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致非生命物質的性質發生不利于人類需求的變化，即非生命物質的內在價值受到削弱。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，包括非營養物質被昆蟲和嚙齒動物嚙蝕和穿孔；化學的，包括同化效應和異化效應，同化效應是指生物將物質中的基質作為營養源使用，異化效應則指生物產生代謝產物（如酸性物質），引起腐蝕、霉變、變色、變質或使之不能使用。

腐蝕對管道工業（尤其是油氣田）產生了重大影響，盡管管道受到保護，但仍可能發生事故，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菌群落引起的腐蝕現象，被認為是一個世界性問題，其每年給管道行業（主要是石油和天然氣）造成數上百億美元的損失，用于更換腐蝕結構和保持其可靠性和完整性。根據相關研究的數據，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）參與電化學反應并分泌蛋白質和代謝物，這些過程具有腐蝕作用，并且是多重反應的復雜過程，其中細菌可以利用電子來驅動它們的代謝途徑。除此之外，高度腐蝕的金屬表面可以充當半導體并有助于改善電子路徑用于將電子轉移給細菌。石油和天然氣管道腐蝕環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。產乙酸菌也被報道為 SRB 在生物腐蝕過程中產生各種有機酸（乙酸、丁酸和甲酸）的支持細菌。SRB 的腐蝕性主要是由于 H2S 氣體的產生，它被認為是一種高腐蝕性氣體，它與金屬表面發生反應，并通過生成腐蝕性產物（例如 FeS）來產生凹坑、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中，其將硫酸鹽轉化為硫化物，而硫化物與氫反應并形成腐蝕性氣體（硫化氫）。相關從業人員和研究學者使用 Quickcheck? SRB 試劑盒對腐蝕系統中的 APS 還原酶進行檢測，用于 SRB 的檢測和定量，該試劑盒使用 SRB 菌株的顯微鏡計數細胞進行校準，結果驗證的平均值±標準偏差小于平均值的 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現的，以后又相繼發現在礦井、油井、海港、湖泊、航空燃油箱及循環冷卻水系統中的金屬構件的腐蝕都與微生物的活動有關。據估計，美國生產油井發生的腐蝕，77%以上是由SRB引起的，造成的經濟損失約為120-130億美元／年。國內由微生物腐蝕引發的事故屢見不鮮，例如循環冷卻水系統、海洋平臺設備、加熱器設備、飲用水系統、輸油管道等均會發生微生物腐蝕現象。對SRB進行準確高效的檢測，是微生物腐蝕防治中至關重要的一環。

同時，不同細菌群落通過釋放代謝副產物加劇腐蝕過程，而管道環境為細菌的代謝生長提供了有利的環境。它含有碳氫化合物和水分，是細菌繁殖的適宜條件；它們表現出與其他細菌群落的協同行為，它們相互支撐，加速了生物腐蝕的過程。

QuickChek SRB 檢測系統是一種采用酶免疫方法進行快速檢測SRB的設備。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胞捕捉技術具有很多優勢，比如快速，準確等，可在15-20min內得到一個半定量的結果。

QuickChek套裝中的化學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。測試方法基于免疫測定法（Immunoassay）原理，符合ASTM D8243-19標準。

這一方法對SRB具有專一性，且測試速度快，操作簡便，結果準確可靠，無需任何特殊儀器設備，抗干擾能力強，適合現場使用。目前QuickChek SRB測試產品已在中石油、中石化、中海油、中國電建等龍頭企業的海內外項目中被廣泛應用。

相關數據引用自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