循环冷却水中微生物对金属腐蚀的研究大论文

循环冷却水中微生物对金属腐蚀的研究Research on Metal Corrosion by Microorganisms In Circulating Cooling Water学科专业：研 究 生：指导教师：天津大学环境科学与工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要工业循环冷却水用水量巨大，采用再生水代替地表水作为补充水源，可有效节水，然而由于再生水水质的影响，微生物产生的腐蚀、黏泥问题较为严峻。金属腐蚀的本质是电化学反应，为了获取硫酸盐还原菌（Sulfate-Reducing Bacteria，SRB）和铁细菌（Iron-Oxidizing Bacteria，IOB ）对 Q235 碳钢腐蚀电化学行为、碳钢挂片表面形貌以及元素成分的影响，提供解释微生物腐蚀机理的数据，采用实验方法展开相关研究。通过运行循环冷却水动态模拟装置，获取循环冷却水，经富集、分离、纯化得到硫酸盐还原菌、铁细菌。分别研究了它们的生长特性，并利用 CS2350电化学工作站，研究了它们对 Q235 碳钢腐蚀的自腐蚀电位（开路电位） 、极化电阻、腐蚀率等电化学指标的影响；应用环境扫面电子显微镜（Environmental Scanning Electron Microscope，ESEM ） ）研究了微生物作用下碳钢腐蚀挂片的表面形貌、采用 X 射线能量色散谱方法（X-ray Energy Dispersive Spectroscopy，EDS）研究了挂片元素成分变化。电化学实验表明，SRB、IOB 均能显著降低培养液的自腐蚀电位，增大腐蚀反应动力。与未接种的电解池相比，在促进腐蚀最显著的阶段，SRB 能使腐蚀率达到未接种的 3.17 倍，IOB 能使腐蚀率达到未接种的 1.53 倍。在极化电阻、腐蚀率达到稳定以后，两种菌仍能显著降低培养液的极化电阻，增加腐蚀率，其中 SRB 能使腐蚀率升高 62%左右，而 IOB 能使腐蚀率升高 29%左右。极化曲线表明，SRB 能改变电化学反映动力学参数 a 、c ，显著影响阴极反应。交流阻抗谱的测定结果与极化电阻曲线反映的现象一致。直接观察碳钢挂片可以看出，SRB 能使挂片表面颜色变黑，形成凸起；而IOB 能使挂片表面形成点蚀坑。ESEM 观察表明，两种菌都能显著改变碳钢表面形貌，形成特殊结构。EDS 元素分析表明，SRB 能使 O、P 元素含量显著提高，使 Fe、S 含量降低； IOB 能使 O、P、K 等元素含量均增加，C、Fe 等元素含量减少。综上，SRB 与 IOB 能显著影响 Q235 碳钢的电化学行为、碳钢挂片表面形貌与元素成分比例，从而促进碳钢腐蚀。关键词：循环冷却水；微生物腐蚀；电化学；表面形貌ABSTRACTAs is known to us, it is an effective solution to replace surface water with reclaimed water as the make-up water in the industrial circulating cooling water system, since the water consumption of those systems is enormous. However the problem of Microbial Inuenced Corrosion (MIC) and microbial slime would be much more serious, considering the influence of the water quality of reclaimed water. It is widely convinced that the nature of metal corrosion is electrochemical reaction, so some related experimental methods were adopted to achieve these research purposes: obtaining the way how sulfate-reducing bacteria(SRB) and iron-oxidizing bacteria(IOB) influence the electrochemical behavior，surface morphology and surface chemical element of Q235 carbon steel, supplying data support for explaining the mechanism of MIC.SRB and IOB were achieved by enriching, separating, purifying from circulating cooling water generated by operating the dynamic analog device. After that the growth characteristics of those bacteria were researched. Then the influence of some electrochemical indexes such as open circuit potential (OCP), polarization resistance and corrosion rate were researched with the application of CS2350 electrochemical workstation. Besides, the changes of surface morphology of carbon steel coupons affected by microbe were researched by observing with the Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) and the surface chemical element changes of those carbon steel coupons were analyzed by the method of X-ray Energy Diffraction Spectrum (EDS).The results of electrochemical experiments showed that SRB and IOB could considerably decrease the OCP so as to increase the corrosion reaction kinetics. SRB could increase the corrosion rate of the medium up to 3.17 times, and IOB could increase the corrosion rate of the medium up to 1.53 times compared with the medium without inoculating microorganism. After the polarization resistance and corrosion rate reached the stable stage, the corrosion rate could be separately increased by approximately 62% and 29% at the effect of SRB and IOB. The polarization curve manifested that SRB and IOB may change the electrochemical kinetics parameters such as a、 c ，especially affect the cathodic reaction. The phenomenon reflected by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) coincided well with that by polarization resistance.The direct observation of carbon steel coupons indicated that, SRB could turn the surface color into black and generate some protuberances while IOB could cause corrosion pit. The observation with ESEM demonstrated that both the two kinds of bacteria could remarkably change the surface morphology of carbon steel and form special structures. The analysis of chemical element showed that SRB could increase the percentage of oxygen and phosphorus remarkably, and decrease the percentage of iron and sulphur slimly. At the same time, IOB could also increase the percentage of oxygen, phosphorus, and potassium considerably, and decrease the percentage of carbon and iron at certain degree. In one word, SRB and IOB could apparently affect the electrochemical behavior, surface morphology and chemical element proportion of Q235 carbon steel so as to promote its corrosion.KEY WORDS：Circulating Cooling Water, Microorganism Influenced Corrosion, Electrical Chemical, Surface Morphology目 录第一章 绪论 .11.1 研究背景 .11.1.1 循环冷却水系统简介 .11.1.2 再生水的循环利用 .21.1.3 循环冷却水系统的微生物问题 .21.1.4 硫酸盐还原菌和铁细菌的主要特性 .41.1.5 金属腐蚀理论基础 .61.2 国内外研究现状 .81.2.1 微生物腐蚀机理的概述 .81.2.2 典型微生物腐蚀机理 .91.2.3 几种金属的微生物腐蚀机理 .121.3 研究内容与意义 .131.3.1 技术路线 .131.3.2 主要研究内容 .141.3.3 研究目的与意义 .15第二章 微生物腐蚀研究方法与材料 .162.1 获取循环冷却水的方法 .162.2 微生物的富集、分离与纯化方法 .162.2.1 SRB 的富集、分离与纯化 .162.2.2 IOB 的富集、分离与纯化 .192.3 电化学实验材料与制作处理方法 .202.3.1 电化学实验材料 .202.3.2 制作与处理方法 .222.4 金属腐蚀的表面分析方法 .232.5 主要实验仪器介绍 .232.5.1 循环冷却水动态模拟装置 .232.5.2 CS2350 电化学工作站 .242.5.3 环境扫描电子显微镜 .25第三章 微生物的生长特性研究 .263.1 培养特征研究方案 .263.2 SRB 的生长特性研究方案 .263.2.1 SRB 对不同碳源、硫源的利用情况 .263.2.2 Fe2+浓度对 SRB 生长的影响 .273.2.3 pH 对 SRB 生长影响 .273.3 IOB 的生长特性研究方案 .283.3.1 IOB 对不同碳源利用情况 .283.3.2 IOB 最佳碳源、氮源的确定 .283.3.3 pH 对 IOB 生长的影响 .283.4 培养特征研究结果 .293.4.1 SRB 培养特征 .293.4.2 IOB 培养特征 .293.5 SRB 生长特性研究结果 .303.5.1 SRB 对不同碳源、硫源利用情况 .303.5.2 Fe2+浓度对 SRB 生长的影响 .303.5.3 pH 对 SRB 生长的影响 .313.6 IOB 生长特性研究结果 .313.6.1 IOB 对不同碳源利用情况 .313.6.2 最适碳源的确定 .323.6.3 最佳氮源的确定 .333.6.4 pH 对 IOB 生长的影响 .34第四章 微生物对 Q235 碳钢腐蚀的研究 .354.1 金属腐蚀的电化学测试指标 .354.2 碳钢腐蚀的电化学研究方案 .384.2.1 SRB 对碳钢腐蚀研究方案 .384.2.2 IOB 对碳钢腐蚀研究方案 .394.3 碳钢腐蚀的表面分析研究方案 .404.4 SRB 对碳钢腐蚀电化学研究结果 .404.4.1 SRB 对开路电位的影响 .404.4.2 SRB 对极化电阻、腐蚀率的影响 .414.4.3 SRB 对极化曲线的影响 .434.4.4 SRB 对交流阻抗谱的影响 .444.5 IOB 对碳钢腐蚀电化学研究结果 .454.5.1 IOB 对开路电位影响 .454.5.2 IOB 对极化电阻、腐蚀率影响 .464.6 微生物对碳钢腐蚀表面分析结果 .484.6.1 挂片表面形貌的直接观察结果 .484.6.2 ESEM 观察 SRB 对挂片表面形貌影响 .494.6.3 ESEM 观察 IOB 对挂片表面形貌影响 .504.6.4 SRB 对碳钢腐蚀的元素变化分析结果 .524.6.5 IOB 对碳钢腐蚀的元素变化分析结果 .54第五章 结论与建议 .575.1 结论 .575.2 建议 .58参考文献 .60发表论文和科研情况说明 .65致 谢 .66第一章 绪论1第 1 章 绪论1.1 研究背景1.1.1 循环冷却水系统简介工业冷却水是通过水冷器等设备与被冷却的工艺介质间接换热的工业用水。工业冷却水系统分为直流式和循环式，其中循环式冷却水系统又包括封闭式（或简称闭式）和敞开式（或简称开式）两种。在直流冷却水系统中，冷却水仅与工艺介质进行一次换热后，就被排放，虽然具有对水质要求不高、水处理步骤简单、设备简单、基建投资省、操作简单等优点，但却用水量巨大。因此，只有在水资源极为丰富、规模较小的场合才能使用。而在循环冷却水系统中，冷却水被反复使用多次，冷却水与某种工艺介质发生热交换，温度升高后通过冷却设备冷却后返回到系统内重复使用。循环冷却水系统提高了水的重复利用率，因而应用极为广泛 1。现阶段，国内外使用较多的循环冷却水系统为敞开式。下面以电厂循环冷却系统为例来进行说明。电厂的循环冷却系统的主要作用在于冷却凝汽器排汽，主要由换热设备、冷却设备、处理设施、水泵、管道及其它附属设备、设施组成。在敞开式循环水系统中，冷却水经循环水泵送入凝汽器进行热交换，升温后的冷却水经冷却塔冷却后，流入冷却塔底部水池，再由循环水泵送入凝汽器循环使用。敞开式循环冷却水系统是目前应用最广、类型最多的一类冷却系统。尽管具有节水的优点，循环冷却水系统存在着盐类浓缩、水质恶化、化学腐蚀与结垢、微生物滋生、微生物腐蚀与黏泥等问题，因而循环冷却水的处理比较复杂。电厂循环冷却水系统主要设备包括：（1）凝汽器凝汽器的作用是冷凝汽轮机排汽，可分为表面式（或称间壁式）与混合式（或称接触式）两种类型。在火力发电厂中使用的主要是管式表面式凝汽器。凝汽器的核心部件为换热管，管外的热蒸汽与管内流动的冷却水进行热交换。传统上，国内电厂采用的传热管以铜管居多，主要包括 H68、HSn70-1 等型号。由于不锈钢管具有较好的耐腐蚀性、耐冲击性、抗振能力、传热特性，为了降低凝汽器泄露造成的危害，很多国家和地区开始使用不锈钢作为换热管的第一章 绪论2主要材质。尽管不锈钢有较强的抵御腐蚀能力，但成本却相对较高，因此在循环冷却水的其他管路中仍保留了大量的碳钢、黄铜等金属材质。（2）冷却构筑物冷却构筑物的作用是冷却从凝汽器流出的较高温度的冷却水，主要有冷却塔和冷却池两种。冷却塔为塔形的构筑物，热水经由水泵送至塔顶，然后向下喷洒并与空气对流接触，通过蒸发、对流传热散热。冷却塔的通风方式可以分为机械通风、自然通风两种，其中机械通风又可分成抽风、鼓风两类。为节省机械通风产生的动力消耗，目前大型电厂中应用最为广泛的是双曲线型自然通风冷却塔。这种塔的塔体设计为双曲线形，可以利用塔内外空气的温差自然抽风，塔身往往较高，通常达 150m 以上。冷却水池可分为天然冷却池、喷水冷却池两种。天然冷却池的使用受限于地形因素，因而应用不够广泛。喷水冷却池一般用砖、水泥等建材砌成，装有喷水装置。换热后的冷却水经喷水装置喷出，在水面上与空气换热，而冷水则沉入水底。尽管冷却水池设备简单、成本低，却具有占地面积大、换热效果差的缺点，因而只在一些小电厂使用。1.1.2 再生水的循环利用一般地，将城市污水厂二级处理的出水经过深度处理后、达到一定水质标准的出水称为再生水或中水。作为一种非常规水资源，作为一种输水距离较短、成本低、水质相对稳定的水资源，再生水可用作农业灌溉用水、市政景观用水、工业用水等。我目前国正大力开展再生水回用工作，将经深度处理的城市污水回用于工业循环冷却水系统，是解决水资源危机的一个很有前途的突破口 1-2。与欧美等发达国家相比，在再生水回用方面，我国起步较晚，全国回用率仅占 4.39%，截至 2007 年底，计有再生水厂 127 座，再生水输送管线达1421.78km3。但是，目前不少行业对再生水利用的态度较为保守，一些再生水厂不能全负荷运转，部分生产设备处于闲置状态。因而，应该加强再生水等非传统水源的利用技术的研究、应用。1.1.3 循环冷却水系统的微生物问题由于蒸发损失等原因造成冷却水中各种盐离子、有机物浓缩，再加上循环冷却水温度适中、pH 适宜、在冷却塔内与空气换热接触时能够不断补充溶解氧，从而为微生物的生长繁殖提供了有利条件。当采用再生水作为补充水源时，情况更为严重。第一章 绪论3微生物主要通过两种途径进入到循环冷却水系统中：一是由空气、灰尘携带。循环冷却系统通常建在室外，空气、灰尘中的微生物菌体及其芽孢等可以在冷却塔、冷水池等处通过与冷却水接触进入。二是从补充水进入，冷却水的水质与补充水的水质情况紧密相关，因而应注重补充水的预处理 4。对循环冷却水中微生物进行控制的目的，是将其数量、危害控制在允许的范围内。（1）微生物种类循环冷却水中的微生物按照营养类型主要分为两大类：以无机碳作为碳源的自养型（autotroph）和以有机碳作为碳源的异养型（ heterotroph） 。现将敞开式循环冷却水系统中常见的微生物的适宜温度、pH 、特点等情况列于 表 1-1：表 1-1 循环冷却水中微生物种类 5,6微生物种类 生长温度/ 生长适宜 pH 特点细细菌产黏泥细菌硫细菌铁细菌硫酸盐还原菌硝化细菌20-4020-4020-4020-405-404.0-8.00.6-6.06.0-7.04.0-8.06.0-9.5胶状、粘性、附着力很强，可覆盖在金属表面污水中常见，一般在体内含有硫黄颗粒，使水中的硫化氢、硫化硫酸盐、硫黄等氧化氧化水中的亚铁离子，使之成为高铁化合物沉淀在无氧或缺氧状态下使硫酸盐还原成硫化氢在有氨的局部区域繁殖，在细胞周围将氨氧化成亚硝酸的细菌和使亚硝酸氧化成硝酸的细菌真菌丝状霉菌似酵母菌担子菌0-380-380-382.0-8.02.0-8.02.0-8.0菌丝能形成粘泥，堵塞管道，往往对杀生剂具有抗药性藻藻类蓝藻绿藻硅藻32-4030-3518-36细胞内含有叶绿素，利用光能，进行碳酸同化作用，在冷却塔和热水池、冷水池等接触光的场所最常见（2）微生物的危害循环冷却水系统中的微生物危害主要表现在以下方面：1）恶化水质，加大动力消耗，甚至损坏设备：微生物大量繁殖以后，循环冷却水浊度增加，水的颜色变深甚至发黑，水体产生令人不愉快的气味。此外，第一章 绪论4还会使冷却水的通道减小，阻碍水流流动，增加能耗，甚至损坏设备 7。2）形成微生物黏泥：细菌、真菌、藻类等微生物在水中溶解的营养源的作用下大量繁殖，这些微生物可与尘土、泥沙、其他无机物形成附着性、软泥性沉积物。循环冷却水中黏泥的危害包括恶化水质、降低换热效率、促进金属的局部腐蚀等方面 8。3）形成生物垢，促进金属腐蚀：微生物生长繁殖、新陈代谢过程释放的各种酸类物质本身就能够促进金属腐蚀。在冷却水系统中的管道、热交换器、冷却塔等部位出现的生物垢是冷却水系统发生故障的主要原因之一 9。4）影响缓蚀阻垢剂的药效：在水质稳定剂中，缓蚀剂的作用机理是在金属表面形成保护膜从而起到缓蚀作用。生物粘泥使缓蚀剂失效的原因在于形成的生物粘泥黏附在金属表面，从而阻碍了缓蚀剂在金属表面成膜，使缓蚀剂部分失效或完全失效。除此之外，菌藻的新陈代谢活动可能使部分缓蚀阻垢剂发生分解，尤其是使磷系药剂发生水解。1.1.4 硫酸盐还原菌和铁细菌的主要特性硫酸盐还原菌（Sulfate-Reducing Bactria，SRB） 、铁细菌（又称铁氧化细菌，Iron-Oxidizing Bacteria， IOB）是循环冷却水系统中具有代表性的两种菌，同时也是本课题的研究对象，现介绍它们的主要特性。（1）硫酸盐还原菌一般认为，在缺氧或厌氧条件下，硫酸盐还原菌可以将硫酸盐作为电子受体氧化成有机物。革兰氏染色以阴性为主，也有发现部分菌为革兰氏染色呈阳性 10。硫酸盐还原菌分布于脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、肠杆菌等，有 12 个属，40 种 11。对金属腐蚀起显著作用的硫酸盐还原菌，多属于脱硫弧菌属。硫酸盐还原菌分布非常广泛：在土壤、油田注水系统、海水供水系统、地热、航运、造纸、核电、水电以及工业冷却水系统中均能发现硫酸盐还原菌 12。尽管该菌在船舶制造中的腐蚀、输油输水管道的腐蚀 13，重金属污染 14中都其显著作用。因而对硫酸盐还原菌的研究是当前的热点之一。硫酸盐还原菌大部分为中温性细菌，最适温度为 30左右，但部分嗜热菌要求 55生长，厌氧培养该菌时所用培养基的氧化还原电位（ORP）应低于-100mV，可以添加还原剂抗坏血酸（或巯基乙醇）以降低氧化还原电位。国内有学者 15161718对于硫酸盐还原菌的分离、培养以及生长特性展开了一些研究。硫酸盐还原菌在细菌分类学中的位置：伯杰细菌鉴定手册 19将其归类在第九部分（革兰氏阴性厌氧菌） ，科 I（拟杆菌科） ，脱硫弧菌属。（2）铁细菌第一章 绪论5水处理中所谓的铁细菌（Iron Bacteria）又称铁氧化细菌（Iron-Oxidizing Bacteria，IOB） ，能将亚铁离子氧化成三价铁，并从中获取能量，同时形成铁（锰）沉积物沉积在细菌的荚膜、鞘、胞外分必物上 20。目前已知的就有 40 多种，循环冷却水中的铁细菌包括以下几种：嘉氏铁杆菌、球衣细菌属、泉发菌属，鞘铁细菌科。多数铁细菌适宜的生长温度接近室温，例如球衣菌属、氧化铁杆菌的最适宜温度为 22-25 21。水处理学角度而言的铁细菌，是从其能氧化亚铁的角度来命名的，在细菌分类学中并没有单独的一类铁细菌。经文献检索，可认为铁细菌包含的属较多，且亲缘关系不一定接近，包括细菌分类学中的以下细菌：鞘细菌（鞘细菌共有8 个属，其中的中 4 个属属于铁细菌范畴） 、鞘铁细菌科（4 个属） 、硫杆菌属的氧化亚铁硫杆菌。是否能够连成丝状是鞘细菌与鞘铁细菌的主要区别之一。铁细菌（铁氧化细菌）在伯杰氏细菌鉴定手册 20中的归类：1）菌体细胞不连成丘状、单细胞的铁细菌划入第十二部分（革兰氏阴性化能自养菌，643-648 页）中的鞘铁菌科（Siderocapsaceae） ，并根据其形态和金属沉积物的不同分成 4 属：可以在细胞外的圆形（或椭圆形荚膜）中沉积铁或锰氧化物的为鞘铁菌属；通常在杆状细胞周围形成圆形或马蹄形鞘金属氧化物的为瑙曼氏菌属以及赭菌属；菌体为球形、只有沉积氧化铁能力而不具有沉积氧化锰能力的为铁球菌属。2）菌体可连成丝状、并具有衣鞘（内部沉积有铁或锰氧化物）的归类在第三部分（鞘细菌，157-167 页）：最为常见的有单细胞、依靠鞭毛运动的纤发菌属；鞘不附着在固体物上、单细胞、不靠鞭毛运动的为利斯克氏菌属；鞘附着于固体上、丝状顶端膨胀的为泉发菌属；鞘附着于固体上、丝状顶端渐尖的枝发菌属。另外，还有能够产生附属丝、固着器、且为单细胞的嘉利翁氏菌属。鞘细菌多分布在含有机质丰富的流动淡水（例如被污染的河流、活性污泥、滤水池等）中，污水处理中引起污泥膨胀的所谓“丝状菌”即是鞘细菌。目前已有纯培养的鞘细菌有 3 个属，还没有纯培养的有 4 个属：利斯克氏菌属、栅发菌属、泉发菌属和细枝发菌属。鞘铁细菌科具有在荚膜或鞘内、甚至外分泌物中沉积铁和（或）锰氧化物的能力，大多为化能自养或异养菌。该菌多为球形、杆状或椭圆形。有些单细胞的鞘铁细菌连成丘状，多为水生。铁氧化酶是氧化铁锰鞘细菌类产生的最重要的一类酶，并可应用于污水处理中，国外的一些学者对铁氧化酶的分离纯化曾经进行过一些尝试 22,23，但该氧化酶含量很低，而且很容易失活，一般只能得到粗酶，进一步分离纯化的难度大。第一章 绪论61.1.5 金属腐蚀理论基础循环冷却水系统中常用的金属材料包括碳钢、不锈钢、黄铜等。尽管不少电厂、化工厂已使用不锈钢作为换热管的管材，但其他管材仍以碳钢为主，因而碳钢在整个循环冷却水系统中所占的比例仍旧相当大。下面以碳钢为例说明金属腐蚀的基础理论。（1）金属腐蚀电化学基础金属腐蚀的过程实际是发生了氧化还原反应。金属表面、水溶液都不是绝对均匀的，金属与水接触时就造成了局部区域的电位不相等，即形成了低电位区（阳极区）和高电位区（局部阴极区） ，从而构成大量的腐蚀电池（又称微电池） 。微电池由阳极、阴极、电解质溶液、能够传递电子的导体构成，电位较负的区域发生氧化反应，反之产生还原反应。冷却水中的金属材料发生电化学腐蚀的原因在于满足了以下条件：水作为导电介质，水中溶解的盐类能够提高水的电导率；阴阳极之间电势差的存在，电势差是腐蚀电化学反应的推动力，反映腐蚀倾向的大小；金属本体作为阳极区、阴极区之间传递电子的导体。由于金属受氧化而失去电子的区域（阳极区）与阴极区的分离，这种反应不是普通的氧化还原反应，而是电化学反应。金属发生腐蚀时，实际是发生阳极反应：MMn+ne-不同种类的金属达到反应平衡时的电势差不同，如果规定标准氢电极的电极电势为 0，那么金属的电位高于标准氢电极的电极电势则为正，否则为负。由于标准氢电极的使用条件较为苛刻，实际应用中也可用饱和甘汞电极（Saturated Calomel Electrode，SCE）作为参照标准，饱和甘汞电极相对于标准氢电极的电极电势为 0.241V。以下为水溶液中， 25时几种常见纯金属的电极电位：表 1-2 几种常见金属的电极电位电极 Al/Al3+ Ti/Ti2+ Ti/Ti3+ Zn/Zn2+ Fe/Fe2+ Fe/Fe3+ Cu/Cu2+标准电位 -1.660 -1.630 -1.210 -0.762 -0.440 -0.036 +0.521SCE 电位 -1.419 -1.389 -0.969 -0.521 -0.199 -0.205 +0.280（2）金属腐蚀的形态与类型按照腐蚀形态来分类，金属腐蚀可分为全面腐蚀和局部腐蚀。当金属腐蚀分布在整个金属表面上时，称为全面腐蚀；而当仅集中在一定部位时称为局部腐蚀。全面腐蚀是由分布于整个金属表面的微阳极、微阴极造成的，不会造成第一章 绪论7穿孔，腐蚀速度较慢，因而危害不是很大。而局部腐蚀阴阳极分离，通常可宏观辨认，腐蚀速度快，短期内容易造成穿孔，因而危害远大于全面腐蚀。局部腐蚀包括点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、微生物腐蚀、斑点腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀等类型。点蚀（孔蚀或坑蚀）具有大阴极、小阳极的特点，是在金属表面出现点状、孔状的腐蚀坑的局部腐蚀，在冷却水系统中破坏性、隐患极大。所谓晶间腐蚀，是指选择性的，沿着金属（合金）晶粒边界产生的腐蚀。晶间腐蚀发生的区域，一般是含杂志较多的敏感区。缝隙腐蚀的产生需要两个条件：存在危害性阴离子， （如 Cl-） ；缝隙宽窄适宜，太宽（超过 0.3mm） 、太窄（液体不能进入）都不会发生缝隙腐蚀，一般认为，宽度在 0.025mm 以下会发生缝隙腐蚀。（3）金属腐蚀速度的表示方法金属腐蚀速度又称腐蚀率，可用质量变化法、深度法、腐蚀电流表示法等方法表示。质量变化法是以单位面积、单位时间上金属试样腐蚀前后质量变化来表示腐蚀速率的，如公式 1-1： 重 = （1-1）上式中， 重 称为腐蚀速率，s 为面积，t 为时间，m 为腐蚀前后的质量之差，如果腐蚀以后质量减小，则失重，反之称为超重。由于不同金属的密度不同，在衡量不同金属的抗腐蚀能力时，质量变化法并不适用。在工程实践上，金属构件变薄将直接影响其使用寿命，因而人们提出了以单位时间内金属腐蚀深度来表示腐蚀速率的方法，即深度法，更具有实践意义： 深 =8.76 重 / （ 为金属密度） 。 深 的单位可采用 mm/a(毫米/年)表示，如采用英制长度单位，则可用密耳/年（mpy，即毫英寸/年）表示，换算关系为 1mpy=0.0254mm/a。在电化学中，可采用腐蚀电流密度来表示金属腐蚀速率。根据法拉第定律，每溶解 1mol 阳极金属，通过的电量为 1F（对应 96500C） ，那么阳极溶解的金属质量如公式 1-2：m= (1-2)上式中，A 表示该金属的原子量，I 表示电流强度，t 为通电时间，n 为价电子数，F 为法拉第常数。金属发生均匀腐蚀时，腐蚀电流密度 icorr 为 I/S，S为表面积。 深 与腐蚀电流密度的换算关系：第一章 绪论8 深 = （1-3）1.2 国内外研究现状1.2.1 微生物腐蚀机理的概述由金属表面、无机腐蚀产物（如 FeS、Fe(OH) 3、Fe 2O3 等） 、微生物细胞及其代谢产物协同作用产生的金属腐蚀称为微生物腐蚀（Microbially Inuenced Corrosion，MIC） 24,25。在金属材料表面形成的微生物膜中，微生物的代谢活动能影响阳极反应、阴极反应的反应动力学 26，并显著改变反应物附着层，从而促进或抑制金属的腐蚀。微生物腐蚀的关键在于微生物膜的形成及其与金属基体间的相互作用。微生物膜的主要成分包括超细胞聚糖，由天然糖、胺糖和尿酸聚合而成 27。在敞开式循环冷却水系统中，