خوردگی توسط باکتری های احیا کننده سولفات

خوردگی توسط باکتری های احیا کننده ی سولفات، اولین بار در هلند و در سال 1934 کشف شد. باکتری های احیا کننده ی سولفات که به اختصار SRB نامیده می شوند در محیط های آبی، در اعماق زمین و دریاها، جایی که اکسیژن محلول به حداقل می رسد زندگی می کنند. این موجودات برای کسب انرژی و ادامه ی حیات در زیر پوسته ی سختی که دارند، با ترشح آنزیم های مخصوص، ترکیبات گوگردی همانند سولفات ها را شکسته و از اکسیژن آن ها استفاده می نمایند.

باکتری احیا کننده سولفات چیست؟

باکتری های احیا کننده ی سولفات ، گروهی از باکتری های بی هوازی اجباری هستند که برای زندگی به اکسیژن احتیاج ندارند و انرژی لازم برای رشد خود را از اکسیداسیون مواد آلی همراه با احیای سولفات، به دست آورده، به جای اکسیژن موادی نظیر سولفات، گوگرد و سایر ترکیبات گوگردی اکسید شده را به عنوان پذیرنده ی نهایی الکترون مصرف نموده و آن ها را به سولفید احیا می کنند.

ساختار باکتری های احیا کننده سولفات چگونه است؟

باکتری های احیا کننده ی سولفات به اشکال خمیده، بیضوی، کروی، و رشته ای با طول 1 تا 5 و عرض 5/0 تا 2 میکرون و اغلب دارای تاژه بوده و متحرک هستند. اکسیژن برای باکتری ها مضر است و گرچه آن ها را از بین نمی برد، اما سبب غیر فعال شدن آن ها می گردد. از مهم ترین باکتری های احیا کننده ی سولفات ، باکتری های دی سولفووی کانز، دی سولفوویبرو از خانواده کلاستی ایدیوم می باشند.

احیای سولفات مطابق واکنش زیر صورت می گیرد:

SO42-+8Hads→S2-+4H2O

اگر در محل واکنش بالا، فولاد وجود داشته باشد، یون سولفید ایجاد شده (S2-) با آهن واکنش داده و محصول خوردگی FeS است.

Fe2++H2S→FeS+2H+

مشخصه وجود خوردگی توسط باکتری احیا کننده سولفات

سولفید آهن (FeS) به رنگ سیاه می باشد که برای تشخیص آن چند قطره اسید کلریدریک به آن اضافه می نمایند چنان چه بوی تخم مرغ گندیده از آن متصاعد شود، مشخصه خوردگی باکتری های SRB می باشد.

FeS+2HCl→FeCl2+H2S

فرآیند عمل آن ها احیا سولفات معدنی و تبدیل آن به سولفید است. این باکتری ها pH خنثی را برای رشد ترجیح می دهند، اما مناسب ترین فعالیت آن ها در pH 5 تا 9/5 گزارش شده است.

شرایط زندگی باکتری های احیاکننده سولفات چگونه است؟

به طور کلی زندگی این باکتری ها در حرارت های 5- تا 104 درجه ی سانتی گراد گزارش شده است. حرارت مناسب برای رشد آن ها (40-20)  درجه ی سانتی گراد است. رسوبات و گل و لای آب های شیرین، آب شور و دریایی، خاک، فاضلاب، آب های زیرزمینی، کود حیوانی، چشمه های گوگردی، چاه های نفت و گاز، لوله ی گوارش انسان و حیوان، اطراف چشمه های آب گرم و اعماق دریا، محل رشد این باکتری هاست.

میکروارگانیسم های بی هوازی

به این گونه موجودات که از اکسیژن هوا استفاده نمی کنند میکروارگانیسم های بی هوازی گویند. البته ثابت شده است که این نوع باکتری های بی هوازی قادر به ایجاد بیماری نیستند، اما در عملیات استخراج آب از اعماق زمین، این باکتری ها به شبکه های انتقال و سیستم های سرمایشی و گرمایشی نفوذ کرده بر سطح دیواره های داخلی می چسبند و در مبارزه برای بقا قادرند سبب خوردگی شدید فلز آهن در سیستم های آبی شوند. به طوری که توانایی شتاب بخشیدن به احیا ترکیبات سولفات و آزاد شدن گوگرد و سپس تبدیل شدن گوگرد به ماده اسیدی سولفور هیدروژن را دارند. باکتری های احیا کننده سولفات (SRB)  به عنوان کاتالیست در واکنش احیا وارد عمل می شوند.

انجام واکنش احیای سولفات

به منظور انجام واکنش احیا چهار عامل زیر باید هم زمان وجود داشته باشد:

1. باکتری احیا کننده سولفات (SRB)
2. ترکیبات سولفاته
3. منبع انرژی خارجی در شکل الکترون آزاد
4. درجه حرارت آب زیر 65 درجه سانتی گراد

روش های تشخیص باکتری های احیا کننده ی سولفات  SRB

برای تشخیص باکتری های احیاکننده سولفات SRB در یک سیستم آبی سه روش بازبینی رسوب، تعیین pH  و تجزیه و تحلیل بیولوژیکی به کار می رود. هر سه روش به شرح زیر توضیح داده می شوند:

بازبینی رسوب:

 از آنجایی که سولفید هیدروژن یکی از محصولات جانبی عملیات سوخت و ساز بدن میکروارگانیسم ها است، چنان چه رسوبات سطوح داخلی را دقیقا مورد بازبینی قرار داده و بوی بدی مشابه بوی تخم مرغ گندیده استنشاق شود، به احتمال قریب به یقین می توان گفت که باکتری های احیا کننده ی سولفات SRB  در محیط وجود دارند.

تعیین pH :

همان گونه که توضیح داده شد، سولفید هیدروژن محصول جانبی متابولیسم میکروارگانیسم ها است، در یک سیستم آبی با تجزیه سولفید هیدروژن، یون H+ تولید و محیط اسیدی می شود، این عمل می تواند pH محیط را به حدود 5 کاهش دهد. کاهش pH در محیط های آبی می تواند یکی از دلایل حضور باکتری های احیا کننده سولفات در محیط باشد. جهت نگه داری pH در حدود 7 می بایست به محیط، مواد افزاینده pH مانند سود، یا محلول تنظیم کننده pH میتره اضافه شود.

تجزیه و تحلیل بیولوژیکی :

برای تعیین حضور باکتری های احیا کننده ی سولفات SRB در محیط با بهره گیری از روش نمونه برداری، تجزیه و تحلیل نتایج به دو صورت عمل می شود:

1. انتقال نمونه به آزمایشگاه
2. افزودن نمونه به کیت مخصوص آزمایش در محل

طرز عمل برای هر دو روش مستلزم اضافه کردن نمونه آب و یا رسوب به دستگاهی است که دارای مواد مغذی برای رشد باکتری ها بوده و درجه حرارت آن ثابت نگه داشته می شود. چنان چه باکتری در نمونه موجود باشد محیط کشت آماده تکثیر باکتری و ادامه فعالیت های حیاتی آن است.

روش آزمایشگاهی هزینه زیادی دارد و بایستی نمونه در یک بطری استرلیزه شده جمع آوری شود و در مدت 24 ساعت به آزمایشگاه منتقل گردد. روش میدانی، کار اساسا ارزان تری است و نیازی به آموزش و تخصص گسترده ندارد. کیت آزمایشگاه میدانی شامل یک سرنگ و یک ویال (شیشه کوچک مثل شیشه دارو) حاوی مایع کشت باکتری است، به طوری که نمونه آب و یا رسوب به ویال تزریق می گردد و اگر آنالیز کمی مورد نظر باشد، درجه حرارت بین 37-32 درجه ی سانتی گراد کنترل می شود و چنان چه آنالیز کیفی مد نظر باشد، نمونه در درجه حرارت اتاق نگه داری می شود. اگر در نمونه SRB وجود داشته باشد غلظت یون سولفات کاهش یافته و به یون سولفید تبدیل میشود و لایه سیاه رنگ سولفید آهن در طرفین ویال در مدت 28 روز که دوره آزمایش است، تولید می شود.

کاهش باکتری های احیا کننده ی سولفات SRB

به منظور کنترل و کاهش مقادیر باکتری های احیاکننده سولفات SRB در یک سیستم آبی اقدامات زیر توصیه می شود:

1. درجه حرارت آب بالاتر از 65 درجه سانتی گراد نگه داشته شود.
2. حذف هوای محلول در سیستم های گرمایشی و سرمایشی برای کاهش خوردگی فلز آهن و تزریق مواد پیشگیری کننده از خوردگی اکسیژنی
3. تخلیه مخازن و کویل های خنک کننده سیستم در شروع فصل سرما
4. چرخش محتویات شبکه راکد در کل سیستم آب گرم و سرد به طور متناوب و دوره ای مخصوصا در زمانی که شبکه خارج از سرویس است
5. شست شوی شیمیایی خطوط سیستم های آبی اگر حاوی مقادیر قابل توجه از رسوبات خوردگی هستند.