微生物腐蝕（MIC）是指由微生物的代謝活動而引起的加速材料腐蝕進程的現(xiàn)象，油氣管線的損壞因微生物腐蝕而引起的占80%。抑制微生物腐蝕的傳統(tǒng)方法有物理方法、化學方法、陰極保護法等，但這些方法只能在短時間內(nèi)延緩腐蝕，不能從根本上解決微生物對金屬管線的腐蝕問題。因此，微生物的防治必須從微生物自身出發(fā)尋找新的方法。磁場是一種普遍存在的物理現(xiàn)象，隨著人們對磁現(xiàn)象認識的深入，磁場已經(jīng)廣泛應用于食品安全生產(chǎn)、口腔醫(yī)療、生物工程和腐蝕防護等方面。當微生物處于磁場中時，磁場和微生物體內(nèi)電子相互作用，產(chǎn)生一種力影響微生物的內(nèi)部及外部特性，從而影響微生物的活性或存活率。磁場可以通過影響傳質過程和電荷轉移過程而改變金屬腐蝕速率。本文就磁場對微生物活性和金屬腐蝕速率兩方面的影響進行了分析，提出了利用磁場防治油氣管道微生物腐蝕的設想。

一、靜磁場對微生物存活率的影響

磁場對微生物生長的影響較復雜，通常較強的磁場會抑制微生物的生長，而弱磁場對微生物生長可能有促進作用，不同種類微生物其磁效應的結果也不同。靜態(tài)磁場影響微生物的機制主要是較長時間的磁處理能使磁場的能量耦合到微生物細胞的大分子上而引起結構的改變，使細胞膜的通透性增強，從而導致細胞物質泄漏，妨礙微生物的生長繁殖。磁場對微生物的滅殺作用在醫(yī)學、食品等領域的應用非常廣泛。許喜林等[8]研究磁場對大腸桿菌和枯草桿菌的影響，發(fā)現(xiàn)不同強度的磁場對細菌的存活率有不同的影響，相同磁感應強度對不同細菌的影響也存在一定的差異，磁場對細菌的作用會導致細菌的DNA 發(fā)生改變。W.Ji等[9]利用永磁體產(chǎn)生的靜磁場對大腸埃希菌進行連續(xù)培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)大腸埃希菌存活率隨著靜磁場加載時間的延長而降低，隨著溫度的升高（25~40 ℃）而降低。A.C.Morrow等研究發(fā)現(xiàn)，250~300mT的靜磁場能夠增加化膿性鏈球菌代謝產(chǎn)物的最大釋放量，300mT 的靜磁場減緩化膿性鏈球菌的增殖速率。

SRB是引起金屬管線微生物腐蝕失效的典型厭氧菌，SRB腐蝕是評價微生物腐蝕及環(huán)境污染的主要指標之一。SRB能將SO24- 還原為 H2S,從而使自身獲得能量，是一類以有機物為養(yǎng)料的厭氧型微生物，廣泛存在于pH 為6~9的土壤、海水、淤泥以及地下管道和油氣井等缺氧環(huán)境中。本文在磁感應強度分別為0、2、5、10mT的條件下，采用半連續(xù)培養(yǎng)法，利用UV-2550紫外分光光度計測量了SRB在一個生長周期（14d）的分光光度值（OD值），并根據(jù)OD 值繪制了不同磁感應強度下的SRB的生長曲線，如圖1所示。由于采用半連續(xù)培養(yǎng)法，故生長曲線并沒有呈現(xiàn)細菌典型對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期等特征。由圖1可知，磁場條件下SRB的菌量少于無磁場條件下SRB的菌量，且磁感應強度越大，SRB菌量越小，說明靜磁場可以抑制SRB的活性，且磁感應強度越大，抑制作用越強。

二、靜磁場對金屬腐蝕的影響

在靜磁場作用下，金屬在介質中的腐蝕按腐蝕機理可以分為濃差極化和電化學極化等兩種腐蝕體系。

2.1 靜磁場對濃差極化控制腐蝕的影響

在濃差極化控制的腐蝕體系中，陰極去極化劑到達金屬表面越多，腐蝕越嚴重。雍興躍研究了磁場對碳鋼在不同濃度的FeCl3 中腐蝕速率的影響，發(fā)現(xiàn)在一定磁感應強度下碳鋼腐蝕速率均降低，當磁感應強度達到某一臨界值時，腐蝕速率降到最??；當磁感應強度超過臨界值后，腐蝕速率隨磁感應強度的增大而增大。M.A.Ghabashy等認為這一結果是擴散層內(nèi)的介質流造成的。隨著鐵在腐蝕介質中的腐蝕，在介質中形成無數(shù)個微電池，使金屬表面附近Fe2+ 濃度大于介質其他部位的Fe2+ 濃度，產(chǎn)生向下的自然對流。另外，由于外加磁場和微電池的電場相互作用產(chǎn)生電磁力，因此產(chǎn)生與自然對流方向相反的介質流動。當磁感應強度較小時，由磁場力引起的向上的介質流動使自然對流減弱，金屬表面擴散層逐漸增厚，金屬腐蝕減小。當磁感應強度達到臨界值時，擴散層達到最厚，腐蝕速率最小。當超過這一臨界值時，隨著磁感應強度的增加，自然對流占主導地位，又導致擴散層變薄，因此金屬腐蝕加劇。

呂戰(zhàn)鵬等研究了磁場對銅在含F(xiàn)e3+ 溶液中陰極擴散的影響，發(fā)現(xiàn)磁場加速銅電極上Fe3+ 陰極擴散過程，使陰極極限擴散電流密度增大。L.Y.Ang等研究了磁場對銅在不同腐蝕介質中腐蝕行為的影響，研究發(fā)現(xiàn)存在磁場時，銅在鹽酸和氫氧化鈉中腐蝕速率均增大，但在氯化鈉中腐蝕速率未發(fā)生變化。在鹽酸和氫氧化鈉介質中，傳質過程是影響電化學腐蝕的主要因素，而磁場通過磁流體動力學（MHD）效應影響腐蝕速率。靜磁場對傳質過程的影響可以使用MHD 解釋，主要歸結于靜磁場下電解質中洛倫茲力的引入。洛倫茲力可以加速電解質內(nèi)電荷在垂直于磁場密度的方向移動，對電解質起到攪拌作用。R.Sueptitz等研究了高梯度磁場對鐵在硫酸溶液中陽極腐蝕和局部腐蝕行為的影響，發(fā)現(xiàn)磁場存在時鐵在0.5mol/L的H2SO4溶液中電流密度降低，邊緣溶解過程受到抑制。這是由于磁場力增加了鐵表面附近Fe2+ 的濃度，抑制了傳質過程，進而降低金屬腐蝕速率。

2.2 靜磁場對電化學極化控制腐蝕的影響

在電化學極化控制的腐蝕體系中，腐蝕速率的大小取決于電化學反應的難易程度，電化學反應越容易腐蝕越劇烈。A.Chiba等研究了磁場對鋁在氯化鈉溶液中腐蝕行為的影響，發(fā)現(xiàn)磁感應可以抑制鋁的腐蝕速率。Y.J.Li等研究了合金Fe78Si9B13在磁場條件下的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)磁感應可以加速合金的腐蝕速率。王晨等研究了強磁場對鐵腐蝕過程的陰極析氫和陽極溶解的影響，發(fā)現(xiàn)磁場的存在會產(chǎn)生磁致過電位。磁致過電位的產(chǎn)生主要是因離子的水合作用造成的。Fe2+ 的磁矩比鐵原子的磁矩小，在外加磁場作用下，F(xiàn)e2+ 產(chǎn)生了吸附于界面的力，故附著于金屬表面，而對于液體，在磁場作用下水溶液中的抗磁性離子、鐵磁性離子的水合作用減弱，故在鐵-水溶液界面上產(chǎn)生雙電層結構，進而造成磁致過電位。K.W.Busch等研究證實了雙電層結構的說法。在外加磁場下，一方面由于Fe2+ 吸附于界面，抑制鐵的溶解，另一方面由于Fe2+ 是鐵磁性離子，因此導致水合作用的下降，使其產(chǎn)生脫附界面的力，加速鐵的溶解。由此可知，適當?shù)拇鸥袘獜姸瓤梢砸种平饘俚母g速率。徐楠等研究了磁場對油田污水管道防腐蝕方面的影響，認為利用永磁鐵可以使管道內(nèi)部形成磁性氧化鐵，將水與鐵管壁完全隔開，起到防腐的作用。吳敏研究了外加磁場對Sn-9Zn釬料組織、熔化溫度及腐蝕性能的影響，認為外加磁場可降低Sn-9Zn釬料合金腐蝕電流，提高釬料合金腐蝕性能。

三、靜磁場對油氣管線微生物腐蝕的影響

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，靜磁場既可以影響微生物的存活率，也可以影響金屬的腐蝕速率，因此靜磁場也可以用于金屬管道的微生物腐蝕的防治。李克娟、陳碧等研究了磁場對鐵和銅微生物腐蝕的影響，發(fā)現(xiàn)磁場的存在可抑制微生物腐蝕速率。這一研究結果為防治油氣管線的微生物腐蝕、減少經(jīng)濟損失提供了新的思路。土壤中的主要侵蝕性離子有 Cl-、SO24- 和HCO- 3 ,參考文獻,將0.1 mol/L NaCl+0.1mol/LNaHCO3+0.1mol/L Na2SO4 的溶液作為土壤模擬溶液。用靜態(tài)掛片法將4組X100管線鋼失重件浸泡于含SRB的土壤模擬溶液中，磁感應強度分別為0、2、5、10mT,在生化培養(yǎng)箱中30℃恒溫厭氧浸泡14d,取出后計算腐蝕速率，結果如圖2所示。由圖2可知，外加磁場可以抑制X100鋼的微生物腐蝕速率，隨著磁感應強度的增加，X100鋼的腐蝕速率先減小后增大，當磁感應強度為5mT時，腐蝕速率最小。

四、結論

磁場對微生物、金屬材料的影響非常復雜。磁場的大小、微生物的種類、金屬材料的性質以及溶液的性質都影響腐蝕傾向和腐蝕速率，若要使用磁場防治微生物對油氣管線的腐蝕，則還需要進行更深入的研究。相信隨著科學技術的發(fā)展和人們對磁場的深入研究，磁場將成為油氣管線微生物腐蝕防護的新方法。

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