Екологічні аспекти формування та функціонування корозійно небезпечних угруповань ґрунтових мікроорганізмів

Швидкість корозії досліджуваних металевих зразків (Рис.9) збільшувалася майже вдвічі за умови присутності в культуральному середовищі іонів нікелю в концентрації 0,5 мг/см3. Подальше збільшення концентрації нікелю не призводило до суттєвого підвищення зазначених показників.

Рис. 8 Вплив іонів нікелю на швидкість мікробної корозії металевих зразків

Проведені дослідження дозволяють зробити декілька висновків щодо можливих функцій гідрогеназ СВБ в корозійних процесах. Гідрогеназа здатна впливати на різні етапи корозійного процесу:

руйнування водневої плівки катодного захисту;

безпосередній вплив на поверхню металу.

Можлива акумуляція гідро-генази в позаклітинному середовищі є процесом, який обумовлює прискорення розвитку корозійних процесів у ґрунті. Подібна полі-функціональність гідрогенази дозволяє припустити, що визначення активності цього ферменту разом з визначенням чисельності СВБ здатне в повній мірі характеризувати ступінь інтенсивності біокорозійних процесів.

За умов інтенсивного розвитку ґрунтових мікроорганізмів, зокрема СВБ, загальновживані системи протикорозійного захисту виявляються низькоефективними, а часто повністю неспроможними протидіяти розвитку корозійного процесу. Плануванню заходів щодо протикорозійного захисту підземних споруд передує оцінка корозійної активності ґрунтів, яка зазвичай спирається на значення питомого електричного опору (). Даний показник з високим ступенем достовірності характеризує загальну корозійну агресивність ґрунту, однак не розкриває причин, що призводять до відповідного значення . Часто це може привести до недооцінки реальної корозійної небезпеки.

З метою вдосконалення системи попередньої оцінки агресивності ґрунтів, у відділі загальної та ґрунтової мікробіології ІМВ НАНУ був розроблений інтегральний критерій.

Загальна схема оцінки біокорозійної активності ґрунтів вздовж траси підземних нафто- газопроводів може бути поділена на два етапи:

Попередня оцінка по КА, визначеному експресом-методом.

Уточнення значень КА за даними мікробіологічного і хімічного аналізу.

Нами було проведено вивчення біокорозійної активності ґрунтів вздовж трас трубопроводів Талалаївка - Гнідинці, Качанівка - Глинськ та ГРС”Енергодар” - Дніпрорудний. Загальна кількість досліджених зразків 687.



Рис. 9 Значення критерію корозійної агресивності ґрунтів вздовж траси продуктопроводу Талалаївка - Гніденці

Порівнюючи одержані в різний спосіб значення критерію біокорозійної агресивності ґрунтів, можна констатувати, що розбіжність результатів не перевищує 20%. Розбіжність менша для ґрунтів неагресивних, слабо агресивних та потенційно агресивних. Розбіжність у визначеннях зростає для ґрунтів агресивних та дуже агресивних. Слід зазначити, що КА, обчислені для таких ґрунтів за експрес-методом, завжди перевищували значення КА, отримані на основі аналітичних методів (Рис.10).

Нормативні документи, що регламентують правила експлуа-тації підземних металевих споруд, рекомендують як мінімальний захисний потенціал -850 мВ за Cu/CuSO4 електродом, а у випадках з високим ризиком мікробноіндукованої корозії - його підвищення до -950 мВ [Booth & Tiller, 1968].

Проте можливі наслідки застосування подібних рекомендацій не простежувались. Нами в умовах лабораторного модельного досліду було досліджено вплив потенціалу катодного захисту на біологічну та корозійну активність сульфатвідновлювальних бактерій. Враховуючи, що корозія - процес поверхнево локалізований, ми досліджували поведінку як незакріплених бактерій в глибині поживного середовища, так і бактерій, що закріпилися на поверхні металу і утворили первинну біоплівку.

Підвищення гідрогеназної активності бактерій, що перебували під впливом поляризаційного потенціалу, спостерігали вже на 4 добу експозиції при потенціалі -1000 мВ. Гідрогеназна активність незакріплених бактерій, визначена після 14 діб експозиції (рис. 11) під потенціалом різного значення, збільшувалась із збільшенням потенціалу катодної поляризації і сягала максимуму при -1200 мВ. В той же час гідрогеназна активність закріплених бактерій (біоплівки) збільшувалась пропорційно збільшенню потенціалу лише до значення -900 мВ.

Рис. 10

Як видно з рис. 12, максимальна концентрація розчиненого заліза в реакційному середовищі також припадає на потенціал -1000мВ. При більш високих показниках потенціалу корозійна активність зменшуться. Такі результати надають нам підстави стверджувати, що загальнорекомен-дований діапазон потенцiалiв катодного захисту неспроможний запобігти розвитку корозійного процесу в випадках інтенсивного розвитку мiкроорганiзмiв.

На нашу думку, першопричини цієї проблеми полягають в хибних теоретичних посиланнях, що було взято за основу, а саме, прийняття за базове значення обчислення захисного потенціалу, електрорушiйно сили (е.р.с.) реакцi окислення заліза киснем в нейтральному середовищі в присутності води.

Рис. 11 Вплив потенціалу катодного захисту на корозійну активність СВБ

Але в реальних умовах експлуатацi підземних споруд корозiйнi процеси відбуваються за зовсім іншими механізмами, із використанням інших акцепторів електронів. Очевидно, що в даній ситуацi мають місце iншi електрохiмiчнi реакцi з іншими значеннями кінцевої е.р.с.

Розглянемо класичну схему катодно деполяризацi з метою визначення е.р.с. вiдповiдно корозiйно реакцi.

Враховуючи, що анодна реакція збігається з такою для аеробної корозії, приймемо значення е.р.с. для неї рівним 0,44 В. Для катодно реакцi проведемо обчислення е.р.с. вiдповiдно до рівняння Нернста, попередньо виконавши розрахунки стандартно енергi Гiбса ().

SO42- + 8H+ + 8е S2+ + 4 H 2O o = -123,07 кДж/ моль

= - o / n . F = - (-123,07) / 8 . 9,65 . 104 = 0,16 B

де: n - кiлькiсть електронів, що приймають участь в реакцi ; F - число Фарадея.

Вiдповiдно, сумарна е.р.с. реакцi катодно деполяризацi склада:

o = ан + кат = 0,44 В + 0,16 В = 0,60 В

Враховуючи те, що корозiйно активні CРБ мають активну гiдрогеназу, яка здатна неспецифічно відновлювати кисеньвмiсні анiони, ми вважали за доцільне провести аналогiчнi розрахунки для нiтратiв та фосфатів. У випадку нітрату катодна реакція набува наступного вигляду:

NO3- + 2H+ + 2e NO2- + H2O o = -162,04 кДж/ моль

i вiдповiдно

кат = - (-162,04) / 2 . 9,65 . 104 = 0,84 В

Звідси е.р.с. корозiйно реакцi, пов'язано з відновленням нiтрата, дорiвню:

o = 0,44 В + 0,84 В =1,28 В.

Катодна реакція, пов'язана з відновленням фосфату, ма вигляд:

PO43- + 11 H+ + 11 e- PH3 + 4H2O o = 95,07 кДж/моль

i вiдповiдно

кат = -0,01В, а o = 0,43 В.

Таким чином, можна скласти сворiдний ряд корозiйно активності анiонiв.

Отримані висновки справедливі стосовно кисеньвмісних аніонів. В той же час, результати багаторічних натурних мікробіологічних обстежень трас магістральних газопроводів, прокладених в різних грунтово-кліматичних зонах, дозволяють з високим ступенем достовірності стверджувати, що в солонцях чисельність, біологічна і корозійна активність СВБ значно перевершують аналогічні показники для мікроорганізмів, що знаходять в ґрунтах з помірним рівнем вмісту солі (Таблиця 4).

На відміну від кисеньвмісних аніонів у разі хлоридної корозії на початковому етапі повинна реалізовуватися стадія окислення хлоридних іонів. У загальному вигляді це можна подати наступним рівнянням:

2Cl- Cl2 + 2e 0 = -1,36 В

Очевидно, що даний процес вимагає витрат енергії. Однак ці витрати компенсуються в подальших реакціях:

2Cl2 + 2OH- +2e 4Cl- + 2H+ + O2 0 = +1,1 В

O2 + H2O + 4e 4OH-

0 = +0,4 В

Таким чином, сумарна е.р.с. хлоридної корозійної реакції становить +0,6 В, що відповідає е.р.с. сульфатної корозійної реакції. Однак, у разі хлоридної корозії має місце функціонування механізму циклічного поновлення аніону (Рис. 13).

Таблиця 4 Показники біокорозійної активності СВБ в ґрунтах різних типів

№	Тип ґрунту	Питомий ел. опір ґрунту, , Ом/м	Титр СВБ	Гідрогеназна активність, мкМ/хв мг білку
1	Коричневі (Зах. Україна)	350 - 400	101 - 103	0,05 - 0,1
2	Підзолисті (Центр. Україна)	200 - 300	102 - 104	0,1 - 0,3
3	Чорнозем (Північ. Кавказ)	30 - 100	102 - 105	0,5 - 2,0
4	Бурі лісові (Поволжжя)	5 -10	104 - 106	1,0 - 15,0
5	Солончаки гідроморфні (Казахстан)	5 -10	106 - 109	20,0 - 60,0

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12 Схема залучення хлориду до реакцій мікробно індукованої корозії

Наведені теоретичні розрахунки знайшли дослідні підтвердження при вивченні впливу різних аніонів на швидкість мікробно індукованої корозії.

Швидкість корозії сталі-3 в стерильному поживному середовищі при додатковому внесенні різних аніонів зростала відповідно до теоретичних припущень. Мінімальне збільшення швидкості корозії (20,1 мг/дм2 * добу) було зафіксоване у варіантах досліду з додатковим внесенням в поживне середовище фосфатних іонів, а максимальне (40,7 мг/дм2 * добу) - у варіантах з додаванням нітрату. У присутності додаткових кількостей хлоридного іона збільшення швидкості корозії (35,2 мг/дм2 * добу) було вищим, ніж у варіантах з сульфатом (28,0 мг/дм2 * добу), однак поступалося значенням, отриманим при додаванні нітрату.

При внесенні додаткових кількостей аніонів в середовище, на якому активно росли сульфатвідновлювальні бактерії, були зафіксовані дещо інші закономірності.

Серед кисеньвмісних аніонів зберігалася та ж тенденція, що і для результатів, отриманих при внесенні відповідних добавок в стерильне середовище. Мінімальна інтенсифікація процесу (29 мг/дм2 * добу) для PO43- іонів і максимальна (52,8 мг/дм2 * добу ) для NO3- іонів.

Рис. 13

При цьому, абсолютні максимальні значення швидкості корозії спостерігали у варіантах з додатковим внесенням хлориду (58,1 мг/дм2 * добу) (Рис.13). Отриманий результат можна розглядати як непряме підтвердження реальності функціонування механізму циклічного поновлення Cl--іонів в реакційному середовищі. При цьому повинна мати місце хлоридстимульована окси-генація середовища. Отже, можливе одночасне протікання двох взаємо-залежних корозійних реакцій. Можливо, що розрахункова е.р.с. корозії для даного випадку повинна визначаться як сума е.р.с. аеробної корозії +0,84 В і е.р.с., визначеної для анаеробної корозії з участю хлориду (+0,58В), і становити +1,42 В.

Нами була зроблена спроба прогнозування можливої швидкості корозії, що може бути досягнута при е.р.с. +1,42В. Значення швидкості корозії, що прогнозується (пунктирна ділянка на рис.14), становило 58,1 мг/дм2 * добу, що вельми близько до значення 58,8 мг/дм2 * добу, отриманому нами експериментально для біокорозійної реакції в присутності додаткових кількостей хлориду.

Отримані результати дозволяють нам розширити запропонований раніше ряд корозійної активності аніонів, який в остаточному вигляді може бути представлений як:

PO43- SO42- (O2) NO3- Cl- (Cl+O)

+ 0,43B + 0,60B + (0,84B) + 1,28B +1, 42В

В реальних умовах експлуатації підземних металевих споруд в ґрунті завжди одночасно присутні декілька з досліджуваних аніонів. Саме тому ми вважали доцільним дослідити, в який спосіб буде змінюватися корозійна активність за умови одночасної присутності декількох акцепторів електронів у реакційному середовищі.

При обчисленні теоретично можливих значень корозійних потенціалів та ймовірних швидкостей корозійної реакції ми виходили з принципу парціальності. Тобто, ми вважали, що частка кожного з доданих аніонів в результуючому значенні корозійного потенціалу пропорційна його відносній відсотковій концентрації.

В найбільш узагальненому вигляді схема, за якою ми проводили наші обчислення, може бути відображена формулою:

Рис. 14

е = 0,43[PO43-] + 0,60[SO42-] + 1,28[NO3-] + 1,42[Cl-]

З рис. 14 видно, що теоретично розраховані ймовірні швидкості корозійних реакцій та результати, отримані в ході модельного лабораторного експерименту, близькі за значеннями. Відхилення не перевищує 15%.

Факт інгібування актив-ності залізовмісних ферментів фосфатом широковідомий, а гідрогеназа, як фермент, що контролює активність процесів мікробної корозії є саме таким ферментом.

Нами було висловлено припущення, що зміна спiввiдношення складу анiонiв ґрунту в бік збільшення концентрації фосфату здатна призводити до зменшення інтенсивності процесу мікробної корозії. Інакше кажучи, фосфатний іон (PO43-), при залученні його в якості неспецифічного акцептора водню до процесів мікробної корозії, відіграє роль додаткового, нестандартного, засобу антикорозійного захисту. Але, слід зважати і на те, що в залежності від значення рН середовища фосфатний іон може існувати в гідрофосфатній (HPO42-) та дигідрофосфатній (H2PO4-) формах. Тому ми вважали за доцільне визначити вплив різних форм фосфатів саме на гідрогеназну та корозійну активність мікроорганізмів.

Проведені теоретичні розрахунки дозволили зробити припущення, що додаткове внесення HPO42- та H2PO4- до реакційного середовища здатне спричиняти протикорозійний ефект.

Максимального захисного ефекту можна досягнути у випадку, коли весь фосфат перебуває в формі H2PO4-, що відповідає значенням рН близьким до 5,0. Із зміщенням рН у лужний бік захисний ефект зменшується і сягає мінімуму при рН 10,0 (100% фосфатів у формі HPO42-).

Захисний ефект в діапазоні рН від 5,0 до 10,0 змінюється в залежності від співвідношення форм фосфатів.

На рис. 16 порівнюються значення теоретично розрахованої можливої швидкості корозії та швидкості корозії, отриманої за результатами лабораторного модельного досліду. Як видно з рисунку, розрахункові та дослідні дані близькі. Розбіжності не перевищують 15-17% , що надає нам підстави стверджувати відповідність обраного нами методу аналізу природному ходу розвитку корозійних процесів, що ініціюються СВБ у ґрунті.



Рис. 15 Теоретичні та дослідні значення швидкості мікробної корозії при використанні суміші різних форм фосфатів в якості акцептора електронів

Як і було нами передбачено, інтенсивність корозійних процесів в такий системі зменшується у залежності від співвідношення між іонами HPO42- та H2PO4-, тобто спостерігається певний антикорозійний ефект. Максимальне значення подібного ефекту - 34% - спостерігали за умови, коли весь фосфат перебуває у формі H2PO4-.

Підсумовуючи результати наших досліджень, можна висловити передбачення, що захисний ефект, який досягається при збільшенні концентрації гідрофосфатів з одночасним зсувом рН ґрунту, що контактує з поверхнею металевої споруди, в кислий бік, може стати основою розробки нових нетрадиційних екологічно безпечних методів протикорозійного захисту.

Потреба в додаткових засобах протидії МІК є беззаперечною. Таку функцію можуть виконувати інгібітори корозії, які, окрім блокування електрохімічних корозійних реакцій, здатні пригнічувати розвиток та біологічну активність корозійно небезпечних груп мікроорганізмів.

Нами було досліджено вплив чотирьох інгібіторів корозії серії КХО, розроблених та впроваджених у виробничу практику Фізико-механічним інститутом НАНУ м. Львів, на біологічну активність тіонових та сульфатвідновлювальних бактерій. Досліджувані інгібітори відносяться до похідних піридину і різняться за типами додаткових радикалів та за фізичними властивостями, зокрема, за розчинністю в воді та органічних розчинниках. Як показали наші дослідження з ацидофобними тіоновими бактеріями Thiobacillus thioparus шт.61, максимально ефективним виявився інгібітор КХО-2, якій повністю пригнічував ріст бактерій при концентрації 0,4 г/дм3. Меншу активність виявляли інгібітори КХО та КХО-6, які виявляли бактерицидні властивості в концентрації 1,2 - 1,3 г/дм3. Інгібітор КХО-5 був здатним пригнічувати ріст ТБ лише в концентрації вище за 2 г/дм3.

Ефективність дії інгібіторів серії КХО на СВБ визначали за ступенем блокування гідрогеназної реакції. Всі вивчені інгібітори повністю пригнічували гідрогеназну реакцію в концентрації 0,1 г/дм3. Ферментативна активність не відновлювалась при збільшенні концентрації водню або НАД в тест-системі. Швидкість корозії сталевих пластин під впливом бактерій складала 22,15 мг/дм2 * добу, в стерильному середовищі - 14,31 мг/дм2 * добу.

Присутність інгібітору зменшувала швидкість корозії до 11,72 мг/дм2 * добу. Загальна концентрація розчинних форм заліза в реакційному середовищі в присутності інгібітору зменшувалась до 0,65 мг/см3 у порівнянні з 1,77 мг/см3 в середовищі без інгібітору.

Можна зробити висновок, що інгібітори корозії серії КХО виявляють чітко визначені бактерицидні властивості і можуть застосовуватися як ефективний додатковий протикорозійний засіб у випадках інтенсивної мікробноіндукованої корозії.

Бетонні, залізобетонні конструкції та споруди, що експлуатуються в агресивних водонасичених або рідких середовищах, зазнають постійної руйнівної дії бактерій циклу сірки і азоту.

При мікробіологічному обстеженні продуктів корозії залізобетону каналізаційних колекторів, нами були виділені значні кількості бактерій циклу сірки і азоту. Найбільш поширеними були ацидофобні (Thiobacillus denitrificans) і ацидофільні (Th. ferrooxidans і Th. thiooxidans) тіонові бактерії. Thiobacillus thioparus виявлений тільки в контрольних зразках.

З цих же зразків виділено сульфатвідновлювальні бактерії, а також значна кількість амоніфікувальних бактерій, які продукують аміак і вуглекислий газ, які також впливають на корозійні процеси.

Нами було досліджено захисний вплив по відношенню до арматури залізобетонних зразків таких інгібіторів корозії і захисних покриттів: інгібітори корозії корсол, пірхін, нефган і кремнійорганічне покриття КО-ФМІ, отримані від Фізико-механічного інституту НАН України (м. Львів), а також епоксікремнійорганичні покриття (1с, 2б, 3ж, 4ск) від Національного технічного університету "КПІ", кафедра хімічної технології полімерних і композиційних матеріалів.

Критеріями оцінки ефективності дії захисних покриттів були блокування виходу в розчин іонів Fe3+ з арматури і Ca2+ з цементного каменю. У контролі з незахищеною арматурою кількість Fe3+ - іонів становила 8,8 мг/дм3.

Мінімальне розчинення сталі та перехід в середовище Fe3+ спостерігалися в присутності покриттів 4ск, 1с і інгібітору корозії - корсол. Досліджені інгібітори корозії та захисні покриття можна розташувати в порядку зниження їх ефективності блокування виходу Fe3+ в середовище наступним чином:

4ск > 1c > корсол >3ж >2б > пірхін > КО-ФМІ

Ті ж самі препарати по іншому впливали на швидкість накопичення в розчині Ca2+-іонів з тіла бетону. Інгібітори корозії корсол, пірхін, покриття 2б і КО-ФМІ знижували швидкість виходу кальцію з бетонних зразків в розчин на 19,5-63,6% відносно контролю. Нефган і 4ск виявляли незначну захисний вплив на цей процес.

Виходячи з наведених результатів, можна вважати, що найбільш перспективним для практичного застосування при протикорозійному захисті залізобетонних споруд є інгібітор корсол, хоча він дещо поступається покриттю 4ск за активністю блокування розчинення заліза, проте є беззаперечним лідером відносно впливу на інтенсивність розчинення кальцію.

Висновки

У дисертаційній роботі експериментально досліджено та теоретично обґрунтовано механізми формування та функціонування корозійноактивних угруповань ґрунтових мікроорганізмів під впливом техногенних факторів (великомасштабне підземне будівництво). Запропоновано нові критерії контролю за розвитком біокорозійних процесів, визначення яких дозволить попереджувати техногенні аварії на магістральних нафто- та газопроводах і здійснювати довгострокові прогнози розвитку корозійної ситуації на етапі проектування підземних споруд. На підставі результатів мікробіологічних, біохімічних та термодинамічних досліджень встановлено, що ключовим ферментом, який регулює еколого-трофічну взаємодію між бактеріями корозійно активного угруповання, є нікельвмісна гідрогеназа.

Формування корозійноактивних угруповань ґрунтових мікроорганізмів слід розглядати як екологічну відповідь на зростання техногенного навантаження (підземне будівництво, промислове та побутове забруднення довкілля). Мікробна корозія може розглядатися як своєрідна реакція відторгнення ґрунтом чужорідних матеріалів. Особливо інтенсивно ці процеси відбуваються за умов підвищеної температури та вологості (збільшення питомої швидкості росту мікробіоти майже в 3 рази, а ферментної активності - до 10 разів).

Корозійноактивні угруповання ґрунтових мікроорганізмів мають якісно сталий видовий склад. Обов'язковими складовими є Desulfovibrio desulfuricans, Thiobacilus thioparus та Stenotrofomonas maltophilia. Виявлено сінергічний ефект при спільній дії корзійноактивних бактерій декількох систематичних груп. При спільному впливі на метал Desulfovibrio desulfuricans та Thiobacilus thioparus швидкість корозії на 30% перевищує суму швидкостей корозії, що зафіксовані при індивідуальному вирощуванні цих культур. Введення в дослідну корозійну систему клітин Stenotrofomonas maltophilia підвищує цей показник до 60%.

Сталість видового складу корозійноактивного угруповання мікроорганізмів базується на взаємозабезпеченні складових ценозу енергетичними еквівалентами за рахунок реалізації механізму міжвидового транспортування водню, а також за рахунок синтезу специфічних ростових субстратів, а саме цистеїну, метионину, серину, форміату і ацетату.

Вперше розроблено та захищено авторським свідоцтвом спосіб оцінки ступеню корозійних руйнувань підземної споруди без її поверхневого огляду. Спосіб базується на кількісному визначенні вмісту зазначених вище мікробних метаболітів у прилеглих до споруди ґрунтах.

Швидкість біокорозійних процесів значною мірою визначається питомою швидкістю росту бактерій, з яких формується біоплівка на поверхні металевої споруди. Більш висока питома швидкість росту призводить до прискореного скорішого старіння біоплівки, початку її руйнації та утворенню додаткових концентраційних електрохімічних комірок.

Вперше одержано прямі підтвердження регуляторної функції ферменту гідрогенази в процесах мікробної корозії. Показано, що швидкість корозійних процесів прямо пропорційна концентрації та рівню активності гідрогенази [Fe-Ni]- типу в реакційному середовищі.

Визначено, що підвищення концентрації іонів Ni2+ в реакційному середовищі сприяє прискоренню дозрівання корозійної біоплівки за рахунок скорочення тривалості лаг-фази і, як наслідок цього, активізації корозійних процесів.

Визначено, що у випадку підвищеного вмісту в ґрунті хлорид-іонів корозійно небезпечні угруповання мікроорганізмів здатні послідовно здійснювати реакції, які призводять до виділення молекулярного кисню, внаслідок чого значно прискорюється швидкість корозії. Таке прискорення відбувається за рахунок одночасної реалізації аеробного та анаеробного корозійних процесів.

Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено, що внаслідок неспецифічності гідрогенази щодо акцептора електронів, вибір ефективних значень потенціалу катодного захисту залежить від складу аніонів ґрунту, в якому експлуатується споруда. Запропоновано формулу визначення ефективних параметрів катодного захисту:

При застосуванні інгібіторного захисту підземних металевих комунікацій від мікробної корозії перевагу слід надавати інгібіторам, які здатні блокувати активний центр гідрогенази за неконкурентним механізмом (КХО-2, корсол).

Зміщення співвідношення аніонів в ґрунті довкола підземних металевих споруд в бік підвищення концентрації гідрофосфату та дигідрофосфату призводить до зменшення швидкості біокорозійного процесу на 30% і може бути застосовано як додатковий засіб антикорозійного захисту підземних споруд.

Механізм міжвидової передачі водню, що поєднує шляхи перетворення вуглецевого субстрату, транспортування електронів для синтезу відновлювальних еквівалентів та регенерації акцепторів електронів, є енергетичною основою спільного функціонування складових частин корозійно небезпечного угруповання ґрунтових мікроорганізмів, яка формується під впливом техногенних навантажень.

Перелік робіт, опублікованих за темою дисертації

Статті у наукових виданнях

1. Коррозия стали в грунте под действием бактерий цикла серы / Н.С. Антоновская, А.И.Пиляшенко-Новохатный, И.А. Козлова, Е.И. Андреюк // Микробиол. журн. -- 1985. -- Т. 47, №3 -- С. 13--18. (Дисертантом самостійно проведені дослідження по визначенню гідрогеназної активності чистих та змішаних культур, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису ).

2. Влияние корродируемой стали на численность и биологическую активность бактерий цикла серы в грунте / Н.С. Антоновская, А.И. Пиляшенко-Новохатный, И.А .Козлова, Е.И. Андреюк // Микробиол. Журн. -- 1985. -- Т. 47, №4 -- С. 6--10. (Дисертантом самостійно досліджена активність утворення сірководню, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

3. Бактерицидные свойства ингбиторов коррозии серии КХО по отношению к бактериям цикла серы / А.И. Пиляшенко-Новохатный, Н.С. Антоновская, И.А. Козлова, Е.И. Андреюк // Микробиол. Журн. -- 1985. -- Т. 47,№ 6 -- С. 101--102. (Дисертантом самостійно встановлено, що використані інгібітори порізному впливають на тіонові та сульфатвідновлювальні бактерії, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

4. Пиляшенко-Новохатный А.И. Метод определения гидрогеназной активности коррозионно опасных групп микроорганизмов / А.И. Пиляшенко-Новохатный // Микробиол. журн. -- 1986. -- Т. 48, № 5 -- С. 87--88.

5. Исследование микробиологической коррозии магистральных газопроводов и рекомендации по рациональной защите от нее / Е.И. Андреюк, И.А.Козлова, Ж.П. Коптева и др. // ЭИ ВНИИ газпрома, Газовая промышленность. -- сер. «Транспорт и подземное хранение газа» - Отечественный производственный опыт -- Экспресс-информация -- М. -- 1986. -- вып. 12 -- С. 12--15. (Дисертантом особисто обстежено стан газопроводів, було проведено відбір зразків для лабораторних досліджень, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

6. Вплив катодної поляризації металу на біологічну активність сульфатредукуючих бактерій / К.І. Андрєюк, Н.С. Антоновська, А.І. Піляшенко-Новохатний та інші. // Доп. АН УССР, сер. Б -- 1987. №1 -- С. 60--62. (Дисертант особисто розробляв полярографічні методи визначення концентрації розчинного заліза та свинцю, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

7. Пиляшенко-Новохатный А.И. Возможные функции гидрогеназы сульфатредуцирующих бактерій, связанные с процессами подземной коррозии / А.И. Пиляшенко-Новохатный //Микробиол. журн. -- 1989. -- Т. 51, № 2 -- С. 53--55.

8. Ферросфера - зона взаимодействия микроорганизмов и метала в подземной среде / Е.И. Андреюк, А.И. Пиляшенко-Новохатный, Н.С. Антоновская, И.А. Козлова // «Актуальные проблемы биологических повреждений и защиты материалов, изделий и сооружений» -- М. : Наука -- 1989. -- С. 155--165. (Дисертант самостійно провів дослідження зміни ферментної активності бактерій в залежності від відстані до металу, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

9. Скорость роста и гидрогеназнаяя активность бактерий - возбудителей коррозии / А.И. Пиляшенко-Новохатный, А.Е. Коптева., И.А. Козлова, Е.И. Андреюк // Микробиол. журн. -- 1992. -- Т. 54, №5 -- С. 48--53. (Дисертант особисто проводив визначення кінетичних параметрів росту бактерій, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису ).

10. Влияние техногенных факторов на микробное сообщество грунтов / Л.М. Пуриш, А.М. Рожанская, А.И. Пиляшенко-Новохатный, И.А. Козлова // Мікробіол. журн. -- 1996. -- Т. 58, № 3 -- С. 17--24. (Дисертантом особисто відібрано зразки екологічно чистих та техногенно забруднених ґрунтів та визначено в них концентрацію розчинного заліза, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

11. Методи оцінки біокорозійної активності і виявлення наявності мікробної корозії на поверхні металевих споруд : ДСТУ 3291-95 [Чинний від 1997-01-01]. -- К. : Держспоживстандарт України 1996. -- 28с. (Національний стандарт України). (Дисертант запропонував метод виявлення вогнищ біокорозії без розкопування масиву труби, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

12. Влияние техногенного загрязнения на аборигенную микрофлору верхнепалеогеновіх отложений Киевского Придніпров'я / Л.М. Пуриш, A.M. Рожанская, А.И. Пиляшенко-Новохатный та інші // Микробиол. журн. -- 1997. -- Т. 59, № 3. -- С. 21--27. (Дисертант особисто відбирав зразки екологічно чистих та техногенно забруднених ґрунтів, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

13. Pilyashenko-Novokhatny А.І. Microbial metabolites as indicators of corrosion activity of soils / А.І. Pilyashenko-Novokhatny, A.M. Rozhanskaya, І.A. Kozlova // Мікробіол. журн. --1997. -- Т. 59, № 5. -- С. 62--66. (Дисертант особисто розробив метод визначення ступеню руйнації металу споруди в залежності від якісного складу продуктів життєдіяльності ґрунтових бактерій, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

14. Влияние гидрогеназной активности бесклеточного экстракта сульфатредуцирующих бактерий на скорость коррозии малоуглеродистой стали / А.И. Пиляшенко-Новохатный, Л.М. Пуриш, В.А. Швец и др.// Мікробіол. журн. -- 1999. -- Т. 61, № 3. -- С. 52--56. (Дисертантом досліджено особливу важливість нікельвмісних гідрогеназ в процесах МІК, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

15. Пиляшенко-Новохатный А.И. Расчет значений потенциала катодной защиты в условиях микробноиндуцируемой коррозии. / А.И Пиляшенко-Новохатный // Практика противокоррозионной защиты. -- 1999. -- №4. -- С. 22--24.

16. Образование микробных сообществ на поверхности защитных покритий / Ж.П. Коптева, В.В. Занина, А.И. Пиляшенко-Новохатный и др. // Мікробіол. журн. -- 2001. -- Т. 63, №2. -- С. 3--9. (Дисертантом проведено визначення гідрогеназної активності досліджуваних мікроорганізмів, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

17. Оценка биокоррозионного состояния железобетона наземных промышленных конструкцій / А.М. Рожанская, А.И. Пиляшенко-Новохатный, Л.М. Пуриш и др. // Мікробіол. журн. -- 2001, №3. -- С. 71--77. (Дисертантом проведено відбір зразків бетону в природних умовах, визначена інтенсивність вилужування кальцію під впливом бактерій та ферментна активність БЦС, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

18. Піляшенко-Новохатний А.І. Вплив аніонного складу ґрунту на швидкість мікробно індукованої корозії / А.І. Піляшенко-Новохатний, Л.Г. Асауленко // Наук. вісник УжНУ. -- сер. "Біологія". -- 2001. -- №10. -- С. 182--183. (Дисертантом на основі даних експерименту визначено ряд корозійної активності аніонів, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

19. Біоплівка і мікробноіндукована корозія / І.О. Козлова, Ж.П. Коптєва, В.В. Заніна та інші // Вісник ОдНУ. -- 2001. -- Т. 6. -- вип.4. -- С. 169--172. (Дисертантом отримані дослідні результати, що склали базу гіпотетичної моделі корозії в біоплівці, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

20. Пиляшенко-Новохатный А.И. Возможные подходы к корректировке значений потенциала катодной защиты в условиях микробно индуцируемой коррозии / А.И. Пиляшенко-Новохатный // Агроекологічний журнал. -- 2002, № 3. -- С. 66--67.

21. Ферросфера - зона формирования коррозионноактивного сообщества микроорганизмов / Е.И. Андреюк, А.И. Пиляшенко-Новохатный, Н.С. Антоновская, И.А. Козлова // Доповіді HAH України. -- 2002, № 3 -- С. 157--161. (Дисертантом отримані докази важливості гідрогенази в корозійних процесах, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

22. Андрєюк К.І. Можливі принципи взаємодії мікроорганізмів, що складають корозійнонебезпечні сукупності / К.І. Андрєюк, А.І. Піляшенко-Новохатний // Доповіді НАН України. -- 2002, № 4. -- С. 173--176. (Дисертантом запропоновано схему взаємозвязків бактерій, що утворюють корозійнонебезпечну сукупність, приймав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

23. Пиляшенко-Новохатный А.И. Влияние различных анионов на скорость микробно индуцированной коррозии // А.И. Пиляшенко-Новохатный, Л.Г. Асауленко // Мікробіол. журн. -- 2002. -- Т. 64, № 6. -- С. 60--64. (Дисертантом, на основі даних експерименту, визначено ряд корозійної активності аніонів, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

24. Пиляшенко-Новохатный А.И Возможные механизмы интенсификации процессов микробно индуцируемой коррозии / А.И. Пиляшенко-Новохатный // Вісник Київського Університету ім. Тараса Шевченка. -- Біологія. -- 2003. -- вип. 39--41. -- С. 56.

25. Влияние защитных материалов на микробно индуцируемую коррозию арматуры железобетонных конструкций / Ж.П. Коптева, В.В. Занина, Л.М. Пуриш та інші // Мікробіол.журн. -- 2004. -- Т. 66, №5. -- С. 68--75. (Дисертантом проведено порівняльний аналіз впливу інгібіторів корозії на ферментну активність БЦС, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

26. Пиляшенко-Новохатный А.И. Расчет значений потенциалов катодной защиты в условиях микробно индуцируемой коррозии / А.И. Пиляшенко-Новохатный // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. -- 2005, № 1. -- С. 69--72.

27. Мікробна корозія підземних споруд. / [Андрєюк К.І., Козлова І.П., Коптєва Ж.П. та інші], -- К. : Наукова думка, 2005. -- 259с. (На основі власних експерементальних даних дисертантом особисто написаний розділ в монографії).

28. Протасова М.О. Вплив індивідуальних та змішаних культур бактерій циклу сірки на корозію маловуглецевої сталі / М.О. Протасова, А.И. Піляшенко-Новохатний, І.П. Козлова // Науковий вісник Чернівецького Університету -- вип. 297, Біологія, -- 2006. -- С. 189--193. (Дисертантом визначалась ферментна активність культур, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису).

29. Биокоррозия металлов / И.А. Козлова, А.И. Пиляшенко-Новохатный, Н.Н. Жданова, А.Г. Субота // Неорганическое материаловедение. К. : Наукова думка, 2008. -- Т. 1. -- С. 675--690. (Дисертантом написана та частина статті, що стосується біохімічних особливостей агентів мікробної корозії).

30. Геохімічна діяльність мікроорганізмів та її прикладні аспекти / [І.П. Козлова, О.С. Радченко, Л.Г. Степура та інші] // К. : Наукова думка, 2008. -- 564с. (Дисертантом в співавторстві з І.П.Козловою написав розділ 10).

31. Піляшенко-Новохатний А.І. Вплив іонів нікелю на корозійно активну асоціацію бактерій циклу сірки / А.І. Піляшенко-Новохатний, М.О. Борецька // Мiкробіол. журн. -- 2009. -- Т. 71, № 1, -- С. 46--49. (Дисертант самостійно спланував дослідження та провів визначення кінетичних параметрів корозійної реакції, брав участь в обговоренні та оформленні рукопису)

Патенти

32. А. с. 1687607 СССР, МКИ3 C 12 N 1/20, C 23 F 13/00, C 12 Q 1/02. Способ диагностики состояния подземных металлических сооружений / О.М. Печорин, Н.А. Ишутин, Е.В Егоров и др.(СССР). -- № 4699697/13 ; заявл. 02. 06. 89 ; опубл. 30. 10. 91. Бюл. № 40. (Дисертантом особисто запропонована оцінка ступеню корозійних пошкоджень в залежності від складу ґрунтових газів. Брав участь у підготовці матеріалів до патентування).

Матеріали наукових конференцій

33. Микробиологическая коррозия сталей и бетонов : Резюмета на докладите [Шести конгрес по микробиология], (Варна-Дружба, 13-15 октомбри 1985) / Варна - Дружба, 1985. -- С. 359--360.

34. The effect of underground's metal buildings on formation of corrosively active microbial community: Abstracts. [Fourth Int. Symp. of microbial ecology], (Ljubljana, Yugoslavia, Aug. 24-29, 1986) / ICOME Conference -- Ljubljana, 1986. -- P. 122.

35. Пространственное распределение микробных метаболитов в грунте траншей газопроводов: Тезисы докладов [Третья Всесоюз. конф. по биоповреждениям], (Москва, 1987) / М. : Наука, 1987. -- часть 1. -- С. 166.

36. The possible mechanism of formation of corrosively active microbial community: Abstracts [10th Cong. of the Hungarian Soc. of Microb.], (Szeged, Hungary, 1987) / Szeged , 1987. -- P. 30.

37. Ecological and biochemical aspects of corrosion of underground construction: [10th Int. Congr. Metal. Corros.], (Madras, 7-11 Nov., 1987) / J. Electrochemical. -- 1987. -- V. 1 - P. 704--709.

38. Changes in the composition of microbial communities the process of corrosion of reinforced concrete construction: [10th Int. Congr. Metal. Corros.], (Madras, 7-11 Nov., 1987) / J. Electrochemical. -- 1987. -- V. 1 -- P. 713--716.

39. Роль гидрогеназы бактерий цикла серы в процессах подземной коррозии металлических сооружений : Тезисы докладов [Всесоюз. конф. “Прогрессивные методы и средства защиты металлов от коррозии”], (Москва, 1988) / Совет по биоповреждениям АН СССР. -- М. : Наука, 1988. -- ч. 1, -- С. 180--181.

40. Microorganism growth rate as criteria for the estimation of corrosive activity of technogenous ecosystems: Abstracts [5th Int. Symp. on Microb. Ecology], (Kyoto, Japan, August 27-September 1, 1989) / Kyoto, 1989. -- part 4--16. -- P. 125.

41. Ферросфера - зона повышенной коррозионной активности бактерий цикла серы: Тезисы докладов [VII съезд УМО], (Черновцы, 1989) / Черновцы : Чернівецький Держ. Універ., 1989. -- ч. 1. -- С. 172.

42. Изучение ростовых характеристик коррозионно опасных бактерий и их ассоциаций: Тезисы докладов [VIIсъезд УМО], (Черновцы, 1989) / Черновцы : Чернівецький Держ. Універ., 1989. -- ч. 1. -- С. 178.

43. Ферросфера как результат биогеохимической деятельности бактерий в условиях техногенеза: Тезисы. [9й Междунар. симп. по биогеохимии окружающей среды], (Москва, 1989) / М. : Наука, 1989. -- С. 135.

44. Вплив гідрогенази сульфатредукуючих бактерій на швидкість корозії металів: Матеріали конф. [”Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів”], (Львів, 1994 р.) / Л. : Фізико-механічний інститут ім. Карпенко, 1994. -- С. 40.

Біохімічні підходи до прогнозування біокорозійної ситуації підземного середовища: Матеріали конф. [“Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів”], (Львів, 1996) / Л. : Фізико-механічний інститут ім. Карпенко, 1996. -- С. 41--42.

Influence of sulfate reducing bacteria hydrogenase on the rate of microbial corrosion: Abstracts [Eurocorr'96], (Nice, France, 24-26 Sept. 1996) / ECC, 1996. -- P. 132.

Стратегія вивчення мікробно індукованої корозії: біоплівки, їх формування і функціонування: матеріали VІ міжнародної конференції-виставки [“Проблеми корозії і протикорозійного захисту матеріалів"], (Львів, 1998) / Л. : Фізико-механічний інститут ім. Карпенко, 1998. -- C. 325--328.

Теоретическое обоснование выбора диапазона потенциала катодной защиты подземных трубопроводов: матеріали VI міжнародної конференції-виставки ["Проблеми корозії і протикорозійного захисту матеріалів"], (Львів, 1998) / Л. : Фізико-механічний інститут ім. Карпенко, 1998. -- C. 439-441.

Можливий розподіл функцій між складовими корозійнонебезпечної сукупності мікроорганізмів в загальному процесі мікробно індукованої корозії: Спец. випуск журналу "Фізико-хімічна механіка матеріалів" [Проблеми корозії і протикорозійний захист конструкційних матеріалів], (Львів, 2000) / Л. : Фізико-механічний інститут ім. Карпенко, 2000. -- Т. 2. -- С. 564--567.

Мікробно індукована корозія у біоплівці як біогеохімічний процес: Спец. випуск журналу "Фізико-хімічна механіка матеріалів" [Проблеми корозії і протикорозійний захист конструкційних матеріалів], (Львів, 2002) / Л. : Фізико-механічний інститут ім. Карпенко, 2002. -- Т. 2, № 3 -- С. 714--717.

Вплив сполук хлору різної валентності на швидкість мікробно індукованої корозії: Спец. випуск журналу "Фізико-хімічна механіка матеріалів" [Проблеми корозії і протикорозійний захист конструкційних матеріалів], (Львів, 2002) / Л. : Фізико-механічний інститут ім. Карпенко, 2002. -- Т. 2, № 3 -- С. 718--720.

Protection against МІС: Bioresistance: Papers [15 Int. Corr. Cong., Frontiers in corrosion science and technology], (Granada, Spain, 22-27 Sept. 2002) / Granada, 2002. -- V. 2. -- P. 582--591.

Forming mechanisms of corrosively active microorganisms communities: Book of abstracts [Eurocorr'2003], (Hungary, 28 Sept.- 2 Okt. 2003) / ECC, 2003. -- P. 207.

Расчет значений потенциала катодной защиты в условиях микробно индуцируемой коррозии: Матеріали міжнародної науково-практичної конф. ["Захист від корозії і моніторинг залишкового ресурсу промислових будівель, споруд та інженерних мереж"], (Донецьк, 9-12 червня 2003 р.) / Укр. асоціація металевих конструкцій, 2003. -- C. 146--152.

Мікробна корозія індукована сульфатредукуючими бактеріями як процес біомінералізації: Тези доповідей [Х з'їзд ТМО України], (Одеса, 15-17 вересня 2004 р.) / Астропрінт, 2004. -- С. 190.

Possible causes lowering effectiveness of cathode protection in conditions of microbial induced corrosion: Abstracts of papers [Eurocorr'2004], (Nice, France, 2004) / ECC, 2004. -- 10-P-165. -- P. 275.

Мікробно індукована корозія в біоплівці як модельна система у вивченні метал - мікробної взаємодії: Спец. випуск журналу "Фізико-хімічна механіка матеріалів" [Проблеми корозії і протикорозійний захист конструкційних матеріалів], (Львів, 2004) / Л. : Фізико-механічний інститут ім.. Карпенко, 2004. -- № 4. -- C. 817--820.

Екзополімери бактерій-деструкторів захисних покриттів: Спец. випуск журналу "Фізико-хімічна механіка матеріалів" [Проблеми корозії і протикорозійний захист конструкційних матеріалів], (Львів, 2004) / Л. : Фізико-механічний інститут ім.. Карпенко, 2004. -- № 4. -- C. 725--729.

Principles of selection effective value of cathode protection potential in cases of active development of microbial corrosion: Abstracts of papers [Eurocorr'2005], (Lisbon, Portugal, 4-8 September 2005) / ECC, 2005.-- P. 163.

Causes lowering effectiveness of cathode protection in conditions of microbial induces corrosion: Abstracts [13 International Biodeterioration And Biodegradation Symposium], (Madrid, Spain, 4-9 Sept. 2005) / 13 IBBS, 2005. -- P. 19.

Peculiarity of mild steel corrosion, induced by aggressive sulfur cycle bacterium association: Abstracts [16 International Corrosion Congress], (Beijing China, Sept. 19-24, 2005) / ICC, 2005. -- 05-SRB-09.

Інтенсивність корозійного розчинення маловуглецевої сталі в залежності від архітектоніки біоплівки: Спец. випуск журналу "Фізико-хімічна механіка матеріалів" [Проблеми корозії і протикорозійний захист конструкційних матеріалів], (Львів, 2006) / Л. : Фізико-механічний інститут ім.. Карпенко, 2006. -- № 5. -- C. 906--910.

Influence of chlorine compound of different valence on the rate of microbial induced corrosion: Abstracts of Congress [Eurocorr 2006], (Maastricht, The Netherlands, 2006) / ECC, 2006. -- P. 234.

Influence of nickel ions on corrosively active association of sulfur cycle bacterium: Abstracts [6 Latino-America Biodeterioration Symposiums], (Bogota, Colombia, 1-4 May 2007) / LABS, 2007. -- P. 238.

Hydrophosphates as a protection factor of MIC: Abstracts [14 International Biodeterioration And Biodegradation Symposium], (Messina, Italy, 7-12 October 2008) / 14 IBBS, 2008. -- P. 146.

Анотація

Піляшенко-Новохатний А.І. Екологічні аспекти формування та функціонування корозійно небезпечних угруповань ґрунтових мікроорганізмів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Одеський національний університет імені І. І. Мечникова МОНМС України. - Одеса, 2011.

Дисертація присвячена вивченню механізмів формування та функціонування корозійноактивних угруповань ґрунтових мікроорганізмів, а також пошуку критеріїв оцінки потенційної корозійної небезпечності ґрунтів в реальних умовах експлуатації підземних споруд. Досліджено вплив техногенних навантажень на зміни кількісного та якісного складу мікробних угруповань ґрунтів, прилеглих до підземних металевих споруд.

Вперше запропоновано можливий розподіл функцій між групами мікроорганізмів, які складають корозійнонебезпечне угруповання, в загальному корозійному процесі. Виявлено трофічні механізми, за рахунок яких можливе підтримання якісно сталого складу угруповання мікроорганізмів та високого рівня швидкості біокорозійного процесу. Доведено, що ступінь корозійних руйнувань підземних споруд може бути оцінений без розкопування об'єкту та проведення поверхневого огляду, а базуючись лише на визначенні складу мікробних метаболітів в прилеглих ґрунтах. Виявлено синергічний ефект при спільній дії корозійно активних бактерій декількох систематичних груп (сульфатвідновлювальних бактерій, тонових бактерій, бактерій роду Pseudomonas).

Встановлено, що рівень активності гідрогеназ сульфатвідновлювальних бактерій визначає інтенсивність процесів мікробної корозії. Вперше показано, що з трьох відомих для сульфатвідновлювальних бактерій типів гідрогеназ, саме наявність гідрогенази [Fe-Ni]- типу визначає рівень швидкості біокорозійних процесів.

Вперше теоретично обґрунтовано і дослідно підтверджено, що вибір значення величини потенціалу катодного захисту залежить від складу аніонів ґрунту, в якому експлуатується споруда. Запропоновано формулу визначення ефективних параметрів катодного захисту з урахуванням відносної концентрації ґрунтових аніонів.

Визначено вимоги щодо властивостей інгібіторів, які можуть застосовуватись для захисту підземних металевих комунікацій від мікробної корозії.

Ключові слова: техногенні мікробні угруповання, мікробна корозія, бактерії циклу сірки, біоплівка, мікробні метаболіти, гідрогенази, катодний захист.

Аннотация

Пиляшенко-Новохатный А.И. Экологические аспекты формирования и функционирования коррозионно-опасных сообществ почвенных микроорганизмов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. - Одесский национальный университет имени И.И. Мечникова МОНМС Украины. - Одесса, 2011.

Диссертация посвящена изучению механизмов формирования и функционирования коррозионно-активных сообществ почвенных микроорганизмов, а также поиску критериев оценки потенциальной коррозионной активности грунтов в реальных условиях эксплуатации подземных сооружений. Было изучено влияние техногенных нагрузок на изменения количественного и качественного состава микробных сообществ грунтов, прилегающих к подземным металлическим сооружениям.

Впервые предложено возможное распределение функций между группами микроорганизмов, которые составляют коррозионноактивное сообщество, в коррозионном процессе.

Выявленные механизмы формирования коррозионноактивных сообществ почвенных микроорганизмов позволяют утверждать, что началом коррозионного процесса следует считать начало трансформации микроорганизмами растительных остатков, которые попадают с поверхности на глубину залегания подземных сооружений при закапывании.

Изоляционные покрытия, которое защищают металл, первыми подвергается атакам почвенных углеводородокисляющих бактерий. В результате их жизнедеятельности изоляционное покрытие разрушается, и почва обогащается низкомолекулярными органическими соединениями, которые в дальнейшем используются сульфатвосстанавливающими бактериями (СВБ) и их гетеротрофными спутниками.

Создаются благоприятные условия для развития и активной жизнедеятельности СВБ. Доминирование СВБ на этом этапе биокоррозионного процесса обусловлено их способностью, усваивать катодный водород. За счет этого они не только преодолевают активную защиту подземных сооружений, но и обеспечивают нужный уровень энергетических эквивалентов для сообщества в целом.

Функции тионовых бактерий в сообществе заключаются в регенерации акцептора электронов, без чего невозможное длительное протекание коррозионного процесса.

Подземное металлическое сооружение, которое пассивно и активно защищается от коррозии, стимулирует формирование геохимически активного сообщества микроорганизмов, которое способно активизировать процессы разрушения этого сооружения.

Определены трофические механизмы, за счет которых возможно поддержание качественно стабильного состава сообщества микроорганизмов и высокого уровня скорости биокоррозионного процесса.

Доказано, что степень коррозийных разрушений подземных сооружений может быть оценена без раскапывания объекта и проведения осмотра поверхности, базируясь лишь на определении состава микробных метаболитов в прилегающих грунтах. К таким веществам относятся ацетат, формиат, серин цистеин и метионин. Обнаружение каждого из них связано с различной глубиной коррозионных разрушений сооружений. Так, увеличение содержания ацетата и метионина свидетельствует о завершении начального этапа адаптации микробного сообщества к условиям техногенной нагрузки.

Присутствие в образцах грунта формиата и серина свидетельствует о начале коррозионного растворения металла, а обнаружение повышенного содержания цистеина свидетельствует о том, что коррозийный процесс зашел уже очень далеко и возможна перфорация металла подземного сооружения.

Выявлен синергический эффект при совместном действии коррозионно активных бактерий нескольких систематических групп.

Установлено, что уровень активности гидрогеназы сульфатвосстанавливающих бактерий определяет интенсивность процессов микробной коррозии. Высокий уровень гидрогеназной активности может поддерживатся не только за счет внутриклеточного фермента, но и за счет внеклеточных структур биогенного и абиогенного происхождения, локализованых в биопленке на поверхности металла. Впервые показано, что из трех, известных для сульфатвосстанавливающих бактерий, типов гидрогеназ, именно наличие гидрогеназы [Fe-Ni]-типа определяет уровень скорости биокоррозионных процессов.

Впервые теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что выбор значения потенциала катодной защиты зависит от состава анионов грунта, в котором эксплуатируется сооружение. Составлен ряд биокоррозионной активности анионов. Выяснены механизмы интенсификации корозионных просессов в солончаковых грунтах. Предложена формула определения эффективных параметров катодной защиты с учетом относительной концентрации грунтовых анионов.

Определены требования к свойствам ингибиторов, которые могут применяться для защиты подземных металлических коммуникаций от микробно индуцированной коррозии. Показано, что альтернативой применению ингибиторов коррозии может стать дополнительное внесение фосфатов в грунты, прилегающие к подземным металлическим сооружениям.

Ключевые слова: техногенные микробные сообщества. микробно индуцируемая коррозия, бактерии цикла серы, биопленка, микробные метаболиты, гидрогеназы, катодная защита.

Summаry

Pilayshenko-Novohatniy A.I. Ecological aspects of formation and functioning of corrosion aggressive communities of soil micro organisms. - Manuscript.

The thesis for the doctor's degree in speciality 03.00.16 - ecology. - Odessa National University named after I.I. Mechnykov. - Odessa, 2011

The thesis covers the materials on research of the mechanisms of formation and functioning of corrosion active arrangements of soil microorganisms, and looking for ways of evaluation criteria of potential corrosion danger of soil in real conditions of exploitation of underground constructions. The effect of technogenic burden on quantitative and qualitative compositions of microbial soil community, located close to underground metal constructions has been researched. A possible allocation of functions between groups of microorganisms, composing corrosion active communities in the overall corrosion process has been suggested for the first time.

...