نشكرك على زيارة موقع Nature.com. أنت تستخدم متصفحًا يدعم CSS بشكل محدود. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). بالإضافة إلى ذلك، ولضمان استمرار الدعم، نعرض الموقع بدون أنماط CSS وجافا سكريبت.
يعرض شريطًا دائريًا من ثلاث شرائح في وقت واحد. استخدم زري "السابق" و"التالي" للتنقل بين الشرائح الثلاث في كل مرة، أو استخدم أزرار التمرير في النهاية للتنقل بين الشرائح الثلاث في كل مرة.
في بيئات المياه العذبة، يُلاحظ غالبًا تسارع تآكل الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ. أُجريت هنا دراسة غوص في خزانات مياه عذبة لمدة 22 شهرًا باستخدام تسعة أنواع من الفولاذ. لوحظ تسارع التآكل في الفولاذ الكربوني والفولاذ الكرومي والحديد الزهر، بينما لم يُلاحظ أي تآكل مرئي في الفولاذ المقاوم للصدأ حتى بعد 22 شهرًا. أظهر تحليل المجتمع الميكروبي أنه خلال التآكل العام، ازدادت أعداد البكتيريا المؤكسدة للحديد الثنائي في المرحلة المبكرة من التآكل، والبكتيريا المختزلة للحديد الثلاثي في ​​مرحلة تطور التآكل، والبكتيريا المختزلة للكبريتات في المرحلة النهائية من تآكل المنتج. على النقيض من ذلك، كانت بكتيريا بيجياتوكايا وفيرة بشكل خاص في الفولاذ المحتوي على 9% كروم والذي تعرض لتآكل موضعي. اختلفت تركيبات المجتمعات الميكروبية هذه أيضًا عن تلك الموجودة في عينات المياه ورواسب القاع. وبالتالي، مع تقدم التآكل، يخضع المجتمع الميكروبي لتغيرات جذرية، ويخلق استقلاب الطاقة الميكروبي المعتمد على الحديد بيئة يمكن أن تُثري الكائنات الحية الدقيقة الأخرى.
تتعرض المعادن للتلف والتآكل نتيجة عوامل بيئية فيزيائية وكيميائية متنوعة، مثل درجة الحموضة ودرجة الحرارة وتركيز الأيونات. وتؤثر الظروف الحمضية ودرجات الحرارة المرتفعة وتركيزات الكلوريد بشكل خاص على تآكل المعادن^1،2،3. غالبًا ما تؤثر الكائنات الدقيقة في البيئات الطبيعية والمبنية على تآكل المعادن، وهو سلوك يُعرف بالتآكل الميكروبي^{4،5،6،7،8}. يُلاحظ التآكل الميكروبي عادةً في بيئات مثل الأنابيب الداخلية وخزانات التخزين، وفي شقوق المعادن، وفي التربة، حيث يظهر فجأة ويتطور بسرعة. لذلك، يُعد رصد التآكل الميكروبي والكشف المبكر عنه أمرًا بالغ الصعوبة، ولذا يُجرى تحليله عادةً بعد حدوث التآكل. وقد نُشرت العديد من الدراسات حول حالات التآكل الميكروبي، حيث وُجدت البكتيريا المختزلة للكبريتات بشكل متكرر في نواتج التآكل^{9،10،11،12،13}. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت هذه البكتيريا تُساهم في بدء التآكل، نظرًا لأن الكشف عنها يعتمد على التحليل بعد حدوث التآكل.
في الآونة الأخيرة، بالإضافة إلى البكتيريا المؤكسدة لليود²¹، تم الإبلاغ عن العديد من الكائنات الدقيقة المحللة للحديد، مثل البكتيريا المختزلة للكبريتات المحللة للحديد¹⁴، والميثانوجينات¹⁵،¹⁶،¹⁷، والبكتيريا المختزلة للنترات¹⁸، والبكتيريا المؤكسدة للحديد¹⁹، والأسيتوجينات²⁰. في ظل ظروف المختبر اللاهوائية أو شبه الهوائية، تُسبب معظم هذه الكائنات تآكل الحديد الصفري والفولاذ الكربوني. علاوة على ذلك، تشير آليات التآكل إلى أن الميثانوجينات والبكتيريا المختزلة للكبريتات المسببة لتآكل الحديد تُعزز التآكل عن طريق استخلاص الإلكترونات من الحديد الصفري باستخدام الهيدروجينازات خارج الخلوية والسيتوكرومات متعددة الهيم، على التوالي²²،²³. يُقسم التآكل الميكروبي إلى نوعين: (أ) التآكل الميكروبي الكيميائي (CMIC)، وهو تآكل غير مباشر ناتج عن أنواع بكتيرية مُنتجة ميكروبيًا، و(ب) التآكل الميكروبي الكهربائي (EMIC)، وهو تآكل مباشر ناتج عن استنزاف الإلكترونات من المعدن²⁴. يُعدّ التآكل الميكروبي المُحفّز بنقل الإلكترونات خارج الخلية (EMIC) ذا أهمية بالغة، لأن الكائنات الدقيقة التي تمتلك هذه الخاصية تُسبب تآكلًا أسرع من الكائنات الدقيقة الأخرى. في حين أن إنتاج الهيدروجين عبر اختزال البروتونات (H+) هو العامل المحدد لمعدل التآكل الميكروبي المُحفّز بالخلايا (CMIC) في الظروف اللاهوائية، فإن التآكل الميكروبي المُحفّز بالخلايا (EMIC) يحدث عبر استقلاب نقل الإلكترونات خارج الخلية، وهو مستقل عن إنتاج الهيدروجين. ترتبط آلية نقل الإلكترونات خارج الخلية في مختلف الكائنات الدقيقة بأداء الوقود الخلوي الميكروبي والتخليق الحيوي الكهربائي^{25،26،27،28،29}. ولأن ظروف استزراع هذه الكائنات الدقيقة المُسببة للتآكل تختلف عن تلك الموجودة في البيئة الطبيعية، فليس من الواضح ما إذا كانت عمليات التآكل الميكروبي المُرصودة تعكس التآكل في الواقع. لذلك، يصعب رصد آلية التآكل الميكروبي المُحفّز بهذه الكائنات الدقيقة في البيئة الطبيعية.
لقد سهّل تطوير تقنية تسلسل الحمض النووي دراسة تفاصيل المجتمعات الميكروبية في البيئات الطبيعية والاصطناعية، فعلى سبيل المثال، استُخدم التوصيف الميكروبي القائم على تسلسل جين 16S rRNA باستخدام أجهزة التسلسل من الجيل الجديد في مجال علم البيئة الميكروبية^30،31،32. ونُشرت العديد من الدراسات حول التآكل الميكروبي التي فصّلت المجتمعات الميكروبية في التربة والبيئات البحرية^{13،33،34،35،36}. وبالإضافة إلى بكتيريا اختزال الكبريتات، فقد أُبلغ أيضاً عن زيادة في بكتيريا أكسدة الحديد الثنائي (FeOB) وبكتيريا النترجة في عينات التآكل، مثل بكتيريا أكسدة الحديد الثنائي (FeOB) من جنس Gallionella وDechloromonas، وبكتيريا النترجة من جنس Nitrospira، في الفولاذ الكربوني والنحاسي في التربة³³. وبالمثل، في البيئة البحرية، لوحظ استعمار سريع لبكتيريا مؤكسدة للحديد تنتمي إلى فئتي زيتابروتيوبكتيريا وبيتابروتيوبكتيريا على الفولاذ الكربوني لعدة أسابيع. تشير هذه البيانات إلى مساهمة هذه الكائنات الدقيقة في التآكل. مع ذلك، في العديد من الدراسات، تكون مدة الدراسة والمجموعات التجريبية محدودة، ولا يُعرف إلا القليل عن ديناميكيات المجتمعات الميكروبية أثناء التآكل.
في هذه الدراسة، قمنا بتحليل التآكل الميكروبي للفولاذ الكربوني، والفولاذ الكرومي، والفولاذ المقاوم للصدأ، والحديد الزهر، باستخدام تقنية الغمر في بيئة مياه عذبة هوائية ذات تاريخ من أحداث التآكل الميكروبي. تم أخذ عينات بعد 1، 3، 6، 14، و22 شهرًا، ودُرست معدلات تآكل كل معدن ومكون ميكروبي. تُقدم نتائجنا رؤىً ثاقبة حول الديناميكيات طويلة الأمد للمجتمعات الميكروبية أثناء التآكل.
كما هو موضح في الجدول 1، استُخدمت تسعة معادن في هذه الدراسة. غُمرت عشر عينات من كل معدن في حوض من الماء العذب. وكانت جودة مياه المعالجة كما يلي: 30 جزءًا في المليون من الكلوريد، و20 ملي سيمنز/متر، و20 جزءًا في المليون من الكالسيوم، و20 جزءًا في المليون من ثاني أكسيد السيليكون، وعكارة 1 جزء في المليون، ودرجة حموضة 7.4. وبلغ تركيز الأكسجين المذاب في أسفل سلم أخذ العينات حوالي 8.2 جزء في المليون، وتراوحت درجة حرارة الماء بين 9 و23 درجة مئوية حسب الموسم.
كما هو موضح في الشكل 1، بعد شهر واحد من غمر عينات الفولاذ الكربوني في بيئات حديد الزهر وفقًا لمعايير ASTM A283 وASTM A109 (الحالة 4/5) وASTM A179 وASTM A395، لوحظت نواتج تآكل بنية اللون على سطح الفولاذ الكربوني على شكل تآكل عام. ازداد فقدان الوزن لهذه العينات مع مرور الوقت (الجدول التكميلي 1)، وبلغ معدل التآكل 0.13-0.16 ملم سنويًا (الشكل 2). وبالمثل، لوحظ تآكل عام في أنواع الفولاذ ذات المحتوى المنخفض من الكروم (1% و2.25%) بمعدل تآكل يبلغ حوالي 0.13 ملم/سنة (الشكلان 1 و2). في المقابل، يُظهر الفولاذ الذي يحتوي على 9% كروم تآكلًا موضعيًا يحدث في الفجوات التي تشكلها الحشيات. يبلغ معدل تآكل هذه العينة حوالي 0.02 ملم/سنة، وهو أقل بكثير من معدل تآكل الفولاذ الذي يعاني من التآكل العام. في المقابل، لا تظهر الفولاذات المقاومة للصدأ من النوع 304 و 316 أي تآكل مرئي، مع معدلات تآكل مقدرة بأقل من 0.001 مم سنة. في المقابل، لا تظهر الفولاذات المقاومة للصدأ من النوع 304 و 316 أي تآكل مرئي، مع معدلات تسارع مقدرة أقل من 0.001 مم سنة−1. بالتأكيد، لا تمنع الأنواع القديمة من النوعين 304 و316 تآكلًا واضحًا، عند معالجة هذا التآكل الدقيق <0,001 ملم/سنة. في المقابل، لا تظهر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و 316 أي تآكل مرئي، بمعدل تآكل يقدر بأقل من 0.001 مم/سنة.相比之下،304 و-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀،估计腐蚀速率<0.001 مم y−1.相比之下،304 و-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀،估计腐蚀速率<0.001 مم y−1. على سبيل المثال، لا يتم الكشف عن التآكل القوي من النوع 304 و-316 مع تآكل شديد للغاية <0,001 مم/سنة. في المقابل، لم تظهر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و 316 أي تآكل مرئي بمعدل تآكل تصميمي أقل من 0.001 مم/سنة.
تُظهر الصور المجهرية لكل عينة (ارتفاع ٥٠ مم × عرض ٢٠ مم) قبل وبعد إزالة الترسبات. ١ متر، شهر واحد؛ ٣ أمتار، ٣ أشهر؛ ٦ أمتار، ٦ أشهر؛ ١٤ مترًا، ١٤ شهرًا؛ ٢٢ مترًا، ٢٢ شهرًا؛ S، ASTM A283؛ SP، ASTM A109، الحالة ٤/٥؛ FC، ASTM A395؛ B، ASTM A179؛ 1C، فولاذ ١٪ كروم؛ 3C، فولاذ ٢.٢٥٪ كروم؛ 9C، فولاذ ٩٪ كروم؛ S6، فولاذ مقاوم للصدأ ٣١٦؛ S8، فولاذ مقاوم للصدأ من النوع ٣٠٤.
تم حساب معدل التآكل باستخدام فقدان الوزن ومدة الغمر. S، ASTM A283، SP، ASTM A109، مُقسّى 4/5، FC، ASTM A395، B، ASTM A179، 1C، فولاذ 1% كروم، 3C، فولاذ 2.25% كروم، 9C، فولاذ 9% كروم، S6، فولاذ مقاوم للصدأ من النوع 316؛ S8، فولاذ مقاوم للصدأ من النوع 304.
يوضح الشكل 1 أيضًا أن نواتج تآكل الفولاذ الكربوني، والفولاذ منخفض الكروم، والحديد الزهر تتطور بشكل أكبر بعد غمرها لمدة 3 أشهر. انخفض معدل التآكل الإجمالي تدريجيًا إلى 0.07-0.08 ملم/سنة بعد 22 شهرًا (الشكل 2). بالإضافة إلى ذلك، كان معدل تآكل الفولاذ المحتوي على 2.25% كروم أقل قليلًا من العينات المتآكلة الأخرى، مما يشير إلى أن الكروم يثبط التآكل. إلى جانب التآكل العام، ووفقًا لمعيار ASTM A179، لوحظ تآكل موضعي بعد 22 شهرًا بعمق تآكل يبلغ حوالي 700 ميكرومتر (الشكل 3). يبلغ معدل التآكل الموضعي، المحسوب باستخدام عمق التآكل ومدة الغمر، 0.38 ملم/سنة، أي أسرع بخمس مرات تقريبًا من التآكل العام. قد يكون معدل تآكل سبيكة ASTM A395 أقل من الواقع نظرًا لأن نواتج التآكل لا تزيل القشور تمامًا بعد 14 أو 22 شهرًا من الغمر في الماء. ومع ذلك، من المتوقع أن يكون الفرق ضئيلًا. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ وجود العديد من الحفر الصغيرة في الفولاذ المتآكل منخفض الكروم.
صورة كاملة (مقياس الرسم: ١٠ مم) وتآكل موضعي (مقياس الرسم: ٥٠٠ ميكرومتر) لصلب ASTM A179 وفولاذ بنسبة ٩٪ كروم عند أقصى عمق باستخدام مجهر ليزري ثلاثي الأبعاد. تشير الدوائر الحمراء في الصورة الكاملة إلى التآكل الموضعي المقاس. يوضح الشكل ١ منظرًا كاملاً لصلب بنسبة ٩٪ كروم من الجهة الخلفية.
كما هو موضح في الشكل 2، بالنسبة للفولاذ المحتوي على 9% كروم، لم يُلاحظ أي تآكل خلال فترة تتراوح بين 3 و14 شهرًا، وكان معدل التآكل شبه معدوم. مع ذلك، لوحظ تآكل موضعي بعد 22 شهرًا (الشكل 3) بمعدل تآكل قدره 0.04 مم/سنة، حُسب باستخدام فقدان الوزن. يبلغ أقصى عمق للتآكل الموضعي 1260 ميكرومترًا، ويُقدّر معدل التآكل الموضعي باستخدام عمق التآكل ومدة الغمر (22 شهرًا) بـ 0.68 مم/سنة. نظرًا لعدم معرفة النقطة الدقيقة التي يبدأ عندها التآكل، فقد يكون معدل التآكل أعلى من ذلك.
على النقيض من ذلك، لم يُلاحظ أي تآكل مرئي على الفولاذ المقاوم للصدأ حتى بعد 22 شهرًا من الغمر. ورغم ظهور بعض الجزيئات البنية على السطح قبل إزالة القشور (الشكل 1)، إلا أنها كانت ضعيفة الالتصاق ولم تكن من نواتج التآكل. وبما أن المعدن يعود للظهور على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ بعد إزالة القشور، فإن معدل التآكل يكاد يكون معدومًا.
أُجري تسلسل تضخيم الحمض النووي لفهم الاختلافات وديناميكيات المجتمعات الميكروبية بمرور الوقت في نواتج التآكل والأغشية الحيوية على الأسطح المعدنية، وفي الماء والرواسب. وقد بلغ إجمالي عدد القراءات 4,160,012 قراءة، وتراوح عددها بين 31,328 و124,183 قراءة.
تراوحت مؤشرات شانون لعينات المياه المأخوذة من مآخذ المياه والبرك بين 5.47 و7.45 (الشكل 4أ). ونظرًا لاستخدام مياه الأنهار المُعالجة كمياه صناعية، فإن التركيب الميكروبي قد يتغير موسميًا. في المقابل، بلغ مؤشر شانون لعينات الرواسب القاعية حوالي 9، وهو أعلى بكثير من مؤشر عينات المياه. وبالمثل، سجلت عينات المياه مؤشرات تشاو 1 محسوبة ووحدات تصنيفية تشغيلية (OTUs) أقل من عينات الرواسب (الشكل 4ب، ج). هذه الاختلافات ذات دلالة إحصائية (اختبار Tukey-Kramer؛ قيم p < 0.01، الشكل 4د)، مما يشير إلى أن المجتمعات الميكروبية في عينات الرواسب أكثر تعقيدًا من تلك الموجودة في عينات المياه. هذه الاختلافات ذات دلالة إحصائية (اختبار Tukey-Kramer؛ قيم p < 0.01، الشكل 4د)، مما يشير إلى أن المجتمعات الميكروبية في عينات الرواسب أكثر تعقيدًا من تلك الموجودة في عينات المياه. هذه إحصائية مختلفة (معيار Тьюки-Kramера; значения p <0,01, ris.4d)، مما يشير إلى أن الميكروبات هناك الكثير من الصعوبات في هذه الخدمات، بما في ذلك المياه. هذه الاختلافات ذات دلالة إحصائية (اختبار Tukey-Kramer؛ قيم p <0.01، الشكل 4د)، مما يشير إلى أن المجتمعات الميكروبية في عينات الرواسب أكثر تعقيدًا من تلك الموجودة في عينات المياه.这些差异具有统计学意义(توكي-كرامر 检验；ص 值< 0.01، 4d)، يمكن أن يكون هذا هو الحال بالنسبة للحجم الطبيعي.这些 差异 具有 统计学 (tukey-kramer 检验 ； p 值 <0.01، 图 4d) 表明 沉积物样本 中 的 微生物 中هذا هو الحال............................ كانت هذه الاختلافات إحصائية أساسية (معايير تيكي-كراميرا؛ p-значение <0,01, ris.4d)، مما يسمح باقتراح ما هو كانت الميكروبات الصغيرة في مختلف المجالات محظورة كثيرًا بسبب الحالات воды. كانت هذه الاختلافات ذات دلالة إحصائية (اختبار Tukey-Kramer؛ قيمة p <0.01، الشكل 4د)، مما يشير إلى أن المجتمعات الميكروبية في عينات الرواسب كانت أكثر تعقيدًا من تلك الموجودة في عينات المياه.بما أن المياه في حوض الفائض تتجدد باستمرار وتترسب الرواسب في قاع الحوض دون اضطراب ميكانيكي، فإن هذا الاختلاف في التنوع الميكروبي يجب أن يعكس النظام البيئي في الحوض.
أ- مؤشر شانون، ب- وحدة التصنيف التشغيلي المرصودة (OTU)، ج- مؤشر امتصاص تشاو 1 (ن = 6) وحوض (ن = 5) الماء، الرواسب (ن = 3)، ASTM A283 (S: ن = 5)، ASTM A109 Temper #4/5 (SP: ن = 5)، ASTM A179 (B: ن = 5)، ASTM A395 (FC: ن = 5)، فولاذ الكروم بنسبة 1% (1 C: ن = 5)، 2.25% (3 C: ن = 5) و9% (9 C: ن = 5)، بالإضافة إلى الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316 (S6: ن = 5) و304 (S8: ن = 5) على شكل مخططات مربعة ومخططات شعيرية. د- قيم p لمؤشري شانون وتشاو 1 التي تم الحصول عليها باستخدام اختبارات ANOVA واختبارات توكي-كرامر للمقارنات المتعددة. تمثل الخلفيات الحمراء الأزواج ذات قيم p < 0.05. تمثل الخلفيات الحمراء الأزواج ذات قيم p < 0.05. الخطوط الجميلة تقدم فرقًا مع بداية p <0,05. تمثل الخلفيات الحمراء الأزواج ذات قيم p < 0.05.الحد الأدنى p <0.05 .الحد الأدنى p <0.05 . الخطوط الجميلة تقترح زوجًا من p-значениями <0,05. تمثل الخلفيات الحمراء الأزواج ذات قيم p < 0.05.يمثل الخط الموجود في منتصف المربع، والجزء العلوي والسفلي من المربع، والشعيرات الوسيط، والنسبة المئوية 25 و 75، والقيم الدنيا والقصوى، على التوالي.
كانت مؤشرات شانون للفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض الكروم والحديد الزهر مماثلة لتلك الخاصة بعينات المياه (الشكل 4أ). في المقابل، فإن مؤشرات شانون لعينات الفولاذ المقاوم للصدأ أعلى بكثير من تلك الخاصة بالفولاذ المتآكل (قيم p < 0.05، الشكل 4د) ومماثلة لتلك الخاصة بالرواسب. وعلى النقيض من ذلك، فإن مؤشرات شانون لعينات الفولاذ المقاوم للصدأ أعلى بكثير من تلك الخاصة بالفولاذ المتآكل (قيم p < 0.05، الشكل 4د) ومماثلة لتلك الخاصة بالرواسب. على سبيل المثال، مؤشرات شينه من المناطق الحضرية القديمة كانت أكثر حداثة، في حالة التآكل (الملاحظة p <0,05، ris.4d)، والفهرس التناظري متاح. في المقابل، فإن مؤشرات شانون لعينات الفولاذ المقاوم للصدأ أعلى بكثير من تلك الخاصة بالفولاذ المتآكل (قيم p < 0.05، الشكل 4د) وهي مشابهة لمؤشرات الترسبات.相比之下، 不锈钢样品的0.05، 4 د)، 与沉积物相似.لا داعي للقلق بشأن هذه المشكلة، فيرجى التحقق من ذلك (p 值< 0.05، 4d)، 与沉积物〸 على سبيل المثال، أصبح مؤشر شنن للمعدات الصلبة قديمًا جدًا في حالة التآكل (ملاحظة p <0,05, ris. 4د)، كما هو متاح. وعلى النقيض من ذلك، كان مؤشر شانون لعينات الفولاذ المقاوم للصدأ أعلى بكثير من مؤشر الفولاذ المتآكل (قيمة p < 0.05، الشكل 4د)، وكذلك الرواسب.في المقابل، تراوح مؤشر شانون للفولاذ الذي يحتوي على 9% كروم من 6.95 إلى 9.65. وكانت هذه القيم أعلى بكثير في العينات غير المتآكلة عند 1 و3 أشهر مقارنة بالعينات المتآكلة عند 6 و14 و22 شهرًا (الشكل 4أ). علاوة على ذلك، فإن مؤشرات Chao1 ووحدات التصنيف التشغيلي الملاحظة للفولاذ بنسبة 9٪ Cr أعلى من تلك الموجودة في العينات المتآكلة والمائية وأقل من تلك الموجودة في العينات غير المتآكلة والرواسب (الشكل 4ب، ج)، والاختلافات ذات دلالة إحصائية (قيم p < 0.01، الشكل 4د). علاوة على ذلك، فإن مؤشرات Chao1 ووحدات التصنيف التشغيلي الملاحظة للفولاذ بنسبة 9٪ Cr أعلى من تلك الموجودة في العينات المتآكلة والمائية وأقل من تلك الموجودة في العينات غير المتآكلة والرواسب (الشكل 4ب، ج)، والاختلافات ذات دلالة إحصائية (قيم p < 0.01، الشكل 4د).بالإضافة إلى ذلك، فإن قيم Chao1 و OTU الملاحظة للصلب الذي يحتوي على 9٪ من الكروم أعلى من تلك الموجودة في العينات المتآكلة والمائية وأقل من تلك الموجودة في العينات غير المتآكلة والرسوبية (الشكل 4ب، ج)، والاختلافات ذات دلالة إحصائية.(p-значения <0,01, ис.4d). (قيم p <0.01، الشكل 4د).此外،9٪ كروم 钢的 Chao1 指数 و观察到的OTU لا يوجد أي مشكلة في هذا الأمر 0.01، 4 د).9% CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 的 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 水样 , 低于 腐蚀 样品 و 沉积物(图 图 4b , c) 差异 统计学 意义 （p 值 <0.01 图 图 图 图 图 图 图 , , , , , , , , , 4d). علاوة على ذلك، تم الاحتفاظ بمؤشر Chao1 و OTU مع ضمان 9٪ Cr، بما في ذلك المواد الملوثة والمياة، وغيرها، في ما يتعلق ببعض الأساليب والمعايير (الاحتمال 4 ب، ج)، كان هناك فرق إحصائي بارز (ع- علامة < 0.01، رسم 4г). بالإضافة إلى ذلك، كان مؤشر Chao1 و OTU الملاحظ لصلب 9٪ Cr أعلى من تلك الخاصة بالعينات المتآكلة والمائية وأقل من تلك الخاصة بالعينات غير المتآكلة والرسوبية (الشكل 4ب، ج)، وكان الفرق ذا دلالة إحصائية (قيمة p < 0.01، الشكل 4د).تشير هذه النتائج إلى أن التنوع الميكروبي في منتجات التآكل أقل منه في الأغشية الحيوية على المعادن غير المتآكلة.
يوضح الشكل 5أ مخطط تحليل الإحداثيات الرئيسية (PCoA) بناءً على مسافة UniFrac غير الموزونة لجميع العينات، حيث لوحظت ثلاث مجموعات رئيسية. كانت المجتمعات الميكروبية في عينات المياه مختلفة بشكل ملحوظ عن المجتمعات الأخرى. وشملت المجتمعات الميكروبية في الرواسب أيضًا مجتمعات الفولاذ المقاوم للصدأ، بينما كانت منتشرة على نطاق واسع في عينات التآكل. في المقابل، تنقسم خريطة الفولاذ المحتوي على 9% كروم إلى مجموعتين: غير متآكلة ومتآكلة. وبالتالي، تختلف المجتمعات الميكروبية على أسطح المعادن ونواتج التآكل اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في الماء.
مخطط تحليل الإحداثيات الرئيسية (PCoA) بناءً على مسافات UniFrac غير الموزونة في جميع العينات (أ)، والماء (ب)، والمعادن (ج). تُبرز الدوائر كل مجموعة. تُمثل المسارات بخطوط تربط فترات أخذ العينات على التوالي. متر واحد، شهر واحد؛ 3 أمتار، 3 أشهر؛ 6 أمتار، 6 أشهر؛ 14 مترًا، 14 شهرًا؛ 22 مترًا، 22 شهرًا؛ S، ASTM A283؛ SP، ASTM A109، الحالة 4/5؛ FC، ASTM A395؛ B، ASTM A179؛ 1C، فولاذ 1% كروم؛ 3C، فولاذ 2.25% كروم؛ 9C، فولاذ 9% كروم؛ S6، فولاذ مقاوم للصدأ 316؛ S8، فولاذ مقاوم للصدأ من النوع 304.
عند ترتيب عينات المياه ترتيباً زمنياً، كانت مخططات تحليل الإحداثيات الرئيسية (PCoA) دائرية الشكل (الشكل 5ب). قد يعكس هذا التحول الدوري تغيرات موسمية.
بالإضافة إلى ذلك، لوحظ وجود مجموعتين فقط (متآكلة وغير متآكلة) في مخططات تحليل إحداثيات المكونات الرئيسية (PCoA) لعينات المعادن، حيث لوحظ (باستثناء الفولاذ المحتوي على 9% كروم) تغير في التركيب الميكروبي من الشهر الأول إلى الشهر الثاني والعشرين (الشكل 5ج). ونظرًا لأن التغيرات في العينات المتآكلة كانت أكبر منها في العينات غير المتآكلة، فقد وُجد ارتباط بين التغيرات في التركيب الميكروبي وتقدم التآكل. في عينات الفولاذ المحتوي على 9% كروم، تم الكشف عن نوعين من التركيب الميكروبي: نقاط عند الشهر الأول والشهر السادس، تقع بالقرب من الفولاذ المقاوم للصدأ، ونقاط أخرى (عند الأشهر 3 و14 و22)، تقع بالقرب من الفولاذ المتآكل. لم تكن العينات المستخدمة لاستخلاص الحمض النووي عند الشهر الأول والشهر السادس متآكلة، بينما كانت العينات عند الأشهر 3 و14 و22 متآكلة (الشكل التكميلي 1). لذلك، اختلفت المجتمعات الميكروبية في العينات المتآكلة عن تلك الموجودة في الماء والرواسب والعينات غير المتآكلة وتغيرت مع تقدم التآكل.
كانت الأنواع الرئيسية للمجتمعات الميكروبية التي لوحظت في عينات المياه هي: البروتيوكتيريا (30.1-73.5%)، والبكتيرويديتس (6.3-48.6%)، والبلانكتوميسيتوتا (0.4-19.6%)، والأكتينوبكتيريا (0-17.7%). وقد تباينت وفرتها النسبية من عينة إلى أخرى (الشكل 6). فعلى سبيل المثال، كانت الوفرة النسبية للبكتيرويديتس في مياه البركة أعلى منها في المياه المسحوبة. ويمكن أن يعزى هذا الاختلاف إلى مدة بقاء الماء في خزان الفائض. كما لوحظت هذه الأنواع في عينات الرواسب القاعية، ولكن وفرتها النسبية اختلفت اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في عينات المياه. بالإضافة إلى ذلك، كان المحتوى النسبي للبكتيريا من أنواع أسيدوباكتيريوتا (8.7-13.0%)، وكلوروفليكسي (8.1-10.2%)، ونيتروسبيروتا (4.2-4.4%)، وديسولفوباكتيروتا (1.5-4.4%) أعلى منه في عينات المياه. بما أن جميع أنواع Desulfobacterota تقريبًا هي SRB37، فلا بد أن تكون البيئة في الرواسب لاهوائية. على الرغم من أن بكتيريا Desulfobacterota قد تؤثر على التآكل، إلا أن الخطر يجب أن يكون منخفضًا للغاية لأن وفرتها النسبية في مياه المسبح أقل من 0.04٪. على الرغم من أن بكتيريا Desulfobacterota قد تؤثر على التآكل، إلا أن الخطر يجب أن يكون منخفضًا للغاية لأن وفرتها النسبية في مياه المسبح أقل من 0.04٪. بكتيريا Desulfobacterota، التي يمكن أن تسبب التآكل، قد تكون خطرة للغاية، بعد أن يتم الحفاظ عليها بشكل إضافي في الماء бассейна составляет <0,04%. على الرغم من أن بكتيريا Desulfobacterota قد يكون لها تأثير على التآكل، إلا أن الخطر يجب أن يكون منخفضًا للغاية لأن وفرتها النسبية في مياه المسبح أقل من 0.04٪.يمكن أن يؤدي ذلك إلى تفاقم المشكلة، مما قد يؤدي إلى انخفاض بنسبة 0.04٪. أقل من 0.04%. قد يؤدي هذا النوع من Desulfobacillus إلى التآكل، مما قد يؤدي إلى تفاقم المخاطر التي قد تترتب على ذلك، بالإضافة إلى التواصل الإضافي في حوض السباحة составляет <0,04%. على الرغم من أن نوع Desulfobacillus يمكن أن يؤثر على التآكل، إلا أن الخطر يجب أن يكون منخفضًا للغاية لأن وفرتها النسبية في مياه المسبح أقل من 0.04٪.
يمثل RW و Air عينات مياه من مأخذ المياه والحوض على التوالي. أما Sediment-C و Sediment-E و Sediment-W فهي عينات رواسب مأخوذة من مركز قاع الحوض، بالإضافة إلى الجانبين الشرقي والغربي. 1 متر، شهر واحد؛ 3 أمتار، 3 أشهر؛ 6 أمتار، 6 أشهر؛ 14 مترًا، 14 شهرًا؛ 22 مترًا، 22 شهرًا؛ S، ASTM A283؛ SP، ASTM A109، الحالة 4/5؛ FC، ASTM A395؛ B، ASTM A179؛ 1C، فولاذ 1% كروم؛ 3C، فولاذ 2.25% كروم؛ 9C، فولاذ 9% كروم؛ S6، فولاذ مقاوم للصدأ 316؛ S8، فولاذ مقاوم للصدأ من النوع 304.
على مستوى الجنس، لوحظت نسبة أعلى قليلاً (6-19%) من البكتيريا غير المصنفة التابعة لعائلة Trichomonadaceae، بالإضافة إلى Neosphingosine وPseudomonas وFlavobacterium، في جميع الفصول. وباعتبارها مكونات رئيسية ثانوية، تتفاوت نسبها (الشكل 1، 7أ و7ب). في الروافد، كانت الوفرة النسبية لبكتيريا Flavobacterium وPseudovibrio وRhodoferrobacter أعلى في فصل الشتاء فقط. وبالمثل، لوحظ محتوى أعلى من Pseudovibrio وFlavobacterium في مياه الحوض الشتوية. وهكذا، تباينت المجتمعات الميكروبية في عينات المياه تبعًا للفصل، لكنها لم تشهد تغيرات جذرية خلال فترة الدراسة.
أ- مياه المدخل، ب- مياه حمام السباحة، ج- ASTM A283، د- ASTM A109 درجة الحرارة رقم 4/5، هـ- ASTM A179، و- ASTM A395، ز- 1% كروم، ح- 2.25% كروم، ط- 9% كروم فولاذ، ي- النوع 316 والفولاذ المقاوم للصدأ K-304.
كانت البروتيوكتيريا المكون الرئيسي في جميع العينات، إلا أن وفرتها النسبية في العينات المتآكلة انخفضت مع تقدم التآكل (الشكل 6). في العينات ASTM A179، وASTM A109 (درجة الحرارة رقم 4/5)، وASTM A179، وASTM A395، وعينات الكروم بنسبة 1% و2.25%، انخفضت الوفرة النسبية للبروتيوبكتيريا من 89.1%، و85.9%، و89.6%، و79.5%، و84.8%، و83.8% إلى 43.3%، و52.2%، و50.0%، و41.9%، و33.8%، و31.3% على التوالي. وعلى النقيض من ذلك، تزداد الوفرة النسبية لبكتيريا Desulfobacterota تدريجياً من أقل من 0.1% إلى 12.5-45.9% مع تقدم التآكل. وعلى النقيض من ذلك، تزداد الوفرة النسبية لبكتيريا Desulfobacterota تدريجياً من أقل من 0.1% إلى 12.5-45.9% مع تقدم التآكل. بشكل طبيعي، تزيد نسبة بكتيريا Desulfobacterota بنسبة <0,1% إلى 12,5–45,9% في أكثر أنواع التآكل. وعلى النقيض من ذلك، تزداد الوفرة النسبية لبكتيريا Desulfobacterota تدريجياً من أقل من 0.1% إلى 12.5-45.9% مع تقدم التآكل.في الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي ذلك إلى انخفاض بنسبة 0.1% إلى 12.5-45.9%.لا داعي للقلق بشأن هذه المشكلة<0.1% Напротив, относительная численность Desulfobacillus постепенно величивалась с <0,1% إلى 12,5–45,9% في أكثر أنواع التآكل. وعلى النقيض من ذلك، ازدادت الوفرة النسبية لبكتيريا Desulfobacillus تدريجياً من أقل من 0.1% إلى 12.5-45.9% مع تقدم التآكل.وهكذا، مع تقدم التآكل، تم استبدال بروتيوباكتريرا بديسولفوباكتروتا.
في المقابل، احتوت الأغشية الحيوية على الفولاذ المقاوم للصدأ غير المتآكل على النسب نفسها من أنواع البكتيريا المختلفة. شملت هذه الأنواع: البروتيوكتيريا (29.4-34.1%)، والبلانكتوميسيتوتا (11.7-18.8%)، والنيتروسبيروتا (2.9-20.9%)، والأسيدوباكتيريوتا (8.6-18.8%)، والبكتيرويدوتا (3.1-9.2%)، والكلوروفليكسي (2.1-8.8%). وقد لوحظ ازدياد تدريجي في نسبة النيتروسبيروتا في عينات الفولاذ المقاوم للصدأ (الشكل 6). وتتشابه هذه النسب مع تلك الموجودة في عينات الرواسب، وهو ما يتوافق مع مخطط تحليل إحداثيات المكونات الرئيسية (PCoA) الموضح في الشكل 5أ.
في عينات الصلب التي تحتوي على 9% كروم، لوحظ نوعان من المجتمعات الميكروبية: كانت المجتمعات الميكروبية التي ظهرت بعد شهر واحد وتلك التي ظهرت بعد ستة أشهر مشابهة لتلك الموجودة في عينات الرواسب القاعية، بينما زادت نسبة البروتيوكتيريا في عينات التآكل بعد 3 و14 و22 شهرًا بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، توافقت هاتان المجموعتان الميكروبيتان في عينات الصلب التي تحتوي على 9% كروم مع مجموعات منفصلة في مخطط PCoA الموضح في الشكل 5c.
على مستوى الجنس، تم رصد أكثر من 2000 وحدة تصنيفية تشغيلية تحتوي على بكتيريا وعتائق غير مصنفة. على مستوى الجنس، تم رصد أكثر من 2000 وحدة تصنيفية تشغيلية تحتوي على بكتيريا وعتائق غير مصنفة.على مستوى الجنس، لوحظ وجود أكثر من 2000 وحدة تصنيفية تشغيلية تحتوي على بكتيريا وعتائق غير محددة.على مستوى الجنس، لوحظ وجود أكثر من 2000 وحدة تصنيفية تشغيلية (OTUs) تحتوي على بكتيريا وعتائق غير محددة. من بينها، ركزنا على 10 وحدات تصنيفية تشغيلية ذات كثافة عالية في كل عينة. يغطي هذا النطاق النسب التالية: 58.7-70.9%، 48.7-63.3%، 50.2-70.7%، 50.8-71.5%، 47.2-62.7%، 38.4-64.7%، 12.8-49.7%، 17.5-46.8%، و21.8-45.1% في فولاذ ASTM A179، وASTM A109 درجة الحرارة رقم 4/5، وASTM A179، وASTM A395، وفولاذ يحتوي على 1%، و2.25%، و9% كروم، بالإضافة إلى الفولاذ المقاوم للصدأ من النوعين 316 و304.
لوحظ وجود نسبة عالية نسبيًا من الكتل المتجانسة منزوعة الكلور ذات خصائص مؤكسدة للحديد الثنائي في عينات التآكل مثل ASTM A179 وASTM A109 درجة الحرارة رقم 4/5 وASTM A179 وASTM A395 والفولاذ المحتوي على 1% و2.25% كروم في المراحل المبكرة من التآكل (شهر واحد و3 أشهر، الشكل 7 ج-ح). انخفضت نسبة بكتيريا Dechloromonas بمرور الوقت، وهو ما يتوافق مع انخفاض نسبة بكتيريا Proteobacteria (الشكل 6). علاوة على ذلك، فإن نسب بكتيريا Dechloromonas في الأغشية الحيوية على العينات غير المتآكلة هي أقل من 1%. علاوة على ذلك، فإن نسب بكتيريا Dechloromonas في الأغشية الحيوية على العينات غير المتآكلة هي أقل من 1%. وعلاوة على ذلك، فإن ديكلوروموناس في الأغشية الحيوية للأدوية غير العضوية يصل إلى أقل من 1%. بالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة بكتيريا Dechloromonas في الأغشية الحيوية على العينات غير المتآكلة هي أقل من 1%.في الحقيقة، قد لا يكون هناك أي مشكلة في الحصول على أقل من 1٪.قد يكون من الصعب الحصول على ما يكفي من المال بنسبة أقل من 1٪ بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل نسبة ديكلوروموناس في التركيبة الحيوية إلى أقل من 1%. بالإضافة إلى ذلك، كانت نسبة ديكلوروموناس في الغشاء الحيوي للعينات غير المتآكلة أقل من 1%.لذلك، من بين منتجات التآكل، تتواجد بكتيريا Dechloromonas بكثرة في المراحل المبكرة من التآكل.
في المقابل، في الفولاذ ASTM A179، والفولاذ ASTM A109 المُقسّى رقم 4/5، والفولاذ ASTM A179، والفولاذ ASTM A395، والفولاذ المحتوي على 1% و2.25% من الكروم، ازدادت نسبة أنواع بكتيريا اختزال الكبريتات Desulfovibrio بعد 14 و22 شهرًا (الشكل 7 ج-ح). كانت نسبة Desulfovibrio منخفضة جدًا أو غير قابلة للكشف في المراحل المبكرة من التآكل، سواء في عينات المياه (الشكل 7 أ، ب) أو في الأغشية الحيوية غير المتآكلة (الشكل 7 ي، ي). يشير هذا بقوة إلى أن Desulfovibrio تُفضّل بيئة نواتج التآكل المتكوّنة، على الرغم من أنها لا تؤثر على التآكل في مراحله المبكرة.
وُجدت بكتيريا مُختزلة للحديد الثلاثي (RRB)، مثل جيوباكتر وجيوثريكس، في نواتج التآكل في المراحل المتوسطة (6 و14 شهرًا)، إلا أن نسبتها في المراحل المتأخرة (22 شهرًا) كانت أعلى نسبيًا (الشكل 7ج، هـ). وأظهر جنس سايدروكسيدانز، ذو خصائص أكسدة الحديد الثنائي، سلوكًا مشابهًا (الشكل 7و)، لذا كانت نسبة بكتيريا FeOB وIRB وSRB أعلى فقط في العينات المتآكلة. يشير هذا بقوة إلى أن التغيرات في هذه المجتمعات الميكروبية مرتبطة بتطور التآكل.
في الفولاذ المحتوي على 9% كروم، والذي تعرض للتآكل بعد 3 و14 و22 شهرًا، لوحظت نسبة أعلى من أفراد عائلة بيجياتواسيا (8.5-19.6%)، والتي تتميز بقدرتها على أكسدة الكبريت، كما لوحظت بكتيريا سايدروكسيدان (8.4-13.7%) (الشكل 1). 7i) بالإضافة إلى ذلك، وُجدت بكتيريا ثيوموناس، وهي بكتيريا مؤكسدة للكبريت، بأعداد أكبر (3.4% و8.8%) عند 3 و14 شهرًا. في المقابل، لوحظت بكتيريا نيتروسبيرا المختزلة للنترات (12.9%) في عينات غير متآكلة عمرها 6 أشهر. كما لوحظت زيادة في نسبة نيتروسبيرا في الأغشية الحيوية على الفولاذ المقاوم للصدأ بعد الغمر (الشكل 7j، k). وبالتالي، كانت المجتمعات الميكروبية في فولاذ الكروم بنسبة 9% غير المتآكل، والذي يبلغ عمره شهرًا واحدًا وستة أشهر، مشابهة لتلك الموجودة في الأغشية الحيوية للفولاذ المقاوم للصدأ. بالإضافة إلى ذلك، اختلفت المجتمعات الميكروبية في فولاذ الكروم بنسبة 9% المتآكل بعد 3 و14 و22 شهرًا عن نواتج تآكل الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض الكروم والحديد الزهر.
عادةً ما يكون تطور التآكل أبطأ في المياه العذبة منه في مياه البحر، لأن تركيز أيونات الكلوريد يؤثر على تآكل المعدن. مع ذلك، قد تتآكل بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في بيئات المياه العذبة^38،39. إضافةً إلى ذلك، كان يُشتبه مبدئيًا في حدوث التآكل الميكروبي نظرًا لوجود مواد متآكلة سابقًا في حوض المياه العذبة المستخدم في هذه الدراسة. في دراسات الغمر طويلة الأمد، لوحظت أشكال مختلفة من التآكل، وثلاثة أنواع من المجتمعات الميكروبية، وتغير في المجتمعات الميكروبية في نواتج التآكل.
الوسط المائي المستخدم في هذه الدراسة عبارة عن خزان مغلق للمياه التقنية المأخوذة من نهر ذي تركيبة كيميائية مستقرة نسبيًا، مع تغير موسمي في درجة حرارة الماء يتراوح بين 9 و23 درجة مئوية. لذا، قد ترتبط التقلبات الموسمية في المجتمعات الميكروبية في عينات المياه بتغيرات درجة الحرارة. إضافةً إلى ذلك، كان المجتمع الميكروبي في مياه الخزان مختلفًا نوعًا ما عن ذلك الموجود في المياه الداخلة (الشكل 5ب). يتم تجديد مياه الخزان باستمرار نتيجةً للفيضان. ونتيجةً لذلك، بقي تركيز الأكسجين المذاب عند حوالي 8.2 جزء في المليون حتى في الأعماق المتوسطة بين سطح الحوض وقاعه. على النقيض من ذلك، من المفترض أن تكون بيئة الرواسب لاهوائية، نظرًا لترسبها وبقائها في قاع الخزان، ومن المفترض أيضًا أن تختلف الكائنات الحية الدقيقة الموجودة فيها (مثل CRP) عن تلك الموجودة في الماء (الشكل 6). ولأن العينات الموجودة في الخزان كانت أبعد عن الرواسب، فقد تعرضت فقط للمياه العذبة خلال دراسات الغمر في ظل ظروف هوائية.
يحدث التآكل العام في الفولاذ الكربوني، والفولاذ منخفض الكروم، والحديد الزهر في بيئات المياه العذبة (الشكل 1) لأن هذه المواد ليست مقاومة للتآكل. ومع ذلك، كان معدل التآكل (0.13 مم/سنة) في ظروف المياه العذبة غير الحيوية أعلى مما ورد في الدراسات السابقة⁴⁰ (0.04 مم/سنة)، وكان مماثلاً لمعدل التآكل (0.02-0.76 مم/سنة) في وجود الكائنات الحية الدقيقة. ¹) مشابه لظروف المياه العذبة⁴⁰،⁴¹،⁴². يُعدّ معدل التآكل المتسارع هذا سمة مميزة للتآكل الميكروبي.
بالإضافة إلى ذلك، بعد 22 شهرًا من الغمر، لوحظ تآكل موضعي في عدة معادن تحت نواتج التآكل (الشكل 3). وعلى وجه الخصوص، فإن معدل التآكل الموضعي الملاحظ في معيار ASTM A179 أسرع بخمس مرات تقريبًا من معدل التآكل العام. وقد لوحظ هذا الشكل غير المعتاد من التآكل ومعدل التآكل المتسارع أيضًا في التآكل الذي يحدث على نفس الجسم. وبالتالي، فإن الغمر الذي أُجري في هذه الدراسة يعكس التآكل في الواقع العملي.
من بين المعادن التي تمت دراستها، أظهر الفولاذ المحتوي على 9% من الكروم أشد أنواع التآكل، بعمق تآكل يزيد عن 1.2 مم، وهو على الأرجح تآكل ميكروبي بسبب التآكل المتسارع والشكل غير الطبيعي للتآكل. من بين المعادن التي تمت دراستها، أظهر الفولاذ المحتوي على 9% من الكروم أشد أنواع التآكل، بعمق تآكل يزيد عن 1.2 مم، وهو على الأرجح تآكل ميكروبي بسبب التآكل المتسارع والشكل غير الطبيعي للتآكل. تتميز المعادن الأخرى بـ 9% Cr، مما يشير إلى تآكل سيلنوي قليل مع تآكل زجاجي> 1,2 مم، وهو أمر محتمل، يتخلص MIC من التآكل الجيد والأشكال الشاذة من التآكل. ومن بين المعادن التي تم فحصها، أظهر الفولاذ الذي يحتوي على 9% من الكروم أشد أنواع التآكل بعمق يزيد عن 1.2 مم، وهو على الأرجح التآكل الميكروبي الناتج عن التآكل المتسارع وشكل غير طبيعي من التآكل.كربونات الكالسيوم 9% كروم كربونات الكالسيوم 1.2 مم، قم بتوصيل السماعات وسماعات الرأس، وميكروفون الميكروفون.كربونات معدنية 9% كروم تم تآكل بعض المعادن السابقة بنسبة 9% كروم، مع تآكل جلوبي > 1,2 مم، كل شيء على الإطلاق، ميك خارج. تآكل نموذجي وشاذ. من بين المعادن التي تمت دراستها، تآكل الفولاذ الذي يحتوي على 9% من الكروم بشدة، بعمق تآكل يزيد عن 1.2 مم، على الأرجح بسبب التآكل الميكروبي الناتج عن أشكال التآكل المتسارعة والشاذة.نظرًا لأن الفولاذ بنسبة 9٪ من الكروم يستخدم في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، فقد تمت دراسة سلوك التآكل الخاص به سابقًا 43،44 ولكن لم يتم الإبلاغ عن أي تآكل ميكروبي سابق لهذا المعدن. بما أن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء الكائنات المحبة للحرارة الشديدة، تكون غير نشطة في بيئة ذات درجة حرارة عالية (>100 درجة مئوية)، فقد يتم تجاهل التآكل الميكروبي في الفولاذ بنسبة 9٪ كروم في مثل هذه الحالات. بما أن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء الكائنات المحبة للحرارة الشديدة، تكون غير نشطة في بيئة ذات درجة حرارة عالية (>100 درجة مئوية)، فقد يتم تجاهل التآكل الميكروبي في الفولاذ بنسبة 9٪ كروم في مثل هذه الحالات. بعد العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء هيبيرتيرموفيلوف، غير النشطة في درجة حرارة عالية (>100 درجة مئوية)، ميك في القائمة 9% Cr في هذه الحالات قد لا تتعلم. بما أن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء الكائنات المحبة للحرارة الشديدة، تكون غير نشطة في بيئة ذات درجة حرارة عالية (>100 درجة مئوية)، يمكن تجاهل التآكل الميكروبي في الفولاذ الذي يحتوي على 9% من الكروم في مثل هذه الحالات.يمكن أن تكون درجة حرارة الماء أقل من 100 درجة مئوية (> 100 درجة مئوية) أو أقل من 9٪ الكروم 钢中的MIC. 9% كروم (>100 درجة مئوية) بعد أن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، مثل هيبيرتيرموفيلوف، لا تسمح بالنشاط في درجات حرارة عالية (> 100 درجة مئوية)، MPK في الماضي مع 9% Cr في حالات اليوم قد لا تتعلم. بما أن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء الكائنات المحبة للحرارة الشديدة، لا تظهر نشاطًا في البيئات ذات درجات الحرارة العالية (>100 درجة مئوية)، يمكن تجاهل التآكل الميكروبي في الفولاذ الذي يحتوي على 9% من الكروم في هذه الحالة.ومع ذلك، عند استخدام الفولاذ بنسبة 9% من الكروم في بيئة ذات درجة حرارة متوسطة، يجب اتخاذ تدابير مختلفة لتقليل التآكل الميكروبي.
لوحظت مجتمعات ميكروبية متنوعة وتغيراتها في رواسب المواد غير المتآكلة وفي منتجات التآكل في الأغشية الحيوية مقارنة بالماء، بالإضافة إلى التآكل المتسارع (الشكل 5-7)، مما يشير بقوة إلى أن هذا التآكل هو ميكروفون. أفاد راميريز وآخرون 13 بحدوث انتقال من 3 خطوات (FeOB => SRB/IRB => SOB) في نظام بيئي ميكروبي بحري على مدى 6 أشهر، حيث قد يساهم كبريتيد الهيدروجين الناتج عن SRB الثانوي المخصب في النهاية في إثراء SOB. أفاد راميريز وآخرون 13 بحدوث انتقال من 3 خطوات (FeOB => SRB/IRB => SOB) في نظام بيئي ميكروبي بحري على مدى 6 أشهر، عندما قد يساهم كبريتيد الهيدروجين الناتج عن SRB الثانوي المخصب في النهاية في إثراء SOB. قام راميريز وآخرون.13 بإجراء اختبار ثلاثي الأبعاد (FeOB => SRB/IRB => SOB) في النظام البيئي للميكروبات البحرية في غضون 6 أشهر، عندما الخادم، الذي يتم توفيره من خلال الخدمة الكاملة لـ SRB، قادر، أخيرًا، على توفير الخدمة SOB. أفاد راميريز وآخرون 13 بحدوث انتقال من ثلاث مراحل (FeOB => SRB/IRB => SOB) في النظام البيئي الميكروبي البحري على مدى فترة 6 أشهر، حيث يمكن أن يساهم كبريتيد الهيدروجين الناتج عن الإثراء الثانوي لـ SRB في النهاية في إثراء SOB. راميريز 13 报告了一个超过6 个月的海洋微生物生态系统中的三步转变(FeOB => SRB/IRB => SOB)، في حين أن SRB 产生的硫化氢可能最终有助于SOB 的富集.راميريز في المركز 13 من عمر 6 سنوات في عمر 6 سنوات في عمر 13 عامًا转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB)، 其中 次 富集 srb 产生硫化氢 可能 最终 有助于 تنهدات 的富集. قام راميريز وآخرون.13 بتكوين تربة ثلاثية الأبعاد (FeOB => SRB/IRB => SOB) في النظام البيئي الميكروبي البحري في غضون 6 أشهر، الخادم الذي يلتزم بالنتيجة هو خدمة SRB الأصلية, يمكن أن يكون مفيدًا بما فيه الكفاية обогащению SOB. أفاد راميريز وآخرون 13 بحدوث انتقال من ثلاث خطوات (FeOB => SRB/IRB => SOB) في النظام البيئي الميكروبي البحري على مدى فترة 6 أشهر، حيث قد يساهم كبريتيد الهيدروجين الناتج عن الإثراء الثانوي لـ SRB في النهاية في إثراء SOB.أفاد ماكبيث وإيمرسون 36 بوجود إثراء أولي في FeOB. وبالمثل، لوحظ إثراء FeOB خلال مرحلة التآكل المبكرة في هذه الدراسة، ولكن التغيرات الميكروبية مع تقدم التآكل التي لوحظت في الفولاذ الكربوني وفولاذ الكروم بنسبة 1٪ و 2.25٪ والحديد الزهر على مدى 22 شهرًا هي FeOB => IRB => SRB (الشكلان 7 و 8). وبالمثل، لوحظ إثراء FeOB خلال مرحلة التآكل المبكرة في هذه الدراسة، ولكن التغيرات الميكروبية مع تقدم التآكل التي لوحظت في الفولاذ الكربوني وفولاذ الكروم بنسبة 1٪ و 2.25٪ والحديد الزهر على مدى 22 شهرًا هي FeOB => IRB => SRB (الشكلان 7 و 8). هنا، في هذه المقالة، يتم تقييم خدمة FeOB على نطاق واسع من التآكلات، ولكن الميكروبات المتحللة فوقها تعزيز التآكل، ملحوظ في المواد المسببة للتآكل و 1% و 2,25% Cr من المعادن والتآكل في غضون 22 شهرًا, افترض أن FeOB => IRB = > SRB (الاحتمال 7 و8). وبالمثل، في هذه الدراسة لوحظ إثراء FeOB في مرحلة مبكرة من التآكل، ولكن التغيرات الميكروبية مع تقدم التآكل، التي لوحظت في الفولاذ الكربوني وفولاذ الكروم بنسبة 1٪ و 2.25٪ والحديد الزهر على مدى 22 شهرًا، هي FeOB => IRB => SRB (الشكلان 7 و 8).تحتوي على نسبة 22% من الكروم بنسبة 1% و2.25% من الكروم بنسبة 22%. يمكن أن يحدث هذا في حالة حدوث خلل في وظيفة FeOB => IRB => SRB (7 إلى 8).يحتوي على نسبة عالية من الكربون بنسبة 1% و2.25% كروم 22 لقد تم استبداله بـ FEOB => IRB => SRB (7 و 8). طريقة تناظرية يتم من خلالها مراقبة صحة FeOB في العديد من تآكل الملاعب، بدون تحلل ميكروبيولوجي, تم تقييمها في 1% و 2,25% Cr من المخلفات والصدمات في غضون 22 شهرًا، بواسطة FeOB => IRB => SRB (ريس. 7) و 8). وبالمثل، لوحظ إثراء FeOB في المراحل المبكرة من التآكل في هذه الدراسة، ولكن التغيرات الميكروبيولوجية التي لوحظت في الفولاذ الكربوني وفولاذ الكروم بنسبة 1٪ و 2.25٪ والحديد الزهر على مدى 22 شهرًا كانت FeOB => IRB => SRB (الشكل 7 و 8).تتراكم البكتيريا المختزلة للكبريتات بسهولة في بيئات مياه البحر نظرًا لارتفاع تركيز أيونات الكبريتات، بينما يتأخر تراكمها في بيئات المياه العذبة بسبب انخفاض تركيز أيونات الكبريتات. وقد تم الإبلاغ عن تراكم هذه البكتيريا في مياه البحر بشكل متكرر^10،12،45.
أ- الكربون والنيتروجين العضويان عبر استقلاب الطاقة المعتمد على الحديد الثنائي (Fe(II)): أكسيد الحديد (الخلايا الحمراء [Dechloromonas sp.] والخضراء [Sideroxydans sp.]) وبكتيريا اختزال الحديد الثلاثي (الخلايا الرمادية [Geothrix sp. وGeobacter sp.]) في مرحلة مبكرة من التآكل، ثم تُثري بكتيريا اختزال الكبريتات اللاهوائية (SRP) والكائنات الحية الدقيقة غيرية التغذية المرحلة الناضجة من التآكل عن طريق استهلاك المادة العضوية المتراكمة. ب- تغيرات في المجتمعات الميكروبية على المعادن المقاومة للتآكل. تمثل الخلايا البنفسجية والزرقاء والصفراء والبيضاء بكتيريا من عائلات Comamonadaceae وNitrospira sp. وBeggiatoacea وغيرها، على التوالي.
فيما يتعلق بالتغيرات في المجتمع الميكروبي واحتمالية إثراء البكتيريا المختزلة للكبريتات (SRB)، تُعدّ البكتيريا المؤكسدة للحديد (FeOB) بالغة الأهمية في المراحل المبكرة من التآكل، ويمكن لبكتيريا ديكلوروموناس (Dechloromonas) الحصول على طاقة نموها من أكسدة الحديد الثنائي (Fe(II)). تستطيع الكائنات الدقيقة البقاء على قيد الحياة في بيئات تحتوي على عناصر نزرة، لكنها لا تنمو نموًا أُسّيًا. مع ذلك، فإن حوض الغمر المستخدم في هذه الدراسة هو حوض فيضان، بمعدل تدفق داخلي يبلغ 20 مترًا مكعبًا في الساعة، مما يوفر باستمرار عناصر نزرة تحتوي على أيونات غير عضوية. في المراحل المبكرة من التآكل، تنطلق أيونات الحديد الثنائي من الفولاذ الكربوني والحديد الزهر، وتستخدمها البكتيريا المؤكسدة للحديد (مثل ديكلوروموناس) كمصدر للطاقة. يجب أن تتواجد كميات ضئيلة من الكربون والفوسفات والنيتروجين اللازمة لنمو الخلايا في مياه المعالجة على شكل مواد عضوية وغير عضوية. لذلك، في هذه البيئة المائية العذبة، تتراكم البكتيريا المؤكسدة للحديد مبدئيًا على أسطح المعادن مثل الفولاذ الكربوني والحديد الزهر. لاحقًا، يمكن للبكتيريا المختزلة للحديد (IRB) أن تنمو وتستخدم المواد العضوية وأكاسيد الحديد كمصادر للطاقة ومستقبلات نهائية للإلكترونات، على التوالي. في منتجات التآكل الناضجة، ينبغي تهيئة ظروف لاهوائية غنية بالنيتروجين نتيجة لعملية التمثيل الغذائي لبكتيريا FeOB وIRB. لذلك، يمكن لبكتيريا SRB أن تنمو بسرعة وتحل محل بكتيريا FeOB وIRB (الشكل 8أ).
أفاد تانغ وآخرون مؤخرًا بتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ بواسطة بكتيريا جيوباكتر فيروريدوسينز في بيئات المياه العذبة نتيجةً لانتقال الإلكترونات المباشر من الحديد إلى الميكروبات⁴⁶. وبالنظر إلى التآكل الكهروكيميائي، يُعدّ دور الكائنات الدقيقة ذات خصائص نقل الإلكترونات خارج الخلية (EET) بالغ الأهمية. تُعتبر بكتيريا اختزال الكبريتات (SRB) وبكتيريا أكسدة الحديد (FeOB) وبكتيريا اختزال الحديد (IRB) الأنواع الميكروبية الرئيسية في نواتج التآكل في هذه الدراسة، والتي يُفترض أن تمتلك خصائص نقل الإلكترونات خارج الخلية. لذلك، يُمكن لهذه الكائنات الدقيقة النشطة كهروكيميائيًا أن تُساهم في التآكل من خلال نقل الإلكترونات خارج الخلية، ويتغير تركيب مجتمعها تحت تأثير أنواع أيونية مختلفة مع تكوّن نواتج التآكل. على النقيض من ذلك، اختلف المجتمع الميكروبي في الفولاذ المحتوي على 9% كروم عن أنواع الفولاذ الأخرى (الشكل 8ب). بعد 14 شهرًا، بالإضافة إلى زيادة بكتيريا أكسدة الحديد، زادت أيضًا أنواع أخرى مثل سايدروكسيدانز، وبكتيريا أكسدة الكبريتات⁴⁷، وبيجياتواسيا، وثيوموناس (الشكل 7ط). يختلف هذا التغيير بشكل ملحوظ عن ذلك الذي يحدث في المواد المُسببة للتآكل الأخرى، مثل الفولاذ الكربوني، ويمكن أن يتأثر بأيونات الكروم الغنية التي تذوب أثناء التآكل. تجدر الإشارة إلى أن بكتيريا ثيوموناس لا تمتلك خصائص أكسدة الكبريت فحسب، بل تمتلك أيضًا خصائص أكسدة الحديد الثنائي، ونظام نقل الإلكترون خارج الخلية، وتحملًا للمعادن الثقيلة^48،49. ويمكن أن تتكاثر هذه البكتيريا نتيجةً للنشاط التأكسدي للحديد الثنائي و/أو الاستهلاك المباشر لإلكترونات المعادن. في دراسة سابقة، لوحظ وفرة نسبية عالية من بكتيريا بيجياتواسيا في الأغشية الحيوية على النحاس باستخدام نظام مراقبة الأغشية الحيوية غير المتصل، مما يشير إلى أن هذه البكتيريا قد تكون مقاومة للمعادن السامة مثل النحاس والكروم. ومع ذلك، لا يزال مصدر الطاقة الذي تحتاجه بكتيريا بيجياتواسيا للنمو في هذه البيئة غير معروف.
تُسلط هذه الدراسة الضوء على التغيرات التي تطرأ على المجتمعات الميكروبية أثناء التآكل في بيئات المياه العذبة. وفي البيئة نفسها، اختلفت المجتمعات الميكروبية باختلاف نوع المعدن. إضافةً إلى ذلك، تؤكد نتائجنا أهمية بكتيريا أكسدة الحديد (FeOB) في المراحل المبكرة من التآكل، إذ يُعزز استقلاب الطاقة الميكروبي المعتمد على الحديد تكوين بيئة غنية بالمغذيات تُفضلها كائنات دقيقة أخرى مثل بكتيريا اختزال الكبريتات (SRB). وللحد من التآكل الميكروبي في بيئات المياه العذبة، يجب الحد من تكاثر بكتيريا أكسدة الحديد (FeOB) وبكتيريا اختزال الحديد (IRB).
استُخدمت تسعة معادن في هذه الدراسة، وتم تشكيلها إلى قوالب بأبعاد 50 × 20 × 1-5 مم (سُمك الفولاذ ASTM 395 والفولاذ المحتوي على 1% و2.25% و9% كروم: 5 مم؛ سُمك الفولاذ ASTM A283 وASTM A179: 3 مم). أما الفولاذ المقاوم للصدأ من النوعين 304 و316، فكان سُمكه 1 مم، مع وجود فتحتين بقطر 4 مم. صُقلت عينات الفولاذ المحتوي على الكروم بورق الصنفرة، بينما صُقلت المعادن الأخرى بورق صنفرة ذي حبيبات 600 قبل غمرها. عُولجت جميع العينات بالموجات فوق الصوتية باستخدام الإيثانول بنسبة 99.5%، ثم جُففت ووُزنت. استُخدمت عشر عينات من كل معدن لحساب معدل التآكل وتحليل الميكروبيوم. ثُبّتت كل عينة على شكل سلم باستخدام قضبان وفواصل من مادة PTFE (قطر 5 × 30 مم، الشكل التكميلي 2).
يبلغ حجم حوض السباحة 1100 متر مكعب وعمقه حوالي 4 أمتار. وكان معدل تدفق المياه الداخلة 20 مترًا مكعبًا في الساعة، وتم تصريف الفائض، ولم تتأثر جودة المياه بالتغيرات الموسمية (الشكل التكميلي 3). تم إنزال سلم العينات على سلك فولاذي بطول 3 أمتار معلق في منتصف الحوض. أُزيلت مجموعتان من السلالم من الحوض بعد 1 و3 و6 و14 و22 شهرًا. استُخدمت عينات من أحد السلالم لقياس فقدان الوزن وحساب معدلات التآكل، بينما استُخدمت عينات من سلم آخر لتحليل الميكروبيوم. تم قياس الأكسجين المذاب في حوض الغمر بالقرب من السطح والقاع، وكذلك في المنتصف، باستخدام مستشعر الأكسجين المذاب (InPro6860i، ميتلر توليدو، كولومبوس، أوهايو، الولايات المتحدة الأمريكية).
أُزيلت نواتج التآكل والأغشية الحيوية من العينات عن طريق الكشط باستخدام مكشطة بلاستيكية أو المسح بقطعة قطن، ثم نُظفت في حمام فوق صوتي باستخدام إيثانول بنسبة 99.5%. بعد ذلك، غُمرت العينات في محلول كلارك وفقًا للمعيار ASTM G1-0351. وُزنت جميع العينات بعد اكتمال التجفيف. احسب معدل التآكل (مم/سنة) لكل عينة باستخدام الصيغة التالية:
حيث K ثابت (8.76 × 104)، T هو وقت التعرض (ساعة)، A هي مساحة السطح الكلية (سم2)، W هو فقدان الكتلة (جم)، D هي الكثافة (جم سم–3).
بعد وزن العينات، تم الحصول على صور ثلاثية الأبعاد لعدة عينات باستخدام مجهر ليزر قياس ثلاثي الأبعاد (LEXT OLS4000، أوليمبوس، طوكيو، اليابان).