技術解説社会環境と微生物のかかわり − 微生物誘起腐食のメカニズムとその防止対策 − 中野光一（九州工業大学大学院生命体工学研究科）＊安西敏雄（九州工業大学大学院生命体工学研究科）** １. はじめに地衣類地球が誕生したのは約 45 億年前であり，地球最初の生動物物といわれる原始微生物が誕生したのは約 33 億年前であると考えられている．そして，人類はその長い歴史の中で微生物と深く関わってきたにもかかわらず，人類が微生物の存在に初めて気付くのは 17 世紀に入ってからである．カビ類・菌類高等微生物生物植物原生動物また，人類は味噌や醤油に代表される発酵食品等により古イワタケ、リトマスゴケ等原生動物（真核微生物）藻類下等微生物カビ、酵母、キノコ等アメーバ、ゾウリムシ等クロレラ、スピルリナ等藍藻類シアノバクテリア等細菌類細菌 ,放線菌等（原核微生物）くから微生物の恩恵を受けている一方で，微生物に関するウィルス・バクテリオファージ認識が一般に高まってきたのはごく最近で，それも SARS，図１微生物の分類 O-157，レジオネラ菌，赤潮等のように人類に害を及ぼす微生物によるものである場合が多い．このように微生物はン細菌等）や真正細菌（藍色細菌・グラム陰性細菌・グラ人類の社会環境に対して，良い意味においても，また悪いム陽性細菌等）の細胞内に核膜で仕切られた核を持たない意味においても深く関わっており，種々の産業分野におい原核生物が最初に出現し，続いて細胞内に核膜で仕切られて，金属材料で構成される各種装置や構造物に微生物誘起た核を有する真核生物であるカビ(茸・真菌類等)や原生動腐食（MIC：Microbially Influenced Corrosion）が発生物（アメーバ・ミドリムシ等）が進化し，現在に至っている．することも明らかになってきている．著者らは数百件にの２.２ぼる文献調査を行いながら，鋼材の微生物誘起腐食に関す微生物の各種特性による分類微生物は，その特性から独立栄養細菌と従属栄養細菌，る研究を行ってきており，本報告では微生物とその概要に好気性細菌と嫌気性細菌，グラム陽性細菌とグラム陰性細ついて述べるとともに，微生物誘起腐食のメカニズムとそ菌などに分類される．の防止対策について報告する． (1)独立栄養細菌と従属栄養細菌利用する炭素源の種類により微生物は 2 つのグループ２. 微生物とその概要に分類される．独立栄養細菌(Autotropf )は，二酸化炭素微生物の最初の発見は，オランダのレーウェンフック（CO2）・無機物・光を成長に必要とする．つまり，炭素 (A.van Leeuwenhoek)が 1648 年にロンドンの王立協会源としては二酸化炭素を利用し，成長に必要な栄養物としへ論文「歯垢中の動物の顕微鏡的観察」を寄稿したことにて無機物のみを要求するものである．例えば，化学合成独よるものとされており，その後，ビール中の酵母も発見し立栄養細菌（硝化細菌，硫黄酸化細菌，鉄酸化細菌，水素細ている．以下に微生物とその概要について述べる．菌等）は，無機物を酸化する時に生成する酸化エネルギーを２.１利用し，光合成細菌や藻類などは，光をエネルギー源とし微生物の分類微生物は原生動物であり，一般に図１に示すように，高て利用して増殖する．これらは独立栄養細菌に属する．一等微生物（真核微生物），下等微生物（原核微生物）およ方，従属栄養細菌(Heterotropf )は二酸化炭素を利用できびウイルス・バクテリオファージ等に分類され，その正式ず，有機物を栄養源として必要とする細菌で，上記以外のな命名法はリンネ(C.von Linne)の 3 名法に従い，ラテンほとんどの細菌がこれに属する．語表示（属名＋種名＋新種，変種，亜種）で示される．ま (2)好気性細菌と嫌気性細菌た，遺伝子レベルで微生物の進化の歴史を振り返ると，原微生物はその酸素要求性により，酸素（O2）を必要と始生物から原始細菌（好塩性細菌・高温性好酸細菌・メタする好気性細菌(Aerobic bacteria )，酸素を必要としない 16・社会環境と微生物のかかわり＊客員助教授：㈱高田工業所休職中＊＊客員教授：㈱高田工業所休職中偏性嫌気性細菌(Strict anaerobic bacteria )，および酸素果を有する気体の一つである二酸化炭素の大気中濃度ががあれば利用するが，酸素が無くても増殖できる通性嫌気増加すると気温が上昇するので，その削減が叫ばれている性細菌(Facultative anaerobic bacteria )に分類される．というわけである．ところが，図２の炭素循環の模式図に好気性細菌の液体培地では通常振とう機や通気攪拌槽が示すように，この二酸化炭素は微生物とも密接な関係が存用いられる．水に溶けている溶存酸素量は通常 7ppm 程度在する．大気中には体積比で約 0.03%の二酸化炭素が含まと少ないため，この溶存酸素濃度が増殖の律速因子となるれているが，この二酸化炭素は，まず植物や植物性プラン場合がある．偏性嫌気性細菌は，酸素の存在下で生育できクトン(微生物)によって陸や水中の有機物（生体構成材ないので，培養するには空気や酸素を二酸化炭素(CO2) 料）に変換される．そして，この陸や水中の有機物は，動や窒素(N2)に置換する必要がある．植物や微生物の呼吸により分解され大気中に二酸化炭素 (3)グラム陽性細菌とグラム陰性細菌として放出される一方，嫌気性細菌(Anaerobic bacteria ) デンマークで医師をしていたグラム(Hans.Christian. による炭酸発酵やメタン発酵により分解され，二酸化炭素 Joachim.Gram)が 1885 年に行った細菌の染色法によるやメタンガス（ CH4）を生成する．このうちの二酸化炭素分類のことで，細胞壁が色素ゲンチアンバイオレットやクは大気中へ放出されるが，メタンガスは，さらに好気性細リスタルバイオレットに染まり，濃青紫色を呈する細菌を菌により二酸化炭素へ変換され最終的に大気中へ放出さグラム陽性細菌，これらの色素に染まらない細菌をグラムれることになる．このように，大気中の二酸化炭素はその陰性細菌という．グラム陽性細菌の細胞壁はグラム陰性細形を変えながら，陸や水中の有機物から再び大気中へと循菌の細胞壁よりも厚く，構成成分としてペプチドグリカンが多いことが知られている．通常，グラム陰性細菌はその大気中 CO ２（約 0.03vol%）ままでは観察できないので，サフラニン水溶液等で対比染好気性細菌 CH 4 色や後染色を行ってから観察する．また，近年では染色する蛍光物質を変えることにより，核酸（DNA）を選択的に呼吸光合成染色する蛍光物質（DAPI やアクリジンオレンジ）を用いて，活性がある細胞(生菌)と非活性の細胞（死菌）を区分発酵 (植物、植物性プランクトン）（植物 , 動物 ,微生物）できるようになっている．さらに，FISH(Fluorescence in 嫌気性細菌陸や水中の有機物 situ hybridization)法と呼ばれる方法で，特有な塩基配列部分に相同的な蛍光標識付加した DNA プローブを結合さ図２炭素循環の模式図せることにより，特定の微生物のみを区分してその場観察できるようになってきている．２.３微生物の量と増殖窒素固定細菌平均的な細菌の細胞１個の大きさは，長さ 1.0∼3.0μm，腐敗・分解 (腐敗細菌の作用）しているとされ，これを良質な農業土壌 1km2 あたりに換大気中の窒素分子太陽の紫外線 /雷雨算すると，20kg 以上の細菌が生息していることになる．さらにこれを地球上の有効な土地全体で考えると，地球全体の微生物の総生体重量は，水生および陸生の全動物生体重同化動植物タンパク質 ( N２ ) 土壌細菌 ( Nitrosomonas ) 硝化細菌直径約 1.0μm，体積 1∼2μｍ3，質量は約 10−9mg である．肥沃な土壌 1g あたりには，細菌は約 100 万個∼1 億個生息アンモニア ( NH3 ) (植物の根や葉に共生又は土壌中や水中に単独で生息）同化量の 25 倍は存在すると見積もられている．また，微生物の図３亜硝酸塩 ( NO２ ) （植物の生長 ⇒ 動物のタンパク質へ）硝酸塩 ( NO3 ) 脱窒素細菌 (土壌中で窒素分子へ還元）タンパク質分子の 10∼ 15%は窒素原子で、生体の 8∼ １6 ％は窒素から成る土壌細菌 ( Nitrobacter ) 亜硝酸塩を酸化窒素循環の模式図増殖分裂速度は，速いもので約 11 分，遅いもので 3 時間程かかる．例えば，分裂速度 12 分の大腸菌(Escherichia coli ) の場合，わずか 3 日で 1 細胞から 2 の 360 乗個の細胞がで植物による摂取きることになる．この細胞量(約 1093kg)は莫大なもので，計算上は地球の質量(5.972×1024kg)よりも大きな数字となる．このように微生物は，生育に必要な栄養や環境などが整えば，爆発的に増殖するものであることがわかる．２.４硫酸塩（SO42- ）動植物の生体を構成する含イオウタンパク質硫酸塩還元細菌イオウ還元細菌イオウ酸化細菌イオウ粒子（S ）微生物の生物学的物質循環最近，環境問題で地球温暖化が良く話題に上る．温室効 TAKADA TECHNICAL REPORT Vol.16 2006 図４細菌による腐敗硫化物（S 2- ）硫化物酸化細菌硫黄循環の模式図社会環境と微生物のかかわり・17 環していることがわかるが，この二酸化炭素に含まれる炭素（C）に着目すると，なんと年間約 100 億トンもの炭素が循環していることになる．生物学的物質循環系を構成する各種元素としては，炭素の他に，年間約 10 億トンも循環する窒素の他，硫黄（S），サビコブリン（P），カルシウム（Ca），鉄（Fe），マグネシウム（Mg），ケイ素（Si），カリウム（K），ナトリウム（Na）等が挙げられるが，これらの生物学的物質循環系中でも微生物は重要な役割を演じている．図３および図４図５炭素鋼の微生物誘起腐食メカニズムに窒素循環の模式図および硫黄循環の模式図を示す．３. 微生物誘起腐食とそのメカニズムそもそも微生物腐食が最初に発表されたのは l934 年のことで，オランダのクーア(Kuhr)とブルート(Vlugt)によるものである．彼らは，土壌中に埋設された鋳鉄管の激しい腐食が硫酸塩還元細菌（嫌気性の中性環境下で硫酸イオンを硫化物イオンに還元する微生物）によるものであることを明らかにした．そして，微生物は空中・水中・地中の図６鉄酸化細菌(電子顕微鏡写真) あらゆる場所に存在し，生育条件が満たされれば増殖し，周囲の環境を変えて様々な材料を腐食させる場合があるンクつぼ型）をしており，配管内の流速は遅く，間欠的にことが明らかになってきた．つまり，通常の鉄鋼やステン流れている場合が多い，といった特徴を有している．レス鋼，銅合金，高ニッケル合金，アルミ合金などほとん淡水中におけるステンレス鋼の微生物誘起腐食のメカどの実用金属ばかりでなく，プラスチック材料，ガラス，ニズムは完全に解明されたわけではなく，種々のメカニズコンクリートといった非金属材料においても微生物誘起ムが提案されているが，ここでは一般的なステンレス鋼の腐食により侵されることが指摘されてきている．微生物誘起腐食メカニズムを図７に示す．３.１炭素鋼の微生物誘起腐食とそのメカニズム無機物の酸化によってエネルギーを得て水中の炭酸ガス地下水などの淡水に生息する鉄酸化細菌が絡んだバイを炭素源とする好気性の化学合成独立栄養細菌（例えば硫黄オフィルムと呼ばれるスライムが炭素鋼配管内部に付着酸化細菌：SOB 等）のバイオフィルムと呼ばれるスライムした場合には，短期間に著しい腐食を引き起こす場合があ層がステンレス鋼表面に形成されると，代謝時に有機物ととる．そのメカニズムを図５に，鉄酸化細菌の電子顕微鏡写もに硫酸（H2SO4）が生成される．そして，スライム層とス真を図６にそれぞれ示す．テンレス鋼との界面は嫌気的な環境となり，その嫌気的な界鉄酸化細菌が絡んだバイオフィルムと呼ばれるスライ面に，有機物の酸化によりエネルギーを得て有機物を炭素源ムが配管内部に付着すると，増殖に伴って配管との界面がとする嫌気性の化学合成従属栄養細菌（例えば硫酸塩還元細局部的に嫌気状態（酸素の無い状態）となり，酸素濃淡電菌：SRB 等）が侵入すると代謝時に有機物とともに硫化鉄池が生成する．この結果，配管から鉄が溶け出し配管肉厚（FeS）や硫化水素（H2S）が生成される．硫化鉄や硫化水が減少すると同時に，スライム中の鉄酸化細菌（好気性の素は先の化学合成独立栄養細菌により酸化され，酸化鉄や硫中性環境下で Fe を Fe に酸化する微生物）によってい酸などが生成され，腐食が進行する．このとき，内部のバイわゆるサビコブが形成される．これら一連の反応が過度にオフィルムは酸素の通過を妨げ，ステンレス鋼の不動態皮膜進行した場合，炭素鋼配管から漏洩することになる．また，の形成を阻止するとともに，局所的に自然電位を臨界腐食電酸素濃淡電池による炭素鋼の腐食原理に加えて，サビコブ位よりも貴化させて腐食を進行させる．図８にオーステナイ中に鉄と硫黄含有量の高い非晶質物質が確認される場合ト系ステンレス鋼の微生物誘起腐食事例を，図９にオーステがあることから，鉄酸化細菌のみならず一般細菌の代謝物ナイト系ステンレス鋼の微生物による選択腐食事例（オースの影響も検討されてきている．テナイトの選択腐食）を示す． 2＋３.２ 3＋ステンレス鋼の微生物腐食とそのメカニズムステンレス鋼の微生物誘起腐食は，非常に短期間で起こり，溶接部が母材部よりも多く，また，形態は虫穴状（イ 18・社会環境と微生物のかかわりスケルトン状の選択腐食は，フェライトが選択腐食を受ける場合もあり，選択腐食のメカニズムは完全に解明されていない． TAKADA TECHNICAL REPORT Vol.16 2006 好気性細菌（化学合成独立栄養細菌）(例：硫黄酸化細菌 SOB)H２SO４を代謝時に生成嫌気性細菌( 従属栄養細菌)(例：硫酸塩還元細菌 SRB)FeS, H２S を代謝時に生成気相と接触する部分で結露が生じ，より腐食が進行する図 10 コンクリートの微生物誘起腐食メカニズム図７ステンレス鋼の微生物誘起腐食メカニズム図８オーステナイト系ステンレス鋼の微生物誘起腐食事例図 11 図 12 図９オーステナイト系ステンレス鋼の微生物による選択腐食事例硫黄酸化細菌(電子顕微鏡写真) 腐食されたコンクリート外観菌(電子顕微鏡写真)を，図 12 に腐食されたコンクリート外観をそれぞれ示す．コンクリートの主成分である水酸化カルシウム（Ca(OH)2）は硫酸の作用によって硫酸カルシウム(CaSO4・３.３コンクリートの微生物腐食とそのメカニズムコンクリートの損傷は一般に経年変化に伴う老化や外力の作用などによって起こるが，メキシコの地熱発電所や 2H2O)とシリカゲル（SiO2・nH2O）に変化する．そして，シリカゲルは水に溶け易く，硫酸カルシウムは下水の飛沫などの少しの衝突でも崩落するパテ状の脆弱物質となる．下水道施設等においては，硫黄酸化細菌によって生成されこれまでに，腐食原因細菌として，硫化水素生成細菌に関た硫酸によるコンクリートの微生物誘起腐食が注目を集しては，Xanthomonas sp. ，硫黄酸化細菌に関しては，めている．コンクリート製の下水道管内では，硫化水素は Thiobacillus intermedius が同定されている．一方，微生物そのほとんどが硫酸塩還元細菌によって作られ，この硫酸より代謝される有機酸の種類は微生物によって異なり，好気塩還元細菌の還元によって作られた硫化水素は，水中で飽性一般細菌として，Bacillus subtillis からは多量の n-酪酸和状態または乱流によって空中に放出されることになる．および少量の酢酸（CH3COOH），Escherichia coli からはそして，硫黄酸化細菌の働きによって気相中に放出された硫多量の酢酸ならびに少量の n-酪酸，Penicillium expansum 化水素が酸化され，硫酸に変化することによりコンクリートからは多量のイソ吉草酸，Aureobasidium pullulans からはの腐食が進行することが知られている．図 10 にコンクリー多量のギ酸がそれぞれ溶出することが知られており，これらトの微生物腐食メカニズムの模式図を，図 11 に硫黄酸化細の影響も最近指摘されてきている． TAKADA TECHNICAL REPORT Vol.16 2006 社会環境と微生物のかかわり・19 ４. 微生物誘起腐食に及ぼす影響因子微生物誘起腐食には，様々な因子が影響を与えており，実際には複数の因子が関わっていると考えられる．ここでは，個々の因子を取り上げ，その微生物誘起腐食に及ぼすいると，微生物の増殖に必要な栄養源を供給することになり，微生物誘起腐食の可能性が高くなる． (4)滞留部や死水域の微生物誘起腐食に及ぼす影響流体の滞留部(液溜り)や死水域が存在すると，その部分影響について述べる．の流速はゼロとなり，浮遊微生物の濃度が高くなったり， (1)各種流体の微生物誘起腐食に及ぼす影響或いは沈殿したりして接液部にバイオフィルムが形成さ微生物誘起腐食は様々な流体環境のもとで発生するこれやすくなる．また，滞留部の酸素濃度が局所的に低下すとが確認されている．淡水系では，例えば実機の循環冷却ることも考えられる．各種沈殿槽等の場合，排水および汚水や室内試験(市水)でも発生するし 1)，海水系では，自然泥の導電率は高く，汚泥の溶存酸素濃度は低くなるため，海水や人工海水でも発生することが確認されている．また，硫酸塩還元細菌が繁殖しやすくなる．有機系の流体では，油の輸送管にも発生することが確認さ (5)大気(酸素)の微生物誘起腐食に及ぼす影響れてきている． (2)pH の微生物誘起腐食に及ぼす影響微生物誘起腐食に関与する菌種は，一般的にその系が密閉系か大気開放系か，つまり，溶存酸素濃度により，大ま使用されている材料が金属材料で，酸やアルカリに接液しかに好気性細菌が作用する場合と嫌気性細菌が作用するている環境では，まず酸やアルカリによる電気化学的な腐食場合に分けられる．ただし，嫌気的な環境下において好気を考える必要がある．ただし，微生物誘起腐食は酸やアルカ性細菌は活性を示さないが，好気的な環境下においては，リ環境下で発生しないのではなく，酸の種類が有機酸の場合好気性細菌によるバイオフィルムの下部において嫌気生は特に微生物が活性化している可能性もあり，また，アルカ細菌が繁殖する場合があるので注意を要する．リ環境下で生息する特殊な菌もある．例えば，多くの細菌は (6)流路の微生物誘起腐食に及ぼす影響中性ないし微アルカリ性(pH6.0∼8.0)で良好な増殖を示す流路が循環系を構成していない場合には，微生物誘起腐が，カビや酵母は酸性側(pH4.0∼6.0)で良好な増殖を示す．食が発生した部位よりも上流側の流体に何らかの栄養源また，乳酸菌，酢酸菌およびグルコン酸菌などの有機酸生成（リンや硫黄等）の存在が確認されたり，大気開放系であ菌は pH3.5 でも増殖する．さらに好酸性微生物と呼ばれるれば大気中から微生物とともに栄養源が供給される場合硫黄酸化細菌や鉄酸化細菌は pH が 1∼2 の範囲で良好な増がある．一方，流路が循環系を構成している場合でも，そ殖をすることが知られている．一方，好アルカリ性微生物のの途中に大気開放系があれば同様に大気中から微生物と増殖に最適な pH は 10 前後と考えられている．水道法第 4 ともに栄養源が供給される場合がある．流路が循環系を構条，厚生省令第 68 号（平成 11 年）における上水の水質基準成し，かつ密閉系の場合には，嫌気性細菌の活性が支配的に規定されている pH 値は 5.8∼8.6 であり，同様に厚生省環となるが，その活性度合いは，初期状態で封入された栄養計第 46 号（昭和 56 年）における排水再利用水の水質基準に源の範囲に限られる．規定されている pH 値も 5.8∼8.6 でほぼ中性である．一般に (7)温度の微生物誘起腐食に及ぼす影響微生物誘起腐食の特長でもあり，良く問題となるのはほぼ中ほとんどのステンレス鋼の自然腐食電位は，20℃およ性の環境下で発生するもので，この場合は単なる電気化学的び 30℃の天然海水中で貴な方向に 300∼350mV シフトし，な腐食としては取り扱うことができない．つまり，微生物の微生物誘起腐食が発生する．ライン河の水を冷却水に使用生理作用により生成される酸が影響を及ぼすのは，バイオフした例では，SUS321 鋼の場合は室温で，SUS316Ti 鋼のィルム直下のごく限られた領域で，系全体の pH にほとんど場合は 35℃∼55℃で溶接部に孔食が発生した．また，メ影響を及ぼさない場合が多いからである．フランスの製紙機キシコの地熱発電所における復水器中の高温微生物腐食械における白水(パルプを溶かした水)による腐食事例では，の事例では，SUS304L 製チューブを 2∼8 ヶ月間，40℃ pH は 5.9 で有機酸に富み，特に酢酸の濃度は 3.5ｇ/L にも ∼150℃の復水器の環境で暴露したところ，硫黄酸化細菌なり，白水中のでんぷん分解細菌や硫黄酸化細菌の存在を確による孔食を確認している．一方，熱水系におけるトラブ認している．ルは未だ潜在化しており，高温菌による 70℃における軟 (3)リンや硫黄の微生物誘起腐食に及ぼす影響鋼の腐食促進に関する研究例もある．多くの微生物はその生理（代謝）作用にリン酸を必要と (8)流速の微生物誘起腐食に及ぼす影響する．また，菌体の構成元素の一例をみると，例えば硫酸一般に流体の流速は，浮遊微生物の濃度，微生物の沈着塩還元細菌では硫黄，リン，鉄，カルシウム，マグネシウおよびバイオフィルムの形成に影響を及ぼすことから，設ムであり，硫黄酸化細菌では硫黄，リン，カリウム，ナト計上あるいは管理上重要なファクターとなる．発電所の復リウム等である．従って，流体中にリンや硫黄が含まれて水器に使用されている SUS304 鋼管の事例では，6 週間の 20・社会環境と微生物のかかわり TAKADA TECHNICAL REPORT Vol.16 2006 運転休止（流速=0）の間に広い範囲にわたって微生物誘および明暗変動の影響を調査した事例では，太陽光線下で起腐食による孔があいたとの報告がある．90/10Cu-Ni や腐食電位の貴化は，より一定に起こったとしている． AL-6X ステンレス鋼管を用いた伝熱管（外径 1.59cm）の (12)残留塩素の微生物誘起腐食に及ぼす影響事例では，流速 0.3∼0.5m/sec の条件で約 25 日後に微生水道法第 4 条，厚生省令第 68 号（平成 11 年）におけ物誘起腐食が発生している．また，ハワイ等で海水を用いる上水の水質基準に規定されている塩素イオン濃度はて行った事例では，内径 2.5cm の各種金属製の管に流速 200mg/L 以下であるが，硫酸塩還元細菌の存在下では， 1.8m/sec で海水を流したところ，バイオフィルムの形成塩素イオン濃度は 10ppm 前後の淡水で鋼に微生物誘起腐および微生物誘起腐食を確認している．さらに，天然海水食を引き起こすという報告もある．を用いた事例では，流速 0∼2.5m/sec の場合，1∼3 週間 (13)溶存酸素の微生物誘起腐食に及ぼす影響後には電流密度が増加し腐食の傾向は増加するが，流速厚生省環計第 46 号(昭和 56 年)における排水再利用水の 0.5∼2.5m/sec では電流密度が 103 mA/m 2 以上でも石灰水質基準に規定されている生物化学的酸素要求量BOD 値質沈着は起こらないとしている．復水器や熱交換器の場合は，15mg/L 以下(個別循環の場合)である．一般に，溶存は，浮遊微生物の沈殿を防止し熱伝達率を確保するために，酸素濃度は系の環境を左右し，溶存酸素濃度が比較的高設計値で 1.5m/sec，実際流速で 0.9m/sec 以上を保持するい場合には好気性細菌が活性を示し，溶存酸素濃度が低ことが必要であるとしている．い場合には嫌気性細菌が活性を示すことになる．一般に， (9)圧力の微生物誘起腐食に及ぼす影響溶存酸素量 Max7ppm が好気性細菌の増殖の律速因子と NASA(アメリカ航空宇宙局)の調査では，30km 上空（約なることがあるとされている．また，溶存酸素は電気化 0.01 気圧）が負圧側における微生物の生息限界で，40ｍ3 学的な腐食電位にも影響を及ぼす．新鮮な河川の水を用中に１個体の微生物が存在する程度であるとしている．一い，溶存酸素量やバイオフィルムの関係を調査した事例方，1,000 気圧以上の圧力を受ける水深 10,000ｍ以上の太では，この生成したバイオフィルムは好気性であるとし平洋海溝の海底でも微生物は検出されている．圧力の微生ている物活性に及ぼす影響を調査した研究は少ないが，一般に数的環境，下層部は嫌気的環境となるため，これらに対す気圧程度の加圧状態では，微生物に与える影響はごく小さる配慮が必要である．いものと考えられている．廃水処理に用いられている嫌気 (14)流体のろ過・殺菌・滅菌等の微生物誘起腐食に及ぼす生物消化槽からの液体培地中では，軟鋼は一般的に 1∼7 気圧で腐食を受けるという報告もある 2)．さらに，石油掘 3)．一般に，貯水池や湖沼の場合，上層部は好気影響微生物の細胞を構成する主要元素は，炭素，水素（H2），削時に，高圧細菌の存在も確認されてきている．酸素，窒素，リンおよび硫黄等であり，生物に対する毒作 (10)暴露期間の微生物誘起腐食に及ぼす影響用元素としては，水銀（Hg），銀（Ag），銅（Cu）およ栄養や環境さえ整えば微生物は爆発的に増殖するため，びニッケル（Ni）等が挙げられる．流体をろ過・殺菌・微生物誘起腐食もわずか数日という短期間で発生するも滅菌等により微生物誘起腐食を防止する場合には，それぞのから，数年の後に発生するものなど様々である．れの特性を理解しておく必要がある．蛍光染色法を用いた SUS304L鋼管を井戸水に 4日間浸漬した事例では，SEM 計測例によると，酸化チタン(TiO2)光触媒基盤の殺菌効観察により，孔食の発生を確認している．消防車の水タン果は優れているが，塩素（Cl）の殺菌効果はバイオフィルクの事例では，容量 500 ガロンの SUS304 製タンク 66 基ムが形成されると低下し，過酸化水素処理による殺菌は有のうち，50％が 2 年間の使用で貫通漏れ事故を起こしてい効ではないとの報告がある．また，移動式水処理プラントる．深さ 500ｍの真水の井戸の例では，井戸を 2 年間放置等で，塩素酸カルシウム(Ca(ClO3)2・2H2O）による消毒したところ SUS304 鋼製のろ過用の網が微生物腐食によりを行う場合には，過塩素酸カルシウム粒を充分に溶解して破損していた．また，アメリカのメタノール製造プラントおく必要があるとしている．さらに，オゾン（O3 ）の微の事例では，10 年以上経過した多管凝縮器に微生物の作用生物抑制効果を実験室的に検討した事例では，0.2∼ によると考えられる洞穴状の陥没が確認されている． 0.5ppm のオゾンに 10∼15 分接触させると好気性バイオ (11)光の微生物誘起腐食に及ぼす影響フィルムには抑制効果が認められ，ステンレス鋼のバイ光が存在すると，光合成細菌や藻類などの炭酸ガスを利オフィルムを分離する効果はあったが，炭素鋼ではこの用できる独立栄養細菌が活性を示すことになるが，海水中効果は認められなかったとしている．で行ったステンレス鋼の微生物腐食の実験では，日光や温 (15)表面処理の微生物誘起腐食に及ぼす影響度により腐食電位の高まりが左右されるとしている．また，海水中のステンレス合金の腐食電位に対する微生物付着 TAKADA TECHNICAL REPORT Vol.16 2006 微生物の大きさは，一般におよそ 1μｍ程度であるため，接液部の最大表面粗さを RMAX＜1μｍとすると，微生物社会環境と微生物のかかわり・21 が材料表面の凹凸部に入りこんだり，付着したりするのをされており，これらは配管の閉塞や微生物誘起腐食の原因防止できる．一般に各種食品産業や医薬品産業におけるサとなるため，ジェット洗浄やピグ洗浄等による定期的なクニタリー仕上げとして多用され，オーステナイト系ステンリーニング処理が必要となる．レス鋼等の食品や医薬品が接触する金属の表面に＃800 (5)表面被覆法（内面コーティング）以上の表面仕上げ(鏡面研磨)を施している．表面被覆法としては，エポキシ系塗料塗布法（エポキシライニング法），抗菌・殺菌塗料塗布法，抗菌性メッキ（ニ５. 微生物誘起腐食の防止対策一般に微生物誘起腐食は多種多様なケースに及ぶため，ッケル−リン−テフロン複合メッキ皮膜）等があげられ，エポキシ系塗料塗布法（エポキシライニング法）は多用さその防止対策も多岐にわたり，対象設備・機器の経年状況れている．によっても微生物誘起腐食の防止対策は異なってくる．新 (6)薬剤の投与設および既設の設備・機器において実施可能と考えられる殺菌，滅菌，消毒等のために投与する薬剤は，微生物具体的な微生物誘起腐食対策のまとめを表１に示す．誘起腐食の原因細菌をある程度特定してから，その種５.１類・濃度等を設定する必要がある．化学殺菌剤として用既設の設備・機器における微生物誘起腐食の防止対策いられるものは大きく 2 つのグループ，すなわち酸化性既設の設備・機器において微生物誘起腐食が疑われる場のものと非酸化性のものに分けられる．酸化性殺菌剤に合には，まず，個々のケースにおいて，その微生物誘起腐は塩素，二酸化塩素（ClO2），およびオゾンがあり，非食の可能性評価やその特徴を調査する必要がある．微生物酸化性殺菌剤には第４級アンモニウム塩，ホルムアルデ誘起腐食の対策の実施順序はより効果的と考えられる順ヒド（CH2O），陰イオン界面活性剤および非イオン界序にあらかじめ設定しておくべきである．以下に述べる対面活性剤がある．策は，その 1 つを実施するのではなく，複数の対策を組みまた，化学殺菌剤以外の飲料工場や食品工場などでよく合わせて実施することにより，効果的に微生物誘起腐食を用いられる殺菌剤等においても，その種類は，アルコール防止できると考えられる．系，過酸化物系，ヨウ素系，塩素系，カチオン系，および (1)緊急停止システムの構築両性界面活性剤系など多岐に渡るので，その選定に当って既設配管等の設備において，微生物誘起腐食が発生したは，用途や適用条件を確認しておく必要がある．一方，水場合，漏洩の程度や腐食の範囲等に応じて，安全上問題が道水の原水に含まれる腐食質と滅菌用の塩素が化合して無いように，漏洩個所に応じて緊急遮断位置や運転停止指できる有機塩素系化合物の一種であるトリハロメタンは，示系統等を確認しておくことが必要となる．発癌性を有するので，この対策を充分検討しておく必要も (2)緊急復旧対策の構築ある．微生物誘起腐食により，やむを得ず配管の通水運転を停止する場合，緊急復旧対策案や補修法案を構築しておくこ (7)UV 法（紫外線照射法）の適用 UV 法は，プールや井戸水の殺菌のほか，食品加工の分とは必要である．例えば，漏洩の程度や範囲等に応じて，野でも多用されており，既設の配管設備等においても適用バイパス管の設置や取り替え用の予備配管(内面樹脂コー可能である．この紫外線照射法は，水質変化が無く，設置ティング)の準備が必要となる場合も想定される．また，工事も比較的簡単である．一時的な部分補修のために，パテ等を塗布したり，エポキ (8)オゾン法の適用シ樹脂をスプレーして漏洩孔を塞ぐ方法による補修法案オゾンには，塩素の約 6∼7 倍の殺菌力（酸化力）があも検討しておく必要がある．り，脱臭や漂白作用もあることから，オゾン発生装置やオ (3)取水口におけるフィルターの設置ゾン水（オゾン濃度は 5∼10ppm 程度）を適用したオゾ水質に応じたフィルターの選定や場合によっては設ン法は，用途に応じて比較的多用されている．また，オゾ計が必要となるが，藻類による弊害が大きな割合を占めン発生装置は空気中の酸素を原料に安価で容易に生成さる場合，取水口におけるフィルターの設置は有効と考えせることができ，自然に酸素に戻るので，残留毒性が極められる．フィルターの材質は非金属材料（セラミック製て少なく，安全であるという特長もある．や高分子材料製）とし，メッシュは圧力損失や藻類の大 (9)非破壊検査法の適用きさの実情を考慮して多段階に分けて選定する必要が既設の設備・配管等における微生物誘起腐食の程度を定ある．期的に確認したり，モニタリングする方法としては，UT (4)クリーニング処理の定期的な実施（超音波探傷試験）や MT（磁粉探傷試験）等の非破壊検既設の配管内には，バイオフィルムや藻類の付着が確認 22・社会環境と微生物のかかわり査法を応用した種々の方法がある． TAKADA TECHNICAL REPORT Vol.16 2006 表１新設および既設の設備・機器における微生物誘起腐食の防止対策条件分類対策項目具体的な対策例環境条件 (運転条件) 構造変更温度コントロール pH コントロール塩素濃度コントロール流体の流速コントロール流体の圧力コントロール循環系を含め，滞留部をなくす構造を検討する．流体温度を 50℃以上にする．(局所的に 50℃以上となる部分を設ける) pH＜3 または pH＞8 にする． 15ppm 以上にする．流速を 2.5m/s 以上にする．減圧または 10 気圧以上とする．好気性細菌のみが作用している場合酸素濃度を 7ppm 以下とする．嫌気性細菌のみが作用している場合，酸素濃度を上げる．リン（P）や硫黄（S）成分等を除去する．毎月 1 回以上洗浄処理を行う．酸素濃度コントロール栄養源の除去クリーニングの適用材料条件その他溶接施工方法の検討表面研磨の適用表面被覆の適用(1) 表面被覆の適用(2) 残留応力コントロール抗菌材料の適用ろ過法の適用薬剤の投入電気防食法の適用 UV 法の適用オゾン法の適用電磁場処理方式の適用非破壊検査法の適用モニタリングの適用５.２ IP(溶込み不足)フリー，テンパーカラー(酸化皮膜)フリーの施工法を適用する．接液部表面の表面粗さを♯800 以上の仕上げとする.（再研磨法）エポキシ系塗料，抗菌塗料，抗菌メッキ等を適用する．樹脂管（塩化ビニル管，ポリオレフィン管）や樹脂内面被覆管を適用する．残留応力を圧縮側にする.（サンドブラスト等）銀分散型ステンレス鋼などを適用する．ろ過処理（フィルタリング）を行う．薬剤を投入して，殺菌(アルコール，次亜塩素酸ソーダ等)・滅菌等の処理を行う．カソード防食による微生物腐食を防止する． UV（紫外線）照射により殺菌する．オゾンにより殺菌する．動磁場によりスケール等の表面の付着物を除去する． UT（超音波探傷試験）や MT（磁粉探傷試験）等の非破壊検査により，定期的に材厚を管理する．電気化学的ノイズ法によるオンラインモニタリングを検討する．新設の設備・機器における微生物誘起腐食の防止対策新設設備においても，あらかじめ微生物誘起腐食の可能対応設備新設既設 ○ ○ △ ○ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ (5)運転条件の検討管や容器の内部流体に最低必要とされる流速や流量について検討することが可能となるので，例えば，同じ流量でも流性を予測・推定しておく必要がある．速が 2.5m/s 以上となるように管径を選定することができる． (1)適用材料の選定 (6)表層取水システム新設の場合は，耐微生物誘起腐食性を考慮した材料の適微生物誘起腐食の主たる原因菌が，取水池底部近傍に多用可能性について検討することも可能であり，例えば，銀く分布する嫌気性の硫酸塩還元細菌の場合には，表層取水分散型ステンレス鋼等の抗菌材料を選定したり，炭素鋼のシステムの導入により取水池の表層から取水することで，内面にポリエチレンやエポキシ樹脂等を塗覆装して使用溶存酸素濃度が比較的高く，好気的な原水を取り入れるこする等の選択肢がある．とにより，微生物誘起腐食を防止できると考えられる．た (2)内面研磨だし，表層の藻類や浮遊物を巻き込んで取水しないような微生物の大きさは 1mμ程度であり，この微生物が付着工夫が必要である．しないようにするには，接液部表面の平滑性が要求される．通常は，表面粗さを♯800 以上とするサニタリー仕上げにより微生物付着の防止が可能である． (3)溶接接合部の処理新設の場合は，前述のとおり，バイオフィルムや藻類の付着を防止するために，溶接部内面の局所的な凹凸を無くすよう配管の内面接液側溶接部の平滑性を考慮し，IP（溶込み不足）フリー，テンパーカラー（酸化皮膜）フリーの耐微生物誘起腐食性を指向した溶接施工法を検討することも重要となる． (4)構造変更の検討初期段階の構造変更により，循環系を含め，滞留部や死水域をなくす構造を検討し，微生物の温床を断つための検討も重要となる. TAKADA TECHNICAL REPORT Vol.16 2006 ６. おわりに微生物とその概要ならびに微生物誘起腐食のメカニズムとその防止対策について総括的記述を試みた．みなさまの業務の一助になれば幸いである．参考文献 1)井芹一，高橋那幸，米田祐：淡水冷却水系におけるスライムコントロール処理と電位変化，材料と環境討論会講演集，Vol.2000,pp.9-10,(2000) 2)Englert G E, Mueller I L : The Corrosion Behaviour of Mild Steel and Type 304 Stainless Steel in Media from an Anaerobic Biodigestor, International Bio-deterioration and Biodegradation, Vol.37, No.3 / 4, pp.173-180, (1996) 3)Dickinson W H, Lewandowski Z, Geer R D : Evidence for Surface Changes During Ennoblement of Type 316L Stainless Steel: Dissolved Oxidant and Capacitance Measurements, Corrosion, Vol.52, No.12, pp.910-920, (1996) 社会環境と微生物のかかわり・23