对微生物引起腐蚀抑制美国田纳西研究

M-B6☆美思国际法国创新☆[e-mail]432®美国田纳西大学应用微生物学研究所报告THEUNIVERSITYOFTENNESSEEKNOXVILLE,U.S.A.微生物影响金属锈蚀之生物活动过程MicrobiologicallyInfluencedCorrosion(MIC)：以「次氯酸钠」、「戊二醛」及「M.432」三种抑制剂之作用比较、研究本文译自『TheUniversityoftennesseeKnoxvilleReport』A)Comparativestudyoftheefficacyofthreedifferentcompoundsagainstcorrosionof316LstainlesssteelinsyntheticseawatermediumB)StudyoftheeffectofMEXEL432onthebehaviorof304Lstainlesssteelinthepresenceofbacterialmonoculture”(completedon1991)M-B6美国田纳西大学应用微生物学研究所报告主题：A).在海水环境中对抗不锈钢(316L)锈蚀作用三种不同成分抑制剂效力比较研究B).Mexel432对304L不锈钢在单一细菌培养作用下的效果研究C).Mexel432在单一细菌培养中的稳定性和效率之初步研究A).在合成海水环境中～对抗不锈钢(316L)锈蚀作用三种不同成分抑制剂效力比较研究一绪言(Introduction)在微生物影响金属锈蚀作用microbiallyinfluencecorrosion(MIC)的活动中，与海水和淡水环境里的金属表面有关连的细菌性生物附膜，扮演着极重要的角色。时常有若干锈蚀性的机制被认定是由于保护性H2所引起细菌阴极偏离(退极化)的效应，硫磺侵袭、有机酸的产生以及不同氧电池(cells)的产生等因素，可是MIC主要归因于细菌的细胞和下层基质发生了直接结合的关系。MIC仰赖着三种因素：1).生物膜生长的因素及在大环境中活动的组成性质2).下层基质的本质3).组成生物膜的微生物如果能阻止微生物细胞接触到基质，或者它们在基质表层是处于非活性状态，或者把基质造成不易起化学变化，那么微生物的活动是不会影响锈蚀率的。大部份杀生物剂的效力作用，都以对浮游性生物能产生效果当作终止点。遗憾地说，这样的作用方式存在着两个明显的缺点：1).使用化学及物理作用来阻止浮游性生物，是要比固着性微生物敏感很多。所以对阻止生物膜观点来说，这些作用很少被认为是一种灭生物的效力。2).控制MIC可以不必要求生物膜(或浮游生物)细菌先处于不同形式的休止状态。用「非杀菌界面活性剂」来阻止MIC，而不需要添加任何有毒物质于微生物身上。从环境立场来说，这种抑制剂才是最能吸引人的。在本研究中，我们将二种很普遍用于处理生物性污塞和生物性腐蚀的化学成分物，次氯酸钠以及戊二醛和获得专利权的界面活性剂MEXEL432做比较。本实验的目的是要验证，M.432锈蚀抑制剂到底会不会影响以一个仿真污塞管路内316L不锈钢(SS)基质暴露M-B6在海水生物下之电化学和固着细菌总数的形成程度。系统设计的是仿真最恶劣的情况，以静止的状态让细菌和海水环境去接触所测试的不锈钢基质。这个仿真环境设计有U形弯角，形成只能缓慢流动的循环系统，停滞水区、分配系统中支流管的「死角区」，以及循回系统停止工作滞怠期等状况。二实验用系统(ExperimentalSystem)试片准备：所用试片是坚硬的316不锈钢圆筒(金属样品Munford，A1)，尺寸：6cm(直径)×1.6cm(长度)。试片的一端使用磨轮、600细目砂、以手工磨成600细目亮度。试片夹具：以一个3.8cm直径的聚乙烯螺丝钻孔来接合1.6cm的试片。在钻孔内凿有两个中心点凹槽，各贴塞了O环，以确定良好的密封效果。在试片边缘四周甚至也涂了硅胶，使表面层尽可能平顺。在聚乙烯螺丝内另有钻孔0.64cm系上带子便于取下材料。并且安装一条电线通过不锈钢栓延伸到激活电极。个别仿真输送管路设计：试验用管路系统包括一系列5.1×122cm，编号40的聚乙烯管子。每支管子末端用盖子盖住，盖子本身是一种带头螺栓，可以连接管子。在底部边缘挖了八个均等间隔3.8cm的小孔，且塞入了接引栓。接引栓可使试料夹具很安全地扭紧到管路上。在其中的三支接引栓对面钻了2个小孔来装置参考电极和钛对照电极。电极：试片本身就当作电极。在聚乙烯螺丝的正面有一不锈钢螺丝作为试片和电线之间的导体。另有圆状5.1×3.8cm断面，0.015cm厚度钛箔片当作计算电极用。将5.1cm长度钛线焊接在箔片上，然后插入管路中。钛线穿过一个'AAA'橡皮塞，塞进对面结合器小孔中的钛箔片适当的紧穿过管路的内径中。参考电极使用Ag/AgCl在KCl饱合溶液中。聚乙烯螺丝钻上一个0.4cm直径的孔并安置一个Vycor箍，当做盐桥。饱和的KCl当作导体。更注意的是，虽然本系统能够摘录间断性的电子化学阻抗测量，但这些分析并非是为了此间所叙述的工作。测试系统：总计安装八套个别的管路系统，每一套系统都安装一部1.5马力电磁离心泵、流量计、10L聚乙烯盛瓶、流水阀以及足够连接用的硅质和聚乙烯管子。直流电路电位(OCP)和电化学杂音骚动(ECN)追踪系统：OCP是使用Keithley706扫描仪和HewlettPackard3458A多频仪。测量作业每间隔30分钟记录一次，共持续17天的测试期。每30分钟测量大约2000个OCP。所记录的噪声资料是用Fourier转换型式从时间领域转换成周率领域。ECN数据可推断管路中基质表面腐蚀运作动态和再钝化M-B6的周率。测试化学物：MEXEL432(SocieteMEXEL,法国)戊二醛(Sigma25%Ⅱ级)次氯酸钠(Clorox,5.25%)海中媒体物：ASTMD.1141海水媒体的合成物(每个系统使用了八升的海水)，在g.1去离子水中的显示值列表如下：NaCl24.53MgCl2*6H2O11.09Na2SO40.09*CaCl2*2H2O1.54KCl0.695KBr1.101*NaHCO30.201SrCl2*6H2O0.042H3BO30.027NaF0.003YeastExtract0.10*KH2PO40.05NH4Cl0.05NaLactate0.93*Glucose1.00pH7.8～8.0(*表示：在压力锅添加处理后)三测试过程(TestProcedures)试验过程是依照下列步骤来作业的，媒体物和仿真管路维持在室温20℃以下。A.八条管路中的每一条，都注入了无菌的ASTM海水媒体(D.1141)。B.进行OCP测量，直到取得稳定的基础线为止。C.向其中四条管路植入Deleyamarina菌种ATCC25374。(5ml/7×108细胞ml-1菌种)D.每个容器和海水媒体，以体积流量计测定2lmin-1比率，回转2分钟。E.整个实验过程中，每30分钟进行OCP监测记录。F.在植入菌种之前，以及在17天实验终止时，进行ECN的测量。G.植入菌种后24小时，将测试化学物添加到下列容器：容器1.D.marina菌＋10ppmMEXEL432M-B6容器2.D.marina菌＋10ppmglutraldehyde(戊二醛)容器3.D.marina菌＋3ppmHClO3(残余量)容器4.D.marina菌，不添加测试化学物容器5.无菌的＋10ppmMEXEL432容器6.无菌的＋10ppmglutraldehyde(戊二醛)容器7.无菌的＋3ppmHClO3(残余量)容器8.无菌的，不添加测试化学物H.在每次添加测试化学物后，以21min-1速率，回转二分钟。I.前四天以相同的方式，添加三种杀菌剂。J.每天都用SocieteMEXEL测试套具和Hach(LovelandCO.)DPD余氯分析仪，分别测试M.432和HClO3的含量；同时也添加了一些剂量以维持原始的浓度。对戊二醛并未进行监测，在第四天以后就停止添加戊二醛。K.测试容器是每天以21min-1速率回转一次，约二分钟。L.每隔一天从测试物中采取1mlaliguots，测试可培养数。aliguots置于75%2216海水培养基(Difco,Detroit,M1)，于25℃下培养72小时。M.实验完成后，将试片在无菌条件下，由管子里移出，定量抽取样品进行培养细胞计数以及Acridineorange直接计数法(AODC)，结果是以每cm2为基础的细胞附着量来做报告的。另外一组候补试片，先混合于2.5%的(V/V)EM级戊二醛，然后脱水和在临界点干化，再以电子扫描显微镜(SEM)观察。N.实验总计进行17天的过程。四结果和讨论(ResultsAndDiscussions)HClO3的残余量无法维持在0.2ppm以上。氯的需求量比较高，大约在5～10ppm之间波动着。然而，在整个实验过程当中，所监测的残余氯量平均大约在0.1ppm。经过17天的实验，在有培养基的容器中，(图1.)整体测试样品细菌总数(可培养总菌数)发现其下降了，这个减少的程度在含MEXEL432的容器更加明显，十天之后在含有M.432的测试样品中，就检测出无细菌的存在。而从四个无植入菌瓶及无接种菌物的管子系统，亦无复原细菌可培养出。培养系统的AODC值是依照107细胞/cm2(图2.)的顺序。三种测试化学物和控制组的AODC值下降顺序是：MEXEL432＞戊二醛＞次氯酸钠＞控制M-B6处理与未处理的管路之可培养总菌数是104细胞cm-2或者更低。在处理与未处理的管路之间的可培养总菌数看不出来有明显的不同。含培养菌管路的OCP结果显示于(图3～6.)。资料显示，测试化学物的添加在整体实验过程中，并没有明显的影响到OCP值。所有的电位都是在+20mV/SCE～-80mV/SCE的排列间。在四个无菌系统中，ECN资料(没有示图)并未显示出任何孔蚀─再钝化的活动。(图7～10.)显示四个培养基容器OCP的结果。OCP的减少只有在含有戊二醛、次氯酸钠和只含细菌的管路才发现。因此从两种暴露在含有次氯酸钠或戊二醛培养基媒体的试片可以很明显看出其降低程度是超过300mV/SCE。这样的OCP减少情形也可以在无任何化学物的培养基系统观察出来。这种减少现象可说是建议有可能已经开始在表面发生局部的锈蚀作用。在17天的测试期过后，在含M.432培养基管路系统内试片的OCP并未受到明显影响。至于那些没有培养基的管路，ECN资料(没有示图)并未显示四个培养基系统中的任何一个有任何腐蚀现象的真实证据。据了解，凡是残余氯高于0.1ppm，就会促使不锈钢起锈蚀作用，并导致金属样品的OCP接近孔蚀值。根据在无菌海水媒体观察到无增加的事实，证明它和相当低残余氯浓度有关。在一块大生物覆膜中，经过105小时观察后，得到OCP减少的事实，说明那是生物膜破裂现象，因而引起表面可能开始产生局部的锈蚀作用。在第七天，这些电位达到-300mV/SCE之后，直到实验结束，最后的电位则达到了-150mV/SCE。从七个管路系统中有代表性部位，所摄取的SEM显微照相图标展现在(图1～7.)(放大2000倍)。暴露于含细菌而无添加测试化学物的试片上可以观察出很明显的生物膜。用HClO3处理过的试片表面可以观察出典型的D.marina细胞，但同时却看不到有广泛生物膜的形成。很令人惊讶的是，在无细菌情况下，那些暴露在M.432的试片上却看不出生物膜的存在。而与下层基质有关联的机械痕迹就可以清楚证明没有成形的生物膜存在。暴露于M.432和戊二醛的试片上的生物膜有明显D.marina细胞体的存在。这二个状况中，细菌呈现陷入一层厚的有机膜中。而在次氯酸盐离子中就观察不出在任何试片上有明显的生物膜存在。五结论(Conclusions)在无菌培养基状况下，测试化学物的添加量并不会很明显的影响OCP。M-B6在测试系