生物腐蚀 生物腐蚀是指由生物体的生命活动直接或间接导致材料（通常是金属、石材、混凝土等）发生降解或破坏的过程。 第一步：生物腐蚀的核心参与者 生物腐蚀并非由单一生物完成，其主要参与者是微生物，特别是细菌、真菌和藻类。这些微生物个体微小，但数量庞大，它们通过形成被称为“生物膜”的复杂群落附着在材料表面。生物膜是一个由微生物细胞及其分泌的胞外聚合物（EPS）组成的粘稠层，它为微生物提供了一个受保护的微环境。 第二步：生物腐蚀的两种主要机制 生物腐蚀主要通过两种机制进行： 微生物直接获取电子 ：某些特殊种类的微生物，如硫酸盐还原菌（SRB）和产甲烷古菌，能够将材料（如铁）作为其新陈代谢的能量来源。例如，在厌氧（无氧气）环境中，硫酸盐还原菌可以直接从金属铁（Fe）中获取电子，用于将环境中的硫酸盐（SO₄²⁻）还原成硫化氢（H₂S）。这个过程直接导致了金属的腐蚀，生成硫化亚铁（FeS）等腐蚀产物。 微生物代谢活动创造腐蚀环境 ：这是更常见的机制。微生物的新陈代谢会改变其周围微环境的化学性质，从而间接导致腐蚀。 产酸 ：许多细菌和真菌在代谢过程中会产生有机酸（如乙酸、柠檬酸）或无机酸（如硫酸）。这些酸会直接溶解石材、混凝土中的碳酸钙成分，或降低pH值，加速金属的化学腐蚀。 形成氧浓度差电池 ：当生物膜不均匀地覆盖在金属表面时，会导致金属表面不同区域的氧气浓度不同。氧气浓度低的区域成为阳极（被腐蚀），氧气浓度高的区域成为阴极（受保护），从而形成一个电化学电池，极大地加速了局部腐蚀。 第三步：生物腐蚀发生的典型环境与实例 生物腐蚀在富含水分和营养的环境中尤为普遍。 水下与地下环境 ：船舶外壳、水下管道、码头桩基受到硫酸盐还原菌等微生物的严重腐蚀。 供水系统 ：金属水管内壁的生物膜会导致管道腐蚀穿孔，并可能污染水质。 石材建筑与古迹 ：石材表面的藻类、真菌和地衣通过产酸以及其菌丝物理钻入岩石缝隙，共同导致历史建筑和雕塑的风化与破坏。 燃油系统 ：飞机油箱和储油罐底部的水层中滋生的微生物会导致燃油污染和油箱金属的腐蚀。 第四步：生物腐蚀的防治策略 控制生物腐蚀的核心在于控制生物膜的形成和改变腐蚀环境。 材料选择与涂层保护 ：使用耐腐蚀材料（如不锈钢、钛合金）或在材料表面施加抗菌涂层、防腐油漆，以阻止微生物的附着。 环境调控 ：通过去除水分、控制环境湿度、改变pH值或温度，创造一个不适宜微生物生长的环境。 使用杀菌剂和抑菌剂 ：在封闭系统（如工业冷却水系统、油井）中，定期投加特定化学药剂以杀灭或抑制微生物的生长。 阴极保护 ：对于金属结构，通过施加外部电流使其成为阴极，从而抑制其失去电子（被腐蚀）的倾向，这是一种有效的电化学保护方法，可以对抗由微生物活动促进的电化学腐蚀。