再生水管道生物腐蚀及其生物—化学耦合机理研究
发布时间：2021-01-23 04:46
再生水管壁生物膜引起管道腐蚀,导致管道破裂,水质突变等安全事故。本研究选择铸铁管为研究对象,考察了生物膜发育与腐蚀过程的同步变化特征;解析了腐蚀功能菌及胞外聚合物（EPS）对腐蚀的生物影响作用、生物膜作用下的特殊腐蚀组分对腐蚀的化学影响作用。结合生物膜/管壁界面特点耦合了上述生物、化学作用,提出了生物腐蚀机理。再生水铸铁管生物膜中丰度最高的是变形菌门（47.17%）,其次是拟杆菌门（14.21%）和硝化螺菌属门（5.45%）。铸铁管生物膜中腐蚀菌所占比例明显高于其他管材生物膜,因此后续研究应重点关注铸铁管生物膜腐蚀功能菌。生物膜对铸铁腐蚀速率的影响表现为初期加速、中期抑制、后期再加速。生物膜作用下的铸铁表面出现宏观点蚀,而无生物膜表面为均匀腐蚀。不同发育阶段生物膜对腐蚀的影响作用归结于好氧菌,铁细菌及硫酸盐还原菌等的协同作用。生物抑制腐蚀过程与胞外聚合物有关,稳定期胞外聚合物抑制腐蚀率最高,主要原因在于其高比例的C=O和C-（O,N）。EPS对腐蚀的影响主要是EPS在铸铁表面吸附成膜抑制阴极腐蚀;同时EPS特征官能团与铁离子的耦合作用加速阳极溶出促进腐蚀。EPS会影响腐蚀产物的晶体构型...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究进展
1.2.1 生物腐蚀及其危害
1.2.2 生物腐蚀的研究方法
1.2.3 生物腐蚀的研究对象与机理
1.2.4 国内外研究中存在的重要问题
1.3 研究目的、研究内容与技术路线
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
第2章 再生水铸铁管生物膜群落结构特征
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 试验装置
2.2.2 测试与分析方法
2.3 菌群结构多样特征
2.4 优势种群特征
2.5 特异菌群特征
2.6 本章小结
第3章 生物膜对铸铁腐蚀的影响
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 试验装置
3.2.2 测试与分析方法
3.3 水质参数变化特征
3.4 生物腐蚀参数变化特征
3.4.1 腐蚀速率的变化
3.4.2 腐蚀产物形态分析
3.4.3 腐蚀产物元素组成分析
3.4.4 腐蚀功能菌群落结构
3.4.5 电化学参数变化
3.5 生物腐蚀机理解析
3.5.1 腐蚀速率与功能菌的关系
3.5.2 腐蚀机理分析
3.6 本章小结
第4章 胞外聚合物对铸铁腐蚀的生物影响
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 菌种来源及培养
4.2.2 菌液预处理及胞外聚合物提取
4.2.3 胞外聚合物对铸铁腐蚀影响
4.2.4 分析方法
4.3 胞外聚合物特性
4.3.1 最佳提取方法的确定
4.3.2 胞外聚合物组分性质
4.3.3 胞外聚合物官能团特性
4.4 胞外聚合物对腐蚀的影响
4.4.1 胞外聚合物对腐蚀速率的影响
4.4.2 胞外聚合物对腐蚀产物的影响
4.5 胞外聚合物腐蚀机理
4.5.1 EPS吸附成膜与耦合铁特性
4.5.2 EPS影响腐蚀产物及水相溶解氧
4.6 本章小结
第5章 腐蚀组分形成机制及对腐蚀的化学影响
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 试验装置
5.2.2 试验方法
5.3 腐蚀瘤特征及形成机制
5.3.1 腐蚀瘤形态特征
5.3.2 腐蚀瘤化学特征
5.3.3 腐蚀瘤生物膜群落解析
5.3.4 腐蚀瘤形成机制
5.4 稳态水特征及形成机制
5.4.1 稳态水水质特征
5.4.2 稳态水形成机制
5.5 腐蚀瘤铁氧化物及稳态水组分对腐蚀的影响
5.5.1 铁氧化物组分对腐蚀的影响
5.5.2 稳态水组分对腐蚀的影响
5.6 本章小结
第6章 生物-化学耦合腐蚀机理的建立
6.1 引言
6.2 试验材料与方法
6.2.1 试验装置
6.2.2 测试与分析方法
6.3 生物膜/腐蚀界面作用
6.3.1 铁离子对铸铁生物膜发育的影响
6.3.2 铁离子对生物膜胞外多聚物产量的影响
6.3.3 生物膜发育微观形态
6.4 生物膜对腐蚀过程的生物影响
6.4.1 生物代谢过程及产物
6.4.2 胞外聚合物组分
6.5 生物膜对腐蚀过程的间接化学影响
6.5.1 生物膜调节铁矿化
6.5.2 生物膜诱导铁矿化
6.5.3 生物膜影响稳态水水质
6.6 生物-化学耦合作用机理
6.7 本章小结
第7章 生物腐蚀控制措施研究
7.1 生物膜发育控制
7.2 替换管材的选择
7.2.1 金属管材的选择
7.2.2 塑料管材的选择
7.3 缓蚀阻垢剂的应用
7.3.1 缓蚀阻垢效果
7.3.2 缓蚀阻垢机理
7.4 建议控制措施
第8章 结论与建议
8.1 结论
8.2 主要创新点
8.3 建议
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Corrosion inhibition of stainless steel by a sulfate-reducing bacteria biofilm in seawater[J]. Fu-shao Li 1,2) , Mao-zhong An 3) , and Dong-xia Duan 2) 1) School of Chemistry and Chemical Engineering, Qujing Normal University, Qujing 655011, China 2) State Key Laboratory for Marine Corrosion and Protection, Qingdao 266071, China 3) Chemical Engineering School, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(08)
[2]海水全浸室内模拟加速试验方法的研究[J]. 张慧霞,戚霞,曾华波,邓春龙. 腐蚀科学与防护技术. 2010(03)
[3]灰口铸铁给水管道内壁腐蚀试验[J]. 李亚峰,蒋白懿,赵洪宾,陶翠翠. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2010(02)
[4]热带海洋环境下海水中微生物对45钢腐蚀行为的单因素影响[J]. 吴进怡,肖伟龙,柴柯,杨雨辉. 金属学报. 2010(01)
[5]MBR中活性污泥胞外聚合物的物理提取方法研究[J]. 黄兴,孙宝盛,吕英. 中国给水排水. 2009(05)
[6]硫酸盐还原细菌和铁还原细菌混合生物膜对碳钢腐蚀的影响[J]. 武素茹,段继周,杜敏,侯保荣. 材料开发与应用. 2008(03)
[7]给水系统附生生物膜发育的生物量和种群结构[J]. 管运涛,赵婉婉,蒋展鹏,常爱敏. 清华大学学报(自然科学版). 2007(06)
[8]制革污泥中铬的生物脱除及其对污泥的调理作用[J]. 周立祥,周顺桂,王世梅,方迪,王电站. 环境科学学报. 2004(06)
[9]金属微生物腐蚀的研究[J]. 尹宝俊,赵文轸,史交齐. 四川化工. 2004(01)
[10]材料的微生物腐蚀研究与进展[J]. 凌云,陈志刚. 江苏理工大学学报(自然科学版). 2000(01)
博士论文
[1]Cu-P-RE耐候钢中稀土行为作用及机理的研究[D]. 岳丽杰.东北大学 2006
本文编号：2994579
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究进展
1.2.1 生物腐蚀及其危害
1.2.2 生物腐蚀的研究方法
1.2.3 生物腐蚀的研究对象与机理
1.2.4 国内外研究中存在的重要问题
1.3 研究目的、研究内容与技术路线
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
第2章 再生水铸铁管生物膜群落结构特征
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 试验装置
2.2.2 测试与分析方法
2.3 菌群结构多样特征
2.4 优势种群特征
2.5 特异菌群特征
2.6 本章小结
第3章 生物膜对铸铁腐蚀的影响
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 试验装置
3.2.2 测试与分析方法
3.3 水质参数变化特征
3.4 生物腐蚀参数变化特征
3.4.1 腐蚀速率的变化
3.4.2 腐蚀产物形态分析
3.4.3 腐蚀产物元素组成分析
3.4.4 腐蚀功能菌群落结构
3.4.5 电化学参数变化
3.5 生物腐蚀机理解析
3.5.1 腐蚀速率与功能菌的关系
3.5.2 腐蚀机理分析
3.6 本章小结
第4章 胞外聚合物对铸铁腐蚀的生物影响
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 菌种来源及培养
4.2.2 菌液预处理及胞外聚合物提取
4.2.3 胞外聚合物对铸铁腐蚀影响
4.2.4 分析方法
4.3 胞外聚合物特性
4.3.1 最佳提取方法的确定
4.3.2 胞外聚合物组分性质
4.3.3 胞外聚合物官能团特性
4.4 胞外聚合物对腐蚀的影响
4.4.1 胞外聚合物对腐蚀速率的影响
4.4.2 胞外聚合物对腐蚀产物的影响
4.5 胞外聚合物腐蚀机理
4.5.1 EPS吸附成膜与耦合铁特性
4.5.2 EPS影响腐蚀产物及水相溶解氧
4.6 本章小结
第5章 腐蚀组分形成机制及对腐蚀的化学影响
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 试验装置
5.2.2 试验方法
5.3 腐蚀瘤特征及形成机制
5.3.1 腐蚀瘤形态特征
5.3.2 腐蚀瘤化学特征
5.3.3 腐蚀瘤生物膜群落解析
5.3.4 腐蚀瘤形成机制
5.4 稳态水特征及形成机制
5.4.1 稳态水水质特征
5.4.2 稳态水形成机制
5.5 腐蚀瘤铁氧化物及稳态水组分对腐蚀的影响
5.5.1 铁氧化物组分对腐蚀的影响
5.5.2 稳态水组分对腐蚀的影响
5.6 本章小结
第6章 生物-化学耦合腐蚀机理的建立
6.1 引言
6.2 试验材料与方法
6.2.1 试验装置
6.2.2 测试与分析方法
6.3 生物膜/腐蚀界面作用
6.3.1 铁离子对铸铁生物膜发育的影响
6.3.2 铁离子对生物膜胞外多聚物产量的影响
6.3.3 生物膜发育微观形态
6.4 生物膜对腐蚀过程的生物影响
6.4.1 生物代谢过程及产物
6.4.2 胞外聚合物组分
6.5 生物膜对腐蚀过程的间接化学影响
6.5.1 生物膜调节铁矿化
6.5.2 生物膜诱导铁矿化
6.5.3 生物膜影响稳态水水质
6.6 生物-化学耦合作用机理
6.7 本章小结
第7章 生物腐蚀控制措施研究
7.1 生物膜发育控制
7.2 替换管材的选择
7.2.1 金属管材的选择
7.2.2 塑料管材的选择
7.3 缓蚀阻垢剂的应用
7.3.1 缓蚀阻垢效果
7.3.2 缓蚀阻垢机理
7.4 建议控制措施
第8章 结论与建议
8.1 结论
8.2 主要创新点
8.3 建议
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Corrosion inhibition of stainless steel by a sulfate-reducing bacteria biofilm in seawater[J]. Fu-shao Li 1,2) , Mao-zhong An 3) , and Dong-xia Duan 2) 1) School of Chemistry and Chemical Engineering, Qujing Normal University, Qujing 655011, China 2) State Key Laboratory for Marine Corrosion and Protection, Qingdao 266071, China 3) Chemical Engineering School, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(08)
[2]海水全浸室内模拟加速试验方法的研究[J]. 张慧霞,戚霞,曾华波,邓春龙. 腐蚀科学与防护技术. 2010(03)
[3]灰口铸铁给水管道内壁腐蚀试验[J]. 李亚峰,蒋白懿,赵洪宾,陶翠翠. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2010(02)
[4]热带海洋环境下海水中微生物对45钢腐蚀行为的单因素影响[J]. 吴进怡,肖伟龙,柴柯,杨雨辉. 金属学报. 2010(01)
[5]MBR中活性污泥胞外聚合物的物理提取方法研究[J]. 黄兴,孙宝盛,吕英. 中国给水排水. 2009(05)
[6]硫酸盐还原细菌和铁还原细菌混合生物膜对碳钢腐蚀的影响[J]. 武素茹,段继周,杜敏,侯保荣. 材料开发与应用. 2008(03)
[7]给水系统附生生物膜发育的生物量和种群结构[J]. 管运涛,赵婉婉,蒋展鹏,常爱敏. 清华大学学报(自然科学版). 2007(06)
[8]制革污泥中铬的生物脱除及其对污泥的调理作用[J]. 周立祥,周顺桂,王世梅,方迪,王电站. 环境科学学报. 2004(06)
[9]金属微生物腐蚀的研究[J]. 尹宝俊,赵文轸,史交齐. 四川化工. 2004(01)
[10]材料的微生物腐蚀研究与进展[J]. 凌云,陈志刚. 江苏理工大学学报(自然科学版). 2000(01)
博士论文
[1]Cu-P-RE耐候钢中稀土行为作用及机理的研究[D]. 岳丽杰.东北大学 2006
本文编号：2994579
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