بخشی از مقاله
چکیده
میکروارگانیسم ها قادر به شروع، تسهیل یا تسریع واکنش خوردگی بدون تغییر در طبیعت الکتروشیمیایی آن می باشد که باکتری های SRB از زیان بخش ترین باکتری های صنعتی است. این باکتری های بی هوازی طیف وسیعی از باکتری ها هستند که در همه سیستم هایی که به نحوی با آب به حالت مایع سر و کار دارند ، از جمله بسیاری از سیستم های نیروگاهی، مسئله خوردگی و خوردگی میکروبی نقش بسیار عمده ای در تخریب و یا تقلیل کارایی سیستم دارد.
به منظور پیش گیری از این فرآیند مخرب، شناسایی واکنش های این باکتری و راه های تشخیص واکنش احتمالی صورت گرفته از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. لذا در این پژوهش نمونه آب دو نیروگاه سنندج و بیستون مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به اینکه محصول واکنش این باکتری ها سولفید هیدروژن است، در واکنش با محیط کشت postgate B که حاوی آهن است، و براساس پتانسیل واکنش و شرایط بی هوازی محیط رسوب سیاه رنگ - FeS - حاصل می گردد که نشانه واکنش مثبت و احتمال وجود خوردگی می باشد. نتایج حاصل از بررسی نمونه آب دو نیروگاه و مقایسه با حد مجاز حاکی از وجود این باکتری های مخرب در آب نیروگاه بیستون و فقدان کامل آن در نیروگاه سنندج است.
.1 مقدمه
در همه سیستم هایی که به نحوی با آب به حالت مایع سر و کار دارند ، از جمله بسیاری از سیستم های نیروگاهی، مسئله خوردگی و خوردگی میکروبی نقش بسیار عمده ای در تخریب و یا تقلیل کارایی سیستم دارد.[8] خوردگی میکروبی در سال 1990 میلادی به طور رسمی از طرف NACE پذیرفته شده است. به منظور درک اهمیت خوردگی میکروبی می توان آن را به شکل نوعی خوردگی تحت تاثیر حضور و فعالیت میکروارگانیسم های خاص تعریف نمود. ابتدا لازم است اهمیت خود مسئله خوردگی روشن گردد.
تعریف استاندارد خوردگی بر طبق ISO 8044 عبارت است از واکنش فیزیکی-شیمیایی متقابل بین فلز و محیط اطرافش که معمولا دارای طبیعت الکتروشیمیایی بوده و نتیجه اش تغییر در خواص فلز می باشد. این تغییرات خواص ممکن است منجر به از دست رفتن توانایی عملکردی فلز، محیط یا سیستمی گردد که این دو، قسمتی از آن را تشکیل می دهند
ول زوگن کوهر در سال 1934 متوجه شد که باکتری های کاهنده سولفات از زیان بخش ترین باکتری هایی است که در صنعت ضررهای هنگفتی به علت زنگ زدگی و خوردگی فلزات به واحدهای صنعتی وارد می سازد. محقق نامبرده متوجه شده این باکتری فعالیت خود را در جایی شروع می کند که فاقد اکسیژن و هوا بوده و حاصل خوردگی مقداری سولفور آهن است .
براساس آمارها [8] در هر90 ثانیه یک تن فولاد در اثر زنگ زدگی از بین می رود و این در حالی است که انرژی مورد نیاز برای تولید یک تن فولاد حدوداً معادل انرژی مصرفی یک خانواده متوسط در عرض سه ماه می باشد. مطالعات اقتصادی نشان می دهد که ضرر و زیان اقتصادی مستقیم ناشی از خوردگی به اقتصاد هر کشور معادل 1 تا 5 درصد شاخص تولیدناخالص ملی - GNP - می باشد .[11] لذا بررسی مکانیسم های خوردگی میکروبی و راه های شناسایی آن می تواند نقش مهمی در پیش گیری از این ضرر هنگفت داشته باشد.
.2 برج خنک کننده
برج خنک کننده در اصل دستگاه هایی هستند که جهت بازیافت آب استفاده می شوند. برج های خنک کننده به لحاظ نوع تماس آب و هوا بهدو گروه برج های تر - مدار باز - و برج های خشک - مدار بسته - تقسیم می شوند. تقریباً بیش از %90 برج های خنک کننده از نوع برج های تر هستند .[1] در مورد برج خنک کننده مدار باز - تر - می توان اینگونه توضیح داد که میزان توان خنک کنندگی آن با توجه به میزان سطح تماسی که میان اب و هوا ایجاد کی کند متفاوت است و در واقع در کلاس های مختلفی ارائه می گردد .[12] اغلب مشکلات برج خنک کننده ناشی از ناخالصی آب ، مشکلاتی مانند رسوب، بالا بودن میزان مواد معلق آب ، ایجاد اکسیژن و عدم تزریق مداوم کلر می باشد. این موارد در سیستم خنک کننده معمولاً سه پدیده خوردگی، تشکیل رسوب و رشد بیولوژیکی را به وجود می آورد.
شکل -1 نمای شماتیک نیروگاه حرارتی
شکل-2 نمای شماتیک نیروگاه سیکل ترکیبی
به دلایل زیر آب معمول ترین سرد کننده است:
1. به مقدار زیاد و ارزان در دسترس می باشد.
2. به آسانی آب را می توان مورد استفاده قرار داد.
3. قدرت سرد کنندگی آب نسبت به اکثر مایعات در حجم مساوی بیشتر است
4. انقباض و انبساط آب با تغییر درجه حرارت جزئی است.
هرچند که آب برای انتقال گرما بسیار مناسب است با به کار بردن آن باعث به وجود آمدن مشکلاتی نیز می شود. آب با سختی زیاد باعث رسوب گذاری در دستگاه ها شده و همچنین از آنجاییکه بیشتر این دستگاه ها از آلیاژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگی به وجود می آید. از طرف دیگر چون بیشتر برج های خنک کننده در برخورد مستقیم با هوا و نور خورشید می باشد، محیط مناسبی برای رشد باکتری ها و میکروارگانیسم ها نیز می باشد که آنها نیز مشکلاتی همراه دارند.[2] یک میکروارگانیسم به صورت یک سلول منفرد و مجزا در جریان آب مورد استفاده در برج های خنک کننده مسئله ای به وجود نمی
آورد. اما سیستم هایی که آب در آن ها ذخیره می شود و بالقوه محیط لازم را جهت رشد کنترل نشده میکرو ارگانیسم ها فراهم می سازند می توانند مشکل ساز باشند. برج خنک کننده مثال بارزی از یک سیستم حاوی آب است که دارای مساعدترین شرایط جهت رشد میکروبی می باشد. معمولا در این برج ها درجه حرارت و pH در دامنه ایده آل جهت رشد میکروب ها قرار داشته و مواد و عوامل تغذیه کننده آن ها نظیر مواد آلی، نمک های معدنی در آنجا فراوان است. این واقعیت مهمی است که میکروارگانیسم ها نیز مانند املاح معدنی در سیستم های تبخیری روباز تغلیظ می گردند. گرچه این تکثیر به طریق تصاعد عددی در مقایسه با سیکل تولید مثل طبیعی میکروبی که به صورت تصاعد لگاریتمی است تاثیر چندانی نخواهد داشت. در یک برج خنک کننده در حالیکه غلظت املاح معدنی ممکن است در عرض مدت معینی شش برابر گرد قابل تصور است که در همان مدت زمان غلظت باکتری ها به شش میلیون بالغ گردد.
مسائل خوردگی حاصل از میکروبها بار سنگینی بر دوش برنامه های کنترل خوردگی می گذارد به طوری که باعث افزایش مقدار مواد بازدارنده لازم جهت به حداقل رساندن خوردگی و رسوبات می گردد. یک برنامه موثر کنترل که بتواند رسوبات حاصله از رشد میکروب ها را برطرف سازد تنها روش جلوگیری از خوردگی در زیر رسوبات است که باید قبل از هر گونه خسارات این امر صورت پذیرد.
مواد میکروبیولوژیکی ممکن است باعث مسائل فیزیکی در سیستم گردند که منجر به کاهش راندمان،میزان انتقال حرارت و تولید شود. تجمع مواد بیولوژیکی بر روی قسمت های داخلی برج خنک کننده می تواند راندمان واحد را به شدت کاهش دهد. عمل خنک کردن از طریق تبخیر، به قرار گرفتن برج خنک کننده در معرض هوا تا حداکثر ممکنه بستگی دارد. هرگونه آلودگی مناطق فیل - fill - و یا سپلاش پلیت - splash plate - در برج خنک کننده اندازه قطرات آب را افزایش داده و در نتیجه سطوح موثر تماس کاهش می یابد. اگر یک برج خنک کننده نتواند به افت درجه حرارت طراحی شده دست یابد کاهش حاصله در انتقال حرارت یقیناً در سایر مراحل کار نیز تاثیر نامطلوب خواهد داشت.
.2-1 مشکلات ایجاد شده در سیستم برجهای خنک کننده به وسیله باکتری ها
باکتری ها براساس طبیعت خود ایجاد مشکلات و خوردگی به شرح زیر می نمایند.
الف- اثر مستقیم روی سرعت واکنش های آندی و کاتدی دارند.
ب- مقاومت سطح فلزات را با محصولات حاصل از متابولیسم خود تغییر می دهند.
ج- در نتیجه رشد با بوجود آوردن پیل های غلظتی الکترولیتی روی سطح فلز ایجاد مشکلات می نمایند.
د- محصولات خوردگی محدودیتهایی نظیر سرعت و فشار گرفتگی در سیستم خنک کننده بوجود می آورند.
ه- ایجاد بیوفیلم که نظیر یک حصار مانع از تشکیل فیلم روی سطح فلزی توسط بازدارنده ها می گردند.
و- تعدادی از باکتری ها به برگشت بخشی از ترکیبات فسفاتی به اورتوفسفات کمک نموده و لجن های فسفاتی ایجاد می کند.
.3 مکانیسم خوردگی باکتری های احیا کننده سولفات
مانند سایر میکروارگانیسم ها، باکتری های احیا کننده سولفات به واکنش اکسیداسیون احیای لاکتات همراه کاهش سولفات برای تامین انرژی متابولیسم وابسته است. درصورتی که برای عدم وجود محلی کربن آلی به دلیل مقاومت در برابر انتقال جرم توسط بیوفیلم در قسمت پایینی آن وجود دارد .[7] با وجود اینکه این باکتری ها جزء باکتری های بیهوازی دسته بندی می شوند ولی مطالعات اخیر حاکی از آن است که باکتری های احیا کننده سولفات جز باکتری های تحمل کننده هوا می باشند
در برخی از فرآیندهای خوردگی باکتری های احیا کننده سولفات ، سولفید تولید شده در سوخت و ساز آنها به عنوان یک ترکیب تهاجمی شیمیایی عمده ناشی از واکنش های زیر است:
- 1 - Fe + H26 - H6 + +2
به این طریق، باکتری های احیا کننده سولفات به طور غیر مستقیم از طریق محصولات پایان متابولیک آن عمل می کنند. این مکانیزم به نام CMIC نامیده می شود. در مورد حالت اکسیداسیون کربوهیدرات واکنش کلی را می توان به عنوان زیر بیان کرد:
- 2 - 2FeS + 3 HCO 3 + 2H2O 3 - HCOH - + 2SO42- + 2Fe + H+
SRB همچنین می توانید بیشتر در برابر خوردگی بی هوازی آهن توسط یک مکانیسم که اساسا متفاوت از CMIC بالا است نقش داشته باشد. SRB از آهن به عنوان تنها منبع معادل کاهش برای احیای سولفات استفاده می کند.[7]
- 3 - FeS + FeCO3 +5HO- 3Fe0 + SO4 2- + 3HCO3 + H2O
حالتی که مستقیماً توسط SRB الکترون را از آهن جذب می کند EMIC نامیده می شود
