第三章+海洋生物污損與材料腐蝕ppt課件

1、海洋工程材料,第三章 海洋生物污損與材料腐蝕 Chapter 3 Marine Biofouling & Corrosion,2,第三章 海洋生物污損與材料腐蝕,3.1 前言 電化學(xué)腐蝕是金屬材料在海洋中的主要腐蝕形式。但海洋腐蝕不能和電化學(xué)腐蝕簡單地劃等號。 海洋不是單純的電解質(zhì)溶液，它是具有極高生物活性的絡(luò)合電解質(zhì)體系，金屬/海水界面同時存在著兩個自然過程，即金屬腐蝕和生物污損。 海洋腐蝕是腐蝕和污損共同作用的結(jié)果，海洋中的腐蝕破壞多是由環(huán)境的物理、化學(xué)、生物等多方因素共同作用的結(jié)果,3,Marine Biofouling: a real big problem,4,Marine Biof

2、ouling: a real big problem,增加管壁和艦船外殼的動力阻力，增加熱交換器的熱阻和膜過程的水壓，導(dǎo)致過濾器等多孔元件的堵塞。 0.1m厚的生物膜就會增加摩擦阻力10%以上，1 m厚的微生物粘膜，其摩擦力增加80%，使船速降低15%。 美國海軍為克服船體附著生物造成的摩擦阻力，每年需要增加額外動力燃料費(fèi)超過5億美元。 微生物誘發(fā)的腐蝕過程遍及所有種類的材料。僅因硫酸鹽還原菌(sulfate reducing bacteria, SRB)產(chǎn)生的硫化氫的腐蝕作用使石油工業(yè)的生產(chǎn)，運(yùn)輸和貯存設(shè)備每年遭受的損失達(dá)數(shù)億美元,5,What is marine corrosion,海洋生

3、物腐蝕，系指海洋材料表面附著生物（細(xì)菌膜、微型生物粘膜、生物群落）的附著、生長、繁殖、代謝、死亡等過程中所產(chǎn)生的物質(zhì)直接與間接對材料造成的腐蝕。 海水中的細(xì)菌和微生物可以使材料在海水中幾個小時即形成一層由細(xì)菌、藻類等水生生物及其代謝產(chǎn)物組成的微生物薄膜(biofilm)，成為其他海洋生物和細(xì)菌生長、繁殖的“土壤”。隨后發(fā)生的微生物腐蝕和生物污損均通過微生物膜發(fā)生作用。 金屬表面不存在微生物膜就不可能發(fā)生微生物腐蝕和生物污損，控制生物污損和微生物腐蝕就必須控制微生物膜生長,6,什么是微生物,生物可分為六界：病毒界、原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和動物界。微生物占了四界。 微生物（ mic

4、roorganism ）是一切肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱。 形體微小，結(jié)構(gòu)簡單，通常要用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡才能看清楚的生物，統(tǒng)稱為微生物。（但有些微生物是可以看見的，像屬于真菌的蘑菇、靈芝等。） 自然界中氮、碳、硫等多種元素循環(huán)靠微生物的代謝活動來進(jìn)行。例如空氣中的大量氮氣只有依靠微生物的作用才能被植物吸收，而醫(yī)藥工業(yè)方面，幾乎所有的抗生素都是微生物的代謝產(chǎn)物 沒有微生物，植物就不能新陳代謝，而人類和動物也將無法生存,7,微生物的分類,微生物種類繁多，至少有十萬種以上。按其結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及生活習(xí)性等差異可分成三大類。 一、真核細(xì)胞型微生物。 細(xì)胞核的分化程度較高，有核膜、核仁和染色

5、體；胞質(zhì)內(nèi)有完整的細(xì)胞器（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體及線粒體等）。真菌屬于此類型微生物。 二、原核細(xì)胞型微生物。 細(xì)胞核分化程度低，僅有原始核質(zhì)，沒有核膜與核仁；細(xì)胞器不很完善。這類微生物種類眾多，有細(xì)菌、螺旋體、支原體、立克次體、衣原體和放線菌。 三、非細(xì)胞型微生物。 沒有典型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，亦無產(chǎn)生能量的酶系統(tǒng)，只能在活細(xì)胞內(nèi)生長繁殖。病毒屬于此類型微生物,8,Basic Facts about Microbial Corrosion,3.2 微觀生物污損與材料腐蝕 3.2.1 微觀生物導(dǎo)致腐蝕 材料浸入海水中，微生物便迅速附著于其表面，形成一層微生物膜。 微生物膜對金屬材料腐蝕產(chǎn)生兩種作用: (1)

6、微生物導(dǎo)致金屬腐蝕(稱為微生物腐蝕，microbially influenced corrosion, MIC)；(2) 微生物抑制金屬腐蝕(稱為微生物緩蝕，microbial inhibition of corrosion)。 常見的腐蝕性微生物 參與金屬腐蝕的微生物主要包括細(xì)菌、真菌及藻類，尤其以細(xì)菌為主。腐蝕性細(xì)菌又分為兩大類：好氧性菌和厭氧性菌。 1. 好氧性菌 (aerobic bacteria) 這類細(xì)菌主要有鐵細(xì)菌和硫氧化菌,9,鐵細(xì)菌屬 crenothrixandleptoth,鐵細(xì)菌在自然界中分布甚廣，形態(tài)多樣，一般呈桿、球、絲狀，在中性含有機(jī)物和可溶性鐵鹽的

7、水、土壤，尤其在金屬表面銹層中極易存在，其活動特點是能在中性介質(zhì)中依靠 Fe2+ Fe3+e 這一反應(yīng)獲得新陳代謝作用的能量。反應(yīng)所生成的高價鐵鹽氧化能力很強(qiáng)，可將硫化物氧化為硫酸。這一類細(xì)菌常與黃鐵礦(FeS2)沉淀物氧化過程有關(guān)。它最適宜的生長溫度是 2025，最適宜 pH 值為 1.47.0,10,Reactions under tubercles,11,鐵細(xì)菌腐蝕機(jī)理(mechanism of iron-oxidizing bacteria corrosion,鐵細(xì)菌因其好氧性，其腐蝕離不開氧的作用。 鐵細(xì)菌具有產(chǎn)生鐵氫氧化物沉積物的能力，其大多數(shù)由Fe2+氧化到 Fe3+產(chǎn)生能量，而

8、后成為Fe(OH)3 沉淀。 鐵細(xì)菌的腐蝕多通過縫隙腐蝕機(jī)理而發(fā)生。 鐵細(xì)菌的作用在于高濃度氧區(qū)和金屬表面的小陽極點（在致密的鐵氫氧化物生成物下面）。 例：鐵細(xì)菌在水管內(nèi)壁形成氧濃差電池，發(fā)生的反應(yīng)為,12,Tubercles resulting from the corrosion of iron-oxidizing bacteria,13,Pits underneath the tubercles,14,What is under a tubercle,15,硫氧化菌主要是硫桿菌類的細(xì)菌，它可把元素硫以及硫代硫酸鹽氧化為酸，產(chǎn)生的腐蝕性強(qiáng)酸存在于水泥、污水、土壤中。最適宜生長的溫度是 28

9、30，最適宜的 pH 值為 2.53.5，但有時低于 0.6 時也能生存，最后可使介質(zhì)中硫酸度高達(dá) 10%20,硫氧化菌(Thiobacillus thioaxidan,參閱：http:/,16,How do Sulfur-oxidizing bacteria work,17,anaerobic bacteria,2. 厭氧性菌 (anaerobic bacteria) 主要是在缺乏游離氧或幾乎無氧的條件下才能生存，主要為硫酸鹽還原菌（SRB）。 在自然界中分布亦極為廣泛，尤其是鋼鐵表面氧化皮及銹層下面。 特點是既能利用有機(jī)酸為給氫體，也能直接利用氫，以硫酸鹽為最終電子受體進(jìn)行還原作用，最終產(chǎn)

10、物是硫化物，如硫化氫等,詳情請參閱百度百科厭氧性細(xì)菌詞條：http:/,18,How do SRB work? (Kuhvs theory: cathode depolarization effect,酸性缺氧環(huán)境中，H+可以作為陰極電子接受物（去極化劑），產(chǎn)生氫氣。 SRB利用氫氣還原SO42-, 并通過氧化氫氣獲得新陳代謝的能量來源，產(chǎn)生硫化氫(見圖)。 在金屬鐵腐蝕過程中，硫離子與腐蝕產(chǎn)物鐵離子結(jié)合形成硫化鐵的黑色沉淀物。氫氣反應(yīng)加速了腐蝕過程,詳情請參閱中美環(huán)?？萍冀涣骶W(wǎng)：http:/,19,SRB陰極去極化腐蝕機(jī)理,局限性：由實驗室分批培養(yǎng)SRB結(jié)果得出結(jié)論。但在實際腐蝕現(xiàn)場，以上規(guī)

11、律不復(fù)存在,20,Horvaths theory: sulfide effect,理論核心：還原菌的活動提供硫化物，由硫化物的作用加速了鋼鐵的腐蝕速率,21,腐蝕性微生物及其作用,22,The building of a typical biofilm and the reactions inside,23,Basic Facts about Biofilm, 海水中生物膜的生長 據(jù)估計，有90%以上微物的活動是發(fā)生在生物膜內(nèi)。在材料腐蝕中，生物膜中的微生物比溶液中自由動的微生物更重要。 生物膜是由活的和死的細(xì)胞以及細(xì)胞外分泌物(也稱細(xì)胞外聚合物，Extracellular Po

12、lymer Substances，EPS)構(gòu)成。 細(xì)胞外分泌物（EPS）是由多糖、核酸、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)以及吸附的有機(jī)物、無機(jī)物和一些碎片（污垢）構(gòu)成的。有一定的強(qiáng)度和粘性，在金屬表面的附著性好，微生物就包藏在EPS組成的凝膠之中，而在金屬表面和液體環(huán)境中形成凝膠相,24,How is the biofilm built,生物膜的形成和增長可分為五個階段： 第1階段叫條件膜。溶解態(tài)的有機(jī)物和無機(jī)物被吸附到材料表面。這個過程是不可逆和大量發(fā)生的。吸附前材料表面的一些特征如所帶電荷的電性、憎水性等在吸附發(fā)生后會發(fā)生改變，且在溶液中細(xì)菌表面有類似于膠體表面的雙電層結(jié)構(gòu)，這可導(dǎo)致細(xì)菌被吸附到材料表面。 第

13、2階段是可逆吸附過程。微生物以可逆的傳輸機(jī)理（運(yùn)動、對流、溫度、重力和化學(xué)趨向性）和材料表面相接觸。因為微生物和材料表面間的靜電作用和范德華力，微生物被留在材料表面。這時微生物表現(xiàn)出布朗運(yùn)動的特性并且很容易被流體（水）沖走,25,Going ahead,第3階段是不可逆吸附。微生物緊緊的吸附在材料的表面。這種作用是物理/化學(xué)性質(zhì)的（靜電作用，氫鍵，偶極作用和疏水作用）；或者以共價鍵形式將細(xì)胞外分泌物和細(xì)胞結(jié)合，或是通過細(xì)胞器如菌毛將細(xì)胞和膜連起來。生物膜內(nèi)的細(xì)胞不會被沖走，布朗運(yùn)動也觀察不到。 第4階段，生物膜形成。有粘性的微生物生長繁殖，并形成多重膜。介質(zhì)中的細(xì)胞仍可進(jìn)入膜中。細(xì)胞被埋在大量

14、的細(xì)胞外分泌物黏液中。分泌物可黏附經(jīng)過其表面的顆粒和微生物，從而使膜內(nèi)活的、死的物質(zhì)得以增加。 在此過程中，生物膜變厚，如有好氧菌存在，膜內(nèi)會出現(xiàn)缺氧區(qū)，厭氧菌如硫酸還原菌、產(chǎn)烷生物可開始繁殖。它們的代謝產(chǎn)物對材料造成腐蝕。這些細(xì)胞外高聚物所帶電荷及其絡(luò)合性是引起微生物腐蝕的原因。生物膜內(nèi)的細(xì)胞可以在很大程度上抵御滅菌劑的殺菌作用。因為和細(xì)胞外分泌物、死細(xì)胞作用，滅菌劑在很大程度上被消耗，位于膜深處的細(xì)菌得以存活,26,How does the biofilm work,第5階段，部分生物膜脫落。當(dāng)生物膜連續(xù)增長達(dá)到一個極限，或者膜在受到剪切力對膜的作用時，片狀的生物膜將脫落并被沖走。如果這部

15、分脫落的膜附著到合適的地方，它們會重新生長。 生物膜的影響： (1)生物膜覆蓋在金屬表面，在金屬表面與溶液本體之間起擴(kuò)散屏障作用，產(chǎn)生濃度梯度，使金屬/溶液界面狀態(tài)發(fā)生了很大變化，例如pH值、氧濃度、基質(zhì)濃度、代謝產(chǎn)物濃度、溶解鹽濃度和有機(jī)物質(zhì)濃度等均與溶液本體不同。 (2) 生物膜內(nèi)成分不均勻，影響到各處生物膜/材料界面反應(yīng)電化學(xué)參數(shù)，從而決定著腐蝕機(jī)理、腐蝕形態(tài)等。 (3) 在所有情況下，EPS都是親水性的，因此EPS也能賦予疏水表面以親水性質(zhì)，基體的表面性質(zhì)也就發(fā)生了變化,27,微生物腐蝕機(jī)理 (Mechanism of microbial corrosion, 微生物腐蝕

16、機(jī)制 目前，對于微生物能加速材料的腐蝕與分解的主要機(jī)理包括： (1)微生物在材料表面形成微氧原電池； (2)微生物分泌的具有多種官能團(tuán)的多聚物與金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)； (3)微生物分泌的無機(jī)酸和有機(jī)酸導(dǎo)致材料的腐蝕等； (4)微生物膜促進(jìn)厭氧環(huán)境生成，導(dǎo)致如硫酸還原菌、產(chǎn)烷生物等厭氧菌的繁殖，其分泌物導(dǎo)致的腐蝕； (5)微生物在材料表面產(chǎn)生的氫氣加速了材料的氫脆等。 (6)微生物產(chǎn)生微生物酶（如過氧化氫酶），可以分解吸氧反應(yīng)中的中間產(chǎn)物過氧化氫使之在材料表面產(chǎn)生氧氣和水，從而改變材料表面氧濃度，加速腐蝕,28,成熟的幾種理論 (mature theories,1. 氧濃差電池 金屬表面生物膜內(nèi)

17、微生物的生長、繁殖以及菌落的形成是不均勻的，這導(dǎo)致了濃差電池的形成。 生物膜下空氣不易到達(dá)的位置形成陽極，陽極周圍成為陰極。 附著在金屬表面的成熟微生物膜可以阻止氧氣向陰極區(qū)擴(kuò)散和某些具有腐蝕性的陰離子如Cl-向陽極區(qū)擴(kuò)散。(有利的) 如果氧氣向膜內(nèi)擴(kuò)散的速率小于微生物呼吸消耗氧氣的速率，陰極反應(yīng)的機(jī)理就要發(fā)生改變,29,differential aeration cell /oxygen concentration,另外，藻類和可進(jìn)行光合作用的細(xì)菌利用光能可在生物膜內(nèi)生成氧氣。 在沒有陽光的條件下它們的呼吸作用將氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸肌?在海水正常的pH值變化范圍內(nèi)，氧氣濃度的變化對金屬腐蝕的影

18、響要大于pH值變化的影響。氧氣對陰極的去極化作用可以使腐蝕速度加速。 生物膜內(nèi)局部的呼吸/光合作用可以形成不同的氧濃差電池和不同的陽極區(qū)和陰極區(qū)。 當(dāng)微生物膜內(nèi)有藻類存在時，隨著光合作用和呼吸作用的轉(zhuǎn)變膜內(nèi)的pH值也會變化。 有光條件下膜內(nèi)pH值可以達(dá)到10以上，一天內(nèi)pH值的變化可以達(dá)到2個單位,30,Corrosions caused by reactions in biofilms,2. 微生物膜內(nèi)的反應(yīng)引起的腐蝕 生物膜內(nèi)生物的新陳代謝過程可以引起腐蝕。在細(xì)菌的新陳代謝的過程中一定要有電子的釋放。在好氧微生物的體內(nèi)，氧氣作為電子的最終受體被轉(zhuǎn)變?yōu)樗?。在厭氧的環(huán)境中，SRB將硫酸根離子作

19、為電子的最終受體，并產(chǎn)生硫化氫。 某些微生物在代謝過程中將氨基酸轉(zhuǎn)化成NH3或者將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成NH3。這些可以產(chǎn)生NH3的細(xì)菌可以引起銅合金的腐蝕。在溶液中NH4+也可以和某些金屬反應(yīng)從而引起腐蝕。大部分異養(yǎng)菌在發(fā)酵的過程中會分泌有機(jī)酸。有機(jī)酸在金屬和微生物膜的界面中的產(chǎn)生可以阻止或破壞金屬氧化膜的形成,31,膜內(nèi)特殊酶的作用也是導(dǎo)致金屬腐蝕加速的原因之一。 V.Scotto等人認(rèn)為腐蝕電位正移是膜內(nèi)特殊酶的作用。通過向海水中加NaN3(一種可以抑制微生物體內(nèi)酶活性的化學(xué)物質(zhì)），不銹鋼已經(jīng)正移的腐蝕電位又恢復(fù)到正移前的電位值。而滅菌海水中不銹鋼的腐蝕電位卻不隨NaN3的加入而改變。

20、并且在超過40時，去極化作用消失，這可能是由于酶的作用在超過40時失效造成的。這些都說明腐蝕與膜內(nèi)的特殊酶有關(guān)。 再比如，有研究證明，過氧化氫酶作為催化劑，可以把吸氧反應(yīng)的中間產(chǎn)物過氧化氫分解成氧氣和水，從而增加了材料表面氧的含量，改變了腐蝕速度,Effects of special enzyme in biofilm,32,Effect of EPS on the corrosion of metal surface,3. EPS凝膠層對金屬表面腐蝕的影響 微生物附著于金屬表面形成膠狀細(xì)胞外高聚物（EPS），EPS對界面過程有多方面影響： (1)在生物膜/金屬界面上留住水； (2)捕獲界面上

21、的金屬(Cu、Mn、Cr、Fe)和腐蝕產(chǎn)物，因為這類高分子多為帶羧酸官能團(tuán)的多糖，其可以捕獲金屬離子從而加速金屬腐蝕。 (3)降低擴(kuò)散速度，使金屬/生物膜/海水界面溶解氧及電解質(zhì)擴(kuò)散復(fù)雜化。 Gill. G. Geesey報道Cu與生物高分子的螯合作用。G.Chen研究了含Mo不銹鋼在天然海水中的微生物腐蝕，觀察到Mo+6與EPS中蛋白質(zhì)及氨基酸發(fā)生作用被還原為Mo+5,33,The building of a typical biofilm and the reactions inside,34,Microbial Inhibition of Corrosion,3.2.2 微生物抑制腐蝕

22、微生物抑制腐蝕可以通過以下兩種途徑來實現(xiàn)： 一、中和環(huán)境中的腐蝕性代謝產(chǎn)物（Microbial inhibition of corrosion by neutralizing the effects of corrosive metabolites）。 （1）微生物呼吸消耗氧氣，降低環(huán)境中氧濃度，從而抑制陰極反應(yīng)。 （2）EPS中的有機(jī)分子消耗氫或者影響氫重組，從而抑制金屬氫脆,35,二、形成保護(hù)膜或者使已經(jīng)形成的保護(hù)膜更穩(wěn)定。（ Microbial inhibition of corrosion by forming or stabilizing protective lms on a me

23、tal surface） 缺氧環(huán)境而又有自由硫離子存在時，環(huán)境中是否存在生物影響到鐵的最終腐蝕產(chǎn)物，進(jìn)而影響鐵的腐蝕歷程： （1）有微生物存在時，腐蝕產(chǎn)物中FeS占優(yōu)勢，形成緊密覆蓋層； （2）無微生物存在時，腐蝕產(chǎn)物中FeS2占優(yōu)勢，形成疏松覆蓋層。 因此，當(dāng)有微生物存在時，緊密的硫化物外殼附著力更強(qiáng)，形成保護(hù)作用，阻礙了鐵離子進(jìn)一步向外擴(kuò)散。 三、生物膜阻礙金屬與介質(zhì)間物質(zhì)擴(kuò)散，從而抑制腐蝕。 （1）阻礙金屬離子從陽極往溶液中擴(kuò)散，引起陽極極化； （2）阻礙溶解氧向陰極擴(kuò)散，引起陰極極化,Microbial Inhibition of Corrosion,詳情參閱：Videla. Unde

24、rstanding microbial inhibition of corrosion. A comprehensive overview,36,Influence of Microbial Consortium on the Corrosion,3.2.3 微生物復(fù)合體系對腐蝕的影響 微生物可以促進(jìn)金屬材料腐蝕，也可抑制金屬材料腐蝕。 海洋中復(fù)合微生物對材料腐蝕具有協(xié)同效應(yīng)和拮抗效應(yīng)。 協(xié)同效應(yīng) 厭氧菌和好氧菌混合，會產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使金屬腐蝕更加嚴(yán)重。 當(dāng)體系中同時存在好氧菌和厭氧菌時，腐蝕速率比單純只有好氧菌或厭氧菌時更大,37,細(xì)菌協(xié)同作用下的腐蝕,以鋼鐵水管內(nèi)壁腐蝕為例

25、，腐蝕步驟如下： 首先，鐵細(xì)菌把鐵管內(nèi)Fe2+氧化為Fe3+，形成Fe(OH)3沉淀。 Fe(OH)3沉淀附著在管道內(nèi)壁，生成癤瘤。 癤瘤成為氧擴(kuò)散勢壘。瘤下的金屬表面為貧氧陽極區(qū)，瘤外其余金屬表面為富氧陰極區(qū)。 氧濃差作用使瘤下金屬形成蝕孔。 瘤下缺氧區(qū)為厭氧菌提供生長、繁殖場所。 硫酸鹽還原菌生物化學(xué)作用，瘤下金屬加速腐蝕,38,The building of a typical biofilm and the reactions inside,39,Influence of a dual-species biofilm on the corrosion of mild steel,3.2

26、.3.2 拮抗效應(yīng) 硫酸鹽還原菌（SRB）和鐵還原菌同時存在時，可以表現(xiàn)為拮抗效應(yīng)。 鐵還原菌可以將Fe3+還原成Fe2+，一部分與水中氧氣結(jié)合，另一部分與SRB產(chǎn)生的硫化物結(jié)合，形成較厚、較致密的FexSy（mackinawite，四方硫鐵礦）層，與金屬基體結(jié)合緊密，從而保護(hù)基體不再繼續(xù)腐蝕,40,Biology of fouling organisms,3.3 宏觀生物污損與材料腐蝕 3.3.1 污損生物的生物學(xué)（固著或附著生活） 污損生物群落的成員，有3類生活方式：固著、附著和自由活動生活。前2類方式的物種，是構(gòu)成群落的主要成員，也是防污的主要對象。 固著和附著生活的物種，有3個共同特點

27、：成體固著或附著；幼蟲或孢子營自由生活；絕大多數(shù)是濾食性,41,1. 海藻 海藻大多數(shù)是多細(xì)胞、營固著生活。海藻以假根形成的固著基盤，牢固地營終生固著生活。中國海域已記錄紅藻444種、褐藻164種、綠藻194種，這些都可能成為污損生物群落的成員。 2. 海綿 最原始、最低等、處在細(xì)胞水平的多細(xì)胞動物。全部營固著生活。中國海已記錄106種。 海綿種數(shù)達(dá)10000多種，占所有海洋動物種數(shù)的115。體形最大的海綿動物是1909年曾在巴哈馬群島撈獲的一只，圍長為183厘米，剛出水重40千克，曬干后的重量為5千多克。此外，在安的列斯群島生活的一種海綿動物，身長106厘米，寬915厘米。海王星海綿也是體形

28、較大的種類，剖面長120厘米，卻不太寬。最小的種類是白枝海綿，身高不過3毫米，體重僅有幾克，跟一粒芝麻一樣小。海綿動物的壽命也比較長，有的種類據(jù)說可以活幾百年,Biology of fouling organisms,42,3. 腔腸動物 分水螅綱、缽水母綱和珊瑚綱。水螅綱的水螅以螅體的基部固著，終生不動；珊瑚綱的?？匀赓|(zhì)的基盤附著，能夠移動；石珊瑚分泌石灰質(zhì)，牢固地固著在基質(zhì)上。中國海域記錄水螅456種、?？?7種、石珊瑚200多種。 4. 環(huán)節(jié)動物 分為多毛綱、寡毛綱和蛭綱。僅多毛綱的種類是污損生物成員。多毛綱的生活方式有游走和管棲兩類，但僅管棲多毛類在防污上有實際意義，管棲多毛類以棲管

29、固著在基質(zhì)表面，或插入泥沙底質(zhì)中。常見的種類如沙蠶（Nereis），沙蠋（Arenicola）、巢沙蠶（Diopatra）等,Biology of fouling organisms,43,5. 軟體動物 左右對稱，不分節(jié)，身體由頭、足、內(nèi)臟組成，多數(shù)具貝殼。軟體動物門的種類非常多，在動物界中是僅次于節(jié)肢動物門的第二大門。本門分多板綱、腹足綱、雙殼綱、掘足綱（角貝）和頭足綱（魷魚等）。前3綱都有污損生物成員。 常見的海洋軟體動物有石鱉、鸚鵡螺、牡蠣、蚶、螠蟶、蛤蜊、文蛤、扇貝、貽貝（俗稱海紅）、珍珠貝、鮑魚、烏賊等 中國海域已記錄貽貝科73種，牡蠣17種，這兩類是管道和船底非常重要的防污對象,

30、Biology of fouling organisms,44,6. 節(jié)肢動物 節(jié)肢動物門甲殼綱中的蔓足亞綱（無柄蔓足類藤壺和有柄蔓足類茗荷）和軟甲亞綱中的端足目（管棲端足類），是污損生物的優(yōu)勢種。 無柄蔓足類(藤壺) 自由游泳生活末期的幼蟲，以第一觸角分泌白堊質(zhì)，在附著基上附著，變態(tài)為幼小藤壺，藤壺以整個基底直接固著，在生長過程中仍由外套膜不斷分泌石灰質(zhì)，形成堅硬的壁板，中國海域已記錄110種。 有柄蔓足類俗稱“茗荷”，是外洋表層的主要污損生物，分頭狀部和柄部，以柄部末端固著，柄部有由頭狀部往下延伸的小管以傳送白堊質(zhì)到柄的末端，中國海域已記錄78種,Biology of fouling or

31、ganisms,45,7. 苔蘚動物 苔蘚動物門是營固著生活的群體生物（colonial organisms）。每一群體（colony）由許多個蟲（zooids）組成。苔蘚蟲群體分片狀被覆型和樹枝狀直立型。前者由個蟲的基面的鈣質(zhì)緊貼于附著基，后者由群體基部個蟲固著于附著基。 8. 海鞘 海鞘綱分單海鞘綱和復(fù)海鞘綱，全部營固著生活，單海鞘由被囊基部固著，復(fù)海鞘由片狀的群體被覆式固著,Biology of fouling organisms,46,3.3.2 海洋設(shè)施的污損生物 1. 管道內(nèi)的污損生物 沿海工程的海水冷卻系統(tǒng)、海上平臺、海上電站、船舶等，這些設(shè)施的升水管道、冷卻管道和衛(wèi)生管道等，均

32、會被附著生物所污損。 管道污損生物在北半球溫帶水域主要為貽貝，其次還有藤壺、龍介蟲(屬環(huán)節(jié)動物門多毛綱)、水螅和苔蘚蟲。 濱海電廠和核電站，其海水冷卻系統(tǒng)中微型生物及細(xì)菌黏膜是影響熱交換效率的主要障礙之一，應(yīng)當(dāng)引起重視,Fouling organisms on marine facilities,47,2. 海底電纜的污損生物 海底電纜隨著所處深度不同，污損生物的種類和數(shù)量也不同。通常，在大洋深處附著量少，港灣和淺海附著量較多。 主要有雙殼類、腹足類、水螅、珊瑚和多毛類等動物。 具體的有：藤壺、水螅、海齒花、海膽(屬棘皮動物) 、苔蘚蟲、龍介蟲、水螅等,Fouling organisms on

33、 marine facilities,48,Fouling organisms on marine facilities,3. 海中鋼樁的污損生物 海洋鋼樁為海中固定設(shè)施，涉及海上平臺、鋼樁棧橋等具鋼樁固定的海工設(shè)施。 污損生物基本規(guī)律：近岸比遠(yuǎn)海附著量大；表層比深層附著量大；不同海域中污損生物分布的種類和數(shù)量有較大差異；各潮區(qū)污損生物有明顯的垂直分帶現(xiàn)象,呂泗洋平臺水泥樁生物污損情況,49,4. 浮碼頭與浮標(biāo)的污損生物 浮碼頭位于岸邊，浮標(biāo)則屬離岸海中設(shè)施，二者均坐落位置固定，隨潮水而漲落。 污損生物附著規(guī)律：浸海時間愈長，附著量愈大，并可形成特定的附著生物群落；一般來說，浮標(biāo)的附著量要比岸

34、邊浮碼頭附著量大。 污損生物優(yōu)勢種：近江牡蠣、翡翠貽貝、網(wǎng)紋藤壺、褶牡蠣和太平洋側(cè)花海葵,Fouling organisms on marine facilities,50,5. 艦船的污損生物 艦船污損生物的種類組成隨艦船的船屬港和航行海區(qū)不同有所差別。 黃海、渤海海區(qū)艦船的主要污損生物：紋藤壺、內(nèi)刺盤管蟲（屬多毛綱纓鰓蟲目龍介蟲科）、網(wǎng)紗帳苔蟲、紫貽貝等。 東海海區(qū)艦船的主要污損生物：筒螅、泥藤壺、網(wǎng)紋藤壺、牡蠣等。 南海海區(qū)的主要污損生物：網(wǎng)紋藤壺、巨藤壺、緣齒牡蠣、咬齒牡蠣等。 艦船污損生物數(shù)量多少與艦船的類型、性能、營運(yùn)情況和塢修間隔期長短有關(guān)，一般來說，快速船、經(jīng)常塢修的艦船污損生

35、物少,Fouling organisms on marine facilities,51,Fouling organisms of Chinese main harbors,3.3.3 我國主要港灣的污損生物 1. 大連港 大連港港區(qū)開闊，水流通暢，溫度-0.8-25.1鹽度高（29.0-31.0），透明度2.5m。 大連港污損生物：77種動物、27種藻類。主要有：藤壺、紫貽貝、加州草苔蟲、海筒螅、曲膝藪枝螅五種動物及滸苔等，另外還有少量的海綿、雙殼類、管棲多毛類等,52,藪枝蟲,53,Fouling organisms of Chinese main harbors,2. 埕島與渤海灣 埕島

36、位于渤海灣西岸，受黃河水影響，海水鹽度、透明度均為渤海中最低者。 主要污損生物為牡蠣、藤壺，以及極少量的水螅和苔蟲,苔蟲,54,Fouling organisms of Chinese main harbors,3. 青島港 青島港，溫度2.9-27.4，海水鹽度30，水質(zhì)清澈，透明度2-4米。 污損生物有動物86種、藻類29種。主要為柄瘤海鞘、藤壺、菊海鞘、加州草苔蟲、褶牡蠣等五種動物和滸苔。 鹽度高、透明度大、溫差小，有利于海洋生物附著，因此附著生物種類多，久置于水中的設(shè)施上海鞘、紋藤壺量相當(dāng)大；碼頭和船舶上的內(nèi)刺盤管蟲也特別引人注目,海鞘,55,Fouling organisms of

37、Chinese main harbors,4. 定海港 位于我國東部沿海，污損生物：27種動物及9種藻類。 污損動物：中胚花筒螅、太平洋側(cè)花?？?、泥藤壺、齒舌膜孔苔蟲和多肋琥珀苔蟲。 污損植物：腸滸苔。 特點：鹽度低、透明度低、水質(zhì)混濁，故生物種類少，附著量也少,56,Fouling organisms of Chinese main harbors,5. 湛江港 位于雷州半島東北廣州灣內(nèi)，38種污損動物。 污損動物：主要優(yōu)勢種為網(wǎng)紋藤壺，其次為多種膜孔苔蟲、牡蠣、藪枝螅、太平洋側(cè)花?？凸茔^蝦等。 污損植物：藻類數(shù)量較少。 特點：稍受河水影響，水流較緩，故污損生物種類不多，附著量不大,57,

38、Effects of fouling organisms on the corrosion of steels,3.3.4 宏觀生物污損對鋼腐蝕的影響 1. 觀測結(jié)果 大型海生物污損能降低碳鋼腐蝕速率已得到公認(rèn)。 研究表明，碳鋼浸海前6個月： 沒有大型污損生物的空白組腐蝕速率最高；呈均勻腐蝕，局部腐蝕很少。 僅含有藤壺的實驗組碳鋼表面一半被藤壺覆蓋，腐蝕速率較小，大型生物污損對材料具有保護(hù)作用； 含有優(yōu)勢生物為絲狀海藻、藤壺、水螅和薄殼狀苔蘚蟲等的群落組，局部腐蝕比例最高,58,Effects of fouling organisms on the corrosion of steels,2.

39、 大型污損生物降低鋼腐蝕速率，增加局部腐蝕的機(jī)理： (1) 大型污損生物屏蔽氧，降低腐蝕速率，但形成氧濃差電池，產(chǎn)生局部腐蝕。 大型生物污損在金屬表面形成厚的屏蔽層，隔絕了氧到鋼表面的通道，從而降低鋼腐蝕速率； 但同時造成局部氧濃度與覆蓋邊緣處氧濃度的差異，形成氧濃差電池，從而造成局部腐蝕。 最有名的案例：馬士德等命名的碳鋼、低合金鋼“藤壺開花腐蝕,59,Effects of fouling organisms on the corrosion of steels,案例：馬士德 “藤壺開花腐蝕” 1. 室內(nèi)實驗,60,Lab experiments of “barnacle bloom cor

40、rosion” by Ma S.D,61,2. 實海掛片實驗,Real-sea experiments of “barnacle bloom corrosion,62,Real-sea experiments of “barnacle bloom corrosion,63,64,The route and mechanism of “barnacle bloom corrosion,65,The route and mechanism of “barnacle bloom corrosion” and crevice corrosion,馬士德. 附著藤壺對1Cr18Ni9Ti不銹鋼局部腐蝕的

41、影響. 海洋科學(xué). 1990年第4期: 71-72頁,66,The route and mechanism of “barnacle bloom corrosion,67,Conclusions,68,Relationship between biofouling and metal corrosion,69,2) 大型污損生物阻隔了SRB生長所需的營養(yǎng)，抑制了SRB的繁殖和活性。 大型海生物污損和腐蝕產(chǎn)物沉積不但阻礙氧的擴(kuò)散，而且阻礙營養(yǎng)物質(zhì)向內(nèi)部的傳輸。 研究表明，硬殼污損生物有石灰質(zhì)的外殼，且生命周期長，石灰質(zhì)底座難以分解，隔絕了氧和營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸，硬殼附著部位碳鋼腐蝕較輕； 而藻類、軟

42、殼生物對氧和營養(yǎng)物質(zhì)為部分阻擋，且生命周期短，死亡后易腐爛、分解，補(bǔ)充豐富了SRB等腐爛菌的營養(yǎng)。因此，藻類附著部位蝕坑較深。 沒有污損生物附著的疏松橘紅色銹層則SRB含量高，且有一定的氧含量，因此腐蝕嚴(yán)重,Effects of fouling organisms on the corrosion of steels,70,Effect of biofoulings on the corrosion of other metals,3.3.5宏觀生物污損對其它金屬腐蝕的影響 1. 宏觀生物污損可引起鋁合金縫隙腐蝕。 長期實海全浸實驗表明，鋁合金表面有牡蠣、苔蘚蟲、石灰蟲及海藻等污損生物。 海生

43、物污損對鋁合金腐蝕有明顯影響：較深的蝕點都在牡蠣或石灰蟲下面及邊緣，主要引起縫隙腐蝕。，且腐蝕產(chǎn)物影響生物污損。 不同鋁合金生物污損狀況差異較大：鍛鋁、超硬鋁和硬鋁污損面積小，2-16年附著面積不到40%；純鋁和防銹鋁在同時間內(nèi)污損面積達(dá)50%-80,71,2. 宏觀生物污損對鈦的腐蝕沒有影響。 鈦具有鈍化特征，即使在很高的海水流速下，其表面腐蝕也很輕微。 研究表明，鈦在海水中，其表面污損生物主要為綠藻、紅藻、苔蘚蟲、藤壺等。但鈦板未發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。 因此，鈦表面的生物污損不影響其在海水中的鈍化，也不會促進(jìn)腐蝕的發(fā)生,Effect of biofoulings on the corrosion of other metals,72,Introducti