Моніторинг індикаторів біокорозійної активності грунтів полтавської області

Задорожня Світлана Олександрівна

учитель біології, учитель вищої категорії, учитель методист Полтавська гімназія №17

Cтеповий Даниїл Євгенович

учень 8 класу

 Моніторинг індикаторів біокорозійної активності грунтів полтавської області

Основною формою впливу магістральних нафто-газопроводів на довкілля при їх експлуатації є можливість забруднення ґрунтового масиву, повітряного басейну, води продуктами транспортування у разі виникнення аварійних ситуацій. Аналіз причин аварій трубопроводів показав, що більше 80% всіх аварій пов’язані з корозією металу труб. Для екологічно безпечної експлуатації підземних трубопроводів, крім методів корозійного захисту, необхідно оцінювати та враховувати корозійну активність ґрунтів, в яких вони прокладені.

На процеси корозії підземних металоконструкцій впливає ряд факторів, а саме: хімічна природа ґрунтів, їх вологість, питомий опір, наявність сульфатвідновлювальних бактерій, які відіграють значну роль серед мікробної асоціації ґрунтових мікроорганізмів та впливають на корозійні процеси на поверхні труби.

Метою даного дослідження є моніторинг індикаторів біокорозійної активності ґрунтів в районі прокладання нафто-газопроводів Полтавської області.

На протікання корозійних процесів впливає чимало факторів, важливість яких не можна недооцінювати. Причинами розвитку корозійних процесів у підземному середовищі є неоднорідність сольового складу та кислотності ґрунтів, порушення на окремих ділянках суцільності ізоляційного покриття, неоднакова вологість ґрунтів. Характер і кількість водорозчинних солей у ґрунті визначають його корозійну активність.

Процеси ґрунтової корозії підземних металоконструкцій підсилюються життєдіяльністю мікроорганізмів. Мікроорганизми використовують метал як джерело живлення або виділяють продукти, які його руйнують. З мікроорганізмів, що беруть участь у процесах корозії, велику роль відіграють сульфатовідновлюючі бактерії типу Sporovibrio desulfuricans (найбільш поширені у природі), тіосульфатоокиснюючі типу Thiobacillus thioparus, сіркобактеріі типу Thiobacillus thiooxidans, залізоспоживаючі типу Gallionella ferruginea, водозв’язуючі типу Hydrogenomonas flava, залізні бактерії типу Crenothrix і Leptothrix і нітратовідновлюючі типу Thiobacillus denitrificans.

Деякі бактерії і грибки можуть мати непрямий вплив на корозійний процес; вони утворюють на поверхні металу, що змочується водою, мікробіологічну плівку, яка сприяє виникненню концентраційних елементів.

Найбільш сприятливе середовище для розвитку сіркобактерій: грунт з рН = 5-9 (оптимально 6-7,5), 25-30°С, питомий опір 5-200 Ом∙м. Розвиток цих бактерій стимулює чорний мул і залишки розкладання рослинного або тваринного світу. У результаті дії цих бактерій утворюється сірководень, який, з’єднуючись із залізом, утворює сірчисте залізо.

Ступінь    небезпеки    біокорозіі   встановлюють   бактеріологічним аналізом  зразків  ґрунту,  який   дозволяє  виявити   перераховані   вище мікроорганізми [1 – 3]. Крім того, наявність та активну життєдіяльність мікроорганізмів, що активують корозійні процеси на зовнішній поверхні труби  можна  оцінити,   здійснивши  моніторинг  показників-індикаторів зазначених мікроорганізмів: рН, водно-сольовий склад, вміст гумусу тощо. При мінімальній вологості ґрунту швидкість корозії невелика. З підвищенням вологи до 10-12 % швидкість корозії зростає внаслідок збільшення інтенсивності роботи корозійних елементів, зменшення їх опору і збільшення їх розміру. Гранична вологість, що забезпечує максимальну швидкість корозії, залежить від природи ґрунту: для глин і суглинків –

близько 10-12 %, для піску – трохи нижче.

Якщо відсоток вологості перевищить зазначену цифру, то максимальна величина швидкості корозії не змінюється до деякої межі. Згідно з роботами А.В. Соловйова, В.Ф. Негреєва і Г.А. Аллахвердієва такою межею можна вважати 20-25 %. При такій вологості насичення ґрунту водою ще не досягає максимуму, зберігається можливість доступу кисню до металу, яка необхідна для підтримання деполяризації і забезпечення постійної швидкості корозії.

Після вказаної межі настає таке насичення ґрунту водою, при якому утворюється суцільний її шар, що різко уповільнює доступ кисню до металу. Швидкість корозії сильно знижується через усунення деполяризації [4].

Загалом, виділяють 5 зон, пов’язаних із залежністю характеру корозії від вологості ґрунту. Наведені вони на рис. 1, на якому представлена і карта Полтавщини з цими зонами. Для її побудови було використано такі значення вологості: для піску – 4-10 %, для легкого і середнього суглинку – 18-27 %, для важкого суглинку – 23-40 %, для торфу – 86-94%.

Як видно, ґрунти основної частини території Полтавщини мають можливість досягнення максимальної швидкості корозії. Це легко- і сереньосуглинисті ґрунти, розташовані майже на всій території області, за винятком західної і північно-західної частини, де наявні важкі суглинки і для яких є можливість зниження швидкості корозії через утворення суцільного шару води, адже вони є погано водопроникними. У заплавах річок Оржиця, Удай і Хорол, де наявні торфовища, можлива постійна невисока швидкість корозії, а у піщаних ґрунтах швидкість корозії може наближатися до максимальної величини.

Кислотність ґрунтів – це властивість ґрунтів, зумовлена присутністю в ґрунтовому розчині водневих іонів; представляється через рН.

В ґрунтах рН коливається від 3,5 (верхові торф’яники) до 8-9 (солончаки і солонці). Сильно кислі ґрунти мають рН 3,5-4,0, кислі – 4,0-5,0, слабо кислі– 5,0-6,0, нейтральні – 6,0-7,0, лужні – 7,0-8,0, сильнолужні – 8,0- 8,5.

Кислотність ґрунтів – це властивість ґрунтів, зумовлена присутністю в ґрунтовому розчині водневих іонів; представляється через рН.

Використовуючи результати [5, 6] побудовано карти біокорозійної активності ґрунтів Полтавщини залежно від значення азотних речовин (нітратів) та рН і вмісту сульфат-іонів (рис. 2 і 3).

Рис. 2. Карта біокорозійної активності ґрунтів Полтавської області залежно від значення азотних речовин (нітратів)

Високу біокорозійність мають ґрунти на заході та південному сході області (Пирятинський, Гребінківський, Оржицький, Хорольський, Новосанжарський і Лохвицький райони). Ґрунти північного заходу і сходу області (Чорнухівський, Полтавський, Чутівський і Карлівський райони) мають низьку корозійну активність. Ґрунти усіх інших районів, а це основна частина Полтавщини, відносяться до підвищеної біокорозійної активності.

Список використаної літератури:

4. Никитенко Е.А. Электрохимическая защита магистральных газопроводов от коррозии: Учеб. пособие. М.: Гостоптехиздат, 232 с.
5. Волков Б.Г., Тесов Н.И., Шуванов В.В. Справочник по защите подземных металлических сооружений от коррозии. Л.: «НЕДРА», 1975. 224 с.
6. Притула В.А. Электрическая защита от коррозии подземных металлических сооружений. М.: Госэнергонадзор, 1958. 240 с.
7. Притула В. А. Защита заводских подземных трубопроводов от коррозии. М.: Металлургиздат, 384 с. Притула В. А. Защита заводских подземных трубопроводов от коррозии. М.: Металлургиздат, 1961. 384 с.
8. Екологічний атлас Полтавщини / За ред. Голіка Ю.С., Барановського В. А., Ілляш О. Е. Полтава: Полтавський літератор, 2006. Випуск 128 с.
9. Степова О.В. Районування території Полтавської області за показниками корозійної агресивності ґрунтів. Екологічні науки: науково- практичний журнал / Головний редактор О.І. Бондар. К.: ДЕА.

№(3)22. С. 106 – 112.

Керівник: Степова О. В., доктор технічних наук, доцент, завідувач кафедри прикладної екології та природокористування Національного університету «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»