دانلود تحقیق خوردگی میکروبیولوژی و نحوه کنترل آن

خوردگی میکروبیولوژی و نحوه کنترل آن

مقدمه

میکروارگانیزمها در همه جای طبیعت یافت می شوند.

آنها در هوا، آب و خاک پراکنده اند و نقش مهم و حیاتی در تندرستی انسانها و جانوران دارند.

بسیاری از میکروارگانیزمها سودمند هستند، در حالی که برخی دیگر بیماری زا می باشند.

فعالیت و زندگی میکروبی بر فرآیند بسیاری از صنایع موثر می باشند.

برای مثال، باکتری زوگلوئل در لجن فعال شده و در تصفیه خانه های پساب، سودرسانند.

آنها لجن (لرد) پلی ساکاریدها را می سازند که به دیگر باکتریها یاری گوارش مواد آلی را می دهد وگرنه این مواد آلی وارد جریان آب دریافت کننده پساب شده و باعث آلودگی می گردند.

برعکس، میکروارگانیزمهایی هستند که در آب دستگاه خنک کن وجود دارند که می توانند اثرات بدی بر بازده بهره برداری از طریق خوردگی و رسوبدهی ایجاد نمایند.

در این بخش مشکلات ناشی از میکروارگانیزمها در مورد خوردگی آهن مورد بحث قرار خواهند گرفت.

و از آنجا که آب برجهای خنک کن شرایط مناسبی برای رشد این موجودات می باشند دردسرها و اشکالات ناشی از آنها و روشهای به کار رفته جهت کنترل آنها نیز بیان خواهد شد.

میکروارگانیزمهای آب خنک کن

میکروارگانیزمها از دو راه وارد دستگاه خنک کن می شوند.

آنها یا از طریق آبرسانی (آب ورودی) به برج و یا از طریق هوائی که از میان برج خنک کن می گذرد وارد سیستم می شوند.

جلبکها، باکتریها و قارچها سه میکروارگانیزم مهم می باشند که در آب برجهای خنک کن یافت می شوند.

اطلاعات کلی درباره این میکروارگانیزمها و خصوصیات هریک از آنها و اثرات نامطلوب آنها در دستگاه های خنک کن را به شرح زیر به آگاهی می رسانیم:

جلبکها

برای رشد جلبک سه نیاز اصلی وجود دارد: هوا، آب و آفتاب.

حذف هر کدام از این سه نیاز مانع رشد جلبک می شوند.

سکوی پخش و دیواره های جانبی برج خنک کن هر سه نیاز را دارا بوده و محیط مناسبی برای رشد فراهم می سازد.

جدول 1 برخی از دسته های کلی جلبک های یافت شده در برج خنک کن، دما و PH لازم برای رشد آنها را نشان می دهد.

جلبکها اکسیژن ساز هستند که می توانند واکنش خوردگی را غیرقطبی نموده و خوردگی دستگاه را تسریع نمایند.

جلبکهای سبز- آبی مانند نوستوک و آنابااِنا قادرند ازت هوا را استخراج نموده و به ترکیبات دیگر تبدیل نمایند.

ضمناً تثبیت ازت توسط جلبکها سبب تجزیه سریع بازدارنده های پایه نیتریت می شود.

دیاتومه ها سبب انباشتگی سیلیس شناخته شده اند، زیرا دیواره یاخته آغشته به سیلیس پلیمری شده، اُپالین است (اُپالین سنگی نرمتر و سبکتر از دُرکوهی می باشد.).

دیاتومه ها سبب انباشتگی سیلیس شناخته شده اند، زیرا دیواره یاخته آغشته به سیلیس پلیمری شده، اُپالین است (اُپالین سنگی نرمتر و سبکتر از دُرکوهی می باشد.).

جدول 1- شرایط رشد جلبک و انواع گونه های آن قارچها غالباً قارچها را در دسته بندی گیاهان غیرفتوسنتزیک قرار می دهند.

تاکنون تقریباً 80000 نوع قارچ شناخته شده است که از شماره جلبکها که 25000- 18000 می باشد، بیشتر هستند.

قارچهای خمیرمایه ای باعث بدرنگ شدن آب و چوب می شوند.

جدول 2 خلاصه برخی از مشخصه های مهم زندگی قارچها را نشان می دهد.

در جدول مذکور می تواند دید که PH و دمای لازم برای رشد آنها در بیشتر دستگاه های خنک کن وجود دارد.

قارچها کلروفیل ندارند، بنابراین از راه فتوسنتز خوراک نمی سازند و سوخت و ساز آنها از دیگر مواد آلی تامین می گردد.

این موضوع بیشتر در برج خنک کن اهمیت دارد، زیرا تقریباً ده درصد قارچها توانایی آن را دارند که از چوب به عنوان منبع غذائی استفاده نمایند و بنابراین می توانند چوبهای برج خنک کن را نابود کنند.

جدول 2 – شرایط رشد قارچ و انواع گونه های آن باکتریها در دستگاه خنک کن گونه های بسیاری از باکتریها یافت می شوند.

به طور کلی آنها از نظر شکل ظاهری، دما، اکسیژن مورد نیاز و خوراک لازم به صورت زیر دسته بندی می شوند: - شکل ظاهری 1- کوکوس (کره ای منحنی شکل) 2- باسیل (میله ای شکل) 3- اسپی ریلوم (مارپیچ شکل) 4- کوما (خمیده ای شکل) - دمای لازم 1- سایکروفیلیک (سرمادوست Cْ25 – 0) 2- مزوفیلیک (دوستار دمای متوسط Cْ45- Cْ20) 3- ترموفیلیک (گرمادوست Cْ70- Cْ45) - اکسیژن لازم 1- باکتریهای هوازی: برای زندگی هوا لازم دارند.

2- باکتریهای دلبخواه: بهم با هوا، هم بدون هوا می توانند زندگی کنند، هر چند در هوا میزان رشد آن افزایش می یابد.

3- باکتریهای بی تفاوت: می توانند با هوا و یا بدون هوا زندگی کنند، ولی در نبود هوا بیشتر رشد می کنند.

4- باکتریهای بی هوازی: باید محیط بدون هوا باشد تا بتوانند زندگی کنند.

- خوراک لازم 1- باکتریهای خوراک خودکار: انرژی لازم را از اکسید شدن مواد کانی به دست می آورند.

2- باکتری های خوراک گوناگون: انرژی لازم را از ماده خام کانی و آلی به دست می آورند.

3- باکتریهای خوراک انگلی: انگلهایی هستند که خوراک خود را از مواد آلی زنده به دست می آورند.

4- باکتریهای مرده خوار: زندگی آنها بستگی به مواد مرده و پوسیده دارد.

بخشی از مهمترین باکتریهایی که در دستگاه خنک کن یافت می شوند در جدول 3 دیده می شود.

این جدول همه چیز را در برندارد، ولی مثالهای جمعیت آنها و ویژگیها و اشکالاتی را که در دستگاه خنک کن باعث می شوند، نشان می دهد.

جدول 3- شرایط رشد باکتریها و انواع گونه های آن * معمولاً همه این باکتریها در دمای حدود Fْ104-68 رشد می کنند و در بعضی شرایط برخی از گونه ها در دمای Fْ158-40 رشد می نمایند.

به طور کلی رشد میکروارگانیزمها بستگی به شرایط فیزیکی (درجه حرارت، PH، نور آفتاب، فشار و...) و مواد غذائی (آب، CO2، نیتروژن، فسفر و...) دارد.

غالباً رشد میکروارگانیزمها با افزایش درجه حرارت زیاد می شود.

در محیط های مختلف میکرو و یا ماکروارگانیزمها قادرند شرایط زندگی خودشان را با درجه حرارت آب وفق دهند.

مطلوب ترین درجه حرارت برای بیشتر میکروارگانیزمها بالاتر از Cْ10 می باشد و برای ارگانیزمهای آب و خاک Cْ35-Cْ25 مطلوبترین درجه حرارت است.

PH آب تاثیر عمده ای بر رشد میکروارگانیزمها ندارد.

برای باکتریهای SRB بهترین شرایط PH برابر 7 می باشد.

البته باید توضیح داد که تاثیرات میکروب کشها با تنظیم PH بسیار بهبود می باشد.

رشد و انباشتگی پیوسته میکروارگانیزمها در آب دستگاه خنک کن سبب مشکلات عدیده ای می شود.

در تاسیساتی که نتوان در آب رشد میکروبی را کنترل کرد، اغلب با دشواری های خوردگی و ته نشینی روبرو می شویم.

مشکل دیگری که هجوم میکروبی را باعث می شود پوسیدگی چوبهای برج خنک کن است.

این کار نه تنها از بازدهی بهره برداری می کاهد، بلکه سبب افزایش بهای بهره برداری کارخانه نیز می شود.

میکروارگانیزمهای فراوانی در آب خنک کن یافت می شوند که در سوخت و ساز خود هیدروژن به کار می برند و اغلب نتیجه آن غیرقطبی شدن واکنش کاتدی خوردگی است.

آزاد شدن هیدروژن از سطح فلز باعث فراهم آمدن وسیله ادامه واکنش خوردگی می گردد.

آزاد شدن اکسیژن به وسیله جلبکها به عنوان بخشی از سوخت و ساز آنها سبب غیرقطبی شدن واکنش کاتدی شده و لذا خوردگی تسریع می شود.

به طور کلی فرآیند متابولیکی موجودات زنده میکروسکپی به طریق زیر می تواند بر رفتار خوردگی موثر باشند.

الف: تاثیرات سوء مواد شیمیایی ایجاد شده (اسید سولفوریک، سولفیدهای آلی و معدنی و اسیدهای آلی و سایر ترکیبات خورنده دیگر).

ب: تشکیل سلهای الکتروشیمیائی و ایجاد خوردگی موضعی با ایجاد تغییرات در مقدار اکسیژن، غلظت نمکها، PH، مقدار گوگرد و سایر پارامترهای دیگر.

ج: غیرقطبی نمودن کاتدی که در نتیجه رشد باکتریهای بی هوازی صورت می پذیرد.

د: حذف و تقلیل کاهش دهندگان خوردگی (نظیر اکسیداسیون نیتریتها و یا آمینها).

اصولاً باکتریها به دلیل مکانیزم متفاوتی که از خود بروز می دهند به گروه های مختلفی تقسیم بندی می شوند که در زیر به طور خلاصه به ذکر مهمترین آنها و مشکلاتی که ایجاد می نمایند، می پردازیم.

باکتریهای اکسید کننده آهن این باکتریها معمولاً در آبهای شیرین و گهگاه در آبهای شور یافت می شوند.

این باکتریها هوازی بوده و قادرند در محیطی که مقدار اکسیژن آن ppm 5/0 می باشد رشد کنند.

آنها توده های لجن با حجم زیاد تولید می کنند.

باکتریهای آهن مانند کرینوتریکس، لیپوتریکس، گالیونلا، نمکهای محلول آهن را برای رشد خود مصرف می کنند و به عنوان فرآورده های فرعی سوخت و ساز، خود ترکیبات نامحلول آهن را مطابق واکنش زیر ته نشین می کنند.

آنها انرژی زیاد تولید می کنند و نهایتاً مقدار زیادی هیدرواکسید فریک ایجاد شده سبب ته نشینی پرحجمی می شود که باعث گرفتگی، خوردگی آبله گونه و کاهش انتقال حرارت می گردند.

غالباً آنها در لوله های چاه و یا در آبهای آهن دار یافت می شوند.

اگر آب برج خنک کن از این منابع تأمین گردد، آنها وارد دستگاه خنک کن شده و مشکلات زیادی را ایجاد می نمایند.

باکتریهای ایجاد کننده لرد این باکتریها هتروتروف می باشند، یعنی آنها انرژی لازم را از منابع آلی نظیر الکلها و اسیدهای آلی تامین می کنند.

معروف ترین این باکتریها عبارتند از: سودوموناس، اِنتروباکتریاس، میکروکوکوس، و باسیلاس.

نوع سودوموناس، هیدروکربنها را به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می دهد.

مشکلاتی که آنها ایجاد می کنند عبارتند از: ایجاد سل الکتروشیمیائی، گرفتگی لوله ها و پمپها، گرفتگی چاههای تزریق و استخراج نفت و گرفتگی فیلترهای شنی.

این باکتریها قادرند در آب شور زندگی کنند.

یک نوع از این باکتریها صرفاً در سیستم های هوازی می توانند رشد کنند، در حالی که بعضی از آنها در سیستم های غیرهوازی نیز می توانند رشد و تکثیر نمایند، یعنی فاکولتاتیو هستند.

در زیر توده حجیمی که باکتریهای ایجاد کننده لرد تولید می نمایند، میکروبهای هوازی به دلیل نرسیدن اکسیژن قادر به ادامه حیات نبوده و نهایتاً تجزیه می شوند.

این میکروبها منبع غذایی خوبی برای باکتریهای بی هوازی احیاء کننده سولفات می باشند.

اگر یون کلر و باکتریهای اکسیدکننده آهن نظیر گالین سِلا تواماً در سیستم وجود داشته باشد محیط اسیدی شدیدی که همانا کلرور فریک FeCl3 می باشد ایجاد می شود که غالباً خوردگی فلز را تسریع می نماید.

باکتریهای کیسه دار شده هوازی اِروباکتر لردساز هستند.

باکتریهایی مانند باسیلوسابتیلیس و دیگر ارگانیزمهایی که اسپور درست می نمایند در مقایسه با باکتریهای هوازی غلاف دار (کیسه دار) مقدار کمتری لرد می سازند.

رشد باکتریهای غلاف دار سبب ایجاد لرد بسیار چسبنده به ویژه در سطوحی که انتقال گرما در آنها صورت می پذیرد شده و مواد معلق موجود در آب مانند گل، شن، ماسه، خاک و محصولات خوردگی در شبکه با لرد بهم پیوسته و لردهای حجیم تری را می سازند.

آزمایشهای انجام شده نشان می دهند که وزن مواد آلی میکروبی بخش کوچکی از توده ته نشین شده پرحجم (لرد) می باشد.

البته باید توجه داشت که قریب 90 درصد حجم لرد را مواد میکروبی تشکیل می دهد.

باکتریهای ایجاد کننده اسید دو نوع مهم باکتریهای ایجاد کننده اسید عبارتند از: باکتریهای گوگرد هوازی که قادرند گوگرد سولفورها و یا سولفات ها را به جوهر گوگرد (اسید سولفوریک) اکسید نمایند و نوع دیگر آن باکتریهایی هستند که قادرند اسیدهای آلی ایجاد نمایند.

الف: باکتریهای ایجاد کننده اسید سولفوریک باکتریهای تیوباسیلوس شامل یک گروه از باکتریهای هوازی اتوتروف می باشد، هرچند یک نمونه از آن غیرهوازی فاکیولتاتیو است.

این باکتریها قادرند با جذب O2 و اکسید نمودن سولفور، هیدروژن سولفید و یا سایر ترکیبات سولفور را مطابق واکنش زیر به اسید سولفوریک تبدیل نمایند.

2H2S + 2O2 H2S2O3 + H2O O2 + H2O 2Na2SO2 + H2SO2 + S 2Na2S2O3 + O2 + H2O H2SO4 S + این نوع باکتریها قادرند در PH های بسیار پائین (6/0=PH) به زندگی خود ادامه دهند.

آنها می توانند اسید سولفوریک با غلظت %12-10 به طور موضعی بر روی سطح ایجاد کنند.

باکتریهای تی.فرواکسیدان می توانند سنگ معدن پیریت (FeS2) را مطابق واکنش زیر به اسید سولفوریک تبدیل نمایند.

2FeS2 + 7O2 2H2O 2 FeSO4 + 2H2SO4 به طور کلی باکتریهای تیوباسیلوس، میکروارگانیزمهایی هستند که در خاک به وفور یافت می شوند.

خوردگی بسیاری از لوله های مدفون در زیر زمین توسط این باکتریها گزارش شده است.

یکی از راههای حفاظت لوله های مدفون در زمین، استفاده از آهک در اطراف لوله می باشد.

این عمل نه تنها به خنثی نمودن اسید ایجاد شده کمک می کند، بلکه از رشد این نوع باکتریها نیز می کاهد.

ب: خوردگی ناشی از ایجاد اسیدهای آلی در اثر فرآیند متابولیسم بسیاری از باکتریهای غیرهوازی دلبخواه اسیدهای آلی نظیر اسید لاکتیک ایجاد می شود.

به غیر از باکتریهای فوق الذکر مقداری از قارچها در اثر سوخت و ساز خود اسیدهای آلی نظیر اسید استیک و اسید فرمیک ایجاد می نمایند.

این اسیدها در حضور و یا در عدم حضور اکسیژن تأثیرات سوئی بر خوردگی فلزات و مواد می گذارند.

برای مثال تجهیزات الکترونیکی در انبارها در شرایط درجه