(硕士论文)循环冷却水中微生物对金属腐蚀的研究.pdf

摘要
工业循环冷却水用水量巨大,采用再生水代替地表水作为补充水源,可有效
节水,然而由于再生水水质的影响,微生物产生的腐蚀、黏泥问题较为严峻。金
属腐蚀的本质是电化学反应,为了获取硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,
SRB)和铁细菌(Iron-Oxidizing Bacteria,IOB)对 Q235 碳钢腐蚀电化学行为、
碳钢挂片表面形貌以及元素成分的影响,提供解释微生物腐蚀机理的数据,采用
实验方法展开相关研究。
通过运行循环冷却水动态模拟装置,获取循环冷却水,经富集、分离、纯化
得到硫酸盐还原菌、铁细菌。分别研究了它们的生长特性,并利用 CS2350 电化
学工作站,研究了它们对 Q235 碳钢腐蚀的自腐蚀电位(开路电位)、极化电阻、
腐蚀率等电化学指标的影响;应用环境扫描电子显微镜(Environmental Scanning
Electron Microscope,ESEM)研究了微生物作用下碳钢腐蚀挂片的表面形貌、采
用 X 射线能量色散谱方法(X-ray Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)研究了
挂片元素成分变化。
电化学实验表明,SRB、IOB 均能显著降低培养液的自腐蚀电位,增大腐蚀
反应动力。与未接种的电解池相比,在促进腐蚀最显著的阶段,SRB 能使腐蚀
率达到未接种的 倍,IOB 能使腐蚀率达到未接种的 倍。在极化电阻、
腐蚀率达到稳定以后,两种菌仍能显著降低培养液的极化电阻,增加腐蚀率,其
中 SRB 能使腐蚀率升高 62%左右,而 IOB 能使腐蚀率升高 29%左右。极化曲线
表明,SRB 能改变电化学反映动力学参数βa、βc,显著影响阴极反应。交流阻抗
谱的测定结果与极化电阻曲线反映的现象一致。
直接观察碳钢挂片可以看出,SRB 能使挂片表面颜色变黑,形成凸起;而
IOB 能使挂片表面形成点蚀坑。ESEM 观察表明,两种菌都能显著改变碳钢表面
形貌,形成特殊结构。EDS 元素分析表明,SRB 能使 O、P 元素含量显著提高,
使 Fe、S 含量降低;IOB 能使 O、P、K 等元素含量均增加,C、Fe 等元素含量
减少。综上,SRB 与 IOB 能显著影响 Q235 碳钢的电化学行为、碳钢挂片表面形
貌与元素成分比例,从而促进碳钢腐蚀。

关键词:循环冷却水;微生物腐蚀;电化学;表面形貌
ABSTRACT
As is known to us, it is an effective solution to replace surface water with
reclaimed water as the make-up water in the industrial circulating cooling water
system, since the water consumption of those systems is enormous. However the
problem of Microbial Influenced Corrosion (MIC) and microbial slime would be
much more serious, considering the influence of the water quality of reclaimed water.
It is widely convinced that the nature of metal corrosion is electrochemical reaction,
so some related experimental methods were adopted to achieve these research
purposes: obtaining the way how sulfate-reducing bacteria(SRB) and iron-oxidizing
bacteria(IOB) influence the electrochemical behavior , surface morphology and
surface chemical element of Q235 carbon steel, supplying data support for explaining
the mechanism of MIC.
SRB and IOB were achieved by enriching, separating, purifying from circulating
co