善電子路徑用于將電子轉(zhuǎn)移給細(xì)菌。石油和天然氣管道腐蝕環(huán)境中分離出的微生物群落主要是硫酸鹽還原菌 (Sulfate reducingbacteria ,簡稱 SRB) ，它們被確定為生物腐蝕的主要致病微生物。產(chǎn)乙酸菌也被報道為 SRB 在生物腐蝕過程中產(chǎn)生各種有機酸（乙酸、丁酸和甲酸）的支持細(xì)菌。SRB 的腐蝕性主要是由于 H2S 氣體的產(chǎn)生，它被認(rèn)為是一種高腐蝕性氣體，它與金屬表面發(fā)生反應(yīng)，并通過生成腐蝕性產(chǎn)物（例如 FeS）來產(chǎn)生凹坑、孔洞和微裂紋。

02 生物腐蝕的防治

APS 還原酶（腺苷 5'-磷酸鹽）通常存在于有硫酸鹽還原菌的腐蝕系統(tǒng)中，其將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物，而硫化物與氫反應(yīng)并形成腐蝕性氣體（硫化氫）。相關(guān)從業(yè)人員和研究學(xué)者使用 Quickcheck? SRB 試劑盒對腐蝕系統(tǒng)中的 APS 還原酶進行檢測，用于 SRB 的檢測和定量，該試劑盒使用 SRB 菌株的顯微鏡計數(shù)細(xì)胞進行校準(zhǔn)，結(jié)果驗證的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差小于平均值的 5%。

使用 Quickcheck ^TM SRB 試劑盒對生物樣品進行 APS 還原酶測定，反應(yīng)時間為 15 分鐘，該測定表明樣品中存在 APS 還原酶，而 APS 還原酶的抗體，對所有 SRB 菌株都很常見。酶的檢測可以通過顯色區(qū)域來檢查，深藍色表示樣品中存在較多的 SRB 菌株。

SRB是生物腐蝕及環(huán)境污染的主要因素之一，生物腐蝕最初是在地下金屬管道中發(fā)現(xiàn)的，以后又相繼發(fā)現(xiàn)在礦井、油井、海港、湖泊、航空燃油箱及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的金屬構(gòu)件的腐蝕都與微生物的活動有關(guān)。據(jù)估計，美國生產(chǎn)油井發(fā)生的腐蝕，77%以上是由SRB引起的，造成的經(jīng)濟損失約為120-130億美元／年。國內(nèi)由微生物腐蝕引發(fā)的事故屢見不鮮，例如循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、海洋平臺設(shè)備、加熱器設(shè)備、飲用水系統(tǒng)、輸油管道等均會發(fā)生微生物腐蝕現(xiàn)象。對SRB進行準(zhǔn)確高效的檢測，是微生物腐蝕防治中至關(guān)重要的一環(huán)。

同時，不同細(xì)菌群落通過釋放代謝副產(chǎn)物加劇腐蝕過程，而管道環(huán)境為細(xì)菌的代謝生長提供了有利的環(huán)境。它含有碳?xì)浠衔锖退郑羌?xì)菌繁殖的適宜條件；它們表現(xiàn)出與其他細(xì)菌群落的協(xié)同行為，它們相互支撐，加速了生物腐蝕的過程。

QuickChek SRB 檢測系統(tǒng)是一種采用酶免疫方法進行快速檢測SRB的設(shè)備。該檢測采用了高純度的抗體來探測APS。本檢測試劑盒相比于細(xì)胞捕捉技術(shù)具有很多優(yōu)勢，比如快速，準(zhǔn)確等，可在15-20min內(nèi)得到一個半定量的結(jié)果。

QuickChek套裝中的化學(xué)破胞試劑可穿透固體顆粒并釋放出APS還原酶，從而達到對生物膜、沉積物、鐵銹、污泥或泥漿中的SRB進行定量檢測的目的。QuickChek SRB支持固體檢測的特性尤其適合用于儲油罐底部SRB含量檢測。

QuickChek SRB測試套裝由Modern Water與全球大型石油天然氣公司合作研發(fā)。測試方法基于免疫測定法（Immunoassay）原理，符合ASTM D8243-19標(biāo)準(zhǔn)。

這一方法對SRB具有專一性，且測試速度快，操作簡便，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，無需任何特殊儀器設(shè)備，抗干擾能力強，適合現(xiàn)場使用。目前QuickChek SRB測試產(chǎn)品已在中石油、中石化、中海油、中國電建等龍頭企業(yè)的海內(nèi)外項目中被廣泛應(yīng)用。

相關(guān)數(shù)據(jù)引用自The Royal Society of Chemistry

Potential of dynamic bacterial communities in the bio-corrosion process: a proof study with surface morphology of metal coupons

@Priyanka Basera, Meeta Lavania and Banwari Lal