硫酸鹽還原菌對(duì)鋼材腐蝕行為的研究進(jìn)展

摘要：綜述了硫酸鹽還原菌（SRB）微生物腐蝕與防護(hù)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了厭氧生物膜的形 成過程及對(duì)鋼材腐蝕的影響，并在此基礎(chǔ)上介紹了 SRB 對(duì)金屬材料的腐蝕機(jī)理，包括陰極去 極化機(jī)理、代謝產(chǎn)物腐蝕機(jī)理、Fe/FeS 微電池作用機(jī)理等。分析了 SRB 代謝產(chǎn)生的胞外聚 合物（EPS）在金屬腐蝕過程中起到的作用，并詳細(xì)介紹了 SRB 與好氧型鐵氧化菌（IOB）、 典型腐蝕性陰離子（Cl/SO42）、彈性應(yīng)力以及酸性氣體 CO2之間的微生物腐蝕協(xié)同作用。最后系統(tǒng)總結(jié)了 SRB 腐蝕研究中較為普遍的防腐蝕手段以及最新研究進(jìn)展，從而為后續(xù) SRB 腐蝕與防護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：微生物腐蝕；硫酸鹽還原菌（SRB）；胞外聚合物（EPS）；協(xié)同作用；腐蝕控制

微生物腐蝕(MIC)可以通過依靠微生物自身的生命活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物的腐蝕作用直接或間接地影響金屬材料腐蝕過程[1] 。MIC 的本質(zhì)是電化學(xué)腐蝕，并且在非生物的作用過程中引入了生物因素的影響，其常見的腐蝕形式是點(diǎn)蝕[2] 。MIC 可直接從金屬表面獲取電子，來加速金屬的溶解，其目的是為了獲得能量[3] 。微生物通過在生物膜下的富集和生長(zhǎng),能直接加速金屬基體的腐蝕,由其引起的腐蝕約占腐蝕總量的20%以上，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大[4] 。近年來有關(guān)微生物腐蝕與防護(hù)研究較多的是硫酸鹽還原菌(SRB)，作為典型的厭氧型腐蝕微生物，它能夠把 SO42-還原成 H2S 來獲得能量[5]，也是對(duì)材料（包括金屬材料和非金屬材料）腐蝕貢獻(xiàn)較大的腐蝕性微生物之一。研究發(fā)現(xiàn)，70%的微生物腐蝕都是由 SRB 造成的，其廣泛存在于海水、土壤、油井和油氣運(yùn)輸管道內(nèi)[6] ，SRB 在新陳代謝過程中產(chǎn)生的具有強(qiáng)腐蝕性的硫化物會(huì)影響金屬表面膜電阻的變化[7]。隨著對(duì)微生物尤其是 SRB 研究的不斷深入，目前已發(fā)現(xiàn) SRB 存在著促進(jìn)或抑制金屬材料腐蝕的作用，而這兩種作用效果與生物膜的形成及其代謝產(chǎn)物密切相關(guān)。

鋼材在石油化工行業(yè)的使用量大于 90％，被稱為“工業(yè)的骨骼”，微生物腐蝕是鋼材的主要腐蝕形式之一，也是目前最受關(guān)注和研究的熱點(diǎn)課題[8]。碳鋼是一種典型的鋼材，其在不同環(huán)境下易受腐蝕的影響而造成失效，近幾年有關(guān) SRB 對(duì)碳鋼腐蝕行為的研究較多。劉靖等[9]采用電化學(xué)阻抗譜(EIS)分析了碳鋼在含有 SRB 環(huán)境下的腐蝕行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在碳鋼表面形成的 SRB 生物膜使得碳鋼表面的微環(huán)境發(fā)生了改變,從而促進(jìn)碳鋼點(diǎn)蝕的發(fā)生。但該研究中只是采用了單一掃描電鏡（SEM）對(duì)腐蝕產(chǎn)物的表面形貌進(jìn)行觀察，缺少對(duì)腐蝕產(chǎn)物的組成（元素/相）分析。馬磊等[10]通過采用電化學(xué)方法研究了在不同腐蝕介質(zhì)條件下 SRB對(duì)碳鋼的腐蝕行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 SRB 對(duì)碳鋼有明顯的加速腐蝕作用,而且腐蝕形貌以點(diǎn)蝕為主。有研究發(fā)現(xiàn)[11]材料表面出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑。Fan 等[12]鋼在接種了 SRB 的飽和 CO2油田注入水中的腐蝕行為,結(jié)果表明 SRB 生物膜中分散的 Fe2S3，SRB 存在時(shí)也會(huì)導(dǎo)致并加速石油天然氣輸送和海底管線鋼的腐蝕，使利用動(dòng)電位極化曲線（PDP）和電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究了 X60與X60 鋼基體可能形成電偶，從而加速鋼基體的局部腐蝕。然而，該研究并沒有對(duì)碳鋼在 CO2和 SRB 共存環(huán)境中的腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析，對(duì) SRB 的作用機(jī)理有必要進(jìn)一步探究。葛嵐等[13]通過改變接種到模擬海水中的 SRB 數(shù)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn) X70 鋼的自腐蝕電流密度隨著 SRB 數(shù)量的增加而增大，且試樣鋼表面有點(diǎn)蝕坑出現(xiàn)。Zhai 等[14]通過采用電化學(xué)測(cè)試方法研究了 2507雙相不銹鋼浸泡在不同含量的 SRB 冷卻水模擬溶液中的腐蝕行為，結(jié)果表明不銹鋼在含2%SRB 溶液中的腐蝕速率提高了 4%以上，而且 SRB 生物膜的形成也會(huì)使不銹鋼表面腐蝕傾向增大。Ohashi 等[15]研究了 5 種不銹鋼材料在 SRB 生物膜存在和無(wú)菌條件下的海洋縫隙腐蝕，研究發(fā)現(xiàn)暴露于生物膜環(huán)境中的各雙相合金上觀察到的縫隙腐蝕量較大，且樣品形貌損傷相比無(wú)菌條件下的更加嚴(yán)重。由以上研究也可以看出，金屬材料表面的 MIC 行為往往與微生物膜的形成密不可分，成膜過程能夠加速局部腐蝕的發(fā)生[16]。

隨著對(duì) SRB 的深入研究，有研究發(fā)現(xiàn)微生物膜不僅能促進(jìn)材料的腐蝕，在一定的情況下還可以抑制腐蝕的進(jìn)行[17, 18]，從而減輕對(duì)金屬材料的破壞。許萍等[19]指出，有些微生物自身具有防腐蝕效果，其生物膜的形成和生長(zhǎng)不會(huì)引發(fā)腐蝕，反而能夠抑制腐蝕的發(fā)生。Yuan等[20] 研究發(fā)現(xiàn) SRB 在代謝過程中會(huì)產(chǎn)生大量的侵蝕性硫化物，其能與基體材料反應(yīng)產(chǎn)生一薄層鐵硫化合物，從而對(duì)鋼材表面起到鈍化作用并提供連續(xù)保護(hù)。吳亞楠[21]通過采用電化學(xué)方法研究了污水系統(tǒng)中的 SRB 對(duì)鋼材的腐蝕狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn) SRB 對(duì) Q235 鋼管的微生物腐蝕十分嚴(yán)重，在浸泡初期，SRB 在一定程度上形成的生物膜抑制了微生物腐蝕的發(fā)生。劉春平等[22] 通過采用腐蝕電化學(xué)方法,研究了在采出水中由 SRB 繁殖產(chǎn)生的 S2-對(duì)碳鋼的腐蝕行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)少量的 S2- 對(duì)碳鋼的腐蝕有抑制作用, 但并沒有區(qū)分 SRB 自身產(chǎn)生的 S2-與直接添加的S2-對(duì)碳鋼腐蝕的作用差異，而且后續(xù)的腐蝕產(chǎn)物分析部分還需作進(jìn)一步的解釋說明。Qi 等[23]通過在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中添加不同化學(xué)試劑研究了 SRB 在 316L 不銹鋼表面的生物膜特性和腐蝕行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn) SRB 生物膜能增強(qiáng)鋼表面鈍化膜的保護(hù)性，從而延緩了腐蝕的發(fā)生。郭章偉等[18]還指出微生物膜抑制腐蝕的三種主要機(jī)制:（1）微生物通過呼吸作用對(duì)氧氣進(jìn)行消耗；（2）微生物在基體材料表面形成有效的保護(hù)層；（3）微生物通過自身分泌物對(duì)腐蝕起到抑制作用。

本文基于SRB引起的典型鋼材腐蝕行為綜述了近年來有關(guān)SRB腐蝕與防護(hù)方面的研究進(jìn)展，并介紹了其與好氧微生物鐵氧化細(xì)菌（IOB）之間的協(xié)同作用。另外，本文還綜述了典型的腐蝕性陰離子（Cl-、SO42-）、彈性應(yīng)力以及腐蝕性氣體 CO2與 SRB 之間的協(xié)同作用，以此來探索 SRB 的腐蝕機(jī)理并采取相應(yīng)的防腐蝕措施，包括物理、化學(xué)、生物和陰極極化保護(hù)等，為今后有效控制由 SRB 引起的金屬材料腐蝕提供理論借鑒與參考。

1 SRB 生物膜的腐蝕過程

1.1 微生物膜的形成過程  

生物膜是一群聚集在一起并不可逆地吸附在界面或基體表面上的固著態(tài)微生物群落,其對(duì) MIC 行為、菌群形態(tài)等均有非常重要的影響[24]。黃燁等[2, 25]指出，附著在金屬表面形成的微生物膜可以通過四種方式影響金屬的腐蝕過程：1）影響陽(yáng)極或陰極變化，進(jìn)而促進(jìn)電化學(xué)腐蝕；2)改變腐蝕反應(yīng)的類型，使腐蝕速率加快；3)生物膜組織結(jié)構(gòu)的形成，為生物膜創(chuàng)造了有利的腐蝕環(huán)境；4)微生物代謝產(chǎn)生的化合物, 促進(jìn)或抑制金屬腐蝕過程。楊家東等[26]指出，在微生物代謝的影響下，生物膜的形成一般會(huì)經(jīng)歷如圖 1 所示六個(gè)階段[27, 28]：1）在有機(jī)大分子的吸附作用和無(wú)機(jī)離子的礦化作用下，厚度約為 20-80nm 的膜層將在材料表面形成；2）材料基體表面上有浮游微生物不斷移動(dòng)；3）微生物在材料表面不斷附著，并逐漸適應(yīng)所處的生長(zhǎng)環(huán)境；4）微生物不斷生長(zhǎng)，并通過自身的代謝活動(dòng)產(chǎn)生大量的代謝物；5）生物膜生長(zhǎng)的過程中慢慢會(huì)趨于成熟穩(wěn)定；6）隨著時(shí)間的推移，生物膜的穩(wěn)定性慢慢下降，而且在后期生長(zhǎng)過程中會(huì)有部分脫落。由此可看出，生物膜是微生物的一種重要聚集生長(zhǎng)形式，其在金屬表面的形成和發(fā)展也是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程。

圖1 生物膜的形成和發(fā)展過程[28, 29]

1.2 SRB 生物膜特性及對(duì)腐蝕的影響

利用在碳鋼表面形成的生物膜，SRB 自身可以創(chuàng)造一個(gè)微型厭氧環(huán)境，從而促進(jìn)生物膜中 SRB 的生長(zhǎng)并引起碳鋼的腐蝕[29]。SRB 可以在厭氧條件下生長(zhǎng)，并產(chǎn)生大量黏液狀的胞外聚合物(EPS)。EPS 是微生物膜的主要組成成分，它具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，能夠?qū)⒍喾N無(wú)機(jī)金屬離子固定下來。不僅如此，其還包括多聚糖、蛋白質(zhì)和糖脂類等，微生物產(chǎn)生的 EPS一般都是帶電荷的，外加電場(chǎng)可以破壞 EPS 的荷電特性[30]。許萍等[31]研究了 EPS 中的主要成分多糖和蛋白質(zhì)對(duì)金屬材料腐蝕行為的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)多糖或蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度為 1.0 mg/mL 時(shí)，其對(duì)碳鋼有最低的腐蝕速率。有些細(xì)菌還可以在 EPS 的引導(dǎo)下產(chǎn)生礦化層，起到阻礙腐蝕介質(zhì)傳遞從而降低腐蝕速率[18] 。細(xì)菌的這種能力往往會(huì)受到環(huán)境中 pH、金屬離子組成及其濃度的影響[32]。也有研究表明[28, 33]，高濃度的 EPS 對(duì) Fe2+具有很強(qiáng)的絡(luò)合作用，能夠有效的促進(jìn)基體材料的陽(yáng)極溶解，從而促進(jìn)碳鋼的腐蝕；低濃度的 EPS 可以通過抑制陰極反應(yīng)過程減緩電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，以此來控制碳鋼腐蝕的發(fā)生。

1.3 SRB 腐蝕機(jī)理

通過研究金屬表面微生物的數(shù)量及活性變化、生物膜及代謝產(chǎn)物成分、金屬腐蝕產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與晶型以及腐蝕后金屬基底的粗糙度變化等可以對(duì)金屬材料腐蝕機(jī)理進(jìn)行判斷[5, 34]。典型的 SRB 腐蝕機(jī)理主要有陰極去極化機(jī)理、代謝產(chǎn)物腐蝕機(jī)理、Fe/FeS 微電池機(jī)理、濃差電池機(jī)理、生物能量機(jī)理、直接和間接電子傳遞機(jī)理以及排硫桿菌與 SRB 混合作用腐蝕機(jī)理等，其中陰極去極化是目前認(rèn)可度最高的腐蝕機(jī)理[35]。

（1）陰極去極化機(jī)理：SRB 腐蝕本質(zhì)是電化學(xué)腐蝕，其陰極在厭氧條件下會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)。在該反應(yīng)過程中，氫離子得到電子被還原為氫原子，然后這些氫原子在金屬表面粘附下來，金屬表面的氫原子會(huì)被 SRB 利用氫化酶去除，從而使腐蝕發(fā)生[3]。

（2）代謝產(chǎn)物腐蝕機(jī)理：作為典型的碳鋼腐蝕機(jī)理之一，SRB 代謝物的硫化物是其主要來源，也有研究表明是代謝產(chǎn)物磷化物的作用[36] 。一方面，SRB 對(duì)金屬的腐蝕速率與 H2 S濃度有關(guān)[28] ；另一方面，SRB 代謝產(chǎn)生的 S2-與溶液中的 Fe2+結(jié)合，還會(huì)形成致密或疏松的FeS 膜，影響腐蝕過程。

（3）Fe/FeS 微電池作用機(jī)理: SRB 代謝生成的 S2-在與鐵的相互作用過程中，形成的 FeS作為陰極并吸附在基體表面，并且常常與鐵陽(yáng)極形成腐蝕電池，在微電池的作用下不斷使腐蝕發(fā)生[36]。

（4）濃差電池機(jī)理：當(dāng)部分腐蝕產(chǎn)物覆蓋在金屬表面時(shí)，溶解于水中的氧氣無(wú)法與金屬基體進(jìn)行接觸，這樣會(huì)導(dǎo)致管道上被沉積物覆蓋的區(qū)域呈現(xiàn)陽(yáng)極變化，形成氧濃差電池[37]，從而使得金屬表面原有的腐蝕更加嚴(yán)重。

（5）生物能量機(jī)理：腐蝕的發(fā)生會(huì)伴隨能量釋放，SRB 的腐蝕反應(yīng)就是一個(gè)自發(fā)的放能反應(yīng)。研究表明當(dāng)微生物生長(zhǎng)處于停滯階段時(shí)，附著在金屬表面的生物膜以金屬為電子供體，通過腐蝕金屬獲得生存所需的能量[38]。正是由于這一獲得生存能量的過程,從而導(dǎo)致金屬材料腐 蝕的發(fā)生 ，總的反 應(yīng)過程可以表示為 ：2CH3CHOHCOO+SO4 +H+ →2CH3COO+2CO2+HS+4H2O，4Fe+SO4 +9H+→ HS+4H2O+4Fe2+ 。

（6）直接和間接電子傳遞機(jī)理：直接電子傳遞指的是細(xì)菌通過自身的導(dǎo)電納米線[39] 或細(xì)胞膜上的導(dǎo)電蛋白[40]進(jìn)行電子傳遞；間接電子傳遞是指細(xì)菌會(huì)利用自身分泌的可溶性電子載體進(jìn)行生長(zhǎng)和代謝，并且傳遞的金屬電子主要是通過細(xì)胞膜表面的細(xì)胞色素 C 蛋白來進(jìn)行轉(zhuǎn)移[41] 。

（7）與排硫桿菌混合作用腐蝕機(jī)理：硫氧化細(xì)菌（SOB）屬于耗氧菌，它是一種典型的

排硫桿菌，其中的硫代謝生化過程為：2H2+2O2→H2S2+O3+H2O，5S2 2O3 +4O2 +H2O→5SO4 2+H2SO4+4S，2S+3O2+2H2O→2H2SO4；而 SRB 的硫代謝生化過程為：SO4 +8H→S2-+4H2O，二者可以形成共生細(xì)菌，從而共同加速腐蝕的發(fā)生。

2 SRB 腐蝕中的協(xié)同作用

在自然環(huán)境中，微生物大部分都是共生的，它們往往會(huì)協(xié)作建立一個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)。厭氧型SRB和典型好氧微生物IOB就可以協(xié)同加速工程材料的腐蝕。除了與IOB之間的協(xié)同作，SRB 還會(huì)與其他因素產(chǎn)生協(xié)同作用，例如腐蝕性陰離子（Cl-/SO42-）、彈性應(yīng)力以及 CO2等。

2.1 SRB 與 IOB 的協(xié)同作用

鐵氧化細(xì)菌是一種典型好氧菌，只要在有一部分溶解的流動(dòng)水中，就可以不斷生長(zhǎng)。該細(xì)菌以碳酸鹽為碳源，通過反應(yīng)產(chǎn)生能量和鐵以維持其能量代謝。IOB 還可以通過有氧呼吸降解大分子有機(jī)物，從而產(chǎn)生富含 Fe 的厭氧環(huán)境，為厭氧的 SRB 創(chuàng)造合適的生長(zhǎng)環(huán)境，加氣體速碳鋼管道的腐蝕或者促進(jìn) SRB 對(duì)基體材料的腐蝕。研究發(fā)現(xiàn)[36]，IOB 可以將 Fe2+氧化成 Fe3+并生成 Fe(OH)3，從而在金屬表面產(chǎn)生氧濃差電池，引起局部腐蝕，從中獲得能量。Liu等[42]研究發(fā)現(xiàn)，在 SRB 和 IOB 共存條件下，二者對(duì)試樣的點(diǎn)蝕有協(xié)同作用，碳鋼試樣表面會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，并且在碳鋼表面形成疏松多孔的生物膜。孫福洋等[43] 研究了土壤模擬溶液中 SRB 和 IOB 對(duì) X100 管線鋼腐蝕行為的影響，結(jié)果表明兩種細(xì)菌協(xié)同加劇了 X100 管線鋼的全面腐蝕，腐蝕產(chǎn)物主要為 FeS 和 Fe2O3。以上研究表明作為典型的厭氧菌和好氧菌，SRB和IOB對(duì)鋼鐵材料協(xié)同腐蝕作用的研究取得了很多成果，隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的不斷發(fā)展，可以進(jìn)一步從微觀上闡明二者的協(xié)同作用機(jī)理。

2.2 SRB 與 Cl‐和 SO42‐的協(xié)同作用

當(dāng)一些陰離子與 SRB 共同存在時(shí)，陰離子會(huì)改變 SRB 的活性，進(jìn)而影響金屬材料的腐蝕行為[7]。鄭美露[44]采用電化學(xué)測(cè)量方法分析了土壤模擬溶液中的陰離子 SO42-和Cl-對(duì) X70 鋼SRB 腐蝕行為，結(jié)果表明當(dāng) SO42-的濃度增加時(shí)，SRB對(duì) X70 鋼的腐蝕速率會(huì)先增大后減小；而隨著介質(zhì)中 Cl-含量的增加，X70 鋼表面的 SRB 腐蝕速率先減小后增大。辛征等[45] 研究了316L 不銹鋼表面微生物在不同濃度的 Cl-作用下的腐蝕行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng) Cl-濃度較低時(shí)，SRB 具有較強(qiáng)的生長(zhǎng)活性且表面生物膜疏松多孔，表明此時(shí) 316L 不銹鋼的腐蝕速率相對(duì)較快。張倩等[46]研究了 SRB 在不同濃度的 Cl-溶液中對(duì) Q235 鋼的腐蝕行為，結(jié)果表明當(dāng)溶液中Cl-含量低于 50g/L 時(shí)，隨著 Cl-含量增加，會(huì)促進(jìn) SRB 對(duì) Q235 鋼的腐蝕。孟章進(jìn)等[47] 發(fā)現(xiàn)SO42- 在一定程度上會(huì)影響 SRB 的生長(zhǎng)活性，當(dāng) SO42-濃度為 1000 mg/L 時(shí)，SRB 數(shù)量最多且活性最強(qiáng)；但當(dāng) SO4 濃度達(dá)到一定值時(shí)，SRB 的生長(zhǎng)速率會(huì)趨于穩(wěn)定。研究還發(fā)現(xiàn)，SO42-參與 SRB 的代謝活動(dòng)時(shí)，作為 SRB 的電子受體，其濃度的變化可以直接影響 SRB 的生長(zhǎng)狀態(tài)[7] 。

2.3 SRB 與彈性應(yīng)力的協(xié)同作用

SRB 和應(yīng)力之間協(xié)同作用可以誘發(fā)或增強(qiáng)管線鋼腐蝕開裂，研究管線鋼在 SRB 和外應(yīng)力共同作用下的微裂紋萌生過程，對(duì)于 SRB 腐蝕開裂機(jī)理的研究具有重要意義[48] 。王丹等[49]研究發(fā)現(xiàn)，X80 鋼在土壤模擬溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)制為陽(yáng)極溶解；與沒有細(xì)菌的環(huán)境相比，SRB 的存在會(huì)促進(jìn) X80 鋼的陽(yáng)極溶解，從而引發(fā)金屬點(diǎn)蝕的發(fā)生。Wu 等[50]研究了 SRB與彈性應(yīng)力對(duì) X80 鋼腐蝕的協(xié)同作用，結(jié)果表明二者都能使得鋼材的腐蝕程度有所增加，并且共同對(duì) X80 鋼的腐蝕起促進(jìn)作用。此外，SRB 的活性引起了凹坑的萌生，外加的彈性應(yīng)力繼續(xù)保持并促進(jìn)了凹坑的生長(zhǎng)，SRB 的活性和外加的彈性應(yīng)力在初始點(diǎn)蝕的底部會(huì)引起微小的二次點(diǎn)蝕。吳堂清等[48] 研究了管線鋼在彈性應(yīng)力作用下的微生物致裂行為，結(jié)果表明 SRB的生理活性改變了腐蝕產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致管線鋼局部腐蝕敏感性提高。

2.4 SRB 與 CO2的協(xié)同作用

近年來，有關(guān)鋼材在 CO2和 SRB 共存條件下的腐蝕行為的研究也有報(bào)道，二者會(huì)通過協(xié)同作用共同促進(jìn)金屬材料的腐蝕[12]。劉宏偉等[51]研究了十二胺緩蝕劑在飽和 CO2和SRB 共存條件下對(duì)20#鋼的緩蝕行為，結(jié)果表明在該實(shí)驗(yàn)條件下試樣以均勻腐蝕為主，局部會(huì)出現(xiàn)明顯的點(diǎn)蝕。陳旭等[52] 研究了在含 CO2的近中性溶液中 SRB 對(duì) X70 鋼的腐蝕行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著CO2濃度不斷增加，SRB 和 CO2會(huì)共同促進(jìn)金屬表面點(diǎn)蝕的進(jìn)行，且 X70 鋼在近中性 pH 值菌液中的表面膜層致密性變差。劉鳳蘭[53] 開展了在含有 CO2工況條件下的注水系統(tǒng)腐蝕規(guī)律的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn) SRB 與 CO2協(xié)同作用加劇了注水系統(tǒng)腐蝕程度，而且二者也是注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的主要影響因素。

3 SRB 腐蝕的控制方法

3.1 物理手段

物理手段主要是通過一些物理方法例如利用靜磁場(chǎng)作用、超聲波處理[54]、紫外線照射以及通過改變介質(zhì)環(huán)境來減少 SRB 生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素從而控制微生物的腐蝕。靜磁場(chǎng)可以抑制生物膜下微生物的腐蝕，即利用磁場(chǎng)作用影響 SRB 的分裂和生物酶的活性[3]。Chen 等[55, 56]研究了靜態(tài)磁場(chǎng)對(duì) SRB 微生物腐蝕的影響，研究發(fā)現(xiàn) SRB 的固著數(shù)量在 200 mT 的靜磁場(chǎng)下會(huì)有所減少，且該磁場(chǎng)條件下會(huì)促進(jìn) SRB 生物膜的分散，形成的較致密腐蝕產(chǎn)物膜會(huì)抑制 SRB 的生長(zhǎng)繁殖。李克娟等[57]研究了磁場(chǎng)條件下 SRB 對(duì) Q235 鋼腐蝕行為的影響，研究發(fā)現(xiàn) Q235 鋼表面生物膜均勻致密，在磁場(chǎng)作用下與金屬表面結(jié)合更加緊密，表明磁場(chǎng)作用能有效地抑制 SRB 對(duì)Q235 鋼的腐蝕。當(dāng)超聲波達(dá)到 90 kHz/s 以上的頻率時(shí)，可以震蕩細(xì)菌的組織結(jié)構(gòu)，從而對(duì) SRB 本身造成破壞以控制對(duì)材料的腐蝕。紫外線具有殺滅細(xì)菌的作用，紫外線波長(zhǎng)一般在 210～313 nm 內(nèi)就會(huì)有很強(qiáng)的輻射效應(yīng)[58]，這個(gè)范圍完全可以進(jìn)行滅殺 SRB。辛征[59]研究了不同的環(huán)境因素對(duì) SRB 生長(zhǎng)代謝的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn) SRB 在 pH 值為 5.5～7.5的環(huán)境中和 40℃左右的條件下均可以大量生長(zhǎng)繁殖，故可以通過調(diào)整腐蝕介質(zhì)的 pH 值大小以及通過升高或降低溫度來抑制 SRB 的生長(zhǎng)。

3.2 化學(xué)手段

化學(xué)手段主要是通過使用一些殺菌劑、緩蝕劑等化學(xué)試劑來控制微生物的生長(zhǎng)或者在金

屬材料表面鍍上耐蝕性涂層來改變基體材料表面特性以此控制微生物對(duì)金屬材料的腐蝕破壞。常用的殺菌劑可分為氧化型和非氧化型兩種[35, 60]，氧化型主要有氯氣，二氧化氯，臭氧；非氧化型主要有戊二醛，異噻唑啉酮，季銨鹽，四羥甲基硫，酸磷。許萍等[19]指出，某些微生物可分泌殺菌劑，不僅能夠減少金屬表面的電子受體，還能阻礙陰極去極化過程從而起到抑制金屬腐蝕的作用。劉宏偉等[61]研究了污水介質(zhì)中加入殺菌劑前后 SRB 的菌株數(shù)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SRB 的數(shù)量在殺菌劑添加前后從 2.5×103 減少到了 1.2 個(gè)/mL，表明SRB 的腐蝕破壞在殺菌劑作用下得到了抑制。研究還發(fā)現(xiàn)[37]，大量的殺菌劑由于其自身毒性會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成新的污染，而且 SRB 常受到介質(zhì)環(huán)境中其他微生物產(chǎn)生的多糖保護(hù)，使其殺菌效果變差。因此開發(fā)環(huán)境友好型、適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要的新型殺菌劑備受關(guān)注。添加緩蝕劑也是控制金屬腐蝕的有效手段，因其具有成本低、使用方便、見效快等優(yōu)點(diǎn)，在石油化工行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[62]。王貴等[63]通過采用 7 種緩蝕劑對(duì)油田采出水中碳鋼腐蝕失重進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果最后表明隨著緩蝕劑質(zhì)量濃度的增加，緩蝕率也不斷提高。SRB 廣泛存在于油氣管道中，它可通過自身的代謝活動(dòng)影響緩蝕劑膜層的完整性[36]。研究表明，在碳鋼材料表面覆蓋一層防護(hù)性涂層不僅能夠使基體表面不易被細(xì)菌附著，同時(shí)也具有殺菌防護(hù)的作用 [26]。目前油氣管道多為碳鋼材質(zhì)，易引起 SRB 的腐蝕，涂層保護(hù)是一種有效的防腐蝕手段，如在金屬表面電鍍鉻鋅、涂覆環(huán)氧樹脂及聚乙烯等都可以使腐蝕得到控制。不僅如此，為了提高油氣管道的耐腐蝕性能，還可以在管道材料上施加一層鈦或形成鈦合金，以防止 SRB引起的腐蝕。

3.3 生物手段

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SRB 的數(shù)量在殺菌劑添加前后從 2.5×103 減少到了 1.2 個(gè)/mL，表明SRB 的腐蝕破壞在殺菌劑作用下得到了抑制。研究還發(fā)現(xiàn)[37]，大量的殺菌劑由于其自身毒性會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成新的污染，而且 SRB 常受到介質(zhì)環(huán)境中其他微生物產(chǎn)生的多糖保護(hù)，使其殺菌效果變差。因此開發(fā)環(huán)境友好型、適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要的新型殺菌劑備受關(guān)注。添加緩蝕劑也是控制金屬腐蝕的有效手段，因其具有成本低、使用方便、見效快等優(yōu)點(diǎn)，在石油化工行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[62]。王貴等[63]通過采用 7 種緩蝕劑對(duì)油田采出水中碳鋼腐蝕失重進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果最后表明隨著緩蝕劑質(zhì)量濃度的增加，緩蝕率也不斷提高。SRB 廣泛存在于油氣管道中，它可通過自身的代謝活動(dòng)影響緩蝕劑膜層的完整性[36]。研究表明，在碳鋼材料表面覆蓋一層防護(hù)性涂層不僅能夠使基體表面不易被細(xì)菌附著，同時(shí)也具有殺菌防護(hù)的作用 [26]。目前油氣管道多為碳鋼材質(zhì)，易引起 SRB 的腐蝕，涂層保護(hù)是一種有效的防腐蝕手段，如在金屬表面電鍍鉻鋅、涂覆環(huán)氧樹脂及聚乙烯等都可以使腐蝕得到控制。不僅如此，為了提高油氣管道的耐腐蝕性能，還可以在管道材料上施加一層鈦或形成鈦合金，以防止 SRB引起的腐蝕。

3.4 陰極極化保護(hù)手段

陰極保護(hù)方法通常用于防止厭氧微生物對(duì)碳鋼的腐蝕，其不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且是一種無(wú)毒、無(wú)污染的腐蝕防護(hù)方法，符合當(dāng)前綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)[36]。丁清苗等[66]通過表面觀察及電化學(xué)方法研究了 X80 鋼在含有SRB 的海水溶液中陰極保護(hù)準(zhǔn)則的適用性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)對(duì)在含有 SRB 的微生物海水中 X80 鋼表面的陰極極化起到了一定促進(jìn)作用，且極化電位的選擇會(huì)受到極化時(shí)間的影響。李雨等[67]研究了 FTO 導(dǎo)電玻璃的恒電位極化，結(jié)果表明陰極極化作用能抑制 SRB 等細(xì)菌與樣品表面生物膜接觸，且其抑制作用與表面鈣沉積無(wú)關(guān)。在實(shí)際海洋工程應(yīng)用中,通常利用陰極極化保護(hù)方法來阻礙 SRB 對(duì)碳鋼材料的腐蝕,而且抑制效果非常顯著。陰極極化作為一種綠色經(jīng)濟(jì)的防腐蝕手段，可以抑制生物的附著與生長(zhǎng)，但由于材料方面的差異性，其對(duì) SRB 吸附的抑制機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究。

3.5 其他防腐蝕手段

除了以上提到的常見的 SRB 腐蝕控制手段外，還有一些新的微生物防腐蝕思路被越來越多的研究者所提出。例如，SRB 生物膜分泌的 EPS 防腐蝕研究就引起了人們的關(guān)注，EPS 在鋼鐵材料表面形成致密鈍化保護(hù)層后，可以防止氧氣等陰極去極化劑到達(dá)金屬表面以阻止電子傳遞[19]，從而防止腐蝕的發(fā)生。另外，通過改變 SRB 的生長(zhǎng)環(huán)境來控制其正常的生長(zhǎng)繁殖也能達(dá)到防腐的效果，例如可以調(diào)節(jié)溫度、pH 值和鹽濃度等抑制 SRB 的生長(zhǎng)。在循環(huán)水體系中，通過對(duì)水源的防污、除垢以及添加適量的抗菌元素[68]等能夠減少細(xì)菌的來源，對(duì)冷卻塔遮光、防塵等也可抑制細(xì)菌繁殖。

4 總結(jié)與展望

本文重點(diǎn)綜述了SRB 對(duì)典型鋼材腐蝕研究現(xiàn)狀、SRB 與一些腐蝕影響因素之間的協(xié)同作

用及目前普遍采用的MIC 控制方法。近年來，對(duì)SRB 腐蝕行為的研究主要集中在有機(jī)酸、H2S和FeS 等與生物膜之間的腐蝕機(jī)理以及SRB 微生物細(xì)胞與鐵之間的直接電子相互作用方面。隨著對(duì)SRB 研究的不斷深入，越來越多的研究人員發(fā)現(xiàn)SRB 生物膜不僅能加速腐蝕，而且在一定條件下還能抑制腐蝕的發(fā)生，其抑制效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于某些防腐涂層，因此可以利用SRB這一生理特性來控制腐蝕以減少對(duì)金屬材料造成的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于相關(guān)研究學(xué)者而言，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)代科技技術(shù)不斷研究和分析SRB 腐蝕行為特點(diǎn)，從而更深入了解SRB 的腐蝕機(jī)理。同時(shí)，還應(yīng)意識(shí)到SRB 往往會(huì)與其他腐蝕介質(zhì)中的影響因素之間發(fā)生協(xié)同作用，因此在研究過程中采取行之有效的方法來合理評(píng)價(jià)SRB 的作用。

近年來，有關(guān)海洋方面的研究不斷成為熱點(diǎn)。眾所周知，我國(guó)是海洋大國(guó)，但不是海洋強(qiáng)國(guó)，海洋腐蝕方面面臨著許多關(guān)鍵科學(xué)問題有待解決。值得一提的是，解決海洋環(huán)境中的材料腐蝕問題是國(guó)家重大需求，未來有關(guān)海洋方面的微生物腐蝕防護(hù)的研究越來越趨向于綠色環(huán)保，更多的是要在傳統(tǒng)防護(hù)方法的基礎(chǔ)上著重研究生物防治方法。在今后微生物腐蝕研究中，有關(guān)MIC 的作用機(jī)理及其防護(hù)對(duì)策依舊是研究的重點(diǎn)，有必要加強(qiáng)物種多樣性的研究。此外，通過光譜電化學(xué)、分子生物學(xué)和微區(qū)電化學(xué)腐蝕觀察，研究有關(guān)SRB 菌株的呼吸代謝機(jī)制和直接電子傳遞途徑，對(duì)今后微生物腐蝕行為的研究和探索具有重要意義。

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