미생물 부식 (MIC : Microbiologically Influenced Corrosion)

1. MIC의 정의

 

 

**미생물에 의한 부식(MIC)**은 미생물이 금속 표면에서 형성된 바이오필름을 통해 부식을 가속화하거나 촉진하는 현상입니다. 이는 금속과 미생물 간의 전기화학적 반응, 미생물 대사 과정에서 생성되는 화학 물질, 그리고 금속 표면의 환경 변화 등 복합적인 요인으로 발생합니다.

 

• 특징: MIC는 물리적, 화학적 부식과 다르게 생물학적 요인이 중요한 역할을 하며, 일반적인 부식 방지 대책으로는 효과적인 제어가 어렵습니다.

• 발생 위치: 주로 배관 내부, 저장탱크, 해양 구조물, 발전소 냉각 시스템에서 발생합니다.

 

2. MIC를 유발하는 미생물

 

MIC를 유발하는 미생물은 금속 표면에 **바이오필름(Biofilm)**을 형성하며, 대사를 통해 금속 부식을 유발하거나 촉진합니다.

 

2.1 황산염 환원균(Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)

 

• 활동 조건: 혐기성 환경에서 활동. 산소가 없는 물 속이나 흙 속에서 주로 발견됨.

• 대사 산물: 황화수소(H₂S)를 생성.

• 부식 메커니즘:

1. SRB는 황산염(SO₄²⁻)을 황화물(S²⁻)로 환원합니다.

2. 생성된 황화물은 금속 이온과 반응하여 황화금속(Metal Sulfide)을 형성하며 국부적인 부식을 일으킵니다.

3. H₂S는 금속 표면에서 직접 전기화학적 부식을 촉진합니다.

• 결과: 국부적 부식(Pitting Corrosion)과 크레비스 부식(Crevice Corrosion)을 심화.

 

2.2 황산화 세균(Sulfur-Oxidizing Bacteria, SOB)

 

• 활동 조건: 호기성 환경에서 활동. 해양, 강물, 산업 폐수 등 산소가 풍부한 환경에서 발견.

• 대사 산물: 황산(H₂SO₄).

• 부식 메커니즘:

1. SOB는 황화물(S²⁻)이나 유황(S)을 산화하여 황산을 생성합니다.

2. 황산은 금속 표면을 산성화하여 전기화학적 부식을 가속화합니다.

• 결과: 금속 표면의 보호막 파괴와 광범위한 부식.

 

2.3 철 산화균(Iron-Oxidizing Bacteria, IOB)

 

• 활동 조건: 산소가 풍부한 환경에서 활동. 특히 지하수, 산업용 냉각수 시스템에서 흔함.

• 대사 산물: 철산화물(Fe₂O₃).

• 부식 메커니즘:

1. IOB는 금속 표면에서 철(Fe)을 산화하여 철 이온(Fe³⁺)을 생성.

2. 산화 철은 금속 표면에 침전되어 산소 공급을 차단하는 대신 국부적인 부식을 유도.

• 결과: 금속 표면의 불균일 부식 및 성능 저하.

 

2.4 탄소화합물 분해 미생물

 

• 활동 조건: 유기물이 풍부한 환경에서 활동.

• 대사 산물: 초산, 포름산 등 유기산.

• 부식 메커니즘:

1. 유기산은 금속 표면의 산성도를 높여 부식을 유발.

2. 국부적 전기화학 반응을 촉진하여 부식 속도를 가속화.

• 결과: 전반적 부식(Uniform Corrosion)을 일으킴.

 

3. MIC의 발생 환경

 

MIC는 미생물이 성장할 수 있는 특정 환경 조건에서 주로 발생합니다.

 

3.1 습한 환경

 

• 습기가 있는 환경은 미생물 성장에 필수적입니다.

• 배관 내부, 물탱크, 해양 구조물, 냉각수 시스템에서 MIC가 흔히 발생합니다.

 

3.2 산소 농도

 

• 혐기성 환경: 산소가 부족한 환경에서 SRB가 활발히 활동.

• 호기성 환경: 산소가 풍부한 환경에서는 SOB와 IOB가 활동.

 

3.3 영양분 공급

 

• 황산염, 질소 화합물, 유기물 등이 미생물 성장에 필요한 주요 영양소로 작용합니다.

• 오염된 물이나 산업 폐수는 MIC를 유발하는 영양분이 풍부합니다.

 

3.4 온도와 pH

 

• 일반적으로 20~50°C의 온도에서 미생물 활동이 가장 활발합니다.

• pH 5~8 범위에서 MIC가 가장 많이 발생하며, 특히 중성에서 약산성 조건이 위험합니다.

 

4. MIC의 영향

 

4.1 구조적 손상

 

• MIC로 인해 금속이 부식되면서 배관, 저장탱크, 기계 설비가 약화됩니다.

• 심각한 경우 설비 파열이나 붕괴가 발생할 수 있습니다.

 

4.2 경제적 손실

 

• MIC로 인해 설비 수명이 단축되고 유지보수 비용이 증가합니다.

• 배관 교체 및 설비 복구 비용이 막대합니다.

 

4.3 안전 문제

 

• 부식된 설비에서 화학물질이나 오염 물질이 누출되면서 환경 및 인명 피해를 초래할 수 있습니다.

 

5. MIC의 예방 및 제어 방법

 

5.1 물리적 제어

 

• 표면 세척: 바이오필름 제거를 위해 정기적으로 금속 표면을 세척.

• 피막 처리: 금속 표면에 부식 방지 코팅을 적용하여 미생물 부착을 방지.

 

5.2 화학적 제어

 

• 생물학적 억제제(Biocides): 미생물의 성장을 억제하는 약품을 투입.

• 부식 억제제: 금속 표면에서 부식을 늦추는 화학물질 사용.

 

5.3 환경 관리

 

• pH 조절, 영양분 공급 억제, 산소 농도 조절 등을 통해 미생물 생장을 억제.

 

5.4 설계 개선

 

• 내부 코팅이 강화된 배관 사용.

• 유속을 높여 바이오필름 형성을 억제.

 

5.5 정기적인 유지보수

 

• 배관 내부 상태를 정기적으로 점검하고 필요한 경우 세척 및 억제제를 투입.

 

6. 결론

 

MIC는 단순한 부식을 넘어 생물학적 요인과 환경 요인이 복합적으로 작용하는 현상입니다. 이를 효과적으로 제어하기 위해서는 정확한 분석, 예방 기술, 정기적인 점검이 필요합니다.