میكروارگانیسم ها خوردگی را تشویق می كنند

خوردگی زیستی, خوردگی میكروبی, یا خوردگی تاثیرپذیر از عوامل میكروبیولوژیك می تواند به عنوان فرآیندی الكتروشیمیایی تعریف شود كه در آن میكروارگانیسم ها قادر به شروع, تسهیل یا تشویق واكنش خوردگی بدون تغییر در طبیعت الكتروشیمیایی آن هستند و البته میكروارگانیسم های متصل به سطوح كه معمولاً بیوفیلم نامیده می شوند نقش اساسی داشته و شاید شرط لازم برای انجام واكنش ها باشند

خوردگی زیستی، خوردگی میكروبی، یا خوردگی تاثیرپذیر از عوامل میكروبیولوژیك می تواند به عنوان فرآیندی الكتروشیمیایی تعریف شود كه در آن میكروارگانیسم ها قادر به شروع، تسهیل یا تشویق واكنش خوردگی بدون تغییر در طبیعت الكتروشیمیایی آن هستند و البته میكروارگانیسم های متصل به سطوح (كه معمولاً بیوفیلم نامیده می شوند) نقش اساسی داشته و شاید شرط لازم برای انجام واكنش ها باشند. برای توجیه خوردگی توسط میكروارگانیسم ها تئوری های متعددی ارائه شده اند. تعدادی از این تئوری ها پس از سال ها هنوز نیز مورد توجه محققان هستند و تعداد دیگر رد شده اند. آنچه مورد توافق همگی محققان خوردگی بیولوژیك است این است كه هیچ كدام از تئوری های ارائه شده نمی تواند فرآیند MIC را به طور دقیق توجیه كند. علم بیوتكنولوژی می تواند نقش موثری در كاهش میزان خوردگی بیولوژیك ایفا كند كه یكی از مهمترین آنها شناسایی سریع و دقیق باكتری های خورنده توسط روش هایی مانند واكنش زنجیره ای پلیمر از (PCR) است.

خسارت خوردگی برآورد شده در كشورهای پیشرفته صنعتی حدود ۴-۲ درصد تولید ناخالص ملی (GNP) آنها است ولی برای كشورهایی نظیر ایران كه معمولاً از روش های پیشگیرانه خوردگی استفاده نمی كند در بسیاری از موارد خسارت ها و هزینه های ناشی از خوردگی در قالب خرج های تعمیراتی نهفته است و میزان خسارات خوردگی می تواند تا پنج درصد تولید ناخالص ملی افزایش یابد كه بر این اساس خسارت مستقیم خوردگی ایران در سال ۱۳۷۹ معادل ۲۷۵۰۰ میلیارد ریال بوده است. این در حالی است كه با به كارگیری روش های كنترل خوردگی می توان تا میزان ۲۰ درصد از خسارات خوردگی (كه در ایران مبلغی بیش از كل بودجه تحقیقاتی می شود) كاست. لذا تلاش گسترده ای در تمام جوامع صنعتی جهت كاهش این خسارات در جریان است.

بیش از یك قرن است كه نقش میكروارگانیسم ها در خوردگی فلزات مورد توجه محققین قرار گرفته است اما به رغم این زمان طولانی هنوز نیز نقش آنها به درستی شناخته نشده است. خوردگی میكروبیولوژیك در صنایع نفت از اولین مواردی است كه توجه محققان را به خود جلب كرده است و تا مدت ها تنها مورد عملی تحقیق روی MIC یا خوردگی تحت اثر میكروارگانیسم ها محسوب می شده است. تمركز محققان روی سایر محیط ها خصوصاً محیط های دریایی سبب شناسایی بهتر MIC شد.

محققان اعلام كرده اند كه حدود ۴۰ درصد از خسارات خوردگی ناشی از خوردگی میكروبیولوژیك است. بنابراین می توان این جنبه از خوردگی را مخرب ترین نوع خوردگی دانست. این مسئله علت های مختلفی دارد كه مهمترین آنها عبارتند از:

- وجود میكروارگانیسم ها درتمام محیط ها

- عدم شناخت دقیق اثر میكروارگانیسم ها

- حساسیت اكثر آلیاژها و فلزات صنعتی

میكروارگانیسم ها قادرند به طور فعال محیط اطراف سطح فلز را تغییر داده تا فرآیند خوردگی را تسهیل كنند. شركت میكرو ب ها در خوردگی به ندرت از طریق یك مكانیسم تنها و یا تنها توسط یك گونه از میكروارگانیسم ها انجام می شود. كلنی سازی سطح فلزات توسط طیف وسیعی از ارگانیسم های هوازی معمولاً خوردگی را توسط تشكیل سلول های اختلاف دمشی و غلظتی تشویق می كند. برای توجیه خوردگی در شرایط بی هوازی و خوردگی تحت تاثیر باكتری های احیا كننده سولفات تئوری های متعددی ارائه شده است. از جمله مهمترین این تئوری ها، تئوری دپلاریزاسیون كاتدی (تئوری كلاسیك) است. تئوری دیگر تولید سولفید آهن و تشكیل زوج گالوانیكی با آهن است. برای مكانیسم خوردگی توسط گوگرد عنصری هم چند مدل پیشنهاد شده است. تئوری جدیدتر، مكانیسم تشكیل یك تركیب فسفری فرار و فعال و بسیار خورنده است كه با آهن واكنش داده و فسفیدهای آهن (مثلاً Fe۲p) به عنوان محصولات خوردگی تولید می شوند.

خوردگی یك پدیده الكتروشیمیایی است كه در آن تحت شرایط غوطه ور بودن فلز، فلز اكسیده شده و به درون محلول منتقل می شود. «واكنش آندی» واكنش «كاتدی» متعادل كننده آن احیای همزمان برخی تركیبات در محیط خورنده است. یون های فلزی در محلول ممكن است متعاقباً به صورت محصولات نامحلول رسوب یابند. این محصولات ممكن است شل یا توده ای باشند و یا ممكن است به طور محكم به سطح فلز متصل شوند و این امر ممكن است برای فلز خواص محافظت كننده نسبت به خوردگی داشته باشد و یا نداشته باشد.

همان طور كه ذكر شد تشكیل بیوفیلم شرط اصلی وقوع خوردگی میكروبی است. تجمع موجودات زنده میكروسكوپی در محیط های آبی و رشد و تكثیر آنها بر روی سطوح باعث تشكیل یك لایه بیولوژیكی چسبنده می شود كه بیوفیلم نامیده می شود. ضخامت بیوفیلم بسته به نوع موجودات زنده در شرایط محیطی متغیر است. اثرات زیانبار ناشی از تشكیل بیوفیلم عبارتند از:

۱-كاهش ضریب انتقال حرارت در مبدل های حرارتی و كندانسورها

۲- گرفتگی خلل و فرج مخازن نفتی در مراحل ازدیاد برداشت

۳- چسبیدن میكروارگانیسم ها بر روی بدنه كشتی به ضخامت ۱۰ میكرون باعث افزایش مصرف سوخت شناور از ۳/۰ درصد تا یك درصد می گردد. ضخامت های زیاد گاهی تا ۵۰ درصد مقدار مصرف سوخت را افزایش می دهند.

۴- تشكیل بیوفیلم با ضخامت ۱۰۰۰ میكرون در لوله هایی به قطر ۵/۱۲ میلی متر سبب كاهش سرعت جریان به میزان ۵۰ درصد می گردد.

۵- مقاومت به بیوسیدها (زیست كش ها)

۶- ایجاد خوردگی

۷- تجزیه و تخریب پوشش های آلی از جمله رنگ ها و پوشش های اپوكسی

• برخی از روش های عملی میكروارگانیسم ها در آغازكردن یا تشویق خوردگی

۱ -تولید متابولیت های اسیدی (مثلاً اسید سولفوریك تولید شده توسط باكتری های اكسیدكننده سولفور یا افزایش موضعی در غلظت پروتون مشتق شده از متابولیت های آلی اسیدی قارچ ها)

۲- تولید متابولیت هایی كه قادرند ویژگی های محافظتی لایه غیرآلی را كاهش داده یا بی اثر كنند. (اثر سولفیدهای بیوژنیك روی فیلم محافظ اكسید مس روی سطح آلیاژهای مس _ نیكلی)

۳- افزایش پتانسیل redox توسط فعالیت های متابولیكی كه شرایط مطلوب خوردگی را القا می كند. (مثلاً اثر آلودگی قارچی در سیستم های سوختی/ آبی)

۴ -تغییر شیب اكسیژن جهت ایجاد اختلاف دمشی (Differential aeration) _ مثلاً اثر بیوفیلم های هوازی باكتری ها روی خوردگی فولاد زنگ نزن در آب دریا

۵- حمله انتخابی باكتری ها در نواحی جوشكاری شده فلزات (حمله ترجیحی به austenite توسط گالیونلا اكسیدكننده آهن روی جوش های مركب ferrite- austenite)

۶- تسهیل شروع حفره دار شدن (Pitting) توسط اثرات اتصال میكروبی (مثلاً شروع حفره دار شدن در نقاط اتصال میسلیوم قارچیresinae.H روی آلیاژهای آلومینیوم)

۷- مصرف میكروبی بازدارنده های خوردگی (مثلاً مصرف نیترات- بازدارنده خوردگی آلومینیوم _ توسط قارچ resinae.H در سیستم های آب/ سوخت)

۸ -تخریب میكروبی پوشش های محافظ (رنگ ها _ اپوكسی _ پوشش های قیری) _ مصرف قارچی پوشش های محافظ در تانك های ذخیره سوخت

۹ -انحلال فیلم های محافظ روی سطح فلزات (مثلاً احیای محصولات خوردگی غیرآلی۳+ Fe غیرمحلول به تركیبات ۲+ Fe محلول توسط یك ویبریو دریایی

۱۰- تولید متابولیت هایی كه انرژی سطحی (Surface Energy) سطح متقابل لایه محافظ/ الكترولیت را كاهش می دهد. (تولید تركیبات سورفاكتانت كه شكستن و جدا شدن لایه های محافظ را تسهیل می كند)

• نقش بیوتكنولوژی

علم بیوتكنولوژی از طریق راه های گوناگون می تواند در كاهش پدیده خوردگی بیولوژیك نقش ایفا كند كه برخی از روش های تجربه شده در ذیل ذكر می شوند.

- استفاده از پروب های دائمی تشخیص دهنده بین خوردگی عمومی و خوردگی موضعی كه یكی از نشانه های خوردگی بیولوژیك است.

- استفاده از سیستم های جدید آنالیزكننده نویز الكترو شیمیایی.

- استفاده از پوشش هایی از تركیبات چهارتایی آمونیوم درون خطوط لوله كه موجب عدم اتصال باكتری ها به سطح می شود.

فرموله كردن بیوسید (زیست كش)های موثرتری كه خاصیت سمی كمتر داشته و برای محیط زیست نیز خطرات كمتری داشته باشند.

- ساخت بیوسنسورهای شناساگر پدیده خوردگی

ساخت كیت های PCR شناساگر ارگانیسم های خورنده كه باعث تشخیص دقیق و سریع این ارگانیسم ها می شود. باكتری های احیاكننده سولفات علاوه بر ایفای نقش در خوردگی، به خاطر تولید سولفید هیدروژن در میادین نفتی باعث كاهش كیفیت نفت خام شده و دارای قابلیت تشكیل سولفیدهای نامحلول فلزی است كه نفوذ پذیری مخازن نفتی را نیز تحت تاثیر قرار می دهد. در ضمن بسیاری از كشورهای پیشرفته از جمله ژاپن، ایالات متحده و اتحادیه اروپا مقادیر زیادی از نفت خام را به عنوان ذخیره امنیتی طی دوره زمانی طولانی مدت نگهداری می كنند و از این رو برای آنها گسترش روش های مستقیم و سریع شناسایی باكتری های SRB در نفت خام برای كنترل كیفیت مخازن نفت آنها اهمیت دارد.

رمضانعلی طاهری _ عبدالله الله وردی