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再生水管壁生物膜引起管道腐蚀,导致管道破裂,水质突变等安全事故。本研究选择铸铁管为研究对象,考察了生物膜发育与腐蚀过程的同步变化特征;解析了腐蚀功能菌及胞外聚合物(EPS)对腐蚀的生物影响作用、生物膜作用下的特殊腐蚀组分对腐蚀的化学影响作用。结合生物膜/管壁界面特点耦合了上述生物、化学作用,提出了生物腐蚀机理。再生水铸铁管生物膜中丰度最高的是变形菌门(47.17%),其次是拟杆菌门(14.21%)和硝化螺菌属门(5.45%)。铸铁管生物膜中腐蚀菌所占比例明显高于其他管材生物膜,因此后续研究应重点关注铸铁管生物膜腐蚀功能菌。生物膜对铸铁腐蚀速率的影响表现为初期加速、中期抑制、后期再加速。生物膜作用下的铸铁表面出现宏观点蚀,而无生物膜表面为均匀腐蚀。不同发育阶段生物膜对腐蚀的影响作用归结于好氧菌,铁细菌及硫酸盐还原菌等的协同作用。生物抑制腐蚀过程与胞外聚合物有关,稳定期胞外聚合物抑制腐蚀率最高,主要原因在于其高比例的C=O和C-(O,N)。EPS对腐蚀的影响主要是EPS在铸铁表面吸附成膜抑制阴极腐蚀;同时EPS特征官能团与铁离子的耦合作用加速阳极溶出促进腐蚀。EPS会影响腐蚀产物的晶体构型、元素组成与含量以及水相中DO浓度。生物膜影响腐蚀层结构,表现为分层瘤状结构,由上层、硬壳层、内核层及底层构成,主要组分是α-FeOOH,Fe(OH)3及γ-FeOOH。铁还原菌和磁细菌产生Fe3O4和绿垢,促进硬壳层的形成;硫酸盐还原菌和产甲烷细菌等产气菌促进内核层空隙的形成。空隙的存在及绿垢的双电层结构有助于瘤内稳态水的形成。生物膜影响下的铁氧化物及稳态水组分再次加速腐蚀过程。生物膜与管壁腐蚀的界面作用表现为初期相互促进,后期相互抑制。以界面作用为耦合点得到了生物-化学耦合作用的腐蚀机理:无生物膜时铸铁腐蚀通过化学作用进行;而生物膜在代谢矿化、EPS耦合铁离子等生物作用下不仅影响了腐蚀速率,而且改变了腐蚀过程中铁氧化物的形态及组分比例,形成了含有稳态水的瘤状结构。瘤内铁氧化物、稳态水分别通过氧化还原电势及无机离子的化学作用进一步影响腐蚀。直接生物作用和间接化学作用以生物代谢为内在联系,相互影响,相互协同,共同影响腐蚀过程。