خوردگی میکروبیولوژیکی چاه های آب و عوامل ایجاد آن

با گذشت زمان، چاه‌های آب به دلایل گوناگون با افت ظرفیت آبدهی مواجه می‌شوند، به‌گونه‌ای که رسیدن به دبی پیش‌بینی‌شده در طراحی اولیه دیگر میسر نخواهد بود. این کاهش عملکرد می‌تواند ناشی از عواملی همچون افت سطح آب زیرزمینی، رسوب مواد محلول در بخش گراول‌پک و لوله‌های جدار، خوردگی‌های شیمیایی و میکروبی، رشد باکتری‌ها در لوله‌های آبده، انسداد بیولوژیکی، ورود ماسه و نیز استهلاک تجهیزات باشد. این فرآیندها باعث کاهش سطح مقطع مؤثر لوله‌ها بر اثر عوامل فیزیکی، شیمیایی و زیستی می‌شوند. از آنجا که نوسازی تجهیزات یا حفاری چاه جدید نیازمند هزینه‌های قابل توجهی است، در ادامه، به بررسی مختصر هر یک از دلایل بالا خواهیم پرداخت.

همچنین بخوانید:

♣ حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب

♣ آب و فاضلاب را ضدعفونی کنیم!

خوردگی میکروبی چیست؟

خوردگی میکروبیولوژیکی نوعی از خوردگی است که توسط فعالیت میکروارگانیسم‌ها مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها یا جلبک‌ها در سطوح فلزی و محیط‌های مرطوب ایجاد می‌شود. این نوع خوردگی وقتی رخ می‌دهد که میکروب‌ها یا باکتری‌ها روی سطح فلز رشد کنند و در اثر فعالیت‌های زیستی‌شان، محیطی خورنده تولید کنند که باعث تخریب فلز می‌شود. یک فرآیند الکتروشیمیایی است و انواع خوردگی میکروبی ممکن است شامل خوردگی حفره ای، خوردگی شکافی، خوردگی گالوانیکی، خوردگی بین دانه ای، ترک خوردگی تنشی، خوردگی یکنواخت و خوردگی سایشی باشد.

علت ایجاد خوردگی میکروبیولوژیکی چیست؟

بیشتر خوردگی میکروبیولوژیکی وقتی آغاز می شود که، یک سلول الکتروشیمیایی یا پیل الکتریکی در اطراف چاه های آب تشکیل شود. وقتی دو فلز مختلف در چاه وجود داشته باشند، یکی از آنها آند و دیگری کاتد می شود و یک سلول الکتروشیمیایی شکل می گیرد. موارد دیگری نیز وجود دارد که باعث تشکیل سلول الکتروشیمیایی می شوند. برای مثال وجود H2S (سولفید هیدروژن)، کلرورها، سولفاتها، نیتراتها، بی کربناتها، دی اکسیدکربن و اکسیژن سبب شدت خوردگی آب می شوند. کلیه یونهای موجود در آب به علت آن که در میزان هدایت الکتریکی آب موثرند، واکنشهای شیمیایی را تحت تاثیر می گذارند. شکل زیر ، یک نمونه از خوردگی میکروبیولوژیکی الکتروشیمیایی را در لوله آبده چاه های آب نشان می دهد.

ویژگی‌های خوردگی میکروبیولوژیکی چیست؟

• معمولاً در محیط‌های مرطوب، تاریک، و کم‌اکسیژن دیده می‌شود.

• برخی از باکتری‌ها، مانند باکتری‌های احیاءکننده سولفات (SRB)، گازهایی مانند هیدروژن سولفید (H₂S) تولید می‌کنند که برای فلزات بسیار خورنده‌اند.

• این خوردگی اغلب به صورت موضعی و نقطه‌ای دیده می‌شود که بسیار خطرناک است.

انواع خوردگی میکروبیولوژیکی

خوردگی میکروبیولوژیکی بسته به نوع میکروارگانیسم و شرایط محیطی می‌تواند به اشکال مختلفی ظاهر شود. از انواع رایج خوردگی موضعی می‌توان به خوردگی حفره‌ای، خوردگی شیاری، خوردگی بین‌دانه‌ای، و خوردگی تنشی اشاره کرد. در ادامه، انواع رایج خوردگی میکروبیولوژیکی را معرفی می‌کنیم:

خوردگی الکتروشیمیایی:

این نوع خوردگی را می توان با خورده شدن فلز روی (Zn) بوسیله اسید کلریدریک نشان داد. زمانی که فلز روی با اسید کلریدریک تماس پیدا می کند، این دو ماده به سرعت واکنش می دهند. گاز هیدروژن آزاد شده و فلز روی وارد محلول می شوند و  محلول کلرور روی تولید می شود. بدین ترتیب، فلز روی با یون های اسیدی هیدروژن ترکیب شده و تشکیل یونهای روی و گاز هیدروژن می دهد. در طی این واکنش، روی اکسید شده و یون تشکیل می دهد. یونهای هیدروژن با گرفتن الکترونهای آزاد شده توسط روی احیا شده و به هیدروژن تبدیل می شوند. در واکنش اکسیداسیون ظرفیت افزایش می یابد یا بعبارت دیگر الکترون تولید می شود. در صورتی که در واکنش احیاء ظرفیت کم می شود یا الکترون مصرف می شود.

خوردگی موضعی:

در بعضی حالات، واکنش اکسیداسیون به‌صورت یکنواخت بر روی تمام سطح فلز رخ می‌دهد که به آن خوردگی یکنواخت گفته می‌شود. اما در بسیاری از شرایط محیطی و ترکیب‌های خاص شیمیایی، این فرآیند به‌صورت موضعی اتفاق می‌افتد و تنها در نقاط یا نواحی محدودی از سطح فلز رخ می‌دهد. این نوع خوردگی که به آن خوردگی موضعی گفته می‌شود، معمولاً به دلیل ناهمگونی‌های سطحی، وجود ناخالصی‌ها، ترک‌ها، یا تفاوت در شرایط الکتروشیمیایی موضعی مانند اختلاف پتانسیل در سلول‌های گالوانیکی ایجاد می‌شود.

خوردگی موضعی خطرناک‌تر از خوردگی یکنواخت است، زیرا ممکن است بدون کاهش چشمگیر در جرم یا ضخامت کلی فلز، باعث ایجاد حفره، ترک، یا حتی شکست ناگهانی سازه شود. این پدیده به‌ویژه در صنایع حساس مانند هوافضا، نیروگاه‌ها، و پتروشیمی اهمیت فراوانی دارد و نیازمند بررسی دقیق و روش‌های کنترل مؤثر است.

خوردگی بیولوژیکی:

در خوردگی بیولوژیکی، موجودات تک سلولی مثل باکتری های آهن خوار و باکتری های سولفات خوار بر روی سطح لوله چسبیده و رشد می کنند. این باکتری ها با تشکیل رسوب و ایجاد خوردگی بیولوژیکی در روی سطح لوله باعث کاهش آبدهی لوله و تخریب خط لوله آب می گردند. برای رشد باکتری های آهن یا سولفات خوار حضور 4 فاکتور زیر مورد نیاز است:

• محیط میزبان (سطح فلز لوله)
• عامل رشد (مواد محلول در آب که باعث رشد می گردند)
• محیط مرطوب برای رشد (آب)
• حضور اکسیژن برای باکتری های هوازی به شکل همزمان

اگر هر یک از عوامل بالا مانند رطوبت یا عامل غذایی حذف گردد، رشد باکتری ها متوقف می شود. رشد باکتری ها در محدوده دمایی خاصی شروع می شود و معمولا با بالا رفتن دما افزایش می یابد.

انواع خوردگی بیولوژیکی:

عموما خوردگی بیولوژیکی فولادها توسط باکتری های احیا کننده صورت می پذیرد. در این شکل باکتری های ایجاد شده در طی فرآیند بیولوژیک با تشکیل یک لایه از باکتری ها (بیوفیلم ها) سطح قطعه را پوشانده و باعث تشدید پدیده خوردگی می گردند. این باکتری ها در حالت عمومی به دو دسته هوازی و غیرهوازی تقسیم می گردند. باکتری های آهن خوار (Iron Reducing Bacteria) و باکتری های سولفات خوار (Sulfate Reducing Bacteria) از جمله مهمترین باکتری های مضر برای فولاد و لوله های فولادی بشمار می روند. عموما خوردگی بیولوژیکی فولادها توسط باکتری های احیا کننده صورت می پذیرد.

باکتری ها روی سطح لوله،  فیلم باکتریایی تولید می کنند که علاوه بر ایجاد خوردگی میکروبی، پیل غلظتی اکسیژنی تشکیل می دهد و باعث تشدید سرعت خوردگی می گردند. از طرفی با مصرف اکسیژن میزان pH موضعی را تغییر می دهند و با تولید H2O باعث افزایش نرخ خوردگی می شوند.

مطالعه بیشتر:

♣ بیوفیلم چیست؟

♣ بررسی جامع انواع میکروب، عوامل بیماری زا و پاتوژن

الف) خوردگی بیولوژیکی صنعت آب و فاضلاب

خوردگی بیولوژیکی لوله های بتنی فاضلاب توسط سولفید هیدروژن ایجاد می شود. اگرچه نقش خوردگی میکروبی در فاضلاب به خوبی درک نشده است. سیل و پاشش در فاضلاب به صورت دوره ای، سطح بتنی را در لوله های فاضلاب تلقیح می کند. بنابراین بررسی خوردگی میکروبی لوله های آب و فاضلاب باید به شکل دوره ای صورت بپذیرد و در صورت لزوم از بایوساید ها و ضدعفونی کننده های محتلف استفاده گردد.

ب) خوردگی میکروبی در صنعت نفت

خوردگی میکروبی که به عنوان خوردگی میکروبیولوژیکی نیز شناخته می‌شود، نوعی خوردگی است که تحت تأثیر میکروارگانیسم‌های موجود در لوله‌های حفاری، خطوط لوله یا هر تأسیسات فلزی نفت و گاز دیگری قرار می‌گیرد. عامل این خوردگی میکروبی در فلزات یا ساختارهای فلزی، فعالیت های متابولیکی میکروارگانیسم ها است.

به طور کلی؛ دو دسته از میکروب ها عامل خوردگی میکروبی در تاسیسات صنایع هستند:

• باکتری های آهن خوار (Iron reducing bacteria)

از جمله باکتری‌های تأثیرگذار در خوردگی میکروبی هستند. این باکتری های آهن خوار هوازی هستند. این باکتری ها از انرژی حاصل از اکسیداسیون و تجزیه بیکربناتهای آهن تغذیه می کنند. در این عمل آهن دو ظرفیتی با هیدروکسید (OH) موجود در آب تولید محلول هیدروکسید فرو می کند. این ماده پس از چند واکنش به رسوب هیدروکسید فریک تبدیل می شود.

رشد این باکتری ها در آبهای کم عمق با املاح کمتر از 1000 میلی گرم در لیتر، بهتر و سریعتر است. آبهایی که مقدار اکسیژن آنها بین 0.3 تا 9 و مقدار آهن آنها کمتر از 0.02 میلی گرم در لیتر است، محیط مناسبی برای رشد این باکتری ها می باشد. تولید لجن در چاه های آب نیز حاصل فعالیت باکتری هایی است که از اکسیژن آزاد موجود در آب چاه استفاده می کنند. لجن تولیدی به صورت پوششی بر روی سطح لوله جدار و شبکه های لوله مشبک رسوب می کند. بنابراین محیطی غیرهوازی در زیر این پوشش لجنی ایجاد می شود و شرایط مساعدی جهت رشد باکتریهای غیر هوازی به وجود می آید. حضور این باکتری ها معمولا با رنگ زرد یا قرمز آب و بوی نامطبوع آن قابل تشخیص است.

• باکتری های سولفات خوار (Sulfate Reducing Bacteria)

این باکتریها غیرهوازی یا بی هوازی بوده و در محیط های فاقد اکسیژن فعالیت می کنند. ماده غذایی اصلی آنها اسیدهای آلی ساده و هیدروژن مولکولی است که از تجزیه مواد آلی طبیعی ساده به دست می آید. حاصل فعالیت این باکتریها سولفات هیدروژن بوده که عامل اصلی اثرات مخرب این میکروارگانیزم ها می باشد. این ماده بد بو و سمی است و سبب آلودگی آب می شود. ماده حاصل از این فعالیت، رسوب سولفید آهن (FeS) می باشد. وجود آبهای سیاه، قرمز و یا زرد رنگ و بوهای متعفن را می توان به فعالیت این باکتری ها نسبت داد. این باکتری ها که اغلب در چاه های آب یافت می شوند، ماده ای به رنگ سبز متمایل به آبی تولید می کنند. تصویر زیر معادله کلی خوردگی میکروبی توسط باکتری های سولفات خوار را نشان می دهد.

مشکلات ناشی از خوردگی در کاهش عمر مفید چاه های آب

الف: گشاد شدن شبکه های لوله جدار و در نتیجه ورود تدریجی مواد ریزدانه به چاه های آب و آغاز ماسه دهی و در نتیجه ریزش ناگهانی دیواره چاه و تخریب ساختمان چاه.

ب: کاهش مقاوت لوله جدار در مقابل فشار طبقات و در نتیجه تخریب چاه های آب.

ج: رسوب مواد ناشی از پدیده خوردگی شیمیایی و در نتیجه انسداد شبکه های بخش مشبک لوله جدار و کاهش تدریجی ظرفیت بازدهی چاه.

 روشهای پیشگیری و کنترل خوردگی میکروبی:

از خوردگی تحت تأثیر مکانیزم خوردگی میکروبیولوژیک یا خوردگی بیولوژیکی می توان از طریق تعدادی از روش ها جلوگیری کرد:

• در صورت امکان تمیز کردن مکانیکی منظم.
• روش های شیمیایی با ضدعفونی کننده ها برای کنترل جمعیت باکتری ها.
• زهکشی کامل و ذخیره سازی خشک

مطالعه بیشتر:

♣ گندزدایی آب و فاضلاب

♣ تصفیه فاضلاب صنایع و کارخانجات | چالش ها و راهکارها

کلام آخر:

 محصول اگوسیب با برند پراکسیدین، تولیدی صنایع آرال شیمی با فرمول ویژه خود یک انتخاب مطمئن، ارزان و کارآمد جهت مبارزه با انواع باکتری های مسبب گرفتگی لوله های جدار چاه های آب کشاورزی و شرب است. این محصول، بهترین ماده برای جلوگیری از خوردگی میکروبیولوژیکی و خوردگی بیولوژیکی در چاه آب است. فرمول ویژه اگوسیب موفقیت در عملیات ضد عفونی چاه های آب را تضمین کرده است و افزایش راندمان آب دهی و عمر چاه را فزونی خواهد بخشید، بی آنکه برخلاف ضد عفونی کننده های مرسوم مثل پرکلرین و گاز کلر سبب خوردگی لوله های اسکرین آهنی یا چدنی شود.

⇐ نسخه بروزرسانی شده در تیر 1404