海洋环境中污损生物与阴极保护钙质沉积层的相互影响研究

An important feature of cathodic protection in marine environment is the formation of calcareous deposits on metal surface. The deposition layer will greatly reduce the cathodic protection current density need by the steel structure and the consumption of anode. The microbial corrosion and biofouling are the the important characteristics of marine corrosion. All material will be affected by biofouling including sacrificial anode and calcareous deposits generated by the cathodic protection. So it is very important to study the relations and mechanisms between biofouling and calcareous deposits. The aims of this project are to study the mutual promotion and inhibition process of biofouling community and calcareous deposits, and study the effects of calcareous deposition layer on the enrichment, attachment and survival of the fouling organisms.The aims are also to study the promotion and inhibition mechanism of fouling organisms in different forms, such as bacteria, algae and fouling organisms, on the formation of calcareous deposition layer.The effects and mechanisms of mixed deposition layers of biofilm and calcareous deposits on the performance of cathodic protection will be also studied. .The theory and practice of marine biofouling control will be developed through the above research, which will also provide theoretical and technical support for the safety and environmental operation of marine facilities of our country.

海洋环境中阴极保护的一个重要特征就是能在被保护金属表面形成钙质沉积层。该沉积层会大大降低需要的阴极保护电流密度，减少阳极消耗。而海洋环境腐蚀的重要特征就是会发生微生物腐蚀和生物污损。任何材料，包括牺牲阳极以及阴极保护生成的钙质沉积层都会受到污损生物的影响，因此研究他们相互之间的关系和作用机制，显得非常重要。本项目拟研究海洋阴极保护下钢结构表面生成的钙质沉积层与污损生物群落的相互促进和抑制的过程，及其作用机制。研究钙质沉积层对污损生物富集、附着以及在钢结构表面存活的影响；研究污损生物不同形态，如细菌、藻类以及大型污损生物对钙质沉积层的形成抑制和促进的机理。研究污损生物和钙质层生成的混合沉积物对阴极保护电流释放的影响和作用机制。通过以上的研究，发展海洋生物污损控制的实践和理论，为我国海洋设施的安全、环保运行提供理论支持和技术保障。

广泛存在的污损生物会影响阴极保护效率已经被认同，但是生物污损和钙质层间的相互关系却很少有涉及。本课题主要研究Q235碳钢表面沉积钙质层和生物污损生物的相互影响。在接种SRB的培养基中，在生物膜形成前期钙质层促进细菌的附着。电化学结果表明， SRB存在下，有钙质层碳钢的腐蚀速率比裸钢试样的低，钙质层能够抑制微生物腐蚀。在双眉藻的培养液中，钙质层可以促进生物膜附着，形成的复合结构膜对碳钢腐蚀有更为显著的防护效果，且对氧从溶液向金属基体扩散有一定的抑制作用。复合膜层下碳钢腐蚀经历以下过程：首先，溶液渗透到达金属表面引发腐蚀。随后，腐蚀产物在沉积层下部积累使腐蚀速率减小。最后，复合膜层破损对氧扩散抑制减弱，腐蚀加快。在小球藻或者菱形藻存在下，研究钙质层对材料腐蚀行为的影响。结果发现钙质层试样在无藻环境中，钙质层的不均匀性形成氧浓差电池，加速腐蚀速度，造成局部腐蚀。而在有藻存在下，钙质层与生物膜共同形成较致密的复合膜，能够抑制电荷传递和氧气向基体扩散，抑制金属腐蚀。荧光实验结果表明，钙质层覆盖在基体表面相当于无机涂层，促进微藻的附着；且微藻密度和活性高有助于在固体表面的粘附。实海环境测试结果表明阴极保护形成的沉积层促进了海洋微生物的附着，然而大型污损生物更倾向附着在发生腐蚀的裸钢表面。相对生物膜附着，钙质层在碳钢表面沉积具有优先性。用电化学和SEM表征考察阳极保护下碳钢表面钙质层、生物污损和金属腐蚀行为间的相关性，结果表明在没有阴极保护下钙质层对碳钢的保护可以持续4周，生物膜的附着促进了保护效果。在有阴极保护下，碳钢表面出现了轻微的点蚀和缝隙腐蚀，随着浸泡时间的延长腐蚀也将加重。