Biocorozie
Biocoroziunea sau MIC ( Microbiological Induced Corrosion ) este o coroziune a metalelor (scufundate, îngropate etc.), datorită acțiunii diferitelor grupuri de microorganisme capabile să extragă energie pentru metabolismul lor din schimbarea stării de oxidare a elementelor precum fierul , mangan și sulf.
Fenomenul coroziv poate fi, de asemenea, accentuat de acțiunea directă asupra metalului a produselor secundare ale metabolismului microorganismelor, cum ar fi acidul sulfuric, dioxidul de sulf etc. și prin îndepărtarea oricărei pelicule pasivante .
Bacteriile sunt microorganismele care promovează în general atacul; dar, în cazuri specifice, la fel sunt și ciupercile, algele sau diatomeele.
Clasificarea microorganismelor feruginoase
Principalele familii de bacterii care afectează coroziunea oțelurilor carbonice și inoxidabile sunt în principal trei:
- bacteriile care reduc sulfatul ( Desulfovibrio , Desulfonema , desulfatomaculum, Desulfosarcina ) care reduc sulfatii la sulfuri obtinand energie sunt de asemenea capabile sa reduca fierul feric la fierul feros. Acestea, care sunt anaerobe, sunt bacteriile care provoacă cele mai multe daune. Se găsesc practic în toate mediile care conțin sulfați chiar și în cantități mici și, evident, fără conținut de oxigen;
- bacterii sulfioxidante ( Thiobacillus thiooxidans și Thiobaccillus ferroxidans ) capabile de oxidarea fierului, a sulfului și a sulfurilor în sulfați . De exemplu, tiobaciluizează tiooxidanii prin oxidarea sulfului și a sulfurilor sau a altor compuși ai sulfului produc acid sulfuric ;
- precipitantele ferrobacteriilor : (Gallionella ferruginea, Siderocapsa, Sphearotilus) capabile să oxideze fierul și manganul .
Biocorozia a interesat nu numai oțelul , ci și aliajele de cupru și aluminiu .
Coroziunea acestora din urmă este asociată cu creșterea unor tipuri de ciuperci (în special rășină Cladosporium ) care aduc pH - ul la suprafața aluminiului la valori atât de scăzute încât să-l depasiveze.
Generalitate
Suprafața metalică care este în contact cu apa (naturală sau industrială, proaspătă sau sărată) sau cu solul este colonizată de diverse microorganisme, precum bacterii , ciuperci , microalge , diatomee , care formează biofilmul .
Aceste colonii sunt ținute împreună de substanțe, adesea gelatinoase, produse chiar de microorganisme, care, pe lângă îndeplinirea sarcinii de a face biofilmele să adere la suprafața metalică, modifică local compoziția chimică - mai presus de toate pH-ul și conținutul de oxigen - și să creeze micro-medii potrivite pentru proliferarea altor specii.
Biofilmele constau dintr-un strat exterior caracterizat de condiții aerobe și stratul cel mai interior aderent la metal, caracterizat prin condiții anaerobe și, prin urmare, adecvat pentru declanșarea biocoroziunii.
Aceste organisme microscopice și macroscopice trăiesc și se reproduc în medii cu un pH cuprins între 0 și 11, la temperaturi cuprinse între 0 și 80 ° C și la presiuni de până la 103 MPa.
Biocorozie în structuri imersate
Microorganismele au o tendință marcată de a interacționa cu suprafețele scufundate, aderându-le și colonizându-le.
Motivul acestui comportament este o consecință a strategiilor de supraviețuire bacteriană în medii care nu sunt adecvate pentru permanența și creșterea microbiană.
De exemplu, în conductele de apă potabilă, apa se caracterizează prin cantități mici de substanțe nutritive, care se acumulează pe suprafețele conductelor, care reprezintă, prin urmare, locul ideal de supraviețuire pentru microorganismele care tind să migreze acolo.
Pe suprafețele scufundate în apă, se formează microcolonii care în timp se măresc și formează agregate din ce în ce mai dezvoltate care pot acoperi substratul.
Diferite grupuri de microorganisme reușesc să coexiste în aceste agregate bine organizate care constituie filme biologice sau biofilme .
În acest caz vorbim despre microfouling .
În cazul bacteriilor filamentoase (tip Spharotilus ) sau pedunculata (tip Gallionella ), în prezența apei nu foarte pure, acestea prin fixarea în interiorul pereților conductelor pot forma mase mucilaginoase mari, astfel încât să ocluzie secțiunea țevii.
Biofilmul poate favoriza, de asemenea, colonizarea de către organisme mai complexe, cum ar fi ( izopode , amfipode , insecte , olichete , hirudine , moluște , nematode etc.), deoarece constituie hrana lor.
În acest caz vorbim de macrofouling .
În cazul apei potabile, aceste medii colonizate pot conferi apei mirosuri și arome neplăcute, precum și o culoare și tulburare .
Aceste colonii de bacterii declanșează cu metabolismul lor coroziunea produsului metalic, deoarece zonele colonizate de microorganisme induc formarea de zone anodice și catodice favorizând coroziunea electrochimică a metalului chiar și atunci când condițiile de mediu în care se găsește produsul metalic sunt cum ar fi: să nu promoveze inițierea sau continuarea reacțiilor corozive.
Elemente precum fierul și manganul cresc fenomenele de creștere, deoarece constituie sursa de energie a acestor grupări bacteriene.
Mai exact, bacteriile fierului care precipită își derivă necesarul de energie din oxidarea fierului feros în fier feric, care precipită impregnând filamentele din care sunt fabricate.
În același timp, ei au tendința de a concentra ioni de clorură pe metal, fenomen care accelerează coroziunea acestuia.
Unele bacterii heterotrofe , cum ar fi Escherichia coli , produc acizi organici care accelerează procesele corozive, în timp ce alte bacterii heterotrofe, cum ar fi Pseudomonas , acționând ca fier reducător, cresc reactivitatea suprafeței metalice, producând fier feros din fierul feric.
În grupul de bacterii care induc probleme de coroziune sunt bacteriile metanogene , care par să coexiste în simbioză cu sulfații reducători, care produc hidrogen, dioxid de carbon și acetat (prin fermentare), în timp ce metanogenii le consumă producând metan și / sau metan și dioxid de carbon , făcând posibil procesul de reacție.
Bacteriile reducătoare de sulfat reduc sulfatii la H 2 S , S 2- , CO 2 și FeS , oxidează acizii organici și produc acetat și induc, de asemenea, depolarizarea catodică.
În conductele de apă, formarea biofilmului are loc în esență în secțiunile rețelei de apă cu o viteză redusă a curgerii apei (ramuri, conexiuni, curbe, supape) sau unde sunt stabilite condițiile de stagnare potențială (brațe moarte, derivări pentru utilizatorii privați) , robinete etc.).
În condiții de dinamism al sistemului, biofilmul se detașează și este transportat de apă către consumator.
Biocorozia în structurile subterane
S-a verificat că aproximativ jumătate din atacurile de coroziune găsite în structurile metalice subterane ( țevi , rezervoare etc.) sunt atribuite acțiunii bacteriene. Acest tip de atac este predominant în solurile acide sau neutre cu un conținut ridicat de sare.
Doar una dintre diferitele specii de microorganisme care trăiesc în sol are o influență asupra coroziunii materialelor feroase subterane, este familia formată din anaerobii bacteriei reducătoare de sulfat (grupul Desulfovibro ) [1] : care, deși prezintă oxigenul liber în concentrații slabe, trăiește și se dezvoltă numai în medii anaerobe (sau puțin aerate) în care sărurile sulfurice sunt dizolvate.
Prin urmare, solurile argiloase neutre și fără oxigen ( rezistivitate scăzută), care sunt ideale pentru a face neglijabile procesele de coroziune electrochimică , sunt de fapt cele care favorizează creșterea bacteriilor reducătoare de sulfat și, prin urmare, dau cele mai slabe rezultate din punctul de vedere al coroziunii bacteriene. .
Din punct de vedere olfactiv, acțiunea bacteriilor reducătoare de sulfat în artefactele metalice subterane este detectabilă prin mirosul ouălor putrede, caracteristic hidrogenului sulfurat , care este eliberat atunci când artefactul metalic este privat de solul de acoperire, în timp ce din punctul de vedere vizual prin prezența craterelor pline de produse de coroziune neagră.
Bacteriile care reduc sulfatul au o adaptabilitate ridicată și sunt capabile să reziste la temperaturi de până la 60 ° C în general (unele tulpini pot rezista până la 80 ° C).
În mediile aerobe nu sunt activi, dar pot supraviețui, gata să se dezvolte dacă se creează microambiente anaerobe.
Mecanism de coroziune
Mecanismul de coroziune al bacteriilor care reduc sulfatul este destul de complex și nu este pe deplin înțeles.
Influența activității biochimice a acestor microorganisme asupra activităților de coroziune electrochimică este explicată în funcție de diferite mecanisme.
Primul mecanism a fost teorizat de Von Wolzogen și Van der Vlungt în 1943 .
Conform acestei teorii, bacteriile folosesc hidrogenul produs la catod prin enzima hidrogenază pentru reducerea sulfatului în sulf.
Mecanismul apare în funcție de următoarele reacții:
- 4Fe → 4Fe 2+ + 8 e - ( anod )
- 8H + + 8 și - → 4H 2 (catod)
- SO 4 2- + 4H 2 → S 2- + 4H 2 O (acțiune bacteriană)
- Fe 2+ + S 2- → FeS (anod)
- 3Fe 2+ + 6OH - → 3Fe (OH) 2 (anod).
Teoria modernă ia în considerare alte mecanisme posibile în care factorii care controlează procesul de coroziune bacteriană par a fi:
- utilizarea hidrogenului atât de către bacteriile care reduc sulfatul (pentru a reduce sulfații în sulfuri), cât și de alte bacterii care nu reduc sulfatul;
- depolarizare catodică prin precipitarea sulfurii feroase (FeS)
- stimularea anodică de către ionul sulfurat;
- prevenirea formării filmelor de sulf de protecție în prezența unui exces de ioni feroși;
- formarea celulelor locale de concentrare.
Notă
- ^ alin. 8 F. Mobilier - Construcții hidraulice vol.2 - UTET
