循环冷却水管网微生物协同腐蚀机制及控制方法研究

Using reclaimed water as a supplementary source for industrial recycling cooling water system is one of important measures to alleviate water crisis in China. Compared with the natural water, more microorganisms, chemical substances, nitrogen and phosphorus in reclaimed water will lead to more complex and significant bio- and physic-chemical reactions in recycling cooling water system, and thus result in microbial growth and metal corrosion. This project focuses on the microbial collaborative corrosion mechanism in recycling cooling water system supplemented by reclaimed water. Specifically, one of its main aspects is collaboration corrosion behavior of different microorganisms on metals and their interaction mechanisms. Moreover, microbial and chemical synergetic actions on transformation and migration of iron ions during corrosion are researched. Based on structural properties and composition of corrosion layer analyzed, microbial collaborative processes in the forming of corrosion layer under complex water background are revealed. By effects of EPS on corrosion inhibition research, one anti-corrosion method is established. This project aims to enhance understanding of microbial action in corrosion, to develop a new corrosion control technology, and thus to provide theoretical basis and fundamental technical support for metal corrosion control in industrial recycling cooling water system supplemented by reclaimed water.

采用再生水作为工业循环冷却水系统补充水源，是解决我国水资源危机的重要措施之一。与自然水体相比，再生水中存在多种多样的微生物、化学物质和氮磷营养元素，再生水作为替代水源后，循环冷却水管网将发生更为剧烈、复杂的生化与物化反应，微生物滋生和金属腐蚀问题也将更为突出。本项目围绕典型水质条件下微生物的协同腐蚀作用开展研究，探索金属界面多种微生物协同腐蚀行为及其交互作用机制，明确微生物及其胞外聚合物（EPS）与不同化学组分协同作用下Fe2+/Fe3+形态转化过程机制，揭示复杂水质背景下金属界面腐蚀层形成的微生物协同作用过程与组成结构特性，建立基于微生物EPS的腐蚀控制方法。本项目将为再生水补水的循环冷却水管网金属腐蚀控制提供科学依据与基础性支撑。

采用再生水作为工业循环冷却水系统补充水源，是解决我国水资源危机的重要措施之一。 与自然水体相比，再生水中存在多种多样的微生物、化学物质和氮磷营养元素，再生水作为替代水源后，循环冷却水管网将发生更为剧烈、复杂的生化与物化反应，微生物滋生和金属腐蚀问题也将更为突出。本项目围绕典型水质条件下，开展了荧光假单胞菌与大肠埃希氏菌的协同腐蚀作用，发现混合细菌工况腐蚀速率的大小与其优势菌种种类有关，即大肠埃希氏菌为优势菌种时，腐蚀速率较大，腐蚀得到促进；反之腐蚀速率较小，腐蚀受到抑制；混合细菌下当荧光假单胞菌的胞外聚合物（EPS）浓度达到400mg/l时，能够抑制或延缓大肠埃希氏菌的生长和繁殖；当荧光假单胞菌与大肠埃希氏菌的比例2:1时，荧光假单胞菌能够较好的抵御大肠埃希氏菌的影响和冲击；并以此为基础，探索了上述微生物共同存在时碳钢表面生物膜的形成和组成成分变化，腐蚀电化学差异和铁释放后的转化影响，提出了上述微生物共同存在碳钢腐蚀作用机制。开展了HEDP、咪唑啉对铁细菌生物膜生长及组成转化、腐蚀电化学行为以及腐蚀产物转化的影响研究，提出了HEDP、咪唑啉与铁细菌共同存在情况下的腐蚀作用机制，结果表明：HEDP因其富含-COOH、-PO(OH)2等有机官能团，可作为铁细菌的有机营养物质，因此对悬浮态和附着态铁细菌的生长具有明显的促进作用；而水溶性咪唑啉中的季铵盐官能团可破坏铁细菌细胞壁，进入细胞使蛋白质失活，从而对铁细菌具有强烈的杀灭作用，因此明显抑制了悬浮态和附着态铁细菌的生长。研究了基于层层自组装（LbL）的腐蚀自愈型EPS复合涂层制备方法，探索EPS复合涂层的自愈过程、自愈机制，研究了自愈性能的影响因素并进行了性能优化。本项目将为再生水补水的循环冷却水管网金属腐蚀控制提供科学依据与基础性支撑。