Химсопрмат

торых более нагретые участки будут выполнять роль анодов и подвергаться усиленному коррозионному разрушению [1].

Рис. 2.27. Зависимость скорости коррозии П железа в воде от температуры:

1 – закрытая система; 2 – открытая система

Основные причины, которые ускоряют электрохимическую коррозию под влияние давления, следующие [24]:

1)изменение растворимости газов, участвующих в коррозионном процессе;

2)облегчение процессов гидролиза растворенных в воде солей;

3)появление механических напряжений в металле.

При контакте двух металлов, имеющих разные электродные потенциалы, скорости их коррозии изменяются по-разному, коррозия более электроотрицательного металла увеличивается, а более электроположительного – уменьшается. На рис. 2.28 показано влияние контакта различных металлов на скорость коррозии дюралюминия в морской воде [1].

Из рисунка видно, что для основного металла катодные контакты могут быть опасными, а анодные – защитными.

Для борьбы с контактной коррозией металлов используют следующие методы [1, 13, 24]:

119

1)конструирование металлических сооружений без опасных анодных деталей или участков с неблагоприятным отношением их поверхности к катодной поверхности сооружения (Sa Sk );

2)изолирование мест контакта разнородных металлов, например

спомощью прокладок;

3)нанесение на поверхность катодных металлов покрытий из неопасных металлов;

4)применение защитного (анодного) контакта, например использование протектора.

Блуждающие токи ускоряют скорость коррозионного процесса [1, 24], так как они сначала попадают на металлическую конструкцию, а затем стекают в электролит. Участки, где положительные заряды переходят из электролита в металл, являются катодами, их коррозионное разрушение снижается (например, местное коррозионное разрушение подземных стальных трубопроводов блуждающими постоянными токами) (рис. 2.29). Переменный блуждающий ток менее опасен, чем постоянный.

121

Глава 3 БИОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

Биокоррозия – коррозия металлов под влиянием жизнедеятель-

ности микроорганизмов, выделяющих вещества, которые ускоряют процесс коррозии. Известны случаи разрушения от биокоррозии бен-

зиновых насосов, бензиновых и нефтяных резервуаров, подземных водопроводов. Наиболее опасными микроорганизмами являются бак-

терии, так как они быстро размножаются и легко приспосабливаются к условиям окружающей среды. Существует особый вид бактерий –

железобактерии, которые усваивают железо в виде ионов и перера-

батывают их вместе с кислородом, что сопровождается выделением в качестве продуктов коррозии нерастворимой пленки гидрооксида же-

леза (буро-красного цвета), трудно отделимой от поверхности метал-

ла. Бактерии биологически используют железо для получения энер-

гии, необходимой для их жизнедеятельности, они неподвижны, но могут свободно перемещаться с водой и оседать на стенках.

Под влиянием микроорганизмов могут корродировать кроме же-

леза также медь и свинец. Латунь оказывает токсическое влияние на микроорганизмы, а цинк бактериями не разрушается.

Наиболее благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий могут быть речная вода, сточные и грунтовые воды, почва, почвен-

ные удобрения, торф, шлаки. На рост бактерий и на интенсивность их биокоррозии влияют такие факторы, как сезонные колебания влажно-

сти почвы и степень аэрации.

Плесень – одна из наиболее коррозионно-активных составляю-

щих биологической среды. Благоприятными условиями для развития плесени является температура 25-35 °С и повышенная влажность воз-

духа, превышающая 75%. Грибковая плесень содержит 90-95% влаги.

Вследствие полярности волокон плесень впитывает влагу из окру-

жающего воздуха и поддерживает увлажненной поверхность изделия,

способствуя химическому разрушению материалов. Развиваясь на

122

поверхности металлов, грибковая плесень выделяет лимонную, щаве-

левую и другие органические кислоты, которые ускоряют протекание коррозии.

Практика эксплуатации лакокрасочных покрытий в сильно ув-

лажненных помещениях показывает, что органические покрытия также могут поражаться бактериями и плесневыми грибами.

Вследствие биокоррозии на металлических поверхностях могут возникать дефекты: отдельные малозаметные углубления под шла-

мом и тонкими отложениями ржавчины, разъедания в виде оспин,

дырчатые углубления, сквозные повреждения.

3.1. Классификация микроорганизмов,

участвующих в биоповреждениях

Большинство микроорганизмов имеют одноклеточное строение,

например бактерии, микробактерии, дрожжи, простейшие животные

(Protozoa) и некоторые водоросли. В природе существуют также мик-

роорганизмы бесклеточной структуры – ультрамикроорганизмы, к

которым относят вирусы и фаги. Ряд нитчатых бактерий и многие микрогрибы являются многоклеточными. Колонии микрогрибов раз-

растаются и достигают размеров, видимых невооруженным глазом.

Некоторые микроорганизмы занимают промежуточное положение между перечисленными:

риккетсии – между бактериями и вирусами;

актиномицеты – между бактериями и микрогрибами;

спирохеты – между бактериями и простейшими.

Значительная часть одноклеточных и многоклеточных микроор-

ганизмов принимает активное участие в процессах разрушения мате-

риалов конструкций и сооружений. Они стимулируют известные процессы коррозии металлов и старения полимеров, а отдельные ви-

ды могут вызывать специфические разрушения – биоповреждения.

123

Бактерии по форме делят на три основные группы [52]: шаровидные (кокки), палочковидные или цилиндрические (бактерии и бациллы) и извитые (вибрионы и спириллы) (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Основные формы бактерий:

1 – микрококки; 2 – стрептококки; 3 – диплококки; 4 – стафилококки; 5 – сарцины; 6, 7 – палочковидные; 8 – вибрионы; 9 – спириллы; 10 – спирохеты

Кокки под действием факторов среды могут принимать эллипсовидную, овальную, коническую формы. В зависимости от расположения клеток их можно разделить на следующие группы:

микрококки – с обособленно размещенными клетками;

диплококки – с клетками, соединенными попарно;

124

тетракокки – сцепленные по четыре вследствие деления клетки

вдвух взаимно перпендикулярных направлениях;

сарцины – скопление кокков в виде пакетов из восьми и более клеток, образующихся в результате деления клеток в трех взаимно перпендикулярных направлениях;

стрептококки, делящиеся в одном направлении и образующие цепи из соединенных друг с другом клеток;

стафилококки, расположенные в виде гроздьев винограда благодаря делению клеток в различных направлениях.

Палочковидные бактерии состоят из удлиненных клеток. Те из них, которые образуют споры, называют бациллами, те, которые не образуют спор, – бактериями. Они, как и кокки, могут быть сдвоены – диплобактерии и диплобациллы, или расположены цепочкой – стрептобактерии, стерптобациллы. Если палочки укорочены так, что с трудом можно различить длину и ширину, их называют коккобактериями.

Извитые бактерии имеют характерную изогнутую форму. У вибрионов изгиб не превышает четверти оборота, спириллы изогнуты так, что могут образовывать несколько витков. К извитым бактериям можно отнести также спирохеты – тонкие длинные палочки с большим числом мелких завитков.

Размеры бактерий зависят от их формы. Кокки имеют диаметр клеток 1,0-2,5 мкм; палочковидные бактерии – 1-10 мкм. Извитые формы могут быть больших размеров. Серо- и железобактерии достигают 50 мкм.

Подвижность бактерий также зависит от формы и строения. Кокки обычно неподвижны, за исключением некоторых форм. Палочковидные и извитые обладают подвижностью. Перемещение их осуществляется с помощью жгутиков – тонких нитей белковой природы. Длина жгутиков – 5-30 мкм, толщина – 0,02-0,05 мкм.

Известны два типа образования жгутиков: полярный, если они расположены у полюсов клетки, и перитрихиальный, если они распо-

125

ложены по всей поверхности клетки (рис. 3.2). Бактерии с одним жгутиком – монотрихи 1, с двумя на разных полюсах – амфитрихи 2, с пучком жгутиков на одном из полюсов клетки – лофотрихи 3, с большим числом жгутиков по всей поверхности клетки – перитрихи. С помощью жгутиков бактерий могут закрепляться на твердых поверхностях [52].

Бактерии со своеобразной морфологией обнаружены в почве. Они участвуют в превращениях железа и марганца и имеют особое строение. Psedomicrobium состоят из круглых, овальных или палочковидных клеток, соединенных тонкими ветвящимися нитями. Seliberia – спирально закрученные палочки, соединенные в звездчатые комплексы. В почве и в водоемах обнаружены нитчатые бактерии, состоящие из цепочек палочковидных клеток, окруженных общей оболочкой или слизистым чехлом. Некоторые из них относят к груп-

пе серобактерий (Beggiatoa, Triothrix) или железобактерий (Leptothrix, Grenothrix), стимулирующих процессы биокоррозии. Еще одной формой бактерий являются стебельковые. Они представляют собой клетку палочковидной, удлиненной слегка изогнутой формы, которая прикрепляется к субстрату с помощью стебелька, отходящего от одного из полюсов клетки.

Рис. 3.2. Типы жгутикования бактерий: а – полярное, б – перитрихиальное

126

В почвенных суспензиях обнаружены бактерии с придатками другой формы: четковидными, лентовидными, фагоподобными, корневидными. При попадании на поверхности конструкций с частицами почвы они могут участвовать в процессах биоповреждений.

Размножение бактерий происходит в основном вегетативно бинарным делением клетки: путем образования поперечных стенок у грамположительных или перетяжек у грамотрицательных бактерий. Для некоторых видов характерно почкообразование, а также конъюгация клеток.

Миксобактерии представляют особую группу микроорганизмов

– слизистые бактерии. Большинство из них – сапрофиты. Клетки имеют вид палочек с заостренными концами размером 1-10 мкм. Миксобактерии двигаются реактивным способом, выделяя слизь в одну сторону. Жгутиков они не имеют. Клетки миксобактерии лишены плотной оболочки, но имеют оформленное ядро. Размножаются перетяжкой с одновременным делением ядра. Миксобактерии живут только при доступе свободного кислорода. Оптимальные условия развития: температура ~30 °С, высокая влажность и нейтральная среда. Миксобактерии сохраняются и при повышенной кислотности и щелочности. Они активно разрушают различные органические вещества, включая клетчатку. Могут участвовать в почвенной коррозии, стимулируя процесс разрушения покрытий (металлических, конверсионных и органических).

Актиномицеты (лучистые грибы) по строению клетки и химическому составу напоминают бактерии, а по способности образовывать мицелий и по характеру размножения – грибы. Это одноклеточные микроорганизмы, представляющие собой тонкие ветвящиеся нити – гифы 0,5-1,2 мкм в сечении различной длины. Некоторые из них не образуют гиф, клетки – палочковидной формы с небольшими боковыми выростами. Размножение происходит оидиями (фрагменты распавшегося мицелия) или спорами, легко прорастающими на питательных средах. Колонии актиномицетов представляют сложную систему гиф, часть которых проникает в субстрат, а другая свободно

127

ветвится на воздухе и образует бархатистый или мучнистый налет из воздушного мицелия.

Грибы (Mycota или Fungi) представляют собой сообщество растительных организмов, включающее более 100 тыс. видов. Они не имеют хлорофилла и не могут синтезировать органические вещества из углекислого газа. Грибы можно разделить на две большие группы: макрофиты и микрофиты.

Микроскопические грибы обычно растут на поверхности субстрата в виде пушистых, паутинообразных и ватоподобных образований, а некоторые – в виде тонких налетов и пленок. В почве их огромное количество. С глубиной количество грибов резко уменьшается. Грибы участвуют в разложении клетчатки, в превращениях азота, в структурообразовании почвы.

Рис. 3.3. Строение вегетативных органов размножения микрогрибов:

а– мицелий одноклеточного гриба Mucor;

б– мицелий многоклеточного гриба Penicillium;

в– конидии у Aspergillus (2); у Penicillium (1); споры у Mucor (3)

128