再生水中不锈钢微生物腐蚀的比较研究

摘要

本研究使用从以城市中水作为循环冷却水补水的北京某热电厂冷却水塔底粘泥中富集培养出的硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria，SRB)，通过研究在实际中水中SRB生长曲线和硫酸盐还原率，说明SRB在实际中水中可以大量繁殖生长。培养3d时细菌数量达到峰值，10d时硫酸盐还原率可以达到58.8％。另外，实际中水经浓缩后离子强度的增加对SRB的生长繁殖起到了促进作用。通过原子力显微镜(AFM)对实际中水环境下SRB在SS304、SS316L和SS317L三种不锈钢表面生物膜的形成过程以及腐蚀形貌进行了研究。结果表明材质不同的不锈钢表面SRB微生物膜在形成过程中的差异与不锈钢某些成分的含量有关，但还需要进一步研究证明。去膜后，SS304试片表面发生明显点蚀，蚀坑最深处为541.24nm，而SRB对SS316L和SS317L的腐蚀较轻，没有明显的点蚀迹象。SEM/EDS试验说明SRB在不锈钢试片表面形成了主要由SRB、SRB代谢产物和腐蚀产物硫铁化合物构成的生物膜，在SS304试片表面形成的生物膜最厚实，在SS316L和SS317L试片表面形成的生物膜中腐蚀产物所占比例较少，生物膜更加疏松，进一步说明在中水环境下SS316L和SS317L对SRB具有更好的耐蚀性。采用电化学交流阻抗方法对SS304、SS316L和SS317L三种不锈钢材料的腐蚀电化学行为进行了研究。结果表明，SRB在不同材料表面形成生物膜和代谢产物所导致的腐蚀电化学特征不同。SS304的极化电阻和双电层电容的变化情况说明随着腐蚀产物不断增多，加剧了SRB对基体表面钝化膜的破坏，加速了局部腐蚀；而SS316L和SS317L比SS304更耐蚀，双电层电容无明显变化，极化电阻在浸泡后期下降幅度明显小于SS304，说明SRB生物膜对钝化膜的破坏较轻。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 引言

1.2 金属的SRB微生物腐蚀

1.2.1 生物膜与微生物腐蚀

1.2.2 SRB加速腐蚀与缓蚀

1.2.3 SRB对铁及不锈钢的腐蚀

1.3 SRB腐蚀机理

1.3.1 阴极去极化理论

1.3.3 沉积物下的酸腐蚀理论

1.3.4 阳极区固定理论

1.4 微生物腐蚀研究技术

1.4.1 现代生物学技术

1.4.2 电化学技术

1.4.3 现代表面分析技术

1.5 SRB腐蚀防控措施

1.5.1 物理方法

1.5.2 化学方法

1.5.3 加防护层和阴极保护方法

1.5.4 微生物防治方法

1.5.5 采用耐SRB腐蚀材料

1.6 论文的研究背景和主要研究内容

1.6.1 研究背景

1.6.2 研究目的与意义

1.6.3 研究内容

2 试验材料与方法

2.1 微生物试验方法

2.1.1 菌种来源

2.1.2 培养基与培养条件

2.1.3 菌种的分离纯化

2.1.4 硫酸盐还原菌的检测

2.2 不锈钢腐蚀表面分析

2.2.1 不锈钢试片的制备

2.2.2 生物膜样品的制备和样品的表面分析

2.3 不锈钢腐蚀电化学试验

2.3.1 不锈钢电极的制备

2.3.2 交流阻抗测试

3 中水中硫酸盐还原菌生长特性研究

3.1 引言

3.2 试验材料与方法

3.2.1 SRB的分离纯化

3.2.2 SRB的鉴别与观察

3.2.3 中水中硫酸盐还原菌生长曲线

3.2.4 不同离子强度对SRB生长的影响

3.3 结果与分析

3.3.1 SRB的鉴别与观察

3.3.2 SRB生长曲线

3.3.3 pH值随SRB生长的变化

3.3.4 硫酸盐还原率随SRB生长的变化

3.3.5 离子强度对SRB生长的影响

3.4 本章小结

4 不锈钢表面SRB生物膜及腐蚀形貌研究

4.1 引言

4.2 试验过程

4.2.1 菌种来源、培养基和培养条件

4.2.2 不锈钢试样的制备

4.2.3 生物膜样品的制备

4.2.4 表面分析测试试验

4.3 结果与讨论

4.3.1 三种不锈钢表面微生物膜的形成

4.3.2 AFM观察三种不锈钢表面腐蚀形貌

4.3.3 SEM观察三种不锈钢表面腐蚀形貌

4.4 本章小结

5 不锈钢SRB生物膜腐蚀的电化学研究

5.1 引言

5.2 试验过程

5.2.1 电极的制备

5.2.2 EIS谱的测定

5.3 结果与讨论

5.3.1 电化学等效电路

5.3.2 SS 304电极的EIS研究

5.3.3 SS 316L电极的EIS研究

5.3.4 SS 317L电极的EIS研究

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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