+7 (727) 250 00 11
+7 (776) 250 05 58

ISSN 2225-806X

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БИОКОРРОЗИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВОГРУНТА

Автор: М. Г. Чеснокова, В. В. Шалай, Ю. А. Краус, А. Ю. Миронов, Е. Г. Блинова
Место работы: Омский Государственный технический университет, ГБОУ ВПО Омская Государственная медицинская академия Минздрава РФ, Омск (Россия)

РЕЗЮМЕ
Изучали биокоррозионную агрессивность почвогрунта в районе прокладки нефтепровода по установлению комплексного критерия суммарного эффекта действия различных факторов коррозии (КБА), проводили микробиологическое исследование почвы с целью бактериологической идентификации сульфатредуцирующих и тионовых бактерий. В соответствии со значением показателя КБА исследованные образцы почвогрунта были разделены на группы: слабо агрессивные, умеренно агрессивные, потенциально агрессивные. Микробиологические исследования почвы позволили установить содержание тионовых бактерий в различной концентрации. Показана количественная зависимость содержания тионовых бактерий почвы от показателя критерия биокоррозионной активности грунта. При проведении множественного регрессионного анализа в системе переменных «факторы биокоррозионной активности почвогрунта» установлены информативные данные моделирования показателя содержания тионовых бактерий в почве.

Summary
Biocorrosion studied aggressiveness of soil-ground in the area of prolaying of the pipeline to establish a comprehensive criterion combined effect of various factors of corrosion (CBA) is conducted microbiological testing soil for the purpose of bacteriological identification of sulfatereducing and thiobacteria. In accordance with the value of the index KBA soilground samples studied were divided into groups: weakly aggressive, moderately aggressive and potentially aggressive. Microbiological studies of the soil allowed to establish content thiobacteria in varying concentrations. Shows the quantitative relationship thiobacteria content of soil from the index criterion biocorrosion activity of soil. In multiple regression analysis, the variables in the system «soil-ground factors biocorrosion activity» set informative data modeling thiobacteria index content in the soil.

Ключевые слова: биокоррозионная активность почвогрунта, микробиологические исследования, сульфатредуцирующие бактерии, тионовые бактерии, множественный регрессионный анализ. 
Keywords: soil-ground biocorrosion activity, microbiologybased surveys, sulfate-reducing bacteria, thione tankter, multiple regression analysis.

Введение
Основным фактором развития биокоррозии является функционирование в окружающей среде и на поверхности металлов микроорганизмов, что способствует сокращению срока эксплуатации сооружений и конструкций, вызывает значительный экономический ущерб [1; 2]. Более 50% повреждений трубопроводов обусловлено развитием биокоррозии [3; 4]. Бактерии цикла серы (тионовые и сульфатредуцирующие бактерии) ускоряют подземную коррозию трубопроводов, а также коррозии нефтегазодобываю-щего и нефтеперерабатывающего оборудования [5; 6]. Разрушение бактериями твердых материалов связано в известной мере с выраженной способностью абсорбироваться на их поверхности, это является первым этапом бактериальной деструкции адгезией. На данный процесс оказывают влияние ряд факторов, например, чувствительность микробиоты к кислотности среды и повышенному содержанию в ней поваренной соли. Для большинства фоновых почв таежной зоны характерна кислая и слабокислая реакция (<4,5-6,0 ед. рН), низкое содержание органического вещества (почвы подзолистого ряда). Частота появления повреждений защитных покрытий трубопроводов может коррелировать с величиной потенциаль-ной микробной коррозионной активности грунтов [7; 8]. 

Сероокисляющие тионовые бактерии играют важную роль в возникновении коррозии подземных металлических трубопроводов за счет образования продуктов метаболизма неорганических кислот. К наиболее потенциально коррозионно агрессивным микроорганизмам рода Thiobacillus относят виды Thiobacillus thioparus, Thiobacillus oxidans, Thiobacillus ferrooxidans [9]. T. thioparus окисляют сероводород и сульфид кальция, образуют продукты окисления серу, серную кислоту. Бактерии рода Thiobacillus подразделяются по признакам морфологии, потребности в условиях среды, облигатной или факультативной автотрофии. Thiobacillus thioparus – типовой вид, нейтрофилы, могут расти при рН 6-8. Являются облигатными хемолитоавтотрофами, нуждаются в СО2 и восстановленных соединениях серы как источниках углерода и энергии. Thiobacillus ferrooxidans являются ацидофилами, могут расти при значениях рН ниже 3, не способны расти при рН 7,0, облигатные хемолитоавтотрофы. [9]. Бактерии рода Thiobacillus способны создавать высокие концентрации свободной серной кислоты (10-12% в растворе). Сульфатвосстанавливающие бактерии принадлежат к роду Desul-fotomaculum. Наибольшую роль в возникновении коррозии металлов играют Desulfotomaculum orientis и Desulfotomaculum nigrificans. [9].

Цель исследования
Определить коррозионную агрессивность почвогрунта в районе прокладки нефтепровода, обусловленную действием различных факторов, оценить выраженность микробиологических показателей.

Материалы и методы
При проведении исследований использовали метод оценки биокоррозионной активности грунтов по комплексу микробиологических и физико-химических показателей. Определяли количество бактерий цикла серы, общей концентрации серы и железа в пробах грунта, прилегающего к поверхности подземных трубопроводов, и соотношении этих показателей с удельным электросопротивлением грунта. Отбор проб грунта во время шурфовки трубопровода проводили по специальной схеме. Определяли количество сульфатредуцирующих и тионовых бактерий методом десятикратных предельных разведений. При исследовании количества сульфатредуцирующих бактерий в пробирки с разведениями почвогрунта добавляли стерильную питательную среду Постгейта для вытеснения воздуха, герметически закрывали стерильными резиновыми пробками. Пробирки с посевами инкубировали при температуре 28оС и выдерживали 20 суток. При наличии роста сульфатредуцирующих бактерий устанавливали количество микробных клеток в 1 см3 почвенной суспензии и в 1 г грунта.
Для определения количественного содержания автотрофных тионовых бактерий использовали посев почвенной суспензии в пробирки с питатель-ной средой Бейеринка. Были подготовлены почвенные суспензии. Посевы инкубировали при температуре 28оС и выдерживали в течение семи суток. Результаты бактериологического исследования показали наличие роста тионовых бактерий. 

Оценка биокоррозионной активности почвогрунта проводилась путем введения данных полученных показателей в формулу, представляющую логарифм отношения произведения значений. Устанавливали критерий биокоррозионной активности грунта (КБА), определяющий суммарный эффект действия различных факторов коррозии (количества тионовых и сульфатредуцирующих бактерий, общего железа и общей серы, значения удельного электрического сопротивления). Интерпретацию полученных результатов комплексных исследований осуществляли в соответствии с величиной критерия КБА. Согласно значению этого показателя почвогрунты подразделяли на потенциально агрессивные (КБА<1,5), слабо агрессивные (1,5<КБА<4,0), умеренно агрессивные (4,0<КБА<7,0), агрессивные (7,0<КБА<10,0), весьма агрессивные (10,0<КБА).
Биометрический анализ осуществляли с использованием пакетов STATIS-TICA-6, БИОСТАТИСТИКА, возможностей программы Microsoft Excel. Во всех процедурах статистического анализа критический уровень значимости p принимался равным 0,05. При этом значения р могли ранжироваться по 3 уровням достигнутых статистически значимых различий: р<0,05; р<0,01; р<0,001.
Проверка нормальности распределения производилась с использованием критерия Шапиро-Уилки, проверка гипотез о равенстве генеральных дис-персий – с помощью F-критерия Фишера. Средние выборочные значения количественных признаков приведены в тексте в виде M±SE, где M – среднее выборочное, SE – стандартная ошибка среднего.

Результаты и обсуждение
Исследования по изучению характера биокоррозионной активности грунта позволили выделить 3 группы проб: слабо агрессивные, умеренно агрессивные, потенциально агрессивные. Отсутствовали агрессивные и весьма агрессивные образцы грунта. Потенциально агрессивные пробы выявляли с частотой 10,34% случаев при сопутствующем показателе кри-терия биокоррозионной активности почвогрунта 0,86±0,20 (Табл.1). Преобладали пробы со слабой агрессивностью грунта (55,17% случаев), с установленным значением критерия биокоррозионной активности грунта 2,44±0,193, отмечали достаточно высокий уровень выявления проб почвогрунта с умеренно агрессивной биокоррозионной активностью (34,5% случаев, показатель КБА 4,65±0,20).
Проведение микробиологических исследований почвы с целью бактериологической идентификации сульфатредуцирующих и тионовых бактерий показало отсутствие во всех пробах сульфатредуцирующих бактерий и выявление тионовых бактерий в различной концентрации.
Для характеристики влияния фактора внешней среды определяли pH грунта, учитывая, воздействие его на процесс биодеструкции и регистрировали содержание тионовых бактерий грунта. При рН грунта 5,43±0,04 создаются благоприятные условия для рос-та тионовых бактерий в почве при значении установленного показателя КБА 3,04±0,27.

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БИОКОРРОЗИОННОЙ АКТИВНОСТИ  ПОЧВОГРУНТА

Найдены параметры уравнения парной линейной регрессии, определена статистическая значимость коэффициента регрессии р=0,000, рассчитаны границы доверительного интервала для параметра, вычислены коэффициенты: корреляции R=0,97; R2скор скорректированный коэффициент детер-минации связи и проведена оценка тесноты связи между изученными фак-торами, рассчитан коэффициент детерминации R=0,95, определена его значимость с использованием F-критерия Фишера=518,01 при р<0,0000.
Проведенный множественный регрессионный анализ в системе переменных «факторы биокоррозионной активности почвогрунта», позволил выделить информативные данные моделирования показателя содержание тионовых бактерий в почве. Предложены информативные результаты моделирования показателя y – содержание тионовых бактерий (y) в зависимости от фактора (х) критерия биокоррозионной активности грунта (КБА). (R=0,97, R2скорректир. = 0,95, р=0,000). Уравнение регрессии y=-5,464+2,401*x, где х – значение критерия биокоррозионной активности грунта (КБА).
Исходя из приведенной модели, следует, что количественное содержание тионовых бактерий почвы грунтов зависит от показателя, характеризую-щего биокоррозионную активность. Установлена сильная зависимость (R=0,97), данная модель рассматривает формирование концентрации тионовых бактерий в почве. Вклад описанной модели в развитие этого процесса составляет 95% (р=0,000).

Выводы
1. При проведении комплексных исследований был установлен критерий биокоррозионной активности грунта (КБА), определяющий суммарный эффект действия различных факторов коррозии. Согласно значению этого показателя исследованные образцы почвогрунта подразделяли на 3 группы: слабо агрессивные, умеренно агрессивные, потенциально агрессивные.
2. Микробиологические исследования почвы с целью бактериологической идентификации сульфатредуцирующих и тионовых бактерий показали выявление тионовых бактерий в различной концентрации.
3. При проведении множественного регрессионного анализа в системе переменных «факторы биокоррозионной активности почвогрунта», установлены информативные данные моделирования показателя содержание тионовых бактерий в почве.
Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что сероокисляющие тионовые бактерии играют важную роль в развитии коррозии подземных ме-таллических трубопроводов и использовать полученные выводы при обосновании основных профилактических направлений. Эксплуатация подземных сооружений в агрессивных или весьма агрессивных грунтах должна проводиться при обеспечении регулярного контроля за состоянием сооружения и при осуществлении пассивной защиты его путем исполь-зования биостойких покрытий [10,11].

Литература:

1. Басиев К. Д., Бигулаев А. А., Кодзаев М. Ю. Механо-коррозионные процессы в грунтах и стресскоррозия в магистральных нефтегазопроводах. Вестник Владикавказского научного центра. 2005; 1(5): 47-53. 
2. Теплинский Ю.А. Актуальные вопросы эксплуатации маги-стральных газопроводов. СПб. : ООО Инфо-Да; 2004.
3. Харисов Р.А., Хабирова Ф.Р., Мустафин Ф.М. Основные при-чины возникновения дефектов изоляционных покрытий. Нефтегазовое де-ло. 2005; 4: 10-18.
4. Зайцева О. В. Кленова Н.А. Микробиологическая коррозия нефтегазовых трубопроводов и легирование стали для борьбы с ней. Нефтяное хозяйство. 2008; 4: 92-95.
5. Здольник С.Е., Рожко О.М., Филиппов В.В., Пантелеева А.Р., Тишанкина Р.Ф. Комплексный подход к решению проблем коррозии промысловых трубопроводов в ООО «РОСНЕФТЬ-Юганскнефтегаз» с ис-пользованием ингибитора коррозии – бактерицида СНПХ-1004. Терри-тория Нефтегаз. 2007;6: 62-65.
6. Кушнаренко В.М, Чирков Ю.А., Репях В.С. Биокоррозия сталь-ных конструкций. Вестник Оренбургского государственного университе-та. 2012;6: 160-164.
7. Little B.J., Lee J. S., Ray R.I. Diagnosing microbiologically influ-enced corrosion. A State of-the Art Review. Corrosion. 2006; 62: 1006-17.
8. Walsh W. Daniel. The implications of thermomechanical pro-cessing for microbiologically influenced corrosion. Corrosion. 1999; 188.
9. Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Пер. с англ. Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. М.: Мир; 1997.
10. Гержберт Ю.М., Логунова Ю.В., Токарев В. В., Шалай В. В., Штриплинг Л.О. Совершенствование оборудования для обезвреживания нефтезагрезненных материалов методом реагентного капсулирования. За-щита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2009;7: 18-23.
11. Сунагатов М.Ф. Стресскоррозия магистральных газопроводов. Безопасность труда в промышленности. 2011; 2: 52-57.