Введение к работе
Актуальность темы. Исследования, представленные в настоящей работе, относятся к области морской гидробиологии, экологии хемолито- и хемолитогетеротрофных бактерий, санитарной гидробиологии. Кроме того они тесно связаны с вопросами биологической коррозии стали 10ХСНД, использующейся в судостроении.
В работах, посвященных изучению влияния биологического фактора на коррозию корпусных сталей, рассматривают в основном вопросы, связанные с обрастанием наружных поверхностей подводной части судов и гидросооружений, эксплуатируемых в морской воде. Коррозию при этом связывают с усилением дифференциации и неравномерной аэрацией поверхности металла за счет плотноприкрепляющихся макрообрастателей (Зевина, 1972).
Одной из серьезных народохозяйственных проблем является защита от коррозии внутренних поверхностей стальных танков (цистерн), в которых в результате особого режима эксплуатации формируется специфическая среда, характеризующаяся отсутствием света, неравномерной аэрацией, неодинаковой продолжительностью контакта металла с водой в разных зонах, чередованием аэробных и анаэробных условий. Указанные особенности определяют экологические условия, в которых формируется сообщество обрастаний. Сведения о его развитии в литературе отсутствуют. Не изучено влияние биологического фактора на скорость и характер коррозии замкнутых металлических объемов, эксплуатируемых в морской воде.
Мероприятия, направленные на предотвращение и уменьшение коррозионного износа подобных конструкций, связаны с большой трудоемкостью и значительной затратой лакокрасочных материалов, средний срок службы которых не превышает трех лет, и недостаточно эффективны.В Черноморском филиале ЦНИИТС
разработано ингибированное покрытие плавающее самоотвер-ждающееся (ИППС) на основе нефтепродуктов. Нанесение его методом флотации позволяет решить одну из проблем: восстановление покрытия без применения ручного труда и вывода судна из эксплуатации.
Однако, ИППС свойственны: неудовлетворительно короткий срок службы (1- 1,5 года) и необходимость в связи с этим ежегодного проведения восстановительных работ, а также вероятность загрязнения окружающей среды вследствие слива в акваторию балластной воды, контактировавшей с ИППС в процессе его нанесения. В связи с этим, в настоящей работе предпринята попытка изучить причины повышения коррозионной агрессивности среды в балластрных цистернах и низкой стойкости ингибированного покрытия.
Цель работы; изучение влияния биологического фактора на коррозию корпусной стали 10ХСНД и защитные свойства ингибированного покрытия в условиях эксплуатации балластных цистерн, а также определение степени антропогенного воздействия на биоту применяемого метода защиты.
В процессе выполнения работы решались следующие задачи;
-
Сравнительная оценка сообщества обрастаний и характера коррозиии стали, эксплуатируемой в открытых морских акваториях и в замкнутых емкостях.
-
Изучение структуры микробного сообщества, формирующегося в емкостях, и его влияния на коррозию стали.
-
Определение степени биодеградации ИППС.
-
Исследование динамики основных гидрохимических параметров среды в емкостях и в море.
-
Исследование возможности повышения эффективности защиты балластных цистерн от биокоррозии путем совершенствования рецептуры покрытия.
-
Проведение токсикологических исследований покрытия и
контактировавшей с ним воды.
Научная новизна. Впервые изучена структура сообщества микроорганизмов, развивающегося в замкнутых объемах, имитирующих балластные цистерны. Получены результаты, свидетельствующие, что биопленка на поверхности металла в емкости и в море отличается качественным и количественным набором компонентов. Впервые исследована динамика коррозионно-опас-ных групп микроорганизмов, развивающихся на поверхности стали в емкостях (с покрытием и без него), в результате чего установлено образование ассоциации бактерий цикла серы, вызывающей интенсификацию коррозии.
Прослежена направленность развития сообщества микроорганизмов в специфических условиях балластных цистерн, в частности: обнаружена смена аэробных форм представителями этих же групп микроорганизмов, но способных к факультативному анаэробиозу.
Изучено взаимовлияние биотических и абиотических факторов, в результате которого условия среды в емкостях сдвигаются в сторону анаэробности и она становится более агрессивной в коррозионном отношении.
Комплексные исследования с использованием электрохимических методов показали, что в замкнутых емкостях со временем механизм протекания коррозионного процесса меняется с аэробного, когда в качестве деполяризатора выступает растворенный кислород, на анаэробный с появлением в среде нового деполяризатора - FeS. Изучена кинетика коррозионного процесса в условиях микробного обрастания.
Выявлена биодеградация ингибированного покрытия микроорганизмами и предложен способ его защиты. Разработаны научные основы для создания модифицированного биостойкого покрытия. Результаты защищены авторским свидетельством СССР №1774636 от 8 июля 1992 года.
Определена степень токсического воздействия воды, используемой при нанесении ИППС и контактирущей с ним в процессе эксплуатации судов. Теоретическая значимость исследования и практическая ценность
Полученные данные по специфике и динамике видового состава микроорганизмов в емкостях являются фундаментальной основой для установления особенностей развития микробного сообщества в условиях замкнутых систем и могут быть использованы при разработке рекомендаций по прогнозированию биопов-реждающей ситуации в подобных экологических условиях.
Обнаруженный колебательный характер изменений численности коррозионно-опасных групп бактерий с нарастающей амплитудой, а также наличие ассоциативной структуры в сообществе расширяют представления о механизмах окислительно-восстановительных реакций в этих условиях. Эти исследования вносят вклад в изучение факторов, обусловливающих активацию коррозионного процесса.
Изучение воздействия ассоциации сульфатредуцирующих (СРБ) и тионовых (ТБ) бактерий на коррозию стали в условиях балластных цистерн дополняет теоретическую базу исследований экологической роли коррозионно-опасных групп микроорганизмов в присутствии стального оборудования.
Материалы по биодеградации ингибированного покрытия позволили улучшить его эксплуатационные характеристики путем введения биоцида и замены пластификатора и легли в основу разработки модификации ИППС для защиты от микробной коррозии.
Результаты исследований по токсикологии использованы при внедрении метода нанесения для определения возможности (допустимости) использования ингибированного покрытия для защиты балластных цистерн.
Практическим выходом данной работы явилось внедрение
метода нанесения ИППС на ряде предприятий Минсудпрома. Экономический эффект от внедрения на трех судах составил 426693 руб. (в ценах 1990-1991 гг.).
Работа удостоена серебяной медали ВДНХ.
Апробация диссертации. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены: на научных семинарах в отделе морской санитарной гидробиологии (1992-1996 гг.), на 3-й Всесоюзной конференции по морской биологии (Севастополь, 1988 г.), на 2-м научно-техническом совещании по проблеме "Состояние и перспективы создания и внедрения коррозионно-стойких материалов, средств и методов противокоррозионной защиты судов"(Владивосток, 1982 г.), на конференции по биоповреждениям в промышленности (Пенза, 1994 г.), на семинаре "Перспективные материалы для защиты судов от коррозии и обрастания" (Севастополь, 1988 г.), на семинаре "Перспективные материалы для защиты судов и судовых механизмов от коррозии" (Севастополь, 1985 г.).
Публикации. Основные результаты исследований, представленные в диссертации, опубликованы в 16 работах.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, заключения, выводов, списка литературы (всего 165 наименований, из них 119 отечественных), приложений (акты о результатах внедрений, расчеты экономического эффекта). Текст иллюстрирован 61 рисунком и 31 таблицей.
Настоящая работа выполнена автором самостоятельно в Институте биологии южых морей НАН Украины, в отделе обрастаний и санитарной гидробиологии, а также на базе Черноморского НИИ Технологии судостроения. В ее основу положены результаты лабораторных, стендовых и натуральных исследований, проведенных диссертантом в 1984-1990 гг.
