Определение степени коррозийной агрессивности отдельных штаммов микроорганизмов в жидких средах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ КОРРОЗИЙНОЙ АГРЕССИВНОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ ШТАММОВ МИКРООРГАНИЗМОВ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

Abstract

Studies to determine the corrosion activity of individual strains of microorganisms in liquid media were conducted. It was determined that strains of denitrifying, iron-and manganese-oxidizing microorganisms, which are facultative anaerobes, in a liquid medium under aerobic conditions form a protective biofilm on the surface of steel plates 3, which slows the development of corrosion processes within 7 months 1.5-2 times compared with control. The strains of sulfate-reducing bacteria which are strict anaerobes, in a liquid medium accelerate corrosion processes, forming iron sulfide on the metal surface.

Keywords: biocorrosion, corrosion dangerous-microorganisms, the degree of corrosion.

Аннотация

Проведены исследования по определению коррозийной активности отдельных штаммов микроорганизмов в жидких средах. Установлено, что штаммы денитрифицирующих, железоокисляющих и марганецокисляющих микроорганизмов, являющиеся факультативными анаэробами, в жидкой среде в аэробных условиях образуют защитную биопленку на поверхности пластин из стали-3, которая замедляет развитие коррозийных процессов в течении 7 месяцев в 1,5-2 раза по сравнению с контролем. Штаммы сульфатредуцирующих бактерий, которые являются строгими анаэробами, в жидкой среде способствуют ускорению процессов коррозии, образуя сульфид железа на поверхности металла.

Ключевые слова: биокоррозия, коррозийно-опасные микроорганизмы, степень коррозии

Обсуждение вопроса биокоррозии приобрело особую актуальность в последние годы. В Казахстане в настоящее время систематически не изучаются те группы микроорганизмов, которые ответственны за биокоррозию. Нет исследований по мерам борьбы с микробиологической коррозией металла. Как известно в процессах биокоррозии участвуют различные виды как гетеро-трофных, так и литотрофных микроорганизмов.

Среди коррозийно-опасных гетеротрофных микроорганизмов можно выделить такие группы, как: денитрифицирующие, сульфатредуцирующие и железобактерии. Известно, что денитрифи-цирующие микроорганизмы ускоряют процесс разрушения металлов, образуя коррозионно-активные соединения СО₂ и NH_3, вызывающие электрохимическую коррозию. Железобактерии, сборная группа микроорганизмов, способных как окислять соединения двухвалентного железа в трёхвалентные, так и осаждать на поверхности и внутри клеток гидроксиды железа. Сульфа-тредуцирующие бактерии вызывают коррозию металлов в процессах катодной деполяризации за счет образования сульфида железа [1-9].

Целью данной работы было определение степени коррозии пластин из стали-3 под воздейст-вием отдельных групп коррозийно-опасных микроорганизмов в жидких средах.

Материалы и методы Для проведения экспериментов были использованы различные группы коррозийно-опасных микроорганизмов. Все микроорганизмы были выделены ранее из образцов грунта околотрубного пространства нефтепровода «Каракоин-Шымкент», отобранных с 6 участков, включая и участок, подверженный коррозии (точка 1554,2 км, наличие повреждений в обмотке). После предвари-тельной проверки, были отобраны активные штаммы коррозийно-опасных микроорга-низмов (КОМ): сульфатредуцирующие (СРБ) - СРБ-№ 4, СРБ-№ 5; денитрифицирующие - ДКШ-5-1 и ДКШ-5-5; железоокисляющие - FeКШ-3-2, FeКШ-4-1 и марганецокисляющие - MnКШ-5-3, MnКШ-6-1 [10].

Отобранные штаммы микроорганизмов высевали на селективные среды. Денитрифицирующие - на среду Гильтая, железо- и марганецокисляющие - на среду Захаровой-Парфеновой, СРБ - на среду Постгейта В. Инкубацию проводили в термостатах при температуре 28^оС [11-12].

Во все сосуды были помещены по 2 пластинки из стали-3 размером 10?10?0,4 мм. Пластинки предварительно были зачищены, пронумерованы, обезжирены 96% этанолом и взвешены на электронных весах до 4 знака. Контролем служили пластинки, помещенные в стерильную среду без микроорганизмов. Стерилизацию пластинок проводили сухожаровым способом при темпера-туре 105^оС в течение 1 ч. Каждый опыт ставился в нескольких повтор-ностях для того, чтобы проследить коррозионную активность в динамике. Инкубацию прово-дили в термостатах при 28^оС.

Результаты коррозийной активности штаммов оценивали взвешиванием пластинок после предварительной обработки жидкостью для удаления продуктов коррозии следующего состава: H₂SO₄ (конц.) - 84 г, лимоннокислый аммоний двухзамещенный - 100 г, тиомочевина - 10 г, вода дистиллированная - 880мл.

Результаты и обсуждение Для оценки степени коррозийной активности отдельных штаммов КОМ были поставлены эксперименты в жидких средах оптимальных для их роста. Результаты эксперимента снимали ежемесячно. При инкубации стальных пластин со штаммами денитрифицирующих микроорганизмов было видно, что через месяц на поверхности пластин в опытных вариантах появились кристаллические образования, а в контрольном варианте наблюдается появление изъязвлений. Через 7 месяцев отмечается образование на поверхности контрольных пластин продуктов коррозии (почернение), в то время как в опытных вариантах подобного не наблюдалось, а было заметно образование пленки из оксида железа (рисунок 1).

Контроль ДКШ 5-5 Контроль ДКШ 5-5

(а) (б)

Рисунок 1 - Стальные пластины после инкубации со штаммами денитрифицирующих микроорганизмов через 1 месяц (а) и 7 месяцев (б)

Через 7 месяцев в вариантах со штаммами сульфатредуцирующих микроорганизмов СРБ № 4 и СРБ №5 на стальных пластинах в опытных вариантах отчетливо видно образование сульфида железа на поверхности металла (почернение), который является высококор-розийным агентом, способствующим ускорению процесса коррозии. В вариантах с марганец-окисляющими штаммами, наблюдалась значительная коррозия в контрольном варианте, где в результате была нарушена целостность пластин. В опытных вариантах была заметна пленка из оксида марганца на поверхности металла. Подобным образом ведут себя и штаммы железоокисляющих микроорганизмов, при инкубации с которыми на поверхности металла образовалась защитная пленка из оксида железа, в то время как в контрольном варианте, в результате коррозии, в нескольких местах металл был разъеден полностью (рисунок 2).

Контроль СРБ-№ 4 Контроль Fe 4-1 Контроль Mn 5-1

а) - СРБ, б) - железоокисляющие, в) - марганецокисляющие

Рисунок 2 - Стальные пластины через 7 месяцев инкубации с коррозийно-опасными штаммами

После того как пластины были извлечены, их обрабатывали жидкостью для снятия продуктов коррозии, высушивали и взвешивали. Результаты эксперимента представлены на рисунке 3.

а) б)

в) г)

Рисунок 3 - Убыль веса стальных пластин при инкубации со штаммами коррозийно-опасных микроорганизмов

а) - денитрифицирующие, б) - сульфатредуцирующие, в) - марганецокисляющие, г) - железоокисляющие

Было показано, что при инкубации со штаммами ДКШ 5-1 и ДКШ 5-5 степень коррозии стальных пластин была ниже, чем в контроле. Под воздействием микроорганизмов штамма ДКШ 5-1 стальные пластины через 7 месяцев потеряли в весе на 4,89 %, а штамма ДКШ 5-5 - на 5,84 %. В контроле убыль веса пластин составила 9,48 %, это на 3,6 - 4,6 % больше по сравнению с опытными образцами.

Коррозия стальных пластин при инкубации с СРБ проходила интенсивнее, чем в контроле. При инкубации со штаммом СРБ № 4 через 7 месяцев была отмечена потеря в весе на 3,17 %, а со штаммом СРБ №5- на 3,22 %, в то время как в контроле убыль составила 2,37 %.

Степень коррозии под воздействием марганецокисляющих микроорганизмов была в 2,5 -3 раза ниже, чем в контроле. При инкубации со штаммом Mn5-3 стальные пластины через 7 месяцев потеряли в весе на 5,71 %, а со штаммом Mn6-1- на 7,61 %. В контроле убыль составила 17,51%, это на 10 - 12 % больше, чем в опытных вариантах. Таким образом, сравнивая данные по убыли веса пластин при инкубации со штаммами марганецокисляющих микроорганизмов можно предположить, что образуя пленку из оксида марганца на поверхности металла, микроорганизмы тем самым препятствуют процессу коррозии в жидкой среде.

Железоокисляющие микроорганизмы также ингибировали процесс коррозии. При внесении штамма Fe3-2 пластины из стали-3 через 7 месяцев потеряли в весе на 11,5 %, а штамма Fe 4-1 - на 11,28 %, в то время как в контроле убыль составила 12,53%. Было отмечено, что в опытных вариантах, чем глубже была погружена пластинка в среду, тем быстрее проходил процесс коррозии. В контрольном варианте подобных изменений не наблюдалось. Исходя из полученных данных можно предположить, что в аэробных условиях железоокисляющие штаммы создают защитную биопленку на поверхности металла. В анаэробных условиях в результате жизнедеятель-ности те же самых микроорганизмов начинаются процессы коррозии металла. коррозия железо пластина биопленка

Таким образом, в ходе эксперимента было выявлено, что штаммы денитрифицирующих, железоокисляющих и марганецокисляющих микроорганизмов, которые являются факультатив-ными анаэробами, в жидкой среде образуют защитную биопленку на поверхности металла, которая замедляет развитие коррозийных процессов. Штаммы СРБ, которые являются строгими анаэробами, в жидкой среде способствуют ускорению процессов коррозии, образуя сульфид железа на поверхности металла.

Литература

1 Little B., Wagnerhttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0013468692851107 - aff1 P., Mansfeldhttp://www. sciencedirect.com/science/article/pii/0013468692851107 - aff2 F. An overview of microbiologically influenced corrosion // Electrochimica Acta. - 1992. - V. 37, Issue 12. - P. 2185-2194.

2 Абдрашитова С.А., Айткельдиева С.А. Микробная трансформация неорганических ионов в природных экосистемах. - Алматы, 2002. - 185с.

3 Иванов С.Н., Герасименко А.А., Плаксин Ю.В., Матюша Г.В. Микробная коррозия нефтедобывающего оборудования // Всерос. конф. "Экол. пробл. биодеградации пром. стр. матер, и отходов пр-в", Пенза, 20-21 окт.,1998: Сб. матер. - 1998. - С.55-56.

4 Purish L.M., Asaulenko L.G., Abdulina J.R., Vasil?ev V.N. and Iutinskaya G.A. Role of polymer complexes in the formation of biofilms by corrosive bacteria on steel surfaces // Appl. Biochem. And Microbiol. - 2012. - V. 48, № 3. - Р.262-269.

5 Hamilton W. Sulphate-reducing bacteria and anaerobic corrosion // Annu. Rew. Microbiol., Palo-Alto.-California. - 1985. -V.39. - P.197-217.

6 Тесля Б.М., Бурлов В.В., Чупарева И.Е. Исследование влияния микробиологического фактора на коррозию металлов и охлаждающих оборотных водах НПЗ. // Нефтепереработка и нефтехимия. - М: Химия. - 1984. - № 7. - С.31-33.

7 Притула В.В., Сапожникова Г.А., Могильницкий F.M., Агеева И.И. Защитный потенциал Ст.З в жидких культурах почвенных микроорганизмов // Защита мет. - 1987. - T.23, № 1. С. 171-173.

8 Pintado J., Montero F. Corrosion microbiologica en centrales hidroelectricas. // Rev. Iberosm. Corros y prot. - 1986. - V .17, № 5. - P. 362-367.

9 Кармалов А.И. , Филимонова С.В. Анализ причин кольматации и коррозии оборудования водозаборных скважин в условиях повышенной техногенной нагрузки // Водоснабжение и санитарная техника. - 2011. - № 9. Ч.1. - С.16-22.

10 Айткельдиева С.А.,Татаркина Л.Г., Курманбаев А.А., Баймаханова Г.Б., Нурмуханбетова А.М. Определение физико-химических и микробиологических свойств образцов грунта околотрубного пространства нефтепровода «Каракоин-Шымкент» для оценки их коррозийной агрессивности // Известия НАН РК.- Сер.биол.и мед. - 2013. - № 5. - С. 78-82.

11 Захарова Ю.Р., Парфенова В.В. Метод культивирования микроорганизмов, окисляющих железо и марганец в донных отложениях озера Байкал. // Известия РАН. Сер. Биологическая.- 2007. - №3. - С. 290-295.

12 Кузнецов С.И., Романенко В.И. Микробиологическое изучение внутренних водоемов (лабораторное руководство).- Ленинград, 1963. - 130 с.

References

1 Little B., Wagner P., Mansfeld F. Electrochimica acta. 1992, 37, 12, 2185-2194 (in Engl.).

2 Abdrashitova S.A., Ajtkeldieva S.A. Mikrobnaya transformaciya neorganicheskix ionov v prirodnyx ekosistemax, 2002, 185 (in Russ.).

3 Ivanov S.N., Gerasimenko A.A., Plaksin Yu.V., Matyusha G.V. Vseros. konf. "Ekol. probl. biodegradacii prom. str. mater, i otxodov pr-v", Penza, 1998,55-56 (in Russ.).

4 Purish L.M., Asaulenko L.G., Abdulina J.R., Vasil?ev V.N. and Iutinskaya G.A. Appl. biochem. and microbial, 2012, 48, 3, 262-269 (in Engl.).

5 Hamilton W. Annu. Rew, 1985, 39, 197-217 (in Engl.).

6 Teslya B.M., Burlov V.V., Chupareva I.E. Neftepererabotka i nefteximiya, 1984, 7, 31-33 (in Russ.).

7 Pritula V.V., Sapozhnikova G.A., Mogilnickij F.M., Ageeva I.I. Zashhita met, 1987, .23, 1, 171-173(in Russ.).

8 Pintado J., Montero F. Rev. iberosm. corros y prot, 1986, 17, 5, 362-367 (in Engl.).

9 Karmalov A.I. , Filimonova S.V. Vodosnabzhenie i sanitarnaya texnika, 2011, 9, 1, 16-22 (in Russ.).

10 Ajtkeldieva S.A.,Tatarkina L.G., Kurmanbaev A.A., Bajmaxanova G.B., Nurmuxanbetova A.M Izvestiya NAN RK, ser.biol.i med, 2013, 5, 78-82 (in Russ.).

11Zaxarova Yu.R., Parfenova V.V. Izvestiya RAN, ser. Biologicheskaya, 2007, 3, 290-295 (in Russ.).

12 Kuznecov S.I., Romanenko V.I. Mikrobiologicheskoe izuchenie vnutrennix vodoemov (laboratornoe rukovodstvo), 1963, 130 (in Russ.).

Размещено на Allbest.ru