循环冷却水中微生物膜下金属材料腐蚀行为研究

论文摘要

随着我国电力工业的快速发展,将不可避免地面临水资源的极度匮乏问题。循环冷却水占火电厂水耗的70%,目前我国很多的火力发电厂使用污水处理后的回用水作为循环冷却水的补充水,因此冷却水系统面临复杂的生物腐蚀问题,尤其以硫酸盐还原菌（Sulfate-Reducing Bacteria,SRB）引起的微生物腐蚀受到极大的关注。SRB引起的金属材料局部腐蚀,已有众多学者作过较深入的研究。但对微生物膜下金属材料腐蚀的微观行为研究还较少,对微生物膜/金属界面腐蚀机制的研究还不透彻。随着电力事业的蓬勃发展,微生物腐蚀日益受到关注,研究凝汽器材料在循环冷却水中的微生物腐蚀具有十分重要的理论和现实意义。本论文使用从发电厂冷却塔底粘泥中分离出的SRB,研究了SRB的形貌特征和生长曲线,并分析了SRB生长过程的代谢产物。以凝汽器铜管中最常用的两种材料:HSn70-1AB和BFe30-1-1为研究对象,首次利用原子力显微镜（Atom ForceMicroscope,AFM）研究了微生物膜在铜合金表面的形成过程,同时通过AFM的力-距离曲线在微观尺度上测量了探针针尖与SRB细胞间的粘附力,证明了微生物容易在金属材料表面通过相互之间的作用力形成微生物膜。利用气相色谱分析、扫描电镜和傅立叶红外光谱技术等方法,对金属材料在微生物环境中的腐蚀产物组成,以及微生物膜中有机成分等进行了深入研究,探讨了胞外聚合物对腐蚀过程的影响。采用测量接触角的方法,对两种铜合金材料的表面润湿性进行了研究。研究表明发电厂循环冷却塔塔底粘泥中分离出来的SRB形貌为杆状,有鞭毛,革兰氏阴性菌,细胞大小为1.57μm×0.44μm×593.87nm。GC-MS分析得知SRB在新陈代谢过程中产生大量有机酸;利用傅立叶红外光谱技术对铜合金表面形成微生物膜的主要官能团分析,可检测到-NH,-COOH,-OH等官能团,表明微生物膜中有机成分主要是蛋白质及多糖组分,EDS分析可知微生物膜中分布着大小不均的硫化物结晶体。AFM研究表明在培养基中浸蚀3d的铜片表面有单个SRB细胞,细胞周围有培养基中的有机物及腐蚀产物沉积。浸蚀14d的铜片表面,SRB细胞已经逐渐被有机物及腐蚀产物所覆盖,微生物膜已经形成并且有一定厚度。在培养基中浸蚀14d的试片上细菌细胞的作用力无论表面或边缘都明显大于在培养基中浸蚀3d的。同一时间BFe30-1-1试片较HSn70-1AB试片腐蚀更为严重。微生物膜形成初期,细菌表面疏水性增强,更利于细菌在金属表面的吸附。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 硫酸盐还原菌
• 1.3 微生物附着与微生物膜
• 1.3.1 微生物膜形成过程
• 1.3.2 微生物膜生长规律研究
• 1.3.3 微生物膜的特征
• 1.4 微生物膜对腐蚀过程的影响
• 1.4.1 微生物膜对金属腐蚀过程的影响
• 1.4.2 微生物膜下SRB腐蚀研究
• 1.5 本论文的主要研究内容与意义
• 2 硫酸盐还原菌生长代谢规律研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌种的来源、分离与提纯
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 灭菌
• 2.2.4 试片制备
• 2.2.5 SRB特征分析
• 2.2.6 SRB生长过程中培养基中有机物的检测
• 2.3 试验结果与讨论
• 2.3.1 SRB特征研究
• 2.3.2 SRB生长规律研究
• 2.3.3 SRB代谢产物分析
• 2.4 本章小结
• 3 硫酸盐还原菌微生物膜成分研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 微生物膜有机组分分析
• 3.2.2 EPS提取方法
• 3.2.3 EPS成分分析
• 3.3.试验结果与讨论
• 3.3.1 微生物膜的SEM观察和EDS分析
• 3.3.2 微生物膜中有机官能团分析
• 3.3.3 EPS成分分析
• 3.4 本章小结
• 4 原子力显微镜用于微生物膜特性的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 微生物膜形貌观察
• 4.2.2 腐蚀形貌的观察及其量化分析
• 4.2.3 AFM测量SRB粘附力的方法
• 4.3 试验结果与讨论
• 4.3.1 微生物膜形成过程研究
• 4.3.2 铜合金腐蚀形貌及量化分析
• 4.3.3 SRB表面粘附力的研究
• 4.4 本章小结
• 5 吸附及其实验研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 金属表面接触角测量
• 5.2.2 微生物膜表面接触角测量
• 5.3 试验结果与讨论
• 6 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文数据集