- Главная | - Вернуться

Из пушки - по воробьям

Человек должен верить, что непонятное можно понять; иначе он не стал бы размышлять о нем.
Гёте

Сегодня общеизвестно, что значительные коррозионные потери связаны с живыми врагами металлов и строительных материалов. Здесь не имеется в виду случай с сусликами и полевыми мышами, уничтожившими поливинилхлоридную оболочку кабеля связи, о котором шла речь в одном из предыдущих рассказов. Во-первых, потому что разрушенный материал не относится к металлам, во-вторых, подразумеваются враги значительно меньших размеров — бактерии и растительные микроорганизмы.

Триста лет прошло с тех пор, как их впервые увидел голландский натуралист Левенгук, используя свободное от торговли время для шлифования оптических стекол. Вставленные в металлические держатели линзы давали 150—300-кратное увеличение (неплохо по тем временам!). Эти «микроскопы» принесли их создателю известность (Левенгук считается основоположником научной микроскопии) и позволили ему наблюдать и зарисовать сперматозоиды-бактерии, растительные и животные клетки. Мир необычных существ Левенгук описал в письмах (их было около 300).

Все последующие годы были заполнены борьбой людей с наиболее опасными из этих существ — бактериями: сначала сражались за жизнь и здоровье человека, затем — за сохранность воздвигнутых им сооружений.

Бактерии многих видов и форм обнаружены в различных средах — в грунтах, пресной и морском воде, электролитах, нефти и нефтепродуктах. «Преступная деятельность» биологических врагов металла вначале проявляется в появлении внешне безобидной плесени, различных слизистых образований. Затем разрушаются органические изолирующие покрытия и, наконец — металл. Происходит это по законам химической или электрохимической коррозии, таинственно и незаметно. Последствия бывают ужасающие. Даже нержавеющие стали порой не в состоянии выдержать упорную осаду полчищ невидимых врагов.

При обследовании балластных резервуаров из такой стали через 4 месяца после их установки на одном из английских нефтепромыслов заметили, что вода испарилась полностью и на дне остался илистый осадок. Когда его удалили, перед глазами исследователей предстала внутренняя поверхность резервуара в красновато-коричневых разводах окислое. Этого было достаточно, чтобы установить диагноз болезни конструкции.

Микробиологический анализ, очень похожий на тот, который делают в любой поликлинике, подтвердил присутствие в воде и в отложениях на металле железистых и марганцевых бактерий. Эти бактерии действуют, как ионные металлические концентраторы-окислители.

У бактерий вообще сложные отношения с нефтью и нефтедобывающей промышленностью. Эти существа, живущие на глубине нескольких сотен метров от поверхности земли, разрушили около 10 процентов мировых запасов нефти и снизили качество ее еще у 10 процентов. В течение многих миллионов лет они жили и питались за счет парафинов. Самое досадное в том, что из нефти ими извлекались наиболее ценные компоненты, из которых после перегонки получают бензин, смазочные масла, пропан и бутан. Коррозионные разрушения обсадных колонн скважин, труб и резервуаров для хранения нефти, вызванные бактериями, ничуть не меньше, чем потери по другим коррозионным причинам. Объективности ради следует отметить и некоторую пользу, которую приносят эти микроорганизмы. Многие крупные месторождения нефти, как считают некоторые ученые, оказалось легче обнаружить благодаря тому, что вырабатываемый бактериями асфальт прочно закупоривал месторождение и тем самым препятствовал «утечке» жидкого ископаемого. Возможно, и сегодня есть еще такие «законсервированные» месторождения.

Лучше других пока изучены сульфатовосстанавливающие бактерии. Это словосочетание настолько часта встречается в технической литературе по коррозии, что ему даже придумали сокращенное название — СВБ. Воспользуемся им и мы. СВБ легко узнают по «следам»: точечным коррозионным язвам-питтингам. На одном из заводов после года эксплуатации теплообменников, изготовленных из никеля и его сплавов, на внешней поверхности, которую охлаждали речной водой, появились многочисленные раковины, покрытые отложениями ила и грязи. Провели микробиологический анализ. Он указал на присутствие СВБ.

СВБ относятся к классу анаэробных микроорганизмов, то есть таких, которые могут жить без кислорода. В различные периоды своего роста и развития они по-разному влияют на металл. Чтобы детально изучить этот процесс, в искусственную морскую воду добавляли подкормку для бактерий — молочнокислый кальций, пептон, мясной экстракт, дрожжевую смесь и сульфаты. Дело в том, что СВБ взаимодействуют с сульфатами — солями серной кислоты, превращая их в сульфиды—соли сернистой кислоты. Процесс приводит к образованию и выделению сероводорода. По этим продуктам жизнедеятельности бактерий можно определять и скорость коррозии металлов, превращаемых в сульфиды или сероводород. Наберемся терпения и попытаемся проследить за каждой из шести стадий процесса. На первой сероводород еще не выделяется и скорость коррозии невелика, на второй начинает выделяться сероводород и скорость коррозии возрастает, на третьей на поверхности стали возникает плотная сульфидная пленка и скорость коррозии уменьшается. На четвертой стадии прекращается выделение сероводорода и скорость коррозии становится еще ниже из-за сульфидной пленки, на пятой, когда сероводород почти полностью удалился из воды, а сульфидная пленка начинает разрушаться, скорость коррозии снова увеличивается, стабилизируясь на шестой стадии.

«Этот анализ совсем не нужен», — подумает читатель. «Наверно, сейчас объяснят, на какой стадии нужно вмешаться, чтобы приостановить коррозию»,— предположит другой. И окажутся неправы. Во-первых, это не анализ, а во-вторых, за ним не последует готового «лекарства от бактерий». Просто в этих строчках изложено примерно все, что мы знаем сегодня о биологических врагах металлов. «Если известна причина болезни, разве трудно найти способ лечения?»— спросят мои оппоненты. Позвольте в качестве ответа прибегнуть к аналогии из... популярной медицинской энциклопедии. Между словами «грибы» и «грудная клетка» там есть статья о гриппе. Болезнь эта тоже вызвана микроорганизмом — фильтрующим вирусом. Протекает она примерно шесть дней (аналогия с нашими шестью стадиями). В разделе «лечение» энциклопедия советует... постельный режим, горячий чай с сушеной малиной и таблетки от головной боли. Какая безобидная болезнь! И как просто лечится! Непонятно лишь, почему в 1918—1919 годах она унесла 20 миллионов жизней, а в 1957 году за 7 месяцев, ею переболели более миллиарда человек!

Кажется, что в нашем случае нет ничего проще, чем убить бактерии. Однако хлорная обработка воды дала мало утешительного: питтинговая коррозияі уменьшилась незначительно. Ученые возлагали большие надежды на то, что окислы металлов окажутся вредными для бактерий — «вредители» погубят сами себя.

Пятилетние испытания углеродистых сталей, алюминия и медных сплавов, проведенные у нас и США, развеяли эти надежды. Оказалось, что рыхлая пленка ржавчины на стали,, быстро обрастая морскими водорослями и микроорганизмами, отслаивается и отпадает вместе с ними, обнажая свежий слой ржавчины или чистый металл. Даже на поверхности сплавов меди и никеля коррозионный процесс протекает непрерывно, а ведь черный слой хлоргидроокиси меди всегда считался токсичным для живых организмов! Тем не менее, эти металлы тоже покрываются рыхлым слоем окислов, которые затем легка отслаиваются вместе с наросшими микроорганизмами, открывая свежую поверхность металла для дальнейшего разрушения. Даже время обрастания у всех металлов оказалось почти одинаковым: через 48 часов сталь обрастала корковым мхом и оболочником, алюминий — волокнистым мхом, медно-никелевые сплавы — лишайниками и оболочником.

Дальнейшие опыты показали, что убивать без разбора бактерии тоже нельзя. Мертвые бактерии разлагаются с выделением аммиака, который ускоряет коррозию. Есть среди бактерий и наши союзники. Это аэробные бактерии. Их присутствие, наоборот, тормозит коррозию, так как они живут за счет потребления кислорода. Правда, и тут нет единого мнения. Югославские ученые, например, считают, что аэробные бактерии ускоряют вторую, биохимическую стадию коррозии, окисляя двухвалентные ионы железа до трехвалентных. Однако скорость коррозии «все-таки зависит от первой, химической стадии окисления железа в двухвалентные ионы. Понять эти условия помогает известное сравнение с поездом: как аи старайся быстро перебежать из одного вагона в другой, станции назначения приедешь не раньше, чем туда прибудет поезд.

Итак, с аэробными бактериями как будто все ясно: они или практически безвредны, или помогают защищать металл. Значит, основные усилия нужно сосредоточить на борьбе с анаэробными бактериями, например, со знаменитыми СВБ. Английские ученые советуют пользоваться катодной защитой. Объяснить это так же трудно, как и взаимоотношения фильтрующего вируса гриппа с сухой малиной. Но если и в одном и в другом случае лечение помогает, почему бы им не воспользоваться? Нужно только учесть, что минимальный защитный потенциал в грунте должен быть ниже потенциала водородного электрода (общепринятого эталона) примерно на полвольта, в среде же с микроорганизмами его следует снизить еще на «сто милливольт.

Инженеры пробуют и другие средства защиты — ингибиторы, окислители среды. Например, для очистки от бактерий сточных вод в СФРЮ разработали процесс, в его основе лежит использование железных опилок, которые увеличивают окислительную способность фильтрующего ила, повышают эффективность «вторичных осадителей, значительно ослабляют действие токсичных компонентов промышленных сточных вод.

Такие средства хороши для закрытых объемов — трубопроводов, резервуаров и пр. Для кораблей и морских причалов они не годятся. Возможно, им подойдет уже упоминавшаяся катодная или протекторная защита?

После первых установок протекторов на корпусах кораблей оказалось, что, хотя коррозия корпуса Й прекращалась, начиналось усиленное отложение морских солей, обрастание водорослями и микроорганизмами. Это влияло на скорость кораблей: она заметно» уменьшалась.

Ракушки, водоросли и другие «вредители», покрывая поверхность металлической обшивки кораблей усиливают коррозию. Почему? Во-первых, рыхлая пленка ржавчины, обрастая микроорганизмами, отслаивается значительно быстрее. Обнажается свежий металл, который снова покрывается микроскопическими захватчиками. Технические журналы таких морских держав, как Япония, Канада, Англия и других пестрят статьями, в которых обсуждаются вопросы биологической коррозии и борьбы с ней.

Один из английских специальных журналов в 1977 году ознакомил читателей с новым методом защиты поверхности судов и сооружений в портах от обрастания микроорганизмами. Их предлагается покрывать слоем радиоактивного технеция Те-99. Людям старшего поколения этот металл был известен под названием «мазурий» — так назвали его первооткрыватели супруги Ноддак в честь Мазурии, одного из районов северо-восточной Польши. Те-99 испускает поток быстрых электронов с энергией более 100 килоэлектронвольт, убивающих живые организмы. Вот уж действительно — из пушки по воробьям! Покрытие из этого материала практически вечно, так как период полураспада этого элемента довольно велик. Элемент можно наносить гальваническим способом, а можно и напылять. Электроны, бомбардирующие микроорганизмы, поражают их на расстоянии около 46 сантиметров в воздухе и 1 сантиметра в воде (жидкость хорошо экранирует от радиоактивного излучения). Однако и сантиметра достаточно, чтобы бактерии и микроорганизмы не смогли навредить металлам.

Было бы неправильно думать, что биологической коррозии подвержены только металлы. В журнале «Архитектура и строительство Москвы» в 1978 году обсуждалась проблема долговечности зданий столицы, облицованных уральским, украинским и финским гранитами, подмосковным и крымским известняками и другими природными материалами. В тонких порах карбонатных пород или в трещинах и швах между облицовочными плитами накапливается гумус и появляется растительность. Если нижняя часть здания облицована пористыми известняками крымского типа, а цоколи, сложенные из гранитов и песчаников, невысоки, им грозит подтапливание водой во время дождей. На известняках появляются мхи и лишайники, их корни постепенно разрушают облицовочный материал. Даже если это и не сказывается на устойчивости зданий, внешний вид их безусловно страдает.

Здесь в борьбу с живыми вредителями должны включиться не только строители, но и геологи, петрографы, метеорологи и биологи. Необходимо фундаменты и цоколи зданий делать достаточно высокими, хорошо продумать подбор облицовочных материалов, заполнить швы между плитками замазками, которые не поддаются выветриванию. Может быть, и здесь стоит испробовать возможности радиоактивного технеция? Насколько это оправдано — покажет будущее. И то, что вчера было научной гипотезой, сегодня становится конкретным проектом, завтра обретает плоть и кровь.

В свое время М. В. Келдыш, анализируя оперативность реализации научных идей, заметил, что в прошлом между научным открытием и его применением в практике проходили десятки и сотни лет. Например, со времени открытия электрического тока до его первого практического использования прошло почти полстолетия. С момента открытия деления ядер урана до постройки первого ядерного реактора прошло немногим больше трех лет. За четверть века далеко продвинулось изучение свойств атомного ядра. Не так давно многие ученые считали невероятным овладение внутриядерной энергией и ее использование. А теперь атомная энергия властно вторгается в разнообразные области науки и техники. У нас на глазах новые успехи физики приводят ко все более удивительным применениям электроники. В дальнейшем промежуток времени между научным открытием и его практическим применением будет все более сокращаться.

Не правда ли, этой фразой сказано все? Интересное у нас будущее!

В.П. Фишман, 1981 г.

***