روشهای کنترل خوردگی میکروبی

مقدمه

در کشورهاي پيشرفته حدودا بين 2 تا 3 درصد از توليد ناخالص ملي صرف هزينه هاي خوردگي تجهیزات مي­شود. عوامل مختلفی منجر به بروز خوردگی می­شوند که یکی از مهمترین آن‎ها میکروب‌ها به شمار می‎آیند. خوردگی ناشی از حضور یا فعالیت موجودات زنده را خوردگی زیستی[1] و خوردگی ناشی از فعالیت میکروب‌ها را اصطلاحا خوردگی میکروبی[2] (MIC) می­نامند. به طور تخمینی براورد شده است که حدود 20 درصد از کل مشکلات خوردگی با میکروب‌ها مرتبط است و هرساله باعث خسارت میلیارد دلاری به تاسیسات و زیر ساخت‌های صنعتی دنیا می‌شود.

گروه­های مختلف میکروبی از جمله باکتری­های تولیدکننده­اسید (APB)، باکتری­های احیاکننده­­سولفات (SRB) و باکتری­های احیاکننده آهن (IRB) در پدیده خوردگی میکروبی نقش دارند و روش معمول مقابله با این میکروب‌ها در صنعت استفاده از ترکیبات شیمیایی بیوساید[3] است. با توجه به مکانیسم اثر بایوسایدها، آن‌ها را می‌توان به دو گروه تقسیم بندی کرد:

• بیوسایدها با اثر اکسید کنندگی (مانند کلر، برم، اوزون و پراکسید هیدروژن)
• بیوسایدهای غیر اکسید کننده (مانند آلدهیدها، آمونیوم چهار ظرفیتی، و ایزوتیازولين)

یکی از راهکارهای مقاومت میکروب‌ها به بیوسایدها تشکیل بیوفیلم است. از بین بردن میکروب‌ها در بیوفیلم بسیار سخت تر از نابود کردن میکروارگانیسم های تنها و شناور است و یک قانون کلی وجود دارد که برای از بین بردن بیوفیلم در مقایسه با کشتن باکتری یا میکروارگانیسم های تنها، به 10 برابر غلظت بیشتری از بیوساید نیاز است. بنابراین برای مقابله با خوردگی زیستی، بایستی ساختار های فیزیکی و زیستی پیچیده برآمده از تنوع ژنتیکی و ارتباطات میکروارگانیسم های موجود در بیوفیلم را بهتر شناسایی کنیم.

تاریخچه خوردگی میکروبی

در این فصل می‌بینیم که لایه نازک زیستی می‌تواند بر فرآیند خوردگی تأسیسات به صورت‌های زیر اثر گذار باشد: (1) با مصرف اکسیژن که به عنوان واکنش دهنده کاتدی است (2) با افزایش انتقال جرم واکنش دهنده‌ها و محصولات خوردگی و در نتیجه تغییر در سرعت فرآیند خوردگی (3) به‌وسیله تولید مواد خورنده (4) و به‌وسیله تولید موادی که به عنوان واکنش دهنده‌های کاتدی می‌باشند. این فعل و انفعالات ذکر شده تمامی ساز و کار‌های ممکن بر اثر گذاری میکروارگانیسم‌ها بر فرآیند خوردگی فلزات را شامل نمی‌شود و فقط چند نمونه از مثال‌هایی هستند که به فهم واکنش‌های میکروبی و تأثیر آن‌ها بر واکنش‌های الکتروشیمیایی خوردگی کمک می‌کند. از جنبه‌های مهم شناسایی ساز و کار موثر بر خوردگی فلرات، نشان دادن این موضوع است که  واکنش‌های میکروبی چگونه بر فرآیند خوردگی تأثیر گذارند و بر اساس آن شناسایی محصولات این واکنش‌ها با تکنیک‌های عقلانی مناسب، امکان پذیر می‌شود. هیچ ساز و کار جهانی برای خوردگی تأثیر پذیر از عوامل میکروبی[4] (MIC) وجود ندارد. ساز و کار‌هایی برای این موضوع وجود دارد که برخی از آن‌ها نسبت به دیگری بهتر شناسایی و توصیف شده‌اند. بنابراین جستجو برای یافتن یک ساز و کار جهانی منطقی به نظر نمی‌رسد، اما جستجو برای یافتن مدارکی که به خوبی نشان دهنده دخالت میکروبی در خوردگی فلزات باشد منطقی به نظر می‌رسد.

اصول علمی

هنگامی که این شک به وجود می‌آید که تخریب مواد به‌وسیله خوردگی میکروبی ایجاد شده است، این سوال منطقی است که بپرسیم چگونه می‌توان دریافت که فرآیند خوردگی از میکروارگانیسم‌ها تأثیر گرفته است؟ برای پاسخ به این سوال تعدادی از محققین در تلاش‌اند که اثر و نشانه‌هایی را از خوردگی تأثیر پذیر از عوامل میکروبی (MIC) بیابند، به طور مثال تمایز مشخصات خوردگی تأثیر پذیر از عوامل میکروبی نسبت به خوردگی گالوانی طبیعی توسط بیچ و همکارانش[5] و دیگر دانشمندان مورد بررسی قرار گرفته است [1،2]. علارغم تلاش‌های تحقیقاتی قابل توجه، هنوز هیچ اثری از این مشخصات یافت نشده است و دلایل خوبی موجود است تا باور کرد هیچ ساز و کار جهانی برای خوردگی تأثیر پذیر از عوامل میکروبی وجود ندارد [3،4].

به جای یک ساز و کار جهانی، چندین ساز و کار توصیف شده است که بیان می‌کند میکروارگانیسم‌ها بر نرخ خورگی تأثیر می‌گذارند و تنوع این ساز و کار‌ها به گونه‌ای است که انتظار یک مفهوم واحد که بتواند این ساز و کار‌ها را در کنار هم جمع کند مشکل است. با توجه به آنچه که محققان به صورت عددی نشان داده‌اند، افزایش خوردگی فلزات در حضور میکروارگانیسم‌ها به علت تغییراتی است که در محیط شیمیایی اطراف فلز ایجاد شده است [1]. چنین تغییراتی، البته بستگی به فلز خورده شده و ساختار جمعیت میکروبی لایه نازک زیستی ته نشین شده روی سطح فلز دارد [1،5]. در نتیجه ساز و کار‌های زیادی از MIC وجود دارد که در مقالات آمده است که می‌توان به مقاله استروسکی[6] اشاره کرد [6]. استروسکی و همکاران نتیجه گرفتند که برای یافتن تخریب میکروبی تجهیزات فناوری، نیازمند یک رویکرد انفرادی در هر مورد است و ارزیابی نقش تخریبی میکروارگانیسم‌های حاضر، تنها با آزمایش و شبیه سازی عوامل خوردگی شناخته شده امکان پذیر است. برخی محققان، MIC را به عنوان اثر همراه شدن واکنش‌های زیستی و واکنش‌های انتقال الکترون مانند اکسیداسیون و احیا تعریف کرده اند. در سال 2003 جهت ایجاد یک مفهوم واحد از MIC، تلاشی را انجام شد و خصوصیات مشترکی فقط در برخی از ساز و کار‌ها یافته شد و بعید بود که مفهوم واحدی از MIC ایجاد شود.

خوردگی تأثیر پذیر از عوامل میکروبی، به‌وسیله جمعیت میکروبی (لایه نازک زیستی) که به سطوح متصل می‌شوند به وجود می‌آید. لایه نازک زیستی از 4 بخش تشکیل شده است (1) سطحی که میکروارگانیسم‌ها به آن اتصال یافته‌اند، (2) لایه نازک زیستی (مجموع میکروارگانیسم‌ها و ماتریس)، (3) محلول مواد غذایی و (4) فاز گاز.

هر بخش شامل چندین جزء است و تعداد اجزاء ممکن است بسته به نوع مطالعه تغییر پیدا کند. برای مثال در برخی از مطالعات MIC برای سطح 4 جزء در نظر می‌گیرند: (1) توده فلز، (2) زیرلایه‌های گذرا، (3) رسوب زیستی ته نشین شده روی سطح (4) و محصولات خوردگی. میکروارگانیسم‌ها می‌توانند هر کدام از این اجزا را به گونه‌ای تغییر دهند که باعث افزایش خوردگی شود. علاوه بر این، اجزای دیگر بخش‌های لایه نازک زیستی می‌توانند به گونه‌ای تغییر داده شوند که بر فرآیند خوردگی تأثیر گذار باشد. تغییر در بخش محلول می‌تواند شامل اجزای شیمیایی، هیدرو دینامیک، نرخ انتقال جرم در اطراف سطح فلز باشد. تغییر در اجزای لایه نازک زیستی می‌تواند شامل ساختار جمعیت میکروبی و اجزای پلیمر خارج سلولی (EPS) باشد. هرکدام از این تغییرات ممکن است در نوع خود پیچیده باشند و بر واکنش‌های خوردگی از چندین راه موثر واقع شوند. پیچیدگی و کثرت فعل و انفعالات ممکن در بین میکروارگانیسم‌ها، واکنش‌های متابولیکی آن‌ها، واکنش خوردگی و فلز، دلایلی در پاسخ به این سوال است که چرا نمی‌تواند مفهوم واحدی از MIC ایجاد شود [7]. هنگامی که لایه نازک زیستی برروی سطح فلز تجمع می‌یابد، واکنش دهنده‌ها و محصولات واکنش‌های متابولیکی که در فضای اشغال شده توسط لایه نازک زیستی ایجاد می‌شوند ممکن است با فرآیند‌های الکتروشیمیایی که در مرز بین فلز و محیطش اتفاق می‌افتد مداخله کنند. واکنش دهنده‌ها و محصولات واکنش‌های الکتروشیمیایی که در سطح فلز اتفاق می‌افتد با محصولات و واکنش دهنده‌های فرآیند‌های متابولیکی میکروبی که در لایه نازک زیستی اتفاق می‌افتد به صورت پیچیده‌ای تعامل می‌کنند. برخی از این تعاملات نرخ خوردگی را افزایش می‌دهد و برخی، خوردگی را مهار می‌کند. برخی از این تعاملات که خوردگی را افزایش می‌دهند و بسیار متمایز هستند، ساز و کار‌های خوردگی نامیده می‌شوند و مقدار زیادی از این متن به مشخص کردن این ساز و کار‌ها اختصاص داده شده است. برای نزدیک شدن به مشخص کردن این تعاملات ابتدا با توصیف واکنش ویژه‌ای با عنوان خوردگی گالوانی و سپس ارزیابی اثر واکنش‌های متابولیکی بر روی این واکنش‌ها شروع می‌کنیم. علم خوردگی به عنوان علمی برای تعیین حالت‌های مختلف خوردگی توسعه داده شده است و از این علم برای مشخص کردن تأثیرات واکنش‌های متابولیکی میکروبی بر روی خوردگی با اشاره به اصول شیمی و الکتروشیمی فلزات غوطه ور در محلول آب استفاده شده است. اصولا ساز و کار خوردگی با استفاده از ترمودینامیک و سینیتیک مشخص شده است و در اینجا نیز همین روند را ادامه داده می‌شود.

اصطلاح خوردگی می‌تواند از طریق راه‌های مختلفی تعریف شود و حالت‌های مختلفی از خوردگی و موادی که می‌توانند خورده شوند چه فلزی و چه غیر فلزی وجود دارند. یکی از فرآیندهای شناخته شده خوردگی غیر فلزی، خوردگی سنگ است و تأثیر آن در آثار باستانی وجود دارد. در اینجا معنای خوردگی را محدود شده و به عنوان انحلال آندی فلزات تعریف می‌شود. درمیان تعدادی از واکنش‌های آندی که در سطح فلز اتفاق می‌افتد، موردی که خود فلز واکنش دهنده است و در معرض اکسیداسیون قرار می‌گیرد موردی ویژه است و خوردگی نام می‌گیرد. فلزاتی مانند پلاتین و طلا تحت واکنش اکسیداسیون قرار نمی‌گیرند و تنها تسهیل کننده انتقال بار بین واکنش‌های اکسیداسیون و احیای خارجی می‌باشند. در مقابل فلزات فعال مانند آهن اکسید شده و این فرآیند کمک به نرخ خالص واکنش آندی می‌کند که به طور معمول فرآیند‌های آندی غالب برای خوردگی فلز می‌باشند. در فلزات خورده شده واکنش‌های آندی و کاتدی با یکدیگر همراه شده‌اند. در آب‌های هوادهی شده واکنش کاتدی غالب، کاهش اکسیژن حل شده است در حالی‌که در محلول‌های بدون هوا کاهش پروتون به عنوان واکنش کاتدی غالب است و به طور معمول به عنوان کاهش آب معرفی شده است.

[1] Bio-corrosion

[2] Microbiologically influenced corrosion

[3] Biocides

[4] microbially influenced corrosion

[5] Beech et al

[6] Starovetsky

تصنیف نت

فروشگاه اینترنتی تصنیف نت به منظور فراهم آوردن بستری مناسب جهت برقراری ارتباط با مشتریان عزیز راه اندازی شده است. این فروشگاه اینترنتی متفاوت از هر آن چیزی است که شما از یک فروشگاه اینترنتی تصور دارید. تمامی محصولات از جمله: لوازم التحریر ، نوشت افزار ، لوازم جانبی کامپیوتر ، خدمات آموزشی ، خدمات کامپیوتری و خدمات چاپ و صحافی و... در فروشگاه تصنیف نت قابل عرضه می‌باشد.