موضوعات علمی ، فنی مهندسی و بازرسی و دانلود کتاب و جزوه

باکتریهای احیا کننده سولفات

قسمت اعظم خوردگي ميكروبي در صنعت مربوط به باكتريهاي احيا كننده سولفات است كه مكانيزم عمل آنها احياء‌ سولفات معدني SO₄^-2 و تبديل آن به سولفيد است. اين باكتريها در محيط‎هاي بي‌هوازي تركيبات گوگردي را احياء نموده و هيدروژن سولفوره از راه تركيب با آهن و ساير فلزات به صورت سولفيد در مي‎آيد.
اين ميكروارگانيزمها از دو ميليارد سال پيش در طبيعت وجود داشته و در شرايط متنوع و متغيير كره زمين زندگي مي‎كنند، كار اصلي آنها در طبيعت احياء بيولوژيكي سولفات است كه همانند تثبيت بيولوژيكي ازت و توليد بيولوژيكي اكسيژن از پديده‎هاي الزامي براي آغاز حيات بشر و ادامه آن است.

اين ميكروب جزء باكتريهاي بي هوازي است كه داراي سيستم تنفسي نبوده و قادر به استفاده از اكسيژن به عنوان پذيرنده نهايي الكترون نمي باشد.

احياء كننده‎هاي سولفات، گروهي از باكتريهاي بي هوازي اجباري هستند كه انرژي لازم براي رشد خود را از اكسيداسيون مواد آلي همراه با احياء سولفات به دست مي‎آورند و به جاي اكسيژن مواد گوگردي نظير سولفات، گوگرد و ساير تركيبات گوگردي اكسيد شده را به عنوان پذيرنده نهايي الكترون مصرف و آنها را به احياء مي‎كنند.
اين باكتريها به اشكال خميده، ‌بيضي، كروي، و رشته اي با طول 1 تا 5 و عرض 5/0 تا 2 ميكرون بوده و اغلب داراي تاژه و متحرك هستند، اكسيژن براي اين باكتري ها مضر است، گرچه آنها را از بين نمي‌برد اما غير فعال مي‎كند. فرق بين انواع آنها (دي سولفو ويبريو، كلستريديوم و توماكولم) مربوط به چگونگي مواد آلي است كه اين باكتري ها مي‎توانند احياء كنند. شكل ذیل یک نوع باکتری احیاء سولفات را نشان مي‌دهد.

فرآيند عمل آنها احياء‌سولفات معدني و تبديل آن به سولفيد است. اين باكتريها pH خنثي را براي رشد ترجيح مي‎دهند اما فعاليت آنها در (pH (5-5.9 گزارش شده است. حرارت مناسب رشد آنها (40-20) درجه سانتي‌گراد، اما گونه حرارت دوست آنها دي سولفوتوماكولم نيگريفيكانس در درجه حرارت 65 تا 70 درجه سانتي گراد جدا شده اند. بطور كلي زيست اين باكتريها در حرارتهاي5- تا 104 درجه سانتي گراد گزارش شده است.

رسوبات و گل و لاي آبهاي شيرين، لب شور و دريايي، خاك، فاضلاب، آبهاي زيرزميني، كود حيواني، چشمه‎هاي گوگردي، چاههاي نفت و گاز، اطراف چشمه‎هاي آب گرم، اعماق دريا، لوله گوارش انسان و حيوان محل رشد اين باكتريهاست.

آبهاي درياي خزر و خليج فارس نيز حاوي اين باكتريها مي‎باشد. آبهاي دريا حاوي (10-1) باكتري و رسوبات كف دريا حاوي 102 تا 105 باكتري در ميلي ليتر مي‎باشد. جمعیت باكتري بستگي به مقدار اكسيژن و مقدار مواد آلي و معدني دارد. رشد آنها در چاههاي نفت با فشار بالا مشاهده شده است.

باکتری های احیاء کننده سولفات معمولاً به در گروه اصلی (از نظر مصرف کربن آلی) تقسیم بندی می شوند. باکتری هایی که قادر به استفاده از لاکتات هستند و آنهایی که قادر به اینکار نمی باشند. باکتری های SRB که از لاکتات استفاده نمی کنند، عموماً استات را بکار می برند و تکثیر آنها در محیط آزمایشگاهی بسیار مشکل می باشد. بنابراین این ارگانیسمها با اتکاء به دیگر جانداران و میکروارگانیسمهایی که قادر به تولید مواد مذکور هستند قادر به رشد و تکثیر خواهند بود.

گفتیم که SRB از طریق احیاء سولفات تولید یون سولفید (S^-2) می نماید. در صورت یون آهن مناسب در محیط ، ترکیب بیولوژیک FeS سیاه رنگ تشکیل می شود، یعنی ماکیناوایت (FeS_1-x) .

SO₄^-2+4H₂====S^-2 +4H₂O

اما در صورت عدم وجود یون آهن ، هیدروژن موجود در محیط با یون S^-2 ترکیب شده و تولید H₂S می کند. یکی از راههای شناسایی وجود SRB استفاده از آزمایش اسید می باشد که در آن با افشاندن چند قطره اسید کلریدریک رقیق بر روی محصولات سیاه رنگ خوردگی بوی تخم مرغ گندیده به مشام خواهد رسید. یعنی گاز H₂S آزاد می گردد. اما اگر در محیط سولفات یافت نگردد، بعضی از انواع باکتری های احیاء کننده سولفات (Strains) مکانیسم خود را تبدیل به فرمانتاسیون (تخمیر) نموده و ترکیبات آلی همچون پیروویت را برای تولید استات و هیدروژن و دی اکسید کربن بکار می برند. بدین شکل می توان SRB را در سیستمهای بدون سولفات یا سولفید نیز یافت. در حالت اخیر SRB ممکن است کمک به رشد دیگر میکروبهای صنعتی مانند باکتریهای مولد متان نماید.

تئوری های زیادی در خصوص نحوه ایجاد خوردگی توسط SRB آورده شده است که به شرح ذیل عنوان می شود:

1- تئوری دی پلاریزاسیون کاتدی:

این تئوری در سال 1934 میلادی ارائه شد و بر این اصل می باشد که SRB با ترشح آنزیم خاصی هیدروژن کاتدی را مصرف نموده و باعث دی پلاریزه شدن کاتدی و در نهایت خوردگی می شود.

4Fe⁺²+4H₂O===3Fe(OH)₂+FeS+2OH^-

2- تشکیل نقاط حساس بر روی فلز:

در این حالت تشکیل کلنی های میکروبی بر روی سطح فلز سبب ایجاد پیلهای اختلاف غلظتی یونی و اختلاف دمشی اکسیژن شده و باعث خوردگی در سطح فلز می شود.

3- تثبیت نقاط آندی:

با حضور میکروارگانیسم ها در روی سطح شرایطی ایجاد می گردد که در زیر کلنی ها و بیوفیلم ها آند تشکیل شود و این موضوع سبب ایجاد خوردگی حفره ای می شود.

4- ایجاد محیط اسیدی در زیر رسوبات:

با ازدیاد غلظت اسیدهای چرب مانند اسید استیک که از فعالیت میکروارگانیسم ها بوجود می آید در زیر رسوبات محیط اسیدی و خورنده تشکیل می شود.

5- خوردگی گالوانیک بین سولفید آهن و فولاد:

لایه سولفید آهن بوجود آمده توسط باکتری های SRB و لایه زیرین فولاد تشکیل پیل گالوانیک داده و خوردگی ایجاد می شود. سرعت خوردگی ایجاد شده تابعی از غلظت سولفید آهن موجود می باشد.