Μικροβιολογικά επιρεασµένη διάβρωση έσποινα Μπρασινίκα και Μυρτώ-Σωτηρία Παπαµεντζελοπούλου, 5ο Εξ. Χ.Μ. ΓΕΝΙΚΑ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η MIC

Transcript

1 Μικροβιολογικά επιρεασµένη διάβρωση έσποινα Μπρασινίκα και Μυρτώ-Σωτηρία Παπαµεντζελοπούλου, 5 ο Εξ. Χ.Μ. ΓΕΝΙΚΑ Η µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση προκαλείται από βιολογικούς οργανισµούς (µικρόβια). Η ΜΙC θα προσβάλει ενεργά ή παθητικά στο µέταλλο π.χ. σε ένα σύστηµα ψεκαστήρων αυτόµατης πυρόσβεσης. Η ενεργή ΜΙC θα δηµιουργήσει νέες περιοχές διάβρωσης. Ορισµένοι παράγοντες που συµβάλλουν στην ανάπτυξη της διάβρωσης είναι το ph, ασυνέχειες και κατασκευαστικά ελαττώµατα, προϊόντα απόθεσης, η θερµοκρασία και η έλλειψη ροής καθώς και συγκέντρωσης οξυγόνου. Τα παραπροϊόντα της ενεργούς ΜΙC είναι οξέα και πολλές φορές αµµωνία. Η ενεργή ΜΙC εντοπίζεται στο σηµείο που υπάρχει διαρροή από µία µικρή τρύπα. Η παθητική, αντίθετα, παράγεται από απόβλητα βιολογικών προϊόντων, τα οποία δηµιουργούν µία µάζα από τζελ που επεκτείνεται σε µεγάλες περιοχές και συσσωρεύεται µε αυτόν τον τρόπο επιπλέον προϊόν απόθεσης. Τέτοιου είδους αποθέσεις βρίσκονται στην κάτω πλευρά των οριζόντιων σωλήνων και παρεµποδίζουν τη ροή. Η παθητική ΜΙC προσβάλλει µεγάλες περιοχές και ευθύνεται για τη µεγαλύτερη απώλεια µετάλλου. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ Μέχρι πριν από λίγα χρόνια η αναφορά σε βιολογική διάβρωση συσχετιζόταν µε διάβρωση σε θαλάσσια περιβάλλοντα, στο χώµα και σε πετρελαιοφόρες περιοχές. Πρόσφατα όµως η µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση αναγνωρίστηκε ως ένας από τους σηµαντικότερους παράγοντες διάβρωσης σε πολλές βιοµηχανίες και κυρίως σε εγκαταστάσεις παραγωγής ρεύµατος, στις µονάδες επεξεργασίας µετάλλων και στις χηµικές βιοµηχανίες. Αρχικά χρησιµοποιήθηκε ο όρος Μικροβιολογικά Προκληθείσα ιάβρωση (Microbiologically Induced Corrosion) και αναφέρεται σε διαβρώσεις που προκαλούνται από βακτήρια ή µύκητες. Ωστόσο ο όρος αυτός υπονοεί ότι το φαινόµενο αυτό δε θα ξεκινούσε χωρίς την παρουσία των βακτηρίων. Το γεγονός αυτό οδήγησε στην τροποποίηση του όρου σε Μικροβιολογικά Επηρεασµένη ιάβρωση (Μicrobiological Influenced Corrosion, MIC). Ο όρος αυτός τώρα υπονοεί πως η παρουσία µικροοργανισµών αυξάνει τη ταχύτητα καθώς και τη σοβαρότητα του φαινοµένου της διάβρωσης, η οποία όµως θα πραγµατοποιούταν και χωρίς αυτούς. Τα τελευταία χρόνια έχει καθιερωθεί για την περιγραφή του φαινοµένου ο γενικότερος όρος Βιολογική ιάβρωση (Biological Corrosion). ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η MIC Μόλις εγκατασταθεί η ΜΙC είναι εξαιρετικά δύσκολο να αποµακρυνθεί. Σε περίπτωση που δεν είναι εφικτή η πλήρης εξάλειψη της, είναι πολύ πιθανό να προσβληθούν οι σωληνώσεις ξανά από τον ίδιο τύπο µικροοργανισµών µέσα σε πολύ σύντοµο χρονικό διάστηµα. Τα περισσότερα κράµατα συµπεριλαµβανοµένων του χάλυβα, του χυτοσίδηρου, του χαλκού ακόµα και του ανοξείδωτου χάλυβα είναι επιρρεπή στην εµφάνιση της ΜΙC, δεδοµένου ότι αυτός ο τύπος διάβρωσης µπορεί να προσβάλλει οποιοδήποτε σύστηµα συµπυκνωµένου νερού πάντα σε συνδυασµό µε τις κατάλληλες συνθήκες. Οι δεξαµενές νερού θεωρούνται η πλέον συνήθης θέση όπου παρατηρείται η MIC. Τα βακτήρια που ανάγουν το θείο (SRB) µπορούν να µολύνουν τις δεξαµενές, οι οποίες θα πρέπει να καθαριστούν και να αποστειρωθούν, διότι είναι απίθανο για τις βιοκτόνες ουσίες 1

2 να εισχωρήσουν στα µεγάλα ποσά λάσπης και θραυσµάτων που είναι συγκεντρωµένα στον πυθµένα των δεξαµενών. Οι ροϊκές γραµµές είναι ένα ακόµη µέρος όπου εντοπίζεται η MIC, ειδικά στη βάση της γραµµής, εκεί όπου το νερό συσσωρεύεται. Επιπλέον, η MIC επικρατεί στα οικιακά συστήµατα ζεστού και κρύου νερού τα οποία αποτελούνται από χάλκινες σωληνώσεις και σαν επακόλουθο θα δηµιουργηθούν µικρές τρύπες διαρροής σε σύντοµο χρονικό διάστηµα. Οι επικαθήσεις στις µεταλλικές επιφάνειες, είτε είναι οργανικές είτε όχι, αυξάνουν την τάση για τοπική διάβρωση στις περισσότερες περιπτώσεις. Όταν οι επικαθήσεις είναι πλούσιες σε βακτήρια, παρατηρείται σηµαντικά µεγαλύτερος βαθµός διάβρωσης σε σχέση µε τις «αδρανείς» επικαθήσεις. Από διάφορες παρατηρήσεις διαπιστώθηκε πως µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση προκαλεί ταχεία και σοβαρή διάβρωση σε ανθρακούχους χάλυβες, σε ανοξείδωτους χάλυβες τύπου 300, στο χαλκό και τα κράµατα του, στο χυτοσίδηρο, το αλουµίνιο καθώς και το τσιµέντο. Ανάλογα µε το µηχανισµό της διάβρωσης συναντώνται διάφορα βακτήρια. Η δραστηριότητα διαφόρων εταιρειών επικεντρώνεται στον εντοπισµό των βακτηρίων που ευθύνονται για τη διάβρωση στους ψυκτικούς πύργους, στα βιοµηχανικά συστήµατα ύδρευσης, στις πυρηνικές εγκαταστάσεις, στα συστήµατα ψεκαστήρων αυτόµατης πυρόσβεσης, στις αντλίες πετρελαίου και αερίων, καθώς και στις πετρελαιοπηγές. Οι βασικές επιδράσεις της µικροβιολογικά επηρεασµένης διάβρωσης αφορούν σε τσιµεντένιες και χαλύβδινες κατασκευές, στις οποίες δηµιουργούνται εξογκώµατα από βακτήρια που σαν συνέπεια έχουν τη µείωση της θερµικής αγωγιµότητας. Επίσης, η ποιότητα του νερού χειροτερεύει και η χρήση του κρίνεται επισφαλής. Το φαινόµενο αυτό πολλές φορές φαίνεται σαν κανονική φθορά, αλλά το ετήσιο κόστος για την βιοµηχανία είναι πολύ υψηλό. Για το λόγο αυτό οι ερευνητές πραγµατοποιούν πειράµατα σε εξειδικευµένα βιολογικά εργαστήρια, ώστε να εντοπιστεί το εκάστοτε υπεύθυνο βακτήριο και η δράση του. Σε κάθε πείραµα ελέγχεται ο τρόπος µε τον οποίο αλληλεπιδρούν τα βακτήρια µε συγκεκριµένο αντιδραστήριο, µε αποτέλεσµα να εµφανίζονται χρωµατικές αλλαγές, έκλυση αερίων και καθιζήσεις. H ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ MIC Η κύρια ανησυχία των βιοµηχανιών σχετικά µε την MIC είναι ο επιταχυνόµενος ρυθµός εξάπλωσης της διάβρωσης σε κράµατα µετάλλων, όπως ελατός σίδηρος, ανοξείδωτο χάλυβα και χαλκός. Ωστόσο, η MIC δε φαίνεται να επηρεάζει το τιτάνιο. Η επίδραση ποικίλλει ανάµεσα στα διαφορετικά κράµατα µε τον ελατό σίδηρο να διαβρώνεται µε αργότερο ρυθµό από τον χάλυβα. Σε ορισµένες περιπτώσεις εξαιτίας της MIC το νερό στους χάλκινους σωλήνες χρωµατίζεται µπλε. Η µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση δεν οφείλεται σε ένα µόνο µικρόβιο, αλλά σε πολλά διαφορετικά είδη µικροβίων, τα οποία κατηγοριοποιούνται ανάλογα µε τα αν 2

3 επηρεάζουν παραπροϊόντα ή µείγµατα. Γενικότερα, τα µικρόβια χαρακτηρίζονται µε βάση τις απαιτήσεις τους σε οξυγόνο σε αερόβια που χρειάζονται το οξυγόνο, όπως τα βακτήρια που οξειδώνουν το θείο, και σε αναερόβια που απαιτούν ελάχιστη ποσότητα οξυγόνου ή καθόλου, όπως βακτήρια που ανάγουν το θειούχο.. Πρέπει να αναφερθεί ότι η MIC περιορίζεται σε ένα συγκεκριµένο σηµείο της επιφάνειας και εκεί δηµιουργεί ένα µικρό εξόγκωµα από βακτήρια, ενώ µια µικρή εσοχή σχηµατίζεται κάτω από το εξόγκωµα. ιάφοροι τύποι µικροβίων δρούν ταυτόχρονα στην περιοχή. Η αλληλεπίδραση αυτή επιτρέπει στην «κοινότητα» των µικροβίων να αναπτύσσεται και σε περιβάλλον που στην πραγµατικότητα είναι εχθρικό για κάποια από αυτά. Συγκεκριµένα, σε ένα αερόβιο περιβάλλον, τα αναερόβια βακτήρια συνήθως αναστέλλονται ή σκοτώνονται. Ωστόσο, σε µια «κοινότητα» τα αερόβια βακτήρια εγκαθίστανται στο εξωτερικό στρώµα του εξογκώµατος καταναλώνοντας το οξυγόνο από το νερό που εισχωρεί στο εξόγκωµα. Συνεπώς, στο εσωτερικό του τµήµα το οξυγόνο είναι αρκετά µειωµένο επιτρέποντας στα αναερόβια βακτήρια να αναπτυχθούν. Η διαδικασία µε την οποία εξαπλώνεται η MIC αποτελείται από τα τρία ακόλουθα στάδια: Προσκόλληση µικροβίων. Ανάπτυξη εξογκώµατος και αρχικής εσοχής. Εξόγκωµα και εσοχή πλήρως αναπτυγµένα. Κατά το πρώτο στάδιο τα βακτήρια πρέπει να βρούν το επιθυµητό µέρος για να προσκολληθούν στο εσωτερικό τοίχωµα του σωλήνα. Συγκεκριµένα, το τµήµα αυτό της επιφάνειας ορίζεται επιθυµητό αν περιέχει απορροφήσιµες θρεπτικές ουσίες, καθώς και µεταλλουργική µορφή ώστε τα µικρόβια να µπορούν να κολλήσουν πάνω σε αυτό. Έτσι, η ύπαρξη ανωµαλιών στην επιφάνεια του σωλήνα που προέρχονται από οξυγονοκολλήσεις, ηλεκτροκολλήσεις ή προυπάρχουσα διάβρωση ευνοούν τα µικρόβια στην έναρξη της MIC. Πρώτο στάδιο: Αναγνώριση των επιθυµητών για τα βακτήρια τµηµάτων. Εφ όσον έχει βρεθεί η κατάλληλη τοποθεσία, αρχίζει το δεύτερο στάδιο. Πιο αναλυτικά, ανάµεσα στα µικροβιακά παραπροϊόντα υπάρχουν κολλώδη πολυµερή τα οποία 3

4 περιέχουν οργανική και ανόργανη ύλη συµβάλλωντας, µε τον τρόπο αυτό, στη δηµιουργία εξογκώµατος. Μόλις σχηµατιστεί το εξόγκωµα αυτό, εµφανίζεται ανοµοιότητα µεταξύ των συνθηκών της επιφάνειας και του περιβάλλουσας ατµόσφαιρας. Στο σηµείο αυτό αρχίζει η επιταχυνόµενη διάβρωση δηµιουργώντας αρχικά ρωγµές στην επιφάνεια. Σε αυτό το στάδιο τα µικρόβια έχουν τοποθετηθεί σε όλο τον όγκο του εξογκώµατος και το ph είναι όξινο, αλλά παραµένει πάνω από 4. Εξαιτίας αυτής της οξύτητας αυξάνεται η διαβρωτικότητα του περιβάλλοντος και αναπτύσσονται συγκεκριµένα είδη βακτηρίων. Επιπλέον, η οξύτητα επιτείνεται από τα οργανικά οξέα που αποτελούν παραπροϊόντα των βακτηρίων. εύτερο στάδιο: Σχηµατισµός αποικιών από βακτήρια και δηµιουργία ρωγµών. Στο τρίτο και τελικό στάδιο η ανάπτυξη του εξογκώµατος πάνω από µία πλήρως αναπτυγµένη εσοχή είναι συνεχής, ενώ το ph λαµβάνει τιµή κάτω από 4. Ένας από βασικούς παράγοντες που συντελλούν στην αύξηση της οξύτητας είναι τα εξασθενηµένα οργανικά οξέα που αναφέρθηκαν στο δεύτερο στάδιο. Αυτά µπορούν να µετατραπούν σε ισχυρά αν συνδυαστούν µε χλωρίδια µέσα σε νερό παράγοντας έτσι υδροχλωρικό οξύ. Σαν αποτέλεσµα της υψηλής οξύτητας τα ζωντανά βακτήρια βρίσκονται µόνο στο εξωτερικό τµήµα του εξογκώµατος. Σε αυτό το σηµείο είναι δυνατή η εξάλειψη των βακτηρίων και η διάβρωση µπορεί να συνεχιστεί σαν µια κλασική ηλεκτροχηµική διαβρωτική διαδικασία. Τρίτο στάδιο: Σχηµατισµός εξογκώµατος πάνω από πλήρως αναπτυγµένη εσοχή. Πολλαπλά εξογκώµατα. Ένα από αυτά είναι σπασµένο και είναι εµφανή τα µαύρα προϊόντα διάβρωσης µέσα στο εξόγκωµα. Εντοπίζεται διάβρωση µε βελονισµούς κάτω από τα περισσότερα µεγάλα εξογκώµατα. 4

5 Σωλήνας καθαρισµένος από εξογκώµατα και εµφάνιση µακροσκοπικής τοπικής διάβρωσης. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΒΙΟ ΙΑΒΡΩΣΗΣ Ποοσσοοττι ικκήή κκααι ι ηηµµι ι-πποοσσοοττι ικκήή ααξξι ιοολλόόγγηησσηη ττηηςς MIIC Η συµβολή των µικροοργανισµών στην εµφάνιση της MIC έχει εκτιµηθεί χρησιµοποιώντας οπτικά και ηλεκτρονικά µικροσκόπια. Πρόσφατα, η περιβαλλοντική σαρωτική ηλεκτρονική µικροσκοπία (ESEM), η µικροσκοπία ατοµικών δυνάµεων (AFM) και η οµοεστιακή σαρωτική µικροσκοπία µε laser (CLSM) έχουν αρχίσει να εφαρµόζονται στη µελέτη των βιοφίλµ και των βιοδιαβρωτικών φαινοµένων. Το µικροσκόπιο παρέχει πληροφορίες για τη µορφολογία των µικροβιακών κυττάρων και των αποικιών, την επιφανειακή κατανοµή τους, την εµφάνιση EPS και τη φύση των προϊόντων διάβρωσης, δηλαδή αν είναι κρυσταλλικά ή άµορφα. Μπορούν ακόµα να αποκαλύψουν το είδος της διάβρωσης ( τοπική ή γενική), καθώς σχηµατίζεται σαφής εικόνα για τις αλλαγές στη µορφή της µικροδοµής και της επιφάνειας µετά από αποµάκρυνση του βιοφίλµ και των προϊόντων διάβρωσης. Οι CLSM και AFM επιτρέπουν την εξέταση των ένυδρων βιοφίλµ, που αποτελούν τρισδιάστατες απεικονίσεις ζωντανών βιοφίλµ σε πραγµατικό χρόνο. Η CLSM έχει δείξει ότι το 75 µε 95% της έντασης των βακτηριακών βιοφίλµ καταλαµβάνεται από το περίβληµα των κυττάρων, ενώ τα κύτταρα περιορίζονατι στο 5 µε 25% των χαµηλότερων ή των ανώτερων στρωµάτων. Επίσης, έχουν αναφερθεί ESEM µελέτες που αφορούν τη βιοδιάβρωση και το προστατευτικό επικαλυπτικό στρώµα. Απο την άλλη πλευρά, η χηµική φασµατοσκοπία που εφαρµόζεται σε επιφάνειες µπορεί να µας πληροφορήσει για τη φύση των συσσωρευµένων προϊόντων διάβρωσης που σχετίζονται µε συγκεκριµένες µικροβιακές αντιδράσεις. Η χηµική ανάλυση επιφανειών παρέχει πληροφορίες γαι τη χηµική σύσταση των προϊόντων διάβρωσης και των µικροβιολογικών αποθεµάτων και έτσι δίνει τη δυνατότητα για ουσιαστική κατανόηση των ηλεκτροχηµικών αντιδράσεων που περιλαµβάνει η βιοδιάβρωση. Η περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) και η ανάλυση της ενεργειακής διασποράς µε ακτίνες Χ (EDAX) έχουν χρησιµοποιηθεί ευρέως για την απόκτηση στοιχειωδών πληροφοριών για τα προϊόντα 5

6 διάβρωσης στις µεταλλικές επιφάνειες. Επιπλέον, η φασµατοσκοπία ηλεκτρονίων Auger (AES) επιτρέπει τη χαρτογράφηση των προϊόντων διάβρωσης κατά µήκος µιας µεταλλικής επιφάνειας που έχει υποστεί τοπική διάβρωση και χρησιµοποιείται για τον εντοπισµό της βιοδιάβρωσης στους πυκνωτές. Η φασµατοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) µπορεί να αποφασίσει για την οξειδωτική κατάσταση των παρόντων στοιχείων, ακόµα και να προβλέψει τη χηµεία των προϊόντων διάβρωσης, καθώς και του αντίστοιχου βιοφίλµ. Οι AES και XPS µέθοδοι είναι κατάλληλες µόνο για την αξιολόγηση της σύστασης των λεπτότερων αποθεµάτων, ενώ η φασµατοσκοπία µε laser Raman (LRS) συνδυασµένη µε την οπτική µικροσκοπία χρησιµοποιείται γαι την ανάλυση πυκνότερων αποθεµάτων (πάνω από 1µm) και αποτελεί µια ενδιαφέρουσα τεχνική για µελλοντικές µελέτες βιοδιάβρωσης. Μια µέθοδος που εφαρµόζεται σε σιδηρούχες ενώσεις είναι η φασµατοσκοπία Mössbauer, η οποία χρησιµοποιείται στην ανίχνευση της πράσινης σκουριάς µεταξύ των άλλων προϊόντων διάβρωσης που προκύπτουν όταν ο χάλυβας εκτείθεται σε θαλάσσια ιζήµατα, τα οποία περιέχουν SRB. ιάφορα χαρακτηριστικά σουλφίδια χαλκού, όπως ο χαλκοσίτης (Cu 2 S) και ο κοβελίτης (CuS 1-x ), σχηµατίζονται κατά τη διάβρωση του χαλκού, ενώ τα αντίστοιχα κράµατα προκύπτουν παρουσία SRB. Συνεπώς, η δηµιουργία πυκνών, µη προσκολληµένων στρωµάτων χαλκοσίτη ή ο σχηµατισµός εξαγωνικού χαλκοσίτη είναι ενδεικτικές της SRB επηρεασµένης διάβρωσης του χαλκού και των κραµάτων του. Ποοσσοοττι ικκήή εεκκττί ίµµηησσηη ττηηςς MIIC Οι ρυθµοί διάβρωσης συνήθως προσδιορίζονται µε ηλεκτροχηµικές µεθόδους, όπως η ποτενσιοδυναµική πόλωση, η ηλεκτροχηµική φασµατοσκοπία σύνθετης αντίστασης (EIS) και ο ηλεκτροχηµικός θόρυβος παράλληλα µε τις κλασικές µεθόδους µέτρησης απώλειας βάρους. Πρέπει να αναφερθεί ότι µε βάση τους µικροαισθητήρες µπορεί να γίνει µελέτη των διεργασιών τοπικής διάβρωσης που οφείλονται σε µικροοργανισµούς, καθώς και χαρακτηρισµός των χηµικών βαθµωτών µεταβολών µέσα στα βιοφίλµ. Επιπλέον, εφαρµόστηκαν για να δείξουν τη µείωση του οξυγόνου µέσα στα εξογκώµατα των διαβρωµένων χαλύβδινων επιφανειών. Η παρατήρηση αυτή βοήθησε τους επιστήµονες να συµπεράνουν ότι η διαφορά στη συγκέντρωση του οξυγόνου µέσα στα κελιά αποτελεί την κινητήρια δύναµη για τις δαιβρωτικές αντιδράσεις. Η φασµατοσκοπία υπερύθρου της εξασθενηµένης ολικής ανάκλασης µέσω µετασχηµατισµού Fourier (ATR / FTIR) χρησιµοποιήθηκε στον ποσοτικό προσδιορισµό του ρυθµού διάβρωσης ενός λεπτού µεταλλικού φιλµ το οποίο είχε αποτεθεί ως ένα εσωτερικό στοιχείο ανάκλασης και είχε εκτεθεί είτε σε ρευστό είτε σε στάσιµο υδατικό µέσο. Η µέθοδος αυτή βασίζεται στην παρατήρηση ότι η απορροφητικότητα του νερού στο υπέρυθρο αυξάνεται καθώς µειώνεται σε πάχος το φιλµ σαν αποτέλεσµα της διάβρωσης. Οι ποσοτικές αλλαγές στην απορροφητικότητα του νερού εκφράζονται ως ρυθµό διάβρωσης. Επίσης, η µέθοδος αυτή είχε χρησιµοποιηθεί για να δείξει τη συµµετοχή ενός µικροβιακού βιοφίλµ στην τοπική διάβρωση του χαλκού, καθώς και τη σχέση µεταξύ της έναρξης της διάβρωσης και της παραγωγής πολυσακχαριδίου κατά το σχηµατισµό του βιοφίλµ. 6

7 Αναµφίβολα, τόσο οι ποιοτικές όσο και οι ποσοτικές µέθοδοι είναι απαραίτητες για τη διερεύνηση του ρόλου των µικροοργανισµών στη διαδικασία της διάβρωσης. Πολύπλοκες τεχνικές εφαρµόζονται για τη µελέτη της διάβρωσης, των µικροβιακών αντιδράσεων στα βιοφίλµ και τον προσδιορισµό των τύπων των µικροοργανισµών. Η πληροφορία από τη χρήση µοριακών αισθητήρων που δείχνει ότι η πλειοψηφία των µικροοργανισµών στο φυσικό περιβάλλον είναι µη καλλιεργήσιµοι, σηµαίνει ότι η γνώση των επιστηµόνων γύρω από την MIC είναι αρκετά περιορισµένη. Συνεπώς, η µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση µε τις ιδιαίτερα σηµαντικές εφαρµογές της είναι βέβαιο ότι στο µέλλον θα συγκεντρώνει το έντονο επιστηµονικό και ερευνητικό ενδιαφέρον. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΡΑΣΗΣ Τα κυριότερα είδη βακτηρίων που συσχετίζονται µε τη διάβρωση του ακατέργαστου σιδήρου, του µαλακού ή ανοξείδωτου χάλυβα, είναι τα θείο - αναγωγικά βακτήρια (sulfate reducing bacteria), τα θείο - οξειδωτικά βακτήρια (sulfur - oxidising bacteria), τα σίδηρο οξειδωτικά / αναγωγικά βακτήρια (iron oxidising/reducing bacteria), τα µαγγάνιο οξειδωτικά βακτήρια (manganese oxidizing bacteria) και τα βακτήρια που περιέχουν οργανικά οξέα και εξωπολυµερή ή κολλόδη υγρά (bacteria secreting organic acids and exopolymers or slime). Αυτοί οι οργανισµοί µπορούν να συνυπάρχουν σε φυσικά εµφανιζόµενα βιοφίλµ, συχνά να σχηµατίζουν συνεργατικές κοινωνίες (consortia), ικανές να προσβάλλουν ηλεκτροχηµικές διαδικασίες µέσα από το σύνθετο µεταβολισµό που δεν εµφανίζεται στα ανεξάρτητα είδη. Κάποιες πρόσφατες έρευνες που πραγµατοποιήθηκαν εστίασαν την προσοχή τους στο ρόλο των συγκεντρωτικών ευαίσθητων οµάδων µορίων, όπως είναι η ακυλοµοσερίνη της λακτόνης, στον έλεγχο της µικροβιολογικής δραστηριότητας στα βιοφίλµ, µε σκοπό να χρησιµοποιήσουν τη γνώση αυτή για να µειώσουν τη λανθασµένη λειτουργία των βιοφίλµ στις βιοµηχανίες. Επιπλέον έχουν προταθεί και δύο µηχανισµοί για την εξήγηση του ρόλου των βακτηρίων στη διάβρωση των υλικών και ειδικότερα των µετάλλων. Οι µηχανισµοί αυτοί περιγράφονται αµέσως µετά. Κεελλι ιάά δδι ιααφφοορρεεττι ικκοούύ ααεερρι ισσµµοούύ Σε αβιοτικές συνθήκες, ουδέτερο ή αλκαλικό περιβάλλον και απουσία οξυγόνου δεν εµφανίζεται διάβρωση στους χάλυβες, γιατί η κάθοδος πολώνεται από το σχηµατισµό ενός στρώµατος ατοµικού υδρογόνου. Ένα µέταλλο όταν βρίσκεται σε υδατικό περιβάλλον, αποτελεί ιδανικό στοιχείο δηµιουργίας αποικιών από µικροοργανισµούς, οι οποίοι βρίσκονται σε αφθονία στο νερό. Κατά τον πολλαπλασιασµό των µικροβίων που έχουν επικαθίσει στην επιφάνεια του µετάλλου, σχηµατίζονται µικροαποικίες από το κάθε είδος. Οι µικροαποικίες αυτές διανένµονται στην επιφάνεια µε ανοµοιογενή τρόπο, ώστε ορισµένες περιοχές να είναι εκτεθειµένες στο υδατικό περιβάλλον ενώ κάποιες άλλες όχι. Σε υδατικά 7

8 περιβάλλοντα τα οποία αερίζονται, το οξυγόνο που αναλώνεται από τα βακτήρια δηµιουργεί µία κλιµακωτή συγκέντρωση οξυγόνου κοντά στην επιφάνεια του µετάλλου. Η µεγαλύτερη συγκέντρωση παρουσιάζεται στην περιοχή που τα βακτήρια είναι σε επαφή µε το νερό, ενώ η µικρότερη εµφανίζεται στον πυθµένα της µικροαποικίας όπου τα βακτήρια βρίσκονται σε επαφή µε το µέταλλο. Ένα κελί συγκέντρωσης οξυγόνου είναι πιθανό να δηµιουργηθεί στην περιοχή όπου µια µικροαποικία βακτηρίων που καταναλώνει οξυγόνο συναντά µία περιοχή του µετάλλου όπου η επιφάνεια δεν έχει αποικισθεί. Η περιοχή κάτω από τη µικροαποικία είναι ανοδική ως προς την περιοχή που είναι εκτεθειµένη στην υδατική φάση. Οι µικροοργανισµοί διευκολύνουν επιπλέον το σχηµατισµό κελιών διαφορετικού αερισµού σε µεταλλικές επιφάνειες που περιέχουν ανοµοιογενή διανοµή προϊόντων διάβρωσης από µη βιολογικές αντιδράσεις. Τα µεταλλικά άλατα που έχουν καθιζήσει προσφέρουν θέσεις για µικροβιολογική προσάρτηση και αποικισµό. Η αναπνοή των βακτηρίων µειώνει ακόµη περισσότερο τη συγκέντρωση οξυγόνου κάτω από την επικάθηση, του οποίου η διάχυση εµποδίζεται ήδη από την παρουσία της επικάθησης. Η µειωµένη συγκέντρωση οξυγόνου σ αυτές τις περιοχές δηµιουργεί τοπικές περιοχές µε χαµηλό δυναµικό οξείδωσης κοντά στην επιφάνεια του µετάλλου. Τέτοιες συνθήκες επιτρέπουν την ανάπτυξη παρασιτικών και αποκλειστικά αναερόβιων βακτηρίων ακόµη και αν η υδατική µάζα αερίζεται καλά. Με τον τρόπο αυτό µπορούν να αναπτυχθούν αναερόβια θειο αναγωγικά και οξεο παράγωγα βακτήρια σε συστήµατα που περιέχουν καλά οξυγονωµένο νερό. Βιοολλοογγι ικκέέςς Μεεµµββρράάννεεςς Έπειτα από σχετικά σύντοµη χρονική περίοδο έκθεσης στις περισσότερες πηγές νερού, σχεδόν όλες οι µεταλλικές επιφάνειες αποικίζονται από µία ποικιλία µικροοργανισµών, η σύνθεση των οποίων εξαρτάται από τις εκάστοτε περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι µικροαποικίες αναπτύσσονται η µία δίπλα στην άλλη και συνωστίζονται δηµιουργώντας µία βιολογική µεµβράνη (biofilm). Μέσα στη σύνθετη αυτή δοµή πραγµατοποιείται µία σειρά από µικροβιολογικές διεργασίες. Η βιολογική µεµβράνη εµποδίζει τη διάχυση προϊόντων µεταβολισµού των µικροβίων που εκκρίνονται από τα κελιά σε κάθε µικροαποικία. Έτσι λίγα παραπροϊόντα µικροβιολογικού µεταβολισµού συγκεντρώνεται πάνω ή κοντά στην επιφάνεια του µετάλλου. Στις περιπτώσεις που η επιφάνεια δεν είναι συµβατή µε τα προϊόντα του µεταβολισµού, είναι δυνατή η διάβρωση. 8

9 Το βιοφίλµ συνίσταται από µικροβιακά κύτταρα, εξωκυτταρικές πολυµερικές ουσίες (EPS) που διευκολύνουν την µη αντιστρεπτή προσκόλληση των κυττάρων στην επιφάνεια, ανόργανα ιζήµατα που προέρχονται από την ογκώδη υδατική φάση και πιθανώς προϊόντα διάβρωσης του µεταλλικού υποστρώµατος. Ωστόσο, πρέπει να αναφερθεί ότι ο αριθµός των προσκολληµένων µικροοργανισµών δε σχετίζεται απαραίτητα µε το µέγεθος της διάβρωσης, αλλά εξετάζεται κατά πόσο η µαταβολική κατάσταση του κυττάρου συνδέεται µε το ρυθµό εξάπλωσης της διάβρωσης. Θεει ιοο - Αννααγγωγγι ικκάά Βαακκττήήρρι ιαα (SSuul ( lfaat tee Reedduucci inngg Baacct teerri iaa,, SSRB) ) Τα SRB είναι ένα είδος από διάφορα αναερόβια βακτήρια, τα οποία εκτελούν διάφορες αναγωγές των θειικών µειγµάτων, όπως είναι τα θειικά, τα θειώδη, τα θειοθειικά ιόντα και ακόµα το ίδιο το θείο σε σουλφίδια. Αν και τα SRB θεωρείται συχνά ότι είναι αυστηρά µόνο αναερόβια βακτήρια, κάποια είδη ανθεκτικών οξυγόνων και σε χαµηλές συγκεντρώσεις διαλυµένου οξυγόνου ορισµένα SRB είναι ικανά να αναπνέουν µε Fe 3+ ή και µε οξυγόνο, µε το υδρογόνο να δρα σαν δότης ηλεκτρονίων. Λόγω της αναερόβιας γενικότερα φύσης τους, εξαρτώνται µε πολλούς τρόπους από ετερότροφες οµάδες που καταναλώνουν οξυγόνο, οι οποίες µειώνουν τη συγκέντρωση του στη βιολογική µεµβράνη. Οι βιοµηχανίες πετρελαίου, αερίου και οι ναυτιλιακές επηρεάζονται σηµαντικά από τα σουλφίδια τα οποία δηµιουργούνται από τα SRB. Η βιογενετική παραγωγή σουλφιδίων οδηγεί σε προβλήµατα υγείας και σε προβλήµατα ασφάλειας, περιβαλλοντικούς κινδύνους και σε σοβαρές οικονοµικές απώλειες λόγω των όξινων αποθεµάτων και την διάβρωση των εξοπλισµών. Με τις πρώτες ανακαλύψεις, που πραγµατοποιήθηκαν το 1930, για τις επιδράσεις των SRB στη διάβρωση του ακατέργαστου σιδήρου, έχει διαπιστωθεί ο ρόλος αυτών των βακτηρίων στην δηµιουργία µακροσκοπικής τοπικής διάβρωσης των διαφόρων µετάλλων και των κραµάτων τους τόσο σε θαλάσσιο περιβάλλον όσο και στο έδαφος, κάτω από µη οξυγονωµένων όσο και οξυγονωµένων συνθηκών. Έχουν προταθεί διάφορα µοντέλα για την ερµηνεία των µηχανισµών µε την οποία τα SRB επηρεάζουν τη διάβρωση του χάλυβα και θεωρείται πλέον δεδοµένο ότι εµπλέκεται κατά κάποιο τρόπο η αναγωγική δραστηριότητα των θειικών ιόντων. Τα προϊόντα αυτής της δραστηριότητας, τα σουλφίδια, είναι διαβρωτικά. Ωστόσο τα χηµικά προερχόµενα σουλφίδια δεν έχουν την ίδια δραστικότητα, αποδεικνύοντας έτσι τη σπουδαιότητα των βιοδιαδικασιών και την έλλειψη πειραµάτων που χρησιµοποιούν αβιοτικούς παράγοντες, σε αντίθεση µε τα βιολογικά προερχόµενα µείγµατα. Πρόσφατες έρευνες απέδειξαν ότι δεν υπάρχει ένας συγκεκριµένος µηχανισµός για την επηρεασµένη από SRB διάβρωση και ότι εµπλέκονται διάφοροι παράγοντες. 9

10 Μέέττααλλλλοο Αννααγγωγγι ικκάά Βαακκττήήρρι ιαα (Meet ( taal l Reedduucci inngg Baacct teerri iaa,, MRB) ) Είναι γνωστό ότι οι µικροοργανισµοί υποκινούν τη διάβρωση του σιδήρου και των κραµάτων του µέσα από αντιδράσεις που προκαλούν τη διάλυση των οξειδωτικών µεµβρανών, που αντέχουν στη διάβρωση, στην επιφάνεια του µετάλλου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα τα παθητικά προστατευόµενα στρώµατα, για παράδειγµα στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα, να χάνονται ή να αντικαθίστανται από λιγότερο σταθερές αναγωγικές µεµβράνες µετάλλων που επιτρέπουν περαιτέρω διάβρωση να πραγµατοποιηθεί. Παρά την αφθονία τους στη φύση και την πιθανή σπουδαιότητα τους στην βιοµηχανική διάβρωση τα MRB θεωρήθηκαν πρόσφατα σηµαντικά για την µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση. Μεγάλος αριθµός βακτηρίων, συµπεριλαµβανοµένου αυτά του είδους Pseudomonas και Shewanella είναι ικανά να πραγµατοποιήσουν οξειδοαναγωγές µαγγανίου και σιδήρου και έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζουν τις αντιδράσεις διάβρωσης. Πλέον είναι αποδεδειγµένο ότι σε καλλιέργειες από Shewanella putrefaciens, η επαφή µε την οξειδωτική επιφάνεια του σιδήρου είναι απαραίτητη για τα βακτηριακά κελιά ως µεσολαβητή για την αναγωγή αυτών των µετάλλων. Ο βαθµός της αντίδρασης εξαρτάται από τον τύπο της οξειδωτικής µεµβράνης η οποία διαβρώνεται. Μέέττααλλοο Εννααπποοθθεεττι ικκάά Βαακκττήήρρι ιαα (Meet ( taal l Deeppoossi itinngg Baacct teerri iaa,, MDB) ) Τα βακτήρια των ειδών Siderocapsa, Gallionella, Leptothrix, Sphaerotilus, Crnothrix και Clonothrix συµµετέχουν στη βιοµεταφορά των οξειδίων των µετάλλων, όπως ο σίδηρος ή το µαγγάνιο. Τα MDB οξειδώνουν το Fe 2+, είτε διαλυµένα στο µισό όγκο ή διασκορπισµένα σε κάποια επιφάνεια, σε Fe 3+. Τα βακτήρια που αναφέρθηκαν πιο πάνω είναι επίσης ικανά να οξειδώνουν µαγγανιούχα ιόντα σε µαγγανικά ιόντα µε ταυτόχρονη εναπόθεση διοξειδίου του µαγγανίου. Έχει προσδιοριστεί ένας ρόλος, στη διάβρωση του χάλυβα, για τα εναποθετηµένα νηµατοειδή βακτήρια, που έχουν ανιχνευτεί µε το µικροσκόπιο σε φυσικά σχηµατιζόµενες περιοχές διάβρωσης. Τα βακτήρια αυτά συνδέονται συνήθως µε το σχηµατισµό των εξογκωµάτων (µακροσκοπικές εναποθέσεις που περιέχουν µικροοργανισµούς, οργανικά και ανόργανα βακτήρια) και έχουν σαν αποτέλεσµα την τη δηµιουργία εσοχών κάτω από τα αποθέµατα στον ανοξείδωτο χάλυβα. Η αντίσταση στη διάβρωση των κραµάτων, όπως αυτά 10

11 του ανοξείδωτου χάλυβα, πραγµατοποιείται λόγω του σχηµατισµού µιας λεπτής οξειδωµένης παθητικής µεµβράνης. Ο σχηµατισµός οργανικών και ανόργανων αποθεµάτων από τα MDB στην επιφάνεια του οξειδίου συµβάλει στη σταθερότητα της µεµβράνης. Ωστόσο µεγάλη συγκέντρωση από MDB στην επιφάνεια του µετάλλου µπορεί να προκαλέσει αντιδράσεις διάβρωσης µε την εναπόθεση καθοδικών αντενεργών οξειδίων του σιδήρου και του µαγγανίου και την τοπική κατανάλωση οξυγόνου από την αναπνοή των βακτηρίων στα αποθέµατα. Παρόλα αυτά δεν µπορούµε να θεωρήσουµε τους µικροοργανισµούς ως το µοναδικό συντελεστή στην διάβρωση. Κάποια βακτήρια είναι γνωστό ότι προσκολλούνται επιλεκτικά στα προϊόντα της διάβρωσης και έτσι εµφανίζονται σε µεγάλες ποσότητες αν και δε συµµετέχουν στην αρχική διαδικασία της διάβρωσης. Τα MDB έχει αποδειχθεί ότι ενισχύουν το εξευγενισµό των µετάλλων και τη δηµιοργία εσοχών. Έχει επίσης αποδειχθεί ότι ο σχηµατισµός µιας επιφάνειας βιολογικής µεµβράνης (biofilm), που περιέχει το σχηµατισµό περιβλήµατος, και το εναποθετικό βακτήριο µαγγανίου, Leptothrix discophora, έχει ως αποτέλεσµα τον εξευγενισµό του 316L ανοξείδωτου χάλυβα. Οι βιολογικές µεµβράνες θεωρήθηκαν απαραίτητες για την εναπόθεση και την ηλεκτρική επαφή των καθοδικά ενεργών MnO x στην επιφάνεια του µετάλλου έτσι ώστε να µπορεί να πραγµατοποιηθεί η µεταφορά ηλεκτρονίων από το µέταλλο στα αποθέµατα MnO x. Ο εξευγενισµός που προκαλείται µε αυτόν τον τρόπο και έχει παρατηρηθεί σε εργαστηριακές συνθήκες, µοιάζει πολύ µε τον τρόπο µε τον οποίο πραγµατοποιείται ο εξευγενισµός του χάλυβα στα φυσικά ύδατα. Ωστόσο ο εξευγενισµός που πραγµατοποιείται εργαστηριακά δεν συνοδευόταν από τη χαρακτηριστική δηµιουργία εσοχών στο µετάλλο, δείχνοντας έτσι τα όρια της έναρξης της διαδικασίας αυτής και τον πολλαπλασιασµό τους στο χάλυβα από τα MDB. Βαακκττήήρρι ιαα πποουυ ππααρράάγγοουυνν κκοολλλλόόδδηη υυγγρράά (SSl ( limee pprroodduucci inngg Baacct teerri iaa ) Οι µικροοργανισµοί που παράγουν άφθονες ποσότητες από EPS κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης τους σε βιολογικές µεµβράνες έχουν αναµιχθεί σε τοπικές επιθέσεις σε ανοξείδωτο χάλυβα. Οι µικροοργανισµοί που δηµιουργούν κολλόδη υγρά, που έχουν ανακαλυφθεί σε περιοχές διάβρωσης σε ανοξείδωτο χάλυβα περιλαµβάνουν Clostridium spp., Flavobacterium spp., Bacillus spp, Desulfovibrio spp., Desulfotomaculum spp. και Pseudomonas spp. Ελάχιστη ποσότητα, όπως 10 ng ανά cm 2, EPS έχει διαπιστωθεί ότι προκαλεί την έναρξη της µικροβιολογικά επηρεασµένης διάβρωσης του ανοξείδωτου χάλυβα σε φυσικά ύδατα. Η καθοδική προστασία του ανοξείδωτου χάλυβα, που χρησιµοποιείται ενάντια στη διάβρωση, αυξάνει στην ουσία τον αριθµό των EPS στη βιολογική µεµβράνη. Ωστόσο ο ρόλος των EPS στη µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα παραµένει µυστήριο. Έχει εκτιµηθεί ότι δεν είναι αρκετά ώστε να προκαλέσουν βιολογική διάβρωση στον ανοξείδωτο χάλυβα εάν δεν βοηθηθούν από κάποιο βιοκαταλύτη που ανάγει το οξυγόνο, ο οποίος θα µπορούσε να είναι ένζυµο κατάλυσης αναγωγής που έχει παγιδευτεί στη βιολογική µεµβράνη. Τα EPS έχουν προταθεί για την προστασία της επιφάνειας των µετάλλων από τη διάβρωση. 11

12 Μία οµάδα βακτηρίων που αποτελείται από τα θερµόφιλα Bacillus sp. και Deleya marina παράγουν µέταλλο δεσµευτικά EPS που µειώνουν το ποσοστό της διάβρωσης του χάλυβα κατά 94%. Ένας τέτοιος µηχανισµός µπορεί να είναι υπεύθυνος για τη προστασία που οι µικροοργανισµοί προσφέρουν στο µαλακό χάλυβα κάτω από συγκεκριµένες συνθήκες. Οξξεεοο Πααρράάγγωγγαα Βαακκττήήρρι ιαα (Acci ( idd PPrroodduucci inngg Baacct teerri iaa,, APPB) ) Τα βακτήρια µπορούν να παράγουν άφθονες ποσότητες είτε από ανόργανα ή οργανικά οξέα σαν παραπροϊόντα του µεταβολισµού. Τα οξεόφιλα θείο - οξειδωτικά βακτήρια (acidophilic sulfur oxidizing bacteria, SOB), όπως το Thiobacillus spp., οξειδώνουν αναγωγικές µορφές θείου σε θειικά. Τα µικρόβια αυτά µπορούν να προκαλέσουν σοβαρά προβλήµατα διάβρωσης σε εξοπλισµό ορυχείων. Τα βακτήρια που παράγουν οργανικά οξέα θεωρήθηκαν η κύρια αιτία διάβρωσης του ανθρακούχου χάλυβα σε σταθµούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ήταν η µοναδική οµάδα από καλλιεργήσιµους µικροοργανισµούς, των οποίων η αφθονία είναι συσχετισµένη µε τη διάβρωση. Το οξικό, το φορµικό και το λακτικό οξύ είναι συνηθισµένα παραπροϊόντα του µεταβολισµού των APB. Οι µηχανισµοί της δράσης των οξέων στη διάβρωση του µαλακού χάλυβα έχουν µελετηθεί πολύ καλά στο χώρο της µεταλλουργίας, αλλά τα οξέα που παράγονται και οι συγκεντρώσεις τους σπάνια µπορούν να ανιχνευτούν κάτω από συνθήκες µικροβιολογικά επηρεασµένης διάβρωσης. Τα οξέα που παράγονται από τους µικροοργανισµούς που παράγουν κολλόδη υγρά είναι συγκεντρωµένα στην επιφάνεια του µετάλλου, εποµένως το ph της υγρής φάσης µπορεί να θεωρηθεί ένας στενά συνδεδεµένος παράγοντας. Μικροανιχνευτές έχουν χρησιµοποιηθεί για να εξετάσουν τις τιµές του ph σε µικροβιακές βιολογικές µεµβράνες πάχους 1 mm. που έχει αναπτυχθεί σε διαβρωµένη επιφάνεια µαλακού χάλυβα. Οι τιµές του ph αυξάνουν από 7,5, στον υγρό όγκο της βιολογικής µεµβράνης σε 9,5 στη µεταλλική επιφάνεια στις καθοδικές περιοχές και κυµαίνεται από 5 έως 7 στην επιφάνεια του εξογκώµατος στις ανοδικές περιοχές. 12

13 Βαακκττήήρρι ιαα Σιδδήήρροουυ Τα βακτήρια που ανάγουν το σίδηρο τροποποιούν το προστατευτικό στρώµα οξειδίου που δηµιουργείται πάνω στην επιφάνεια του µαλακού χάλυβα προκαλώντας την αποπόλωση της επιφάνειας. Ενζυµατικά αναερόβια βακτήρια όπως το Pseudomonas, είναι ικανά να χρησιµοποιήσουν τρισθενή σίδηρο και θειώδη άλατα ως τελικούς αποδέκτες ηλεκτρονίων για την αναερόβια αναπνοή και ενώσεις όπως το γαλακτικό οξύ για πηγή άνθρακα. Ορισµένα από αυτά τα βακτήρια επικάθονται στο µαλακό χάλυβα και αποµακρύνουν το παθητικό στρώµα γάµµα Fe 2 O 3, αντικαθιστώντας το µε βιολογική µεµβράνη, κάτω από την οποία αναπτύσσεται διάβρωση µε βελονισµούς. Ορισµένες φορές είναι δυνατό τα βακτήρια που ανάγουν το σίδηρο να προάγουν τη διάβρωση του σιδήρου καθώς και του ανοξείδωτου χάλυβα σε αερόβιο περιβάλλον. Προϊόντα διάβρωσης που αποτελούνται από υδροξείδια τρισθενούς σιδήρου και άλλα µεταλλικά άλατα, σχηµατίζουν συσσωµατώµατα που συγκεντρώνονται στην εσωτερική επιφάνεια σωλήνων. Η επιφάνεια κάτω από τις επικαθήσεις γίνεται αναερόβια, καθώς εµποδίζεται η διάχυση του οξυγόνου από το προαναφερθέν στρώµα. Τέτοια βακτήρια που συναντώνται στον ανοξείδωτο χάλυβα είναι τα Sphaerotilus natans, Gallionalle και Siderocapsa. Μύύκκηηττεεςς (Fuunnggi ( i) ) Οι µύκητες είναι γνωστό ότι παράγουν οργανικά οξέα και είναι έτσι µε τον τρόπο αυτό ικανοί να συµµετέχουν στη µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση. Πολλές από τις έρευνες που έχουν δηµοσιευθεί για τη βιολογική διάβρωση του αλουµινίου και των κραµάτων του, έχουν θεωρήσει υπεύθυνους για τη µόλυνση των υγρών καυσίµων τους µύκητες Hormoconis resinae, Aspergillus spp., Penicillium spp. και Fusarium spp. Ο µύκητας H. resinae χρησιµοποιεί τους υδρογονάνθρακες των καυσίµων για να παράγει οργανικά οξέα. Οι επιφάνειες που βρίσκονται σε επαφή µε την υγρή φάση των υγρών µιγµάτων των καυσίµων και των ιζηµάτων είναι ιδιαίτερα εκτεθειµένες περιοχές. Οι µεγάλες ποσότητες των οργανικών οξέων, που εκκρίνονται σαν παραπροϊόντα από αυτούς τους µύκητες, διαλύουν επιλεκτικά ή σχηµατίζουν δακτύλιο ιόντων στο χαλκό, το ψευδάργυρο και το σίδηρο σε µέγεθος κόκκων στα κράµατα αλουµινίου, που δηµιουργούν βελονισµούς, οι οποίοι αντέχουν κάτω από τα αναερόβιες συνθήκες που υπάρχουν κάτω από το υπόστρωµα των µυκήτων. Η ανάπτυξη αυτών καθώς και άλλων µυκήτων σε αποθέµατα πετρελαίου σε δεξαµενές µπορούν να δηµιουργήσουν µεγάλες ποσότητες βιοµάζας και αυτό µπορεί να προκαλέσει ρωγµές στο µέταλλο. 13

14 Οι µύκητες που ανάγουν το σίδηρο έχουν αποµονωθεί από εξογκώµατα σε συστήµατα παροχής νερού, που προτείνουν ένα άλλο µηχανισµό µε τον οποίο η διάβρωση µπορεί να επιταχυνθεί από αυτό το είδος των µικροοργανισµών. ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΗΣ MIC Οι βιολογικές µεµβράνες, που µπορούν να σχηµατιστούν πάνω σε οποιαδήποτε επιφάνεια που βρίσκεται σε επαφή µε κάποιο ρευστό, είναι άµεσα συνδεδεµένες µε τη λειτουργικότητα και την απόδοση των διαφόρων κατασκευών. Σε κάθε περίπτωση η σηµασία της µικροβιολογικά επηρεασµένης διάβρωσης εκτιµάται µε βάση την οικονοµική και την ενεργειακή επιβάρυνση που αυτή επιφέρει στην κατασκευή. Έτσι οι κυριότερες συνέπειες της MIC που έχουν εντοπιστεί είναι οι ακόλουθες : Απώλεια ενέργειας λόγω της αυξηµένης αντίστασης της τριβής, για παράδειγµα σε σωληνώσεις, σε γάστρες πλοίων, σε έλικες και πορώδεις επιφάνειες όπως φίλτρα λαδιού και νερού. Αυξηµένη αντίσταση κατά τη µεταφορά θερµότητας. Σε εγκαταστάσεις παραγωγής πυρηνικής ενέργειας έχει αναφερθεί µείωση του ρυθµού µεταφοράς θερµότητας κατά 30%. Αυξηµένο επενδυτικό κόστος σε εγκαταστάσεις λόγω µειωµένης απόδοσης των µηχανηµάτων, για παράδειγµα αυξηµένη επιφάνεια σε εναλλάκτες θερµότητας. Αυξηµένο επενδυτικό κόστος λόγω πρόωρης αντικατάστασης εξοπλισµού υποκείµενο σε φθορά εξαιτίας της µικροβιολογικά επηρεασµένης διάβρωσης. Σε 14

15 εγκαταστάσεις παραγωγής πυρηνικής ενέργειας αντικαταστάθηκε συµπυκνωτής έπειτα από 6 χρόνια λειτουργίας, ενώ ήταν προγραµµατισµένο να λειτουργήσει για 20 χρόνια. Οικονοµική επιβάρυνση λόγω καθυστέρησης της παραγωγής για επισκευή ή αντικατάσταση εξαρτηµάτων που έχουν υποστεί διάβρωση. Στην παραγωγή πετρελαίου η επιβάρυνση αυτή ανέρχεται στα 10 εκατοµµύρια δολάρια ανά ηµέρα. Προβλήµατα στο έλεγχο ποιότητας των προϊόντων λόγω εξαρτηµάτων που έχουν υποστεί φθορά. Προβλήµατα ασφάλειας. Μειωµένη απόδοση συστηµάτων που ενεργοποιούνται σε καταστάσεις έκτακτου ανάγκης (π.χ. νερό ψύξης σε εγκαταστάσεις παραγωγής πυρηνικής ενέργειας). Μόλυνση πόσιµων υδάτινων αποθεµάτων εξαιτίας της αυξηµένης συγκέντρωσης µικροβίων. Επιπλέον έχουν αναφερθεί θάνατοι σε εργαζόµενους κοντά σε πύργους ψύξης, οι οποίοι αποδόθηκαν στο σύνδροµο των Λεγεωνάρειων. ΠΡΟΛΗΨΗ Παράµετρος παροχής νερού Συνιστώµενη τιµή για µικροβιολογικό έλεγχο Οργανικός άνθρακας < 1 mg / L ph > 6.5 Σκληρότητα > 50 mg / L Σίδηρος < 0.3 mg / L Θείο < 10 mg / L Στη σύγχρονη βιοµηχανία συστηµάτων πυρόσβεσης η MIC αποτελεί φαινόµενο που συνεχώς εξαπλώνεται. Η εφαρµογή λεπτότερων σωλήνων πιθανώς να επηρεάζει το ρυθµό εισχώρισης στα τοιχώµατα αυτών. Οι αλλαγές στην ποιότητα του νερού τροφοδοσίας και ο αποτυχηµένος έλεγχος της διάβρωσης µέσω παρεµποδιστών είναι επιπλέον επιβαρυντικοί παράγοντες. Παρ όλο που οι µηχανισµοί που σχετίζονται µε την MIC δεν είναι πλήρως ερµηνεύσιµοι, υπάρχουν διάφορες µέθοδοι πρόληψης που µπορούν να εφαρµοστούν. Αυτές περιλαµβάνουν εξάλειψη του νερού από τα συστήµατα πυρόσβεσης στεγνού τύπου, επαναφόρτιση των συστηµάτων µε νερό χαµηλής συγκέντρωσης σε θρεπτικά συστατικά, καθαρισµός των πρόσφατα εγκατεστηµένων σωληνώσεων για να αποµακρυνθεί η υπολειµµατική οργανική και ανόργανη ύλη και προσθήκη ασφαλών και συµβατών παρεµποδιστών, όπου θεωρείται απαραίτητη. Σε αυτά πρέπει να προστεθούν η αποτελεσµατικότητα των εργαστηριακών δοκιµών, η σωστή συντήρηση και η άµεση αντιµετώπιση, ώστε να αποφευχθεί η µη αντιστρέψιµη φθορά των FPS και το φράξιµο των σωληνώσεων. Συνεπώς, οι ειδικοί είναι αναγκαίο να επικεντρωθούν στην κατανόηση όλων των παραµέτρων που συµβάλλουν στην εµφάνιση και στην µετέπειτα εξάπλωση της MIC, ώστε η πρόληψη να είναι αποτελεσµατική. 15

16 ΤΡΟΠΟΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ Η καλύτερη αντιµετώπιση της µικροβιολογικά επηρεασµένης διάβρωσης είναι η πρόληψη, που µπορεί να επιτευχθεί µε την καλή σχεδίαση και λειτουργία των κατασκευών και συστηµάτων. Όπως έχει αναφερθεί η µικροβιολογική δραστηριότητα µπορεί να προκαλέσει σηµαντική φθορά στα σιδηρούχα και µη µέταλλα. Ωστόσο, δεν είναι εφικτό να προσδιοριστεί η συνολική επίδραση της MIC στη διάβρωση των σωληνώσεων. Εκεί όπου η χηµεία του νερού, οι τεχνικές συγκόλλησης σωλήνων και οι ηλεκτρολυτικές διαδικασίες έχουν αποκλειστεί ως πιθανές αιτίες διάβρωσης θα πρέπει το ερευνητικό ενδιαφέρον να επικεντρωθεί στην MIC. Στην περίπτωση όπου οι εργαστηριακές δοκιµές επιβεβαιώσουν την παρουσία µικροοργανισµών που σχετίζονται µε την MIC είναι αναγκαίο να εφαρµοστούν αντιµικροβιακές τεχνικές (προσθήκη κατάλληλης ποσότητας χλωρίου ή άλλων βιοκτόνων ουσιών) στα πόσιµα και βιοµηχανικά ύδατα. Κάποιες βασικές αρχές που πρέπει να ακολουθούνται κατά τη σχεδίαση των συστηµάτων είναι οι εξής : Κατά το σχεδιασµό εγκαταστάσεων Μικρό µήκος σωληνώσεων Αποφυγή τυφλών διακλαδώσεων στις σωληνώσεις Καλώς σχεδιασµένες συνέσεις, δηλαδή χωρίς νεκρές ζώνες Αποκλεισµός της πρόσβασης φωτός Χρήση αδρανών υλικών Λείες επιφάνειες Απολυµασµένες δεξαµενές Για το νερό τροφοδοσίας Χαµηλές θερµοκρασίες, δηλαδή θερµοκρασίες µικρότερες από 25 ο C. Χαµηλή συγκέντρωση οργανικών και ανόργανων ενώσεων και στοιχείων Για τις παραµέτρους λειτουργίας Συνεχής λειτουργία εγκατάστασης ιαρκής παρακολούθηση διάβρωσης Περιορισµένα και υπό παρακολούθηση συστήµατα φιλτραρίσµατος Σταθερή και υπό έλεγχο σύνθεση νερού Καθαρές χηµικές ουσίες Συντήρηση και προληπτικός καθαρισµός Καλή πρόσβαση στις επιφάνειας Καλός έλεγχος της αποτελεσµατικότητας του καθαρισµού 16

17 Η διαφοροποίηση της µικροβιακής από την αβιωτική διάβρωση είναι ένα σηµαντικό πρώτο βήµα για την ανάπτυξη µεθόδων αντιµετώπισης, καθώς και προληπτικών προγραµµάτων για τα FPS συστήµατα, καθώς και για άλλα υδατικά κυκλώµατα. Η εύρεση των κατάλληλων τεχνικών δειγµατοληψίας, η διατήρηση του δείγµατος και ανάλυση του θεωρούνται εξίσου σηµαντικά. Ο συνδυασµός µικροβιολογικών αναλύσεων, χηµικών δοκιµών, µεταλλουργικών ιδιοτήτων και µη καταστρεπτικών τεχνικών χρησιµοποιούνται στην έρευνα για τον εντοπισµό εκείνου του παράγοντα που προκάλεσε την έναρξη της διάβρωσης. Είναι ιδιαίτερα σηµαντική η επιλογή των κατάλληλων δοκιµών που θα επιβεβαιώνουν την παρουσία MIC βακτηρίων. Ακολουθεί πίνακας που συγκεντρώνει τα µικροβιολογικά τεστ που χρησιµοποιούνται για τον εντοπισµό και την ερµηνεία της MIC. Τεστ Περιγραφή Σηµασία Αερόβια βακτήρια Πείραµα 3 ηµερών > /ml υποδεικνύει την παρουσία θρεπτικών συστατικών. Θειϊκά αναγωγικά βακτήρια Πείραµα 7 έως 14 ηµερών >10.000/ml συσχετίζονται για αναερόβια βακτήρια που µε την MIC και τη ανάγουν το θείο. Σιδηροβακτήρια Πείραµα 7 ηµερών για σιδηροβακτήρια που οξειδώνουν. Θειϊκά οξειδωτικά βακτήρια Πείραµα 7 ηµερών για βακτήρια που παράγουν οξέα. Σιδηροβακτήρια και βακτήρια που παράγουν κολλώδη προϊόντα Πείραµα 7 έως 10 ηµερών για βακτήρια που εκκρίνουν κολλώδη υγρά. δηµιουργία κοιλοτήτων. Η παρουσία αυτής της οµάδας έχει σχέση µε το σχηµατισµό εξογκωµάτων. Η παρουσία θειϊκών οξειδωτικών βακτηρίων συσχετίζεται µε την παραγωγή θειϊκού οξέως. Η παρουσία αυτών των µικροοργανισµών σχετίζεται µε µηχανικές παρεµποδίσεις και διάβρωση κάτω από καθιζήσεις. Παρόλα αυτά στις περισσότερες περιπτώσεις η εµφάνιση βιολογικής διάβρωσης είναι αναπόφευκτη. Στις περιπτώσεις αυτές είναι απαραίτητη η λήψη συγκεκριµένων µέτρων για την καταπολέµηση της ανάπτυξης των µικροοργανισµών. Τα µέτρα αυτά περιλαµβάνουν φυσικές µεθόδους για τον καθαρισµό του συστήµατος και χηµικές µε τη χρήση κατάλληλων βιοκτόνων. 17

18 Φυυσσι ικκέέςς Μέέθθοοδδοοι ι Οι φυσικές µέθοδοι αποσκοπούν αφενός στην εξασθένιση της µικροβιολογικής µεµβράνης και αφετέρου στην αποκόλληση της από την επιφάνεια του µετάλλου. Οι µέθοδοι που χρησιµοποιούνται είναι οι εξής. Ξέπλυµα : είναι η απλούστερη µέθοδος µε περιορισµένη όµως αποτελεσµατικότητα, καθώς οι βιολογικές µεµβράνες που βρίσκονται κάτω από το οριακό στρώµα δεν αποκολλούνται, παρά µόνο µε εφαρµογή τους σε συνδυασµό µε χηµικές ουσίες. Ρεύµα αέρος : µέθοδος µε χαµηλή αποτελεσµατικότητα Ροή νερού µε ανάποδη ροή : χρησιµοποιείται µόνο για φίλτρα και σωληνώσεις µε χαλαρή προσκόλληση της µεµβράνης Σπόγγος απόξεσης : έχει ευρεία εφαρµογή αλλά µπορεί να προκαλέσει προβλήµατα λόγω της απόξεσης του προστατευτικού στρώµατος οξειδίου Μαλακός σπόγγος : ευρύτατη εφαρµογή στη βιοµηχανία αλλά µε περιορισµένη αποτελεσµατικότητα σε γλοιώδη στρώµατα ή µε µεγάλο πάχος Αµµοβολή : µη επιθυµητή µέθοδος γιατί δηµιουργεί χαραγές στην επιφάνεια Βούρτσισµα : πολύ αποτελεσµατική µέθοδος, αλλά µε περιορισµένη εφαρµογή και µε αυξηµένο κόστος Ατµός : πάρα πολύ καλή αποτελεσµατικότητα, µε χαµηλό κόστος και χωρίς χρήση τοξικών και επικίνδυνων χηµικών, αλλά ευνοεί την ανάπτυξη θερµοφιλικών βακτηρίων Ψύξη : εφαρµόζεται µε γλυκόλη αιθυλενίου στους 12 ο C και αποσταθεροποιεί τη µεµβράνη και τη αποκολλά Ακτινοβολία : µέθοδος µε πολύ χαµηλή αποτελεσµατικότητα καθ ως τα βακτήρια προστατεύονται µέσα στη µεµβράνη Υπέρηχοι : µελετάται η εφαρµογή σε µη ευαίσθητα υλικά και βακτήρια παθητικά στους υπέρηχους. 18

19 Βιοοκκττόόνναα Η πιο κοινή προσέγγιση για την αντιµετώπιση της µικροβιολογικής επηρεασµένης διάβρωσης είναι η εφαρµογή βικτόνων ή µικροβιοκτόνων. Πολλές φορές αναφέρονται και ως αντιβιοτικά ή απολυµαντικά ( οι όροι αυτοί όµως είναι λίγο αδόκιµοι καθώς αναφέρονται σε παθογόνους µικροοργανισµούς ). Η χρήση βιοκτόνων στην καλύτερη περίπτωση µειώνει δραστικά τον αριθµό των µικροοργανισµών στο σύστηµα. Επηρεάζει όµως µόνο σε µικρό βαθµό τις βιολογικές µεµβράνες. Τα καλύτερα βιοκτόνα δεν µπορούν να εισχωρήσουν στο κέντρο της µεµβράνης, όπου είναι προστατευµένα τα βακτήρια. Τα πιο κοινά βιοκτόνα είναι τα ακόλουθα : Χλώριο : έχει ευρύ πεδίο εφαρµογής µε πολύ καλά αποτελέσµατα. Εφαρµόζεται επί τόπου και είναι πολύ δραστικό ακόµη και σε χαµηλές συγκεντρώσεις. Καταστρέφει τις µεµβράνες αλλά µε τοξικά υποπροϊόντα. Είναι διαβρωτικό, βιοαποικοδοµείται και αντιδρά µε εξωκυτταρικά πολυµερή. Οξειδώνει το S 2- σε θείο και δε διαπερνά πλήρως τις µεµβράνες. Υποχλωρίδια: είναι υλικό µε χαµηλό κόστος, δραστικό, µε τα ίδια πλεονεκτήµατα µε το χλώριο αλλά είναι ασταθές, οξειδωτικό µε γρήγορη επανεµφάνιση των βακτηρίων και τοξικά υποπροϊόντα. ClO 2 : είναι δραστικό σε χαµηλές συγκεντρώσεις. Εφαρµόζεται επί τόπου, δεν αντιδρά µε υδρογονάνθρακες και δεν επηρεάζεται από το ph. Έχει όµως τοξικά υποπροϊόντα, είναι εκρηκτικό ως αέριο και δηµιουργεί προβλήµατα ασφάλειας. Χλωραµίνη: διαπερνά τις µεµβράνες. εν είναι τοξικό και αντιδρά µόνο µε µικροοργανισµούς. εν έχει τοξικά υποπροϊόντα, δεν αντιδρά µε το νερό αλλά δεν είναι τόσο δραστικό όσο το χλώριο. Βρώµιο: πολύ αποτελεσµατικό µε ευρύ φάσµα εφαρµογής αλλά µε τοξικά υποπροϊόντα και ανάπτυξη αντίστασης. Όζον: έχει ακριβώς τα ίδια πλεονεκτήµατα µε το χλώριο. ιασπάται σε οξυγόνο αλλά οξειδώνει το βρώµιο και αντιδρά µε τα υποπροϊόντα των βακτηρίων σχηµατίζοντας εποξεικά προϊόντα. Βιοαποικοδοµείται σε ουσίες που ευνοούν τη διάβρωση και έχει µικρό χρόνο ζωής. H 2 O 2 : διασπάται σε νερό και οξυγόνο. Είναι µη τοξικό, εφαρµόζεται επί τόπου και διασπά τις µεµβράνες αλλά χρειάζεται υψηλές συγκεντρώσεις και είναι διαβρωτικό. Peracetic acid: είναι πολύ δραστικό σε µικρές συγκεντρώσεις. Έχει ευρύ φάσµα, διασπάται σε οξεικό οξύ και νερό. εν έχει τοξικά υποπροϊόντα, διασπά τις µεµβράνες αλλά είναι διαβρωτικό και ασταθές. Φορµαλδεΰδη : έχει χαµηλό κόστος, ευρύ φάσµα, είναι σταθερή και εύκολη στην εφαρµογή ουσία αλλά τοξική και καρκινογόνα. Αντιδρά µε πρωτεΐνες σχηµατίζοντας µεµβράνες. 19

20 Γλουταραλδεΰδη: έχει χαµηλό κόστος, ευρύ φάσµα, είναι δραστική σε µικρές συγκεντρώσεις, δεν οξειδώνεται και είναι διαβρωτικό αλλά διασπάται σε φορµικό οξύ και δε διαπερνά τις µεµβράνες πλήρως. Αµµωνιακές ενώσεις: είναι δραστικές σε µικρές συγκεντρώσεις. Σχετικά µη τοξικές και απορροφούνται από τις επιφάνειες εµποδίζοντας την ανάπτυξη µεµβρανών αλλά αδρανοποιείται σε χαµηλό ph και παρουσία Ca 2+, Mg 2+ και αναπτύσσεται αντίδραση. Ωστόσο, στην επιλογή της κατάλληλης µεθόδου καθαρισµού θα πρέπει να ληφθούν υπ όψιν ορισµένοι παράγοντες, όπως η κατάσταση των τοιχωµάτων των σωληνώσεων, ο λεπτοµερής σχεδιασµός του συστήµατος των σωληνώσεων, η σταδιακή απόθεση ιζηµάτων, το σχετικό επίπεδο της MIC µόλυνσης, καθώς και οι συνθήκες λειτουργίας του συστήµατος. Αξίζει να σηµειωθεί ότι οι νέες εξελίξεις στην τεχνολογία του DNA συµβάλλουν στην ταυτοποίηση του τύπου των βακτηρίων που είναι υπεύθυνα για την εµφάνιση των δυσάρεστων επιπτώσεων της MIC, όπως ο σχηµατισµός εξογκωµάτων. Επιπλέον, η συµβολή των σύγχρονων αναλυτικών µεθόδων, όπως η µικροσκοπία ατοµικών δυνάµεων, η φασµατο- µετρία εσωτερικών ηλεκτρονίων, η φωτοηλεκτρονική φασµατοµετρία µε ακτίνες Χ, η υπέρυθρη φασµατοσκοπία και οι µικροαισθητήρες, θεωρείται καθοριστική στη µελέτη, αλλά κυρίως στην αντιµετώπιση της βιοδιάβρωσης. Τεχνικές για τον έλεγχο της ΜΙC στον ανθρακούχο χάλυβα Η µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση στον ανθρακούχο χάλυβα ενδέχεται να συµβεί λόγω µικροβιακής δραστηριότητας συγκεκριµένων βακτηρίων που µειώνουν το θείο, για παράδειγµα, σε αντλίες τοποθετηµένες µέσα στο έδαφος και σε θαλάσσιες κατασκευές. Η διαδικασία µε την οποία γίνεται η διάβρωση πρέπει να παρακολουθείται από εξειδικευµένα υπολογιστικά προγράµµατα, ώστε να είναι δυνατός ο έλεγχος ακόµα και η αποφυγή της διάβρωσης. Ένα πλήθος ελεγχόµενων τεχνικών χρησιµοποιείται στη βιοµηχανία σήµερα, µε πιο σηµαντικές τις Coupons και ER, παρ όλο που σε αυτές δεν µπορεί να µετρηθεί η τοπική διάβρωση. Η FSM µετράει τη διάβρωση που υπάρχει γενικότερα σε µια επιφάνεια και ανιχνεύει την τοπική, αλλά η ευαισθησία της τεχνικής αυτής δεν είναι ιδιαίτερα υψηλή ώστε να εντοπίζει το σηµείο έναρξης της διάβρωσης. Ηλεκτροχηµικές τεχνικές όπως οι LPR και EIS δίνουν λιγότερο ακριβή δεδοµένα για το ρυθµό εξάπλωσης της διάβρωσης, διότι το βιοφίλµ και τα προϊόντα διάβρωσης καλύπτουν την επιφάνεια του χάλυβα. Ωστόσο, η EIS τεχνική µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την ανίχνευση της ΜΙC. Η µέθοδος ΕΝ είναι κατάλληλη για να χαρακτηρίζει τον τύπο της διάβρωσης, αλλά δεν µπορεί να υπολογίσει το ποσοστό εξάπλωσής της. Μέσω των οµοαξονικών ηλεκτροδίων του γαλβανικού ανιχνευτή αρχίζει η τοπική διάβρωση στην άνοδο και µπορεί να εκτιµηθεί η επικινδυνότητα της ΜΙC. Επιπλέον, οι µετρήσεις που πραγµατοποιούνται µε εισαγωγή υδρογόνου είναι πολύ χρήσιµες στον έλεγχο της διάσπασης των υδρογονανθράκων, ένα φαινόµενο που επιταχύνεται από την ΜΙC. 20

21 Αιτίες διάβρωσης στον ανθρακούχο χάλυβα Αυτοπεριοριζόµενη διάβρωση µαλακού ανθρακούχου χάλυβα διαµέσου οξυγόνου. ιάφοροι µηχανισµοί διάβρωσης έχουν περιγραφεί από ερευνητές και περιλαµβάνουν την ανάπτυξη κελιών οξυγόνου, τη συγκέντρωση χλωρίου κάτω από τα εξογκώµατα, την όξινη διάλυση προϊόντων διάβρωσης και την καθοδική αποπόλωση προστατευτικών υδρογονοµένων φιλµ. Εντούτοις, είναι γνωστό ότι η έναρξη της MIC οφείλεται στη δράση των βακτηρίων. Η συσσώρευση βακτηρίων παρέχει τις κατάλληλες περιβαντολογικές συνθήκες, όπως αυξηµένο ph, για να ξεκινήσει η διαβρωτκή δραστηριότητα. Παραγωγή οξέων και δηµιουργία θείου σαν αποτέλεσµα της MIC. Πιο αναλυτικά, τα βακτήρια που ανάγουν το θείο (SRB) προκαλλούν ραγδαία διάβρωση στη µεταλλική βάση και στις οξυγονοκολλήσεις και εισχωρούν στα µέταλλα. Επιπλέον, ορισµένα βακτήρια παράγουν κολλώδη υγρά τα οποία συµβάλλουν στη διάλυση προϊόντων διάβρωσης οδηγώντας σε αύξηση του ρυθµού διάβρωσης. 21

22 Τα βακτήρια που οξειδώνουν τον σίδηρο αποκτούν ενέργεια µέσω της οξείδωσης ανηγµένων σιδηρούχων ειδών, τα οποία µεταπίπτουν στην κατάσταση τρισθενούς σιδήρου. Με αυτόν τον τρόπο σχηµατίζεται συνήθως το υδροξείδιο του σιδήρου Fe(OH) 3, το οποίο καθιζάνει στο κολλώδες υγρό που εκκρίνουν τα βακτήρια αυτά. Ένας άλλος τύπος βακτηρίων αποκτά ενέργεια µε αναγωγή ή οξείδωση ανόργανων θειϊκών ενώσεων που υπάρχουν στο πόσιµο νερό. Αξίζει να αναφερθεί ότι στην κατηγορία των αναερόβιων βακτηρίων που ανάγουν το θείο ανήκουν τα περισσότερα βακτήρια που σχετίζονται µε την MIC. Επιπλέον, σηµαντικό πρόβληµα για πολλές βιοµηχανίες αποτελεί η διάβρωση των σιδηρούχων και µη µετάλλων από τα µεταβολικά παραπροϊόντα του υδροξειδίου του θείου. Αντίθετα, τα βακτήρια που οξειδώνουν το θείο ανήκουν στην κατηγορία των αερόβιων µικροοργανισµών και παράγουν θειϊκό οξύ. Αυτή η οµάδα βακτηρίων συχνά συνυπάρχει µε τα αναερόβια βακτήρια που ανάγουν το θείο. Τα νιτρικά αναγωγικά βακτήρια µπορούν να Φωτοµικρογραφία του βακτηρίου Desulfovibrio desulfuricans που αποτελεί αιτία εµφάνισης της MIC σε υδατικά συστήµατα. χρησιµοποιήσουν οργανικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο παράγοντας σηµαντικές ποσότητες αµµωνίας. Έχει αποδειχτεί ότι η αµµωνία σχετίζεται µε τη δηµιουργία ρωγµών ακόµα και σπασίµατος διαφόρων κραµάτων χαλκού, ενώ έχει παρατηρηθεί ότι τα νιτρώδη άλατα µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως παρεµποδιστές διάβρωσης. Η ύπαρξη στάσιµου νερού θεωρείται παράγοντας καθοριστικής σηµασίας για την εξάπλωση της MIC στα συστήµατα αυτόµατης πυρόσβεσης. Με παρουσία νερού, ο συνδυασµός της MIC µε την έκθεση βρεγµένων επιφανειών σε οξυγόνο µπορεί να επιταχύνει το ρυθµό διάβρωσης. Αντίθετα, µε απουσία νερού παύει η µικροβιακή δραστηριότητα. Η επίδραση της MIC σε γαλβανισµένο ανθρακούχο χάλυβα οδηγεί σε εµφανή µείωση του πάχους του τοιχώµατος σε σύστηµα αυτόµατης πυρόσβεσης. Μικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση στα συστήµατα αυτόµατης πυρόσβεσης. Η επίδραση της MIC στις σωληνώσεις βιοµηχανιών πετροχηµικών και πυρηνικής ενέργειας είναι πλέον ευρέως αναγνωρίσηµη. Ωστόσο, το φαινόµενο αυτό µόλις πρόσφατα συσχετίστηκε µε διάφορες δυσλειτουργίες που παρουσίασαν συστήµατα πυρόσβεσης (FPS). Συγκεκριµένα, η MIC προκαλεί µηχανικές παρεµποδίσεις στις σωληνώσεις και στις κεφαλές αυτών, ενώ εισχωρεί και διαβρώνει σιδηρούχα και µη σιδηρούχα µετάλλα. Τα συστήµατα πυρόσβεσης από ανθρακούχο χάλυβα και από χαλκό υφίστανται τη µεγαλύτερη διάβρωση, καθώς τα συστήµατα παροχής νερού συνήθως κατασκευάζονται από ανθρακούχο χάλυβα µειωµένων διαµέτρων. Η ροή του ρευστού είναι σχεδόν πάντα στάσιµη 22

23 και τα κανάλια µεταφοράς δεν έχουν σχεδιαστεί για να διευκολύνουν τις διαδικασίες καθαρισµού. Σαν αποτέλεσµα, η παρουσία ανηγµένων προϊόντων διάβρωσης ελαττώνει το διαθέσιµο χλώριο, το οποίο θα έλεγχε διάφορες βιολογικές αντιδράσεις. Η διάβρωση των σωληνώσεων µπορεί να οφείλεται σε αυτές τις µικροβιακές αντιδράσεις. Έχει παρατηρηθεί ότι λίγους µήνες µετά την εισαγωγή νέων σωλήνων έχει πλέον εισχωρήσει ανθρακούχος χάλυβας και χαλκός, που σαν συνέπεια έχει το φράξιµο των σωληνώσεων, ένα φαινόµενο που επιδεινώνεται µε µείωση των διαµέτρων των σωλήνων. Επιπλέον, στα FPS χρησιµοποιείται νερό συνήθως στάσιµο, χαµηλής σκληρότητας, όξινο και απαλλαγµένο από αντιµικροβιακούς παράγοντες, όπως το υποχλωριώδες νάτριο που χρησιµοποιείται στο µικροβιακό έλεγχο πόσιµων νερών. Αυτά τα χαρακτηριστικά του νερού προδιαθέτουν τα FPS για µικροβιολογικά επηρεασµένη διάβρωση. Ακόµα, η αντικατάσταση από οξυγονούχο και θρεπτικό νερό µπορεί να προκαλέσει εµφάνιση της MIC, καθώς οι µικροοργανισµοί θα µπορούν να χρησιµοποιήσουν τις θρεπτικές ουσίες για να αναπτυχθούν. Η πιο σηµαντική συνέπεια της MIC στα συστήµατα πυρόσβεσης είναι το φράξιµο στους σωλήνες, όπως έχει αναφερθεί. Τα µικρόβια προσκολλούνται στις µεταλλικές επιφάνειες και δηµιουργούν εξογκώµατα τα οποία φράζουν τις σωληνώσεις και κανάλια ροής. Ωστόσο και ο τύπος της τοπικής διάβρωσης εντοπίζεται κάτω από τα εξογκώµατα. Από την άλλη πλευρά, η παραγωγή οξέων, η δηµιουργία υδρόθειου και η ανάπτυξη κελιών αερισµού έχουν σαν αποτέλεσµα την απώλεια σηµαντικών µεταλλικών ιδιοτήτων χάλυβα, χαλκού και άλλων σιδηρούχων και µη µετάλλων. Σχηµατισµός εξογκωµάτων σε σηλήνα πυρόσβεσης από ανθρακούχο χάλυβα. 23