Изучение биокоррозии в присутствии микро - и макрогидробионтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение биокоррозии в присутствии микро - и макрогидробионтов

Сравнивались алюминиевые пластинки, лежащие в речной воде (бактериальная пленка присутствовала, дрейссена и другие организмы-обрастатели, за исключением бактерий, отсутствовали), а также в речной воде, но с поселившейся на пластинке дрейссеной. За 5 недель, алюминиевая пластинка, на которой присутствовала дрейссена, оказалась подвержена высокой степени коррозии. На алюминиевых пластинах был желеобразный налет, под которым обнаружены изъязвления, вплоть до сквозных дыр. Причем подобные явления наблюдались именно в местах прикрепления дрейссены. Дрейссена была в основном живая. Это дает возможность предположить, что моллюск может выделять в окружающую среду разнообразные вещества, которые улучшают условия жизни микробиоценоза, находящегося на пластинке. Можно также предположить, что и сама дрейссена может выделять в окружающую среду вещества (кислоты, ферменты и другие), которые способны либо сами вызывать биокоррозию поверхностей материалов, либо служить катализаторами этого процесса.

Аналогичную картину можно было наблюдать и с латунными пластинами. Был проведен подобный эксперимент - одна латунная пластина была помещена в речную воду без организмов-обрастателей, на другую поселили дрейссену. Коррозия в присутствии моллюска была выражена намного сильнее, чем просто в воде, несмотря на то, что микробная пленка присутствовала в обоих случаях, и состав микроорганизмов был идентичен.

Коррозия наблюдалась и на металлических пластинах изготовленных из стали 3, микробная пленка присутствовала на обоих образцах - с дрейссеной и без, на образцах без дрейссены наблюдались точечные ржавчинные пятна, на образцах с дрейссеной - площадь поражения ржавчиной была более обширной, с глубокими изъязвлениями и образованием каверн.

После эксперимента аккуратно снималась бактериальная пленка и следы коррозии (ржавчина на стали, серовато-желтый налет на латуни, желеобразная масса на алюминиевых пластинах). Определялась скорость коррозии гравиметрическим методом. Скорость коррозии выражена в нем массовым показателем Km(г/м²•ч) по формуле:

Km = m₁ - m₂/S•t,

где m₁ и m₂ - массы образца до и после эксперимента, г, S - площадь поверхности образца, м², t - время экспозиции образца, час.

Анализ коррозионных изменений образцов (микроскопия и визуальное исследование продуктов коррозии) указывают на наличие в бактериальной пленке тионовых и нитрифицирующих бактерий, железобактерий, азотфиксаторов.

В случае биокоррозии и биообрастания моллюском дрейсеной, можно говорить о симбиотическом сожительстве ряда групп бактерий и моллюсков. Предположительно, взаимовыгодное сожительство организмов заключается в следующем. Микроорганизмы, вызывая биокоррозию и изменяя поверхность покрытия или материала (оно становится более шершавым, с многочисленными повреждениями, выемками и пр.) подготавливают среду для механического закрепления в этих неровностях моллюска при помощи биссусной нити. Моллюск же, в свою очередь, выделяя продукты жизнедеятельности, создает пищевую базу и среду для развития других групп бактерий, и процесс биокоррозии идет дальше [12].

На изменениях массы построен гравиметрический метод проведения коррозионных исследований:

Km = m1 - m2

S • t

где Km - массовый показатель коррозии (г/м.кв.•ч),

m1 и m2 - соответственно масса образцов до и после испытаний, S - площадь поверхности образца, t- время экспозиции (ч).

Данные по исследованиям скорости биокорозии в водной среде занесены в таблицу 1.

Таблица 1. Скорость протекания биокоррозии

Образец №1 - сталь 3 без дрейссены; образец №2 - сталь 3 с дрейссеной; образец №3 - латунь без дрейссены; образец № 4 - латунь с дрейссеной; образец № 5 - алюминий без дрейссены; образец № 6 - алюминий с дрейссеной

Основным методом профилактики обрастания поверхностей, в настоящее время, является применение противообрастающих покрытий. Большинство противообрастающих покрытий содержат те, или иные виды токсинов, постепенное поступление которых из покрытия в воду, должно приводить к гибели организмов-обрастателей. Как показывает практика использования противообрастающих покрытий, их эффективность весьма ограничена. Универсальных противообрастающих покрытий в настоящее время не существует, с другой стороны многие противообрастающие покрытия настолько токсичны, что наносят вред не только организмам-обрастателям, но и всем обитателям акватории, что недопустимо.

Закрепление моллюсков дрейссены на субстрате с помощью биссусных нитей делает неэффективным применение традиционных противообрастающих покрытий, содержащих токсичные биоциды, так как достаточная для подавления жизненной активности и гибели дрейссены концентрация биоцида содержится только в достаточно тонком пристеночном слое воды. Закрепившаяся на нитях биссуса дрейссена достаточно удалена от субстрата и использует для фильтрации воду, содержащую неопасную для неё концентрацию биоцида. Тем более что даже при гибели дрейссены её раковина остается прикреплённой к субстрату и, в свою очередь, служит субстратом для обрастания другими раковинами дрейссены. Обрастание дрейссеной за счёт нарастания одних раковин на другие, как уже пустые, так и с живой дрейссеной, принимает вид «шубы».

Таким образом, рассматривая процесс закрепления нитей биссуса на субстрате, как процесс образования клеевого соединения, можно предположить, что наиболее эффективными покрытиями против обрастания дрейссеной будут покрытия из трудносклеиваемых материалов. К таким материалам, имеющим низкие адгезионные свойства, относятся фторопласты.

Но по этой же причине (низкой адгезии), возникают значительные трудности при нанесении фторопластовых покрытий на поверхности оборудования и сооружений.

Самоклеящиеся фторполимерные пленки сохраняют все физико-химические свойства исходных фторполимеров: интервал рабочих температур и химстойкость. Фторполимерные пленки обладают высокой теплостойкостью, низкой проницаемостью для газов, паров и жидкостей, химической стойкостью к большинству органических растворителей и химикатов, характеризуются ударопрочностью и стойкостью к раздиру, могут эксплуатироваться в криогенных условиях. Основное применение фторполимерных плёнок - в качестве агрессивостойких материалов для защиты химического оборудования и трубопроводов. Технология нанесения фторполимерных плёнок не представляет особых сложностей и может быть использована для защиты различных поверхностей.

Лаковые покрытия на основе фторопластов. В настоящее время отечественной химической промышленностью выпускаются фторопластовые лаки марок ЛФ-32Л, ЛФ-42Л, фторопласто-эпоксидные лаки марок ЛФЭ-32ЛНХ, ЛФЭ-32ЛНГ, ЛФЭ-42ЛХ, ЛФЭ-42ЛГ (ТУ6-05-1884-80), фторполимерные покрытия из которых получаются обычными методами лакокрасочной технологии и формируются как при комнатной (лаки холодного отверждения), так и повышенных (80--250 ^оС) температурах (лаки горячего отверждения). Покрытия на основе этих лаков обладают высокими противокоррозионными и защитными свойствами, не набухают в воде. Они устойчивы к кислым, щелочным средам и к агрессивным газам и парам, содержащим фтористый водород, окислители и др. агрессивные компоненты.

Для проведения модельного эксперимента по изучению противообрастающих свойств покрытий на опытных образцах отобраны следующие покрытия: фторлакоткань толщиной 80 мкм, лак холодного отверждения марки ЛФЭ-32ЛНХ, лак горячего отверждения марки ЛФ-32ЛН [12,13].

Для исследования противообрастающих и антикоррозионных свойств фторопластовых покрытий, а также определения адгезии покрытий к металлу изготовлены опытные образцы. При проведении модельного эксперимента на аквариумной базе ВПИ использовались образцы в виде пластин размером 100100 мм и толщиной не более 3 мм из следующих материалов: сталь 3, латунь, алюминий.

Лаковые и плёночные фторопластовые покрытия наносились на образцы из стали 3.

Нанесение лакового покрытия холодного отверждения на поверхности образцов осуществлялось по следующей технологии:

- механическая очистка поверхности от ржавчины;

- обработка поверхности наждачной бумагой;

- обработка поверхности 10-ти процентным раствором ортофосфорной кислоты (H₃PO₄);

- обезжиривание поверхности ацетоном;

- покрытие поверхности эпоксидной грунтовкой на основе эпоксидной смолы ЭД20;

- нанесение на поверхность фторопластового лака ЛФЭ-32ЛНХ.

Нанесение лакового покрытия горячего отверждения на поверхности образцов осуществлялось по следующей технологии:

- механическая очистка поверхности от ржавчины;

- обработка поверхности наждачной бумагой;

- обработка поверхности 10-ти процентным раствором ортофосфорной кислоты (H₃PO₄);

- обезжиривание поверхности ацетоном;

- покрытие поверхности эпоксидной грунтовкой на основе эпоксидной смолы ЭД20;

- нанесение на поверхность образца фторопластового лака горячего отверждения марки ЛФ-32ЛН;

- нагрев образца и сушка при температуре 100…150 ^оC.

Нанесение фторлакоткани:

- механическая очистка поверхности от ржавчины;

- обработка поверхности наждачной бумагой;

- обработка поверхности 10-ти процентным раствором ортофосфорной кислоты (H₃PO₄);

- обезжиривание поверхности ацетоном;

- нанесение на поверхность самоклеящейся фторлакоткани [12,13].

Для проведения модельного эксперимента были подготовлены пластины размером 100100 мм, толщиной 3 мм, из стали 3. Сталь 3 не является корозионностойким материалом, поэтому она наилучшим образом подходит для изучения защитных свойств исследуемых покрытий на основе фторопласта и процессов биокоррозии. Для каждого образца зафиксированы размеры и масса, произведена микроскопическая съемка поверхности с помощью микроскопа мим-8, измерена шероховатость поверхности контрольного образца по параметру Ra до и после нанесения покрытия.

Для наблюдения в лабораторных условиях за обрастанием дрейссеной различных материалов в 100-ти литровом аквариуме были установлены образцы, на которых размещены (небольшие 5-15 раковин) колонии дрейссены. обрастание коррозионный гравиметрический поверхность

Время экспозиции - 2 месяца, после чего был проведен визуальный осмотр поверхностей.

Для апробации, из технологических соображений нанесения покрытий на поверхности оборудования, были выбраны: самоклеящаяся фторполимерная пленка и фторопласто-эпоксидный лак марки ЛФЭ-32ЛНХ холодного отверждения.

Технология нанесения фторполимерных плёнок не представляет особых сложностей и может быть использована для защиты поверхностей технологического оборудования.

Самоклеящиеся фторполимерные пленки сохраняют все физико-химические свойства исходных фторполимеров: интервал рабочих температур и химстойкость.

Фторопласто-эпоксидный лак также обладает высокими противокоррозионными и защитными свойствами, не набухает в воде. Он устойчив к кислым, щелочным средам и к агрессивным газам и парам, содержащим фтористый водород, окислители и другие агрессивные компоненты.

Оценка состояния фторопласто-эпоксидного лака проводилась визуально и при помощи механического воздействия шпателем. При внешнем осмотре внутренней поверхности крышки колоний моллюска обнаружено не было. Сверху поверхность лака была покрыта коричнево-бурым налётом, под которым состояние покрытия было вполне удовлетворительным. В некоторых местах были зафиксированы локальные, точечные отслоения фторопласто-эпоксидного лака и коррозия металла. В этих же местах обнаружены единичные закрепившиеся моллюски.

Состояние фторполимерной пленки также оценивалось визуально. Следует отметить, что в двух местах произошел отрыв пленки от поверхности металла, что объясняется нарушением технологического процесса наклеивания покрытия, в частности - подготовкой выкройки и дефектам геометрии поверхности самой крышки. В других местах поверхность пленки осталась гладкой, хотя так же, как и поверхность лака была покрыта налетом. На пленке закрепившихся моллюсков обнаружено не было, у перегородки крышки скопился шлам, состоящий, в основном, из пустых раковин и других твердых частиц. Кроме того, пленка подтвердила хорошие антикоррозионные защитные свойства. Под плёнкой поверхность металла осталась чистой с характерным металлическим блеском без признаков коррозии [12,13].

Подводя итоги проведенных исследований материалов на основе фторопласта в качестве противообрастающих покрытий, можно отметить следующее:

- оба покрытия проявили неплохие противообрастающие свойства, так как колоний моллюска на них обнаружено не было;

- при правильном нанесении обеспечивается отличная защита от коррозии и хорошая адгезионная прочность соединения с металлом;

- стоимость покрытия одного квадратного метра фторполимерной пленки выше, чем стоимость лака нанесенного в один слой на такую же площадь, но технологический процесс нанесения пленки проще и требует значительно меньше времени.

Таким образом, метод, направленный на снижение адгезии поверхностей, подвергающихся обрастанию, является перспективным и полимерные покрытия на основе фторопласта могут существенно повысить эффективность выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях за счет уменьшения негативного влияния обрастания этих поверхностей оборудования и сооружений моллюском дрейссена.

По проведенным исследованиям можно сделать следующие выводы:

1. Биокоррозии и другим видам коррозии в водной среде подвержены большинство известных конструкционных материалов.

2. Биокорозия вызывается микроорганизмами, грибами и высшими гидробионтами. При наличии микроорганизмов, скорость коррозии может увеличиваться в несколько раз.

3. Наличие симбиоза организмов-обрастателей с доминирующим видом дрейссена еще в большей степени увеличивает скорость коррозии, в том числе стойких к коррозии в водной среде при отсутствии моллюска дрейссена.

4. Предлагается использовать в качестве защитных противообрастающих покрытий полимерные покрытия на основе фторопластов, так как традиционно используемые биоцидные защитные покрытия для предотвращения обрастания поверхностей оборудования моллюском дрейссена неэффективны, но могут ухудшать экологическую обстановку в водоеме.

Размещено на Allbest.ru