شكرًا لزيارتكم موقع Nature.com. أنتم تستخدمون إصدار متصفح يدعم CSS بشكل محدود. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في إنترنت إكسبلورر). ولضمان استمرارية الدعم، نعرض الموقع بدون أنماط أو جافا سكريبت.
يعرض عرضًا دائريًا لثلاث شرائح دفعةً واحدة. استخدم زري "السابق" و"التالي" للتنقل بين ثلاث شرائح في آنٍ واحد، أو استخدم أزرار التمرير في النهاية للتنقل بين ثلاث شرائح في آنٍ واحد.
في بيئات المياه العذبة، يُلاحظ تآكل متسارع في الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ. أُجريت دراسة غوص في خزانات المياه العذبة لمدة 22 شهرًا باستخدام تسعة أنواع من الفولاذ. لوحظ تآكل متسارع في الفولاذ الكربوني والكرومي 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 بكتيريا مؤكسدة الحديد الثنائي (Fe(II)) في المرحلة المبكرة من التآكل، وبكتيريا مختزلة الحديد الثلاثي (Fe(III)) في مرحلة تطور التآكل، وبكتيريا مختزلة الكبريتات في مرحلة التآكل في المرحلة النهائية من تآكل المنتج. على العكس من ذلك، كانت بكتيريا البيجياتوكايا (Beggiatocaea) أكثر انتشارًا في الفولاذ، حيث تعرض 9% من الكروم للتآكل الموضعي. كما اختلفت تركيبات المجتمعات الميكروبية هذه عن تلك الموجودة في عينات الماء ورواسب القاع. وبالتالي، مع تقدم التآكل، يخضع المجتمع الميكروبي لتغييرات جذرية، ويخلق استقلاب الطاقة الميكروبية المعتمد على الحديد بيئةً تُثري الكائنات الدقيقة الأخرى.
يمكن أن تتدهور المعادن وتتآكل نتيجةً لعوامل بيئية فيزيائية وكيميائية مختلفة، مثل الرقم الهيدروجيني (pH) ودرجة الحرارة وتركيز الأيونات. تؤثر الظروف الحمضية ودرجات الحرارة المرتفعة وتركيزات الكلوريد بشكل خاص على تآكل المعادن1،2،3. غالبًا ما تؤثر الكائنات الدقيقة في البيئات الطبيعية والصناعية على تآكل المعادن وتآكلها، وهو سلوك يُعبر عنه بالتآكل الميكروبي (MIC)4،5،6،7،8. غالبًا ما يوجد MIC في بيئات مثل الأنابيب الداخلية وخزانات التخزين، وفي شقوق المعادن، وفي التربة، حيث يظهر فجأة ويتطور بسرعة. لذلك، يُعد رصد MICs والكشف المبكر عنها أمرًا بالغ الصعوبة، لذلك عادةً ما يُجرى تحليل MIC بعد التآكل. وقد أُبلغ عن العديد من دراسات حالات MIC التي وُجدت فيها البكتيريا المختزلة للكبريتات (SRB) بشكل متكرر في منتجات التآكل9،10،11،12،13. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت البكتيريا المختزلة للكبريتات تُساهم في بدء التآكل، حيث يعتمد اكتشافها على تحليل ما بعد التآكل.
في الآونة الأخيرة، بالإضافة إلى البكتيريا المؤكسدة لليود21، تم الإبلاغ عن أنواع مختلفة من الكائنات الدقيقة المحللة للحديد، مثل SRB14 المحللة للحديد، ومولدات الميثان15،16،17، وبكتيريا اختزال النترات18، وبكتيريا مؤكسدة الحديد19، والأسيتوجينات20. في ظل ظروف مختبرية لاهوائية أو هوائية دقيقة، يُسبب معظمها تآكل الحديد والفولاذ الكربوني عديمي التكافؤ. بالإضافة إلى ذلك، تشير آليات تآكلها إلى أن الميثانوجينات المسببة لتآكل الحديد وSRBs تعزز التآكل عن طريق استخلاص الإلكترونات من الحديد عديم التكافؤ باستخدام هيدروجينازات خارج الخلية وسيتوكرومات متعددة الهيم، على التوالي22،23. تُقسم MICs إلى نوعين: (i) MIC الكيميائي (CMIC)، وهو تآكل غير مباشر بواسطة أنواع مُنتجة ميكروبيًا، و(ii) MIC الكهربائي (EMIC)، وهو تآكل مباشر عن طريق استنفاد الإلكترونات من المعدن24. يُعدّ EMIC المُسهّل بنقل الإلكترون خارج الخلية (EET) ذا أهمية كبيرة، لأن الكائنات الدقيقة ذات خصائص EET تُسبب تآكلًا أسرع من الكائنات الدقيقة غير EET. في حين أن الاستجابة المُحددة لمعدل CMIC في الظروف اللاهوائية هي إنتاج H2 عبر اختزال البروتون (H+)، فإن EMIC يتقدم عبر أيض EET، وهو مستقل عن إنتاج H2. ترتبط آلية EET في مختلف الكائنات الدقيقة بأداء الوقود الخلوي الميكروبي والتخليق الحيوي الكهربائي25،26،27،28،29. نظرًا لاختلاف ظروف زراعة هذه الكائنات الدقيقة المسببة للتآكل عن تلك الموجودة في البيئة الطبيعية، فليس من الواضح ما إذا كانت عمليات التآكل الميكروبية المُلاحظة تعكس التآكل عمليًا. لذلك، يصعب ملاحظة آلية MIC المُستحثة بواسطة هذه الكائنات الدقيقة المسببة للتآكل في البيئة الطبيعية.
سهّل تطوير تقنية تسلسل الحمض النووي دراسة تفاصيل المجتمعات الميكروبية في البيئات الطبيعية والاصطناعية، فعلى سبيل المثال، استُخدم التنميط الميكروبي القائم على تسلسل جين 16S rRNA باستخدام أجهزة تسلسل من الجيل الجديد في مجال علم البيئة الميكروبية30،31،32. نُشرت العديد من دراسات MIC التي فصّلت المجتمعات الميكروبية في بيئات التربة والبحر13،33،34،35،36. بالإضافة إلى SRB، تم الإبلاغ أيضًا عن الإثراء بالبكتيريا المؤكسدة للحديد الثنائي (FeOB) والنترتة في عينات التآكل، مثل FeOB، مثل Gallionella spp. وDechloromonas spp.، والبكتيريا النترتة، مثل Nitrospira. spp.، في الفولاذ الحامل للكربون والنحاس في أوساط التربة33. وبالمثل، في البيئة البحرية، لوحظ استعمار سريع للبكتيريا المؤكسدة للحديد، التي تنتمي إلى فئتي البكتيريا البروتينية الزيتا والبكتيريا البروتينية البيتا، على الفولاذ الكربوني 36 لعدة أسابيع. تشير هذه البيانات إلى مساهمة هذه الكائنات الدقيقة في التآكل. ومع ذلك، في العديد من الدراسات، تكون مدة الدراسة ومجموعاتها التجريبية محدودة، ولا يُعرف الكثير عن ديناميكيات المجتمعات الميكروبية أثناء التآكل.
في هذا البحث، ندرس التركيزات الميكروبية الدنيا (MICs) للفولاذ الكربوني، والفولاذ الكرومي، والفولاذ المقاوم للصدأ، والحديد الزهر، باستخدام دراسات الغمر في بيئة مياه عذبة هوائية ذات تاريخ من أحداث التركيزات الميكروبية الدنيا (MICs). أُخذت العينات بعد مرور شهر، و3 أشهر، و6 أشهر، و14 شهرًا، ودُرست معدلات تآكل كل معدن ومكون ميكروبي. تُقدم نتائجنا فهمًا أعمق لديناميكيات المجتمعات الميكروبية على المدى الطويل أثناء التآكل.
كما هو موضح في الجدول 1، استُخدمت تسعة معادن في هذه الدراسة. غُمرت عشر عينات من كل مادة في بركة من المياه العذبة. كانت جودة مياه المعالجة كما يلي: 30 جزءًا في المليون من الكلوريد، و20 مللي سيمنز/م²، و20 جزءًا في المليون من الكالسيوم، و20 جزءًا في المليون من ثاني أكسيد السيليكون، ودرجة عكارة 1 جزء في المليون، ودرجة حموضة 7.4. بلغ تركيز الأكسجين المذاب (DO) في أسفل سلم أخذ العينات حوالي 8.2 جزء في المليون، وتراوحت درجة حرارة الماء بين 9 و23 درجة مئوية موسميًا.
كما هو موضح في الشكل 1، بعد شهر واحد من الغمر في بيئات الحديد الزهر ASTM A283 وASTM A109 الشرط رقم 4/5 وASTM A179 وASTM A395، لوحظت منتجات تآكل بني على سطح الفولاذ الكربوني في شكل تآكل معمم. زاد فقدان الوزن لهذه العينات مع مرور الوقت (الجدول التكميلي 1) وكان معدل التآكل 0.13-0.16 مم في السنة (الشكل 2). وبالمثل، لوحظ تآكل عام في الفولاذ ذي محتوى الكروم المنخفض (1٪ و 2.25٪) بمعدل تآكل يبلغ حوالي 0.13 مم / سنة (الشكلان 1 و 2). في المقابل، يُظهر الفولاذ ذو محتوى الكروم 9٪ تآكلًا موضعيًا يحدث في الفجوات التي تشكلها الحشيات. يبلغ معدل تآكل هذه العينة حوالي 0.02 مم / سنة، وهو أقل بكثير من معدل تآكل الفولاذ ذي التآكل العام. على النقيض من ذلك، لا تظهر الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 و-316 أي تآكل مرئي، مع معدلات تآكل تقدر بـ <0.001 مم y−1. على النقيض من ذلك، لا تظهر الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 و-316 أي تآكل مرئي، مع معدلات تسارع تقدر بـ <0.001 مم y−1. بالتأكيد، لا تمنع الأنواع القديمة من النوعين 304 و316 تآكلًا واضحًا، عند معالجة هذا التآكل الدقيق <0,001 ملم/سنة. على النقيض من ذلك، لا تظهر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و316 أي تآكل مرئي، مع معدل تآكل يقدر بـ <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. وعلى النقيض من ذلك، لم تظهر الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 و-316 أي تآكل مرئي بمعدل تآكل تصميمي <0.001 مم / سنة.
تظهر الصور العيانية لكل عينة (الارتفاع 50 مم × العرض 20 مم) قبل وبعد إزالة الترسبات الكلسية. 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% Cr؛ 3C فولاذ، فولاذ 2.25% Cr؛ فولاذ 9C، فولاذ 9% Cr؛ S6، فولاذ مقاوم للصدأ 316؛ S8، فولاذ مقاوم للصدأ من النوع 304.
تم حساب معدل التآكل باستخدام فقدان الوزن وزمن 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 منتجات التآكل للفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض الكروم والحديد الزهر تتطور بشكل أكبر بعد الغمر لمدة 3 أشهر. انخفض معدل التآكل الإجمالي تدريجيًا إلى 0.07 ~ 0.08 مم / سنة بعد 22 شهرًا (الشكل 2). بالإضافة إلى ذلك، كان معدل تآكل الفولاذ بنسبة 2.25٪ كروم أقل قليلاً من العينات المتآكلة الأخرى، مما يشير إلى أن الكروم يمكن أن يمنع التآكل. بالإضافة إلى التآكل العام، وفقًا لـ ASTM A179، لوحظ تآكل موضعي بعد 22 شهرًا بعمق تآكل يبلغ حوالي 700 ميكرومتر (الشكل 3). يبلغ معدل التآكل الموضعي، المحسوب باستخدام عمق التآكل ووقت الغمر، 0.38 مم / سنة، وهو أسرع بحوالي 5 مرات من التآكل العام. يمكن التقليل من معدل تآكل سبيكة ASTM A395 لأن منتجات التآكل لا تزيل الترسبات تمامًا بعد 14 أو 22 شهرًا من الغمر في الماء. ومع ذلك، يجب أن يكون الفرق ضئيلاً. بالإضافة إلى ذلك، تم ملاحظة العديد من الحفر الصغيرة في الفولاذ منخفض الكروم المتآكل.
صورة كاملة (مقياس 10 مم) وتآكل موضعي (مقياس 500 ميكرومتر) لفولاذ ASTM A179 و9% كروم عند أقصى عمق باستخدام مجهر ليزر ثلاثي الأبعاد. تشير الدوائر الحمراء في الصورة الكاملة إلى التآكل الموضعي المُقاس. يُظهر الشكل 1 منظرًا كاملاً لفولاذ 9% كروم من الجانب الخلفي.
كما هو موضح في الشكل 2، لم يُلاحظ أي تآكل في الفولاذ المُركّب بنسبة 9% كروم خلال فترة تتراوح بين 3 و14 شهرًا، وكان معدل التآكل صفرًا تقريبًا. ومع ذلك، لوحظ تآكل موضعي بعد 22 شهرًا (الشكل 3) بمعدل تآكل قدره 0.04 مم/سنة، محسوبًا باستخدام معدل فقدان الوزن. يبلغ أقصى عمق تآكل موضعي 1260 ميكرومتر، ويُقدّر معدل التآكل الموضعي باستخدام عمق التآكل وزمن الغمر (22 شهرًا) بـ 0.68 مم/سنة. ونظرًا لعدم معرفة نقطة بدء التآكل بدقة، فقد يكون معدل التآكل أعلى.
في المقابل، لم يُلاحظ أي تآكل واضح على الفولاذ المقاوم للصدأ حتى بعد 22 شهرًا من الغمر. على الرغم من ملاحظة بعض الجسيمات البنية على السطح قبل إزالة الترسبات الكلسية (الشكل 1)، إلا أنها كانت ضعيفة الارتباط ولم تكن ناتجة عن تآكل. وبما أن المعدن يعود للظهور على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ بعد إزالة الترسبات الكلسية، فإن معدل التآكل يكاد يكون معدومًا.
أُجري تسلسل أمبليكون لفهم اختلافات وديناميكيات المجتمعات الميكروبية بمرور الوقت في نواتج التآكل والأغشية الحيوية على الأسطح المعدنية، وفي الماء والرواسب. وبلغ إجمالي عدد القراءات 4,160,012 قراءة، تراوحت بين 31,328 و124,183 قراءة.
تراوحت مؤشرات شانون لعينات المياه المأخوذة من مداخل المياه والبرك بين 5.47 و7.45 (الشكل 4أ). ونظرًا لاستخدام مياه الأنهار المُعالجة كمياه صناعية، فإن المجتمع الميكروبي قد يتغير موسميًا. في المقابل، بلغ مؤشر شانون لعينات الرواسب القاعية حوالي 9، وهو أعلى بكثير من مؤشر عينات المياه. وبالمثل، أظهرت عينات المياه مؤشرات Chao1 محسوبة ووحدات تصنيفية تشغيلية مُلاحظة (OTUs) أقل من عينات الرواسب (الشكل 4ب، ج). هذه الاختلافات مهمة إحصائيًا (اختبار توكي-كرامر؛ القيم الاحتمالية < 0.01، الشكل 4د)، مما يشير إلى أن المجتمعات الميكروبية في عينات الرواسب أكثر تعقيدًا من تلك الموجودة في عينات المياه. هذه الاختلافات مهمة إحصائيًا (اختبار توكي-كرامر؛ القيم الاحتمالية < 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 مهمة إحصائيًا (اختبار توكي-كرامر؛ القيم 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 المياه. كانت هذه الاختلافات ذات دلالة إحصائية (اختبار توكي-كرامر؛ القيمة الاحتمالية <0.01، الشكل 4د)، مما يشير إلى أن المجتمعات الميكروبية في عينات الرواسب كانت أكثر تعقيدًا من تلك الموجودة في عينات المياه.وبما أن المياه في حوض الفائض تتجدد باستمرار وتستقر الرواسب في قاع الحوض دون أي اضطراب ميكانيكي، فإن هذا الاختلاف في التنوع الميكروبي يجب أن يعكس النظام البيئي في الحوض.
أ- مؤشر شانون، ب- وحدة تصنيفية تشغيلية ملحوظة (OTU)، ج- مؤشر امتصاص Chao1 (ن = 6) والحوض (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)، 1٪ (1 C: ن = 5)، 2.25٪ (3 C: ن = 5) و 9٪ (9 C: ن = 5) يتم عرض الفولاذ Cr، وكذلك الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316 (S6: ن = 5) و-304 (S8: ن = 5) على شكل مخططات على شكل صندوق وشارب. د- القيم الاحتمالية لمؤشري Shannon و Chao1 التي تم الحصول عليها باستخدام اختبارات المقارنة المتعددة ANOVA و Tukey-Kramer. تمثل الخلفيات الحمراء الأزواج ذات القيم الاحتمالية < 0.05. تمثل الخلفيات الحمراء الأزواج ذات القيم الاحتمالية < 0.05. الخطوط الجميلة تقدم فرقًا مع بداية p <0,05. تمثل الخلفيات الحمراء الأزواج ذات القيم الاحتمالية < 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 القيم p <0.05.يمثل الخط الموجود في منتصف المربع، والجزء العلوي والسفلي من المربع، والشوارب المتوسط، والنسب المئوية 25 و75، والحد الأدنى والحد الأقصى للقيم على التوالي.
وكانت مؤشرات شانون للصلب الكربوني والفولاذ منخفض الكروم والحديد الزهر مماثلة لتلك الخاصة بعينات المياه (الشكل 4أ). وعلى النقيض من ذلك، فإن مؤشرات شانون لعينات الفولاذ المقاوم للصدأ أعلى بشكل ملحوظ من تلك الخاصة بالفولاذ المتآكل (القيم الاحتمالية < 0.05، الشكل 4د) ومماثلة لتلك الخاصة بالرواسب. في المقابل، كانت مؤشرات شانون لعينات الفولاذ المقاوم للصدأ أعلى بشكل ملحوظ من تلك الخاصة بالفولاذ المتآكل (القيم 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 (القيم p < 0.05، الشكل 4د) وتشبه مؤشرات الرواسب.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 بشكل ملحوظ من مؤشر الفولاذ المتآكل (قيمة p < 0.05، الشكل 4د)، كما كانت الرواسب.في المقابل، تراوح مؤشر شانون للصلب المحتوي على 9% كروم بين 6.95 و9.65. وكانت هذه القيم أعلى بكثير في العينات غير المتآكلة عند عمر شهر وثلاثة أشهر، مقارنةً بالعينات المتآكلة عند عمر ستة أشهر وأربعة عشر شهرًا واثنين وعشرين شهرًا (الشكل 4أ). علاوة على ذلك، فإن مؤشرات Chao1 ووحدات OTUs الملحوظة لفولاذ 9% Cr أعلى من تلك الموجودة في العينات المتآكلة وعينات المياه وأقل من تلك الموجودة في العينات غير المتآكلة وعينات الرواسب (الشكل 4ب، ج)، والاختلافات ذات دلالة إحصائية (القيم الاحتمالية < 0.01، الشكل 4د). علاوة على ذلك، فإن مؤشرات Chao1 ووحدات OTUs الملحوظة لفولاذ 9٪ Cr أعلى من تلك الموجودة في العينات المتآكلة والمائية وأقل من تلك الموجودة في العينات غير المتآكلة والرواسب (الشكل 4 ب، ج)، والاختلافات ذات دلالة إحصائية (القيم p < 0.01، الشكل 4 د).بالإضافة إلى ذلك، فإن Chao1 وOTU الملحوظة للصلب الذي يحتوي على 9٪ Cr أعلى من تلك الموجودة في العينات المتآكلة والمائية وأقل من تلك الموجودة في العينات غير المتآكلة والرسوبية (الشكل 4 ب، ج)، والاختلافات ذات دلالة إحصائية.(p-значения <0,01, ис.4d). (القيم الاحتمالية <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 , , , , , , , , (4د) علاوة على ذلك، تم الاحتفاظ بمؤشر Chao1 و OTU مع ضمان 9٪ Cr، بما في ذلك المواد الملوثة والمياة، وغيرها، في ما يتعلق بالأدوات غير المتجانسة والمعزولة (الاحتمال 4 ب، ج)، كان هناك فرق إحصائي رئيسي (ص- значение < 0,01, ис. 4غ). بالإضافة إلى ذلك، كان مؤشر Chao1 وOTU الملحوظ لفولاذ 9٪ Cr أعلى من تلك الموجودة في العينات المتآكلة والمائية وأقل من تلك الموجودة في العينات غير المتآكلة والرسوبية (الشكل 4 ب، ج)، وكان الفرق مهمًا إحصائيًا (قيمة p < 0.01، الشكل 4 د).تشير هذه النتائج إلى أن التنوع الميكروبي في منتجات التآكل أقل من التنوع الميكروبي في الأغشية الحيوية على المعادن غير المتآكلة.
يوضح الشكل 5أ مخطط تحليل الإحداثيات الرئيسي (PCoA) استنادًا إلى مسافة UniFrac غير المرجحة لجميع العينات، مع ملاحظة ثلاث مجموعات رئيسية. اختلفت المجتمعات الميكروبية في عينات المياه اختلافًا كبيرًا عن المجتمعات الأخرى. كما شملت المجتمعات الميكروبية في الرواسب مجتمعات من الفولاذ المقاوم للصدأ، بينما كانت منتشرة على نطاق واسع في عينات التآكل. في المقابل، تُقسّم خريطة الفولاذ المحتوي على 9% كروم إلى مجموعات غير متآكلة وأخرى متآكلة. وبالتالي، تختلف المجتمعات الميكروبية على أسطح المعادن ونواتج التآكل اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في الماء.
مخطط تحليل الإحداثيات الرئيسية (PCoA) مبني على مسافات UniFrac غير الموزونة في جميع العينات (أ)، والمياه (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 ترتيبها زمنيًا، كانت مخططات PCoA لعينات المياه دائرية الشكل (الشكل 5ب). قد يعكس هذا التحول الدوري التغيرات الموسمية.
بالإضافة إلى ذلك، لوحظت مجموعتان فقط (متآكلة وغير متآكلة) في مخططات PCoA لعينات المعادن، حيث لوحظ أيضًا (باستثناء فولاذ الكروم بنسبة 9%) تحول في المجتمع الميكروبي من شهر واحد إلى 22 شهرًا (الشكل 5ج). بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن التحولات في العينات المتآكلة كانت أكبر من العينات غير المتآكلة، فقد كان هناك ارتباط بين التغيرات في المجتمعات الميكروبية وتقدم التآكل. في عينات الفولاذ التي تحتوي على 9% Cr، تم الكشف عن نوعين من المجتمعات الميكروبية: نقاط عند الشهر الأول والشهر السادس، تقع بالقرب من الفولاذ المقاوم للصدأ، وأخرى (3 و14 و22 شهرًا)، تقع عند نقاط قريبة من الفولاذ المتآكل. لم تكن القسائم المستخدمة لاستخراج الحمض النووي عند الشهر الأول والشهر السادس متآكلة، بينما كانت القسائم عند الشهر الثالث والشهر الرابع عشر والشهر الثاني والعشرين متآكلة (الشكل التكميلي 1). لذلك، اختلفت المجتمعات الميكروبية في العينات المتآكلة عن تلك الموجودة في عينات المياه والرواسب والعينات غير المتآكلة وتغيرت مع تقدم التآكل.
كانت الأنواع الرئيسية للمجتمعات الميكروبية التي لوحظت في عينات المياه هي Proteobacteria (30.1-73.5٪) و Bacteroidetes (6.3-48.6٪) و Planctomycetota (0.4-19.6٪) و Actinobacteria (0-17.7٪)، وتفاوتت وفرتها النسبية من عينة إلى أخرى (الشكل 6)، على سبيل المثال، كانت الوفرة النسبية لـ Bacteroidetes في مياه البركة أعلى منها في المياه المجردة. يمكن أن يتأثر هذا الاختلاف بمدة بقاء الماء في خزان الفائض. لوحظت هذه الأنواع أيضًا في عينات الرواسب السفلية، لكن وفرتها النسبية اختلفت بشكل كبير عن تلك الموجودة في عينات المياه. بالإضافة إلى ذلك، كان المحتوى النسبي لـ Acidobacteriota (8.7-13.0٪) و Chloroflexi (8.1-10.2٪) و Nitrospirota (4.2-4.4٪) و Desulfobacterota (1.5-4.4٪) %) أعلى من عينات المياه. نظرًا لأن جميع أنواع Desulfobacterota تقريبًا هي SRB37، فلا بد أن تكون البيئة في الرواسب لا هوائية. على الرغم من أن Desulfobacterota قد تؤثر على التآكل، إلا أن المخاطر يجب أن تكون منخفضة للغاية لأن وفرتها النسبية في مياه المسبح أقل من 0.04%. على الرغم من أن Desulfobacterota قد تؤثر على التآكل، إلا أن المخاطر يجب أن تكون منخفضة 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 Desulfobacterota قد يكون لها تأثير على التآكل، إلا أن المخاطر يجب أن تكون منخفضة للغاية حيث أن وفرتها النسبية في مياه حمام السباحة أقل من 0.04٪.يمكن أن يؤدي ذلك إلى تفاقم المشكلة، مما قد يؤدي إلى انخفاض بنسبة 0.04%. <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 المخاطر يجب أن تكون منخفضة للغاية حيث أن وفرتها النسبية في مياه حمام السباحة أقل من 0.04%.
يُمثل RW وAir عينات المياه من مدخل المياه والحوض على التوالي. الرواسب C و-E و-W هي عينات رواسب مأخوذة من مركز قاع الحوض، وكذلك من الجانبين الشرقي والغربي. 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.
على مستوى الجنس، لوحظت نسبة أعلى قليلاً (6-19%) من البكتيريا غير المصنفة التي تنتمي إلى عائلة المشعرات، بالإضافة إلى النيوسفينغوسين والزائفة الزنجارية والفلافوباكتيريوم، في جميع المواسم. وباعتبارها مكونات رئيسية ثانوية، تتفاوت نسبها (الشكل 1). 7أ و 7ب). في الروافد، كانت الوفرة النسبية للفلافوباكتيريوم والسودوفيبريو والرودوفيروباكتير أعلى فقط في فصل الشتاء. وبالمثل، لوحظ ارتفاع في محتوى الزوفيبريو والفلافوباكتيريوم في مياه الحوض الشتوية. وبالتالي، تباينت المجتمعات الميكروبية في عينات المياه تبعًا للموسم، ولكنها لم تشهد تغيرات جذرية خلال فترة الدراسة.
أ- مياه السحب، ب- مياه حمام السباحة، ج- ASTM A283، د- ASTM A109 درجة الحرارة #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 البروتيوبكتيريا هي المكون الرئيسي في جميع العينات، إلا أن نسبتها النسبية في العينات المتآكلة انخفضت مع تقدم التآكل (الشكل 6). في العينات ASTM A179، وASTM A109 Temp No. 4/5، وASTM A179، وASTM A395، و1% و2.25% Cr، انخفضت نسبتها النسبية 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 لـ Desulfobacterot تدريجياً من <0.1% إلى 12.5-45.9% مع تقدم التآكل. وعلى النقيض من ذلك، تزداد الوفرة النسبية لـ Desulfobacterot تدريجياً 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 لـ Desulfobacterot تدريجياً 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، زادت الوفرة النسبية لـ Desulfobacillus تدريجيًا من <0.1% إلى 12.5-45.9% مع تقدم التآكل.وهكذا، مع تقدم التآكل، تم استبدال Proteobactereira بـ Desulfobacterota.
في المقابل، احتوت الأغشية الحيوية على الفولاذ المقاوم للصدأ غير المتآكل على نسب متماثلة من البكتيريا المختلفة: بروتيوباكتريا (29.4-34.1%)، بلانكتوميستوتا (11.7-18.8%)، نيتروسبيروتا (2.9-20.9%)، أسيدوباكتيروتا (8.6-18.8%)، باكتيرويودوتا (3.1-9.2%)، وكلوروفلكسي (2.1-8.8%). وقد وُجد أن نسبة نيتروسبيروتا في عينات الفولاذ المقاوم للصدأ ازدادت تدريجيًا (الشكل 6). وتتشابه هذه النسب مع تلك الموجودة في عينات الرواسب، وهو ما يتوافق مع مخطط PCoA الموضح في الشكل 5أ.
في عينات الفولاذ التي تحتوي على 9% كروم، تم ملاحظة نوعين من المجتمعات الميكروبية: كانت المجتمعات الميكروبية لمدة شهر واحد وستة أشهر مماثلة لتلك الموجودة في عينات الرواسب السفلية، في حين زادت نسبة البكتيريا البروتينية في عينات التآكل 3 و14 و22 بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذين المجتمعين الميكروبيين في عينات الفولاذ التي تحتوي على 9% كروم يتوافقان مع مجموعات منقسمة في مخطط PCoA الموضح في الشكل 5 ج.
على مستوى الجنس، تم ملاحظة أكثر من 2000 وحدة OTU تحتوي على بكتيريا وعتائق غير محددة. على مستوى الجنس، تم ملاحظة أكثر من 2000 وحدة OTU تحتوي على بكتيريا وعتائق غير محددة.على مستوى الجنس، تم ملاحظة أكثر من 2000 وحدة نمطية تحتوي على بكتيريا وعتائق مجهولة الهوية.على مستوى الجنس، لوحظت أكثر من 2000 وحدة تصنيفية للبكتيريا والعتائق غير المحددة. من بينها، ركزنا على 10 وحدات تصنيفية للبكتيريا ذات كثافة عالية في كل عينة. يغطي هذا النسب 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 Temp No. 4/5، وASTM A179، وASTM A395، وفولاذ Cr بنسبة 1%، و2.25%، و9%، وفولاذ مقاوم للصدأ من النوع 316 و-304.
لوحظت نسبة عالية نسبيًا من المونوليثات منزوعة الكلور ذات خصائص أكسدة Fe(II) في عينات التآكل، مثل ASTM A179 وASTM A109 Temp No. 4/5 وASTM A179 وASTM A395، وفي الفولاذ ذي نسبة 1% و2.25% من الكروم في المرحلة المبكرة من التآكل (شهر واحد وثلاثة أشهر، الشكل 7ج-ح). انخفضت نسبة ديكلوروموناس بمرور الوقت، وهو ما يتوافق مع انخفاض نسبة بروتيوباكتيريا (الشكل 6). علاوة على ذلك، فإن نسبة ديكلوروموناس في الأغشية الحيوية على العينات غير المتآكلة هي <1٪. علاوة على ذلك، فإن نسبة ديكلوروموناس في الأغشية الحيوية على العينات غير المتآكلة هي <1٪. وعلاوة على ذلك، فإن ديكلوروموناس في الأغشية الحيوية للأدوية غير العضوية يصل إلى أقل من 1%. بالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة ديكلوروموناس في الأغشية الحيوية على العينات غير المتآكلة هي <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 الأغشية الحيوية للعينات غير المتآكلة <1%.لذلك، من بين منتجات التآكل، يتم إثراء الديكلوروموناس بشكل كبير في المرحلة المبكرة من التآكل.
على النقيض من ذلك، في الفولاذ ASTM A179، وASTM A109 المُقسّى #4/5، وASTM A179، وASTM A395، والفولاذ المُحتوي على 1% و2.25% من الكروم، زادت نسبة أنواع ديسولفوفيبريون SRB أخيرًا بعد 14 و22 شهرًا (الشكل 7ج-ح). كان ديسولفوفيبريون منخفضًا جدًا أو لم يُكتشف في المراحل المبكرة من التآكل، في عينات المياه (الشكل 7أ، ب) وفي الأغشية الحيوية غير المتآكلة (الشكل 7ي، ي). يشير هذا بقوة إلى أن ديسولفوفيبريون يُفضل بيئة نواتج التآكل المُتشكلة، على الرغم من أنها لا تؤثر على التآكل في المراحل المبكرة منه.
عُثر على بكتيريا مختزلة لـ Fe(III) (RRB)، مثل Geobacter وGeothrix، في نواتج التآكل في المراحل الوسطى من التآكل (6 و14 شهرًا)، إلا أن نسبة المراحل المتأخرة من التآكل (22 شهرًا) أعلى فيها. (الشكل 7ج، هـ). أظهر جنس Sideroxydans ذو خصائص أكسدة Fe(II) سلوكًا مشابهًا (الشكل 7و)، لذا كانت نسبة FeOB وIRB وSRB أعلى فقط في العينات المتآكلة. هذا يشير بقوة إلى أن التغيرات في هذه المجتمعات الميكروبية مرتبطة بتطور التآكل.
في الفولاذ المتآكل بنسبة 9% من الكروم بعد 3 و14 و22 شهرًا، لوحظت نسبة أعلى من أعضاء عائلة Beggiatoacea (8.5-19.6%)، والتي يمكن أن تُظهر خصائص مؤكسدة للكبريت، ولوحظت أيضًا السيديروكسيدانات (8.4-13.7%) (الشكل 1). 7i) بالإضافة إلى ذلك، وُجدت بكتيريا Thiomonas، وهي بكتيريا مؤكسدة للكبريت (SOB)، بأعداد أكبر (3.4% و8.8%) في عمر 3 و14 شهرًا. في المقابل، لوحظت بكتيريا Nitrospira المختزلة للنترات (12.9%) في عينات غير متآكلة عمرها 6 أشهر. كما لوحظت زيادة في نسبة Nitrospira في الأغشية الحيوية على الفولاذ المقاوم للصدأ بعد الغمس (الشكل 7j، k). وهكذا، كانت المجتمعات الميكروبية لفولاذ الكروم 9% غير المتآكل بعمر شهر وستة أشهر مماثلة لتلك الموجودة في الأغشية الحيوية للفولاذ المقاوم للصدأ. إضافةً إلى ذلك، اختلفت المجتمعات الميكروبية لفولاذ الكروم 9% المتآكل بعمر 3 و14 و22 شهرًا عن نواتج تآكل فولاذ الكربون 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. ومع ذلك، قد تتآكل بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في بيئات المياه العذبة38،39. بالإضافة إلى ذلك، كان يُشتبه في البداية بوجود MIC نظرًا لملاحظة وجود 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.
وسط المياه العذبة المستخدم في هذه الدراسة هو خزان مغلق للمياه التقنية المأخوذة من نهر ذي تركيب كيميائي مستقر نسبيًا وتغير موسمي في درجة حرارة الماء يتراوح بين 9 و23 درجة مئوية. لذلك، قد ترتبط التقلبات الموسمية في المجتمعات الميكروبية في عينات المياه بتغيرات في درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، كان المجتمع الميكروبي في مياه المسبح مختلفًا بعض الشيء عن نظيره في مياه الإدخال (الشكل 5ب). يتم استبدال مياه المسبح باستمرار بسبب الفائض. ونتيجة لذلك، ظل تركيز الأكسجين المذاب عند حوالي 8.2 جزء في المليون حتى في الأعماق المتوسطة بين سطح الحوض والقاع. على العكس من ذلك، يجب أن تكون بيئة الرواسب لاهوائية، حيث تستقر وتبقى في قاع الخزان، ويجب أن تختلف النباتات الميكروبية فيها (مثل CRP) أيضًا عن النباتات الميكروبية في الماء (الشكل 6). ونظرًا لأن قسائم المسبح كانت أبعد عن الرواسب، فقد تعرضت فقط للمياه العذبة أثناء دراسات الغمر في ظل ظروف هوائية.
يحدث التآكل العام في الفولاذ الكربوني، والفولاذ منخفض الكروم، والحديد الزهر في بيئات المياه العذبة (الشكل 1) نظرًا لعدم مقاومة هذه المواد للتآكل. ومع ذلك، كان معدل التآكل (0.13 مم/سنة) في ظل ظروف المياه العذبة غير الحيوية أعلى مما هو عليه في الدراسات السابقة40 (0.04 مم/سنة)، وكان مماثلًا لمعدل التآكل (0.02-0.76 مم/سنة) في وجود الكائنات الدقيقة (1) المشابهة لظروف المياه العذبة40،41،42). يُعدّ هذا المعدل المتسارع للتآكل سمة من سمات MIC.
بالإضافة إلى ذلك، بعد 22 شهرًا من الغمر، لوحظ تآكل موضعي في عدة معادن تحت نواتج التآكل (الشكل 3). وتحديدًا، كان معدل التآكل الموضعي المرصود في معيار ASTM A179 أسرع بنحو خمسة أضعاف 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 المُجرى في هذه الدراسة يعكس التآكل في الواقع العملي.
من بين المعادن المدروسة، أظهر الفولاذ 9٪ Cr أشد أنواع التآكل، بعمق تآكل > 1.2 مم، وهو على الأرجح MIC بسبب التآكل المتسارع والشكل غير الطبيعي للتآكل. من بين المعادن المدروسة، أظهر الفولاذ 9٪ Cr أشد أنواع التآكل، بعمق تآكل > 1.2 مم، وهو على الأرجح MIC 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% كروم أشد أنواع التآكل مع عمق تآكل >1.2 مم، وهو على الأرجح الحد الأدنى من التركيز المثبط بسبب 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. ومن بين المعادن المدروسة، تعرض الفولاذ الذي يحتوي على 9% كروم للتآكل الشديد، مع عمق تآكل >1.2 مم، ومن المرجح أن يكون MIC بسبب أشكال التآكل المتسارعة والشاذة.نظرًا لأن الفولاذ الذي يحتوي على 9% كروم يستخدم في تطبيقات درجات الحرارة العالية، فقد تمت دراسة سلوكه التآكلي مسبقًا43،44 ولكن لم يتم الإبلاغ عن MIC سابقًا لهذا المعدن. نظرًا لأن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء الكائنات المحبة للحرارة العالية، تكون غير نشطة في بيئة ذات درجة حرارة عالية (>100 درجة مئوية)، فقد يتم تجاهل MIC في الفولاذ 9% Cr في مثل هذه الحالات. نظرًا لأن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء الكائنات المحبة للحرارة العالية، تكون غير نشطة في بيئة ذات درجة حرارة عالية (>100 درجة مئوية)، فقد يتم تجاهل MIC في الفولاذ 9% Cr 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. نظرًا لأن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء الكائنات المحبة للحرارة العالية، تكون غير نشطة في بيئة ذات درجة حرارة عالية (>100 درجة مئوية)، فيمكن تجاهل MIC في الفولاذ الذي يحتوي على 9% Cr 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. نظرًا لأن العديد من الكائنات الحية الدقيقة، باستثناء الكائنات المحبة للحرارة العالية، لا تظهر نشاطًا في البيئات ذات درجات الحرارة العالية (>100 درجة مئوية)، فيمكن تجاهل MIC في الفولاذ الذي يحتوي على 9% Cr في هذه الحالة.ومع ذلك، عندما يتم استخدام الفولاذ الذي يحتوي على 9% كروم في بيئة ذات درجة حرارة متوسطة، يجب اتخاذ تدابير مختلفة لتقليل MIC.
تم ملاحظة مجتمعات ميكروبية مختلفة 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. يذكر راميريز وآخرون13 انتقالًا من ثلاث خطوات (FeOB => SRB/IRB = > SOB) في نظام بيئي ميكروبي بحري على مدى 6 أشهر، حيث قد يساهم كبريتيد الهيدروجين الناتج عن SRB المخصب الثانوي في النهاية في إثراء SOB. يذكر راميريز وآخرون13 انتقالًا من ثلاث خطوات (FeOB => SRB/IRB => SOB) في نظام بيئي ميكروبي بحري على مدى 6 أشهر، عندما يساهم كبريتيد الهيدروجين الناتج عن SRB المخصب الثانوي أخيرًا 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. يذكر راميريز وآخرون13 انتقالًا من ثلاث مراحل (FeOB => SRB/IRB => SOB) في النظام البيئي الميكروبي البحري على مدى فترة 6 أشهر، حيث يمكن لكبريتيد الهيدروجين الناتج عن التخصيب الثانوي لـ SRB أن يساهم أخيرًا في تخصيب 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 ملابس SOB. أفاد راميريز وآخرون13 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 التخصيب الثانوي لـ SRB في النهاية في تخصيب SOB.أفاد ماكبيث وإيمرسون36 بوجود إثراء أساسي في FeOB. وبالمثل، لوحظ إثراء FeOB خلال مرحلة التآكل المبكرة في هذه الدراسة، ولكن التغيرات الميكروبية مع تقدم التآكل الملحوظة في الفولاذ الكربوني و1٪ و 2.25٪ Cr 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 الملحوظة في الفولاذ الكربوني و1٪ و 2.25٪ Cr 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 تم ملاحظة الإثراء في FeOB في مرحلة مبكرة من التآكل، ولكن التغيرات الميكروبية مع تقدم التآكل، والتي لوحظت في الفولاذ الكربوني و1% و2.25% Cr والحديد الزهر على مدى 22 شهرًا، هي FeOB => IRB => SRB (الشكلان 7 و8).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 فحصها في 1% و 2,25% Cr من المخلفات والتآكل في غضون 22 شهرًا، بواسطة FeOB => IRB => SRB (الرسم 7 و 8). وبالمثل، لوحظ إثراء FeOB في المراحل المبكرة من التآكل في هذه الدراسة، ولكن التغيرات الميكروبيولوجية التي لوحظت في الكربون و1٪ و 2.25٪ من الفولاذ الكروم والحديد الزهر على مدى 22 شهرًا كانت FeOB => IRB => SRB (الشكل 7 و 8).يمكن أن تتراكم مركبات الكربون الهيدروكربونية السالبة (SRBs) بسهولة في بيئات مياه البحر بسبب تركيزات أيونات الكبريتات العالية، إلا أن إثراءها في بيئات المياه العذبة يتأخر بسبب انخفاض تركيزات أيونات الكبريتات. وقد أُبلغ عن إثراء مركبات الكربون الهيدروكربونية السالبة (SRBs) في مياه البحر بشكل متكرر10،12،45.
أ- الكربون العضوي والنيتروجين عبر استقلاب الطاقة المعتمد على Fe(II) لأكسيد الحديد (خلايا حمراء [Dechloromonas sp.] وخضراء [Sideroxydans sp.]) وبكتيريا مختزلة لـ Fe(III) (خلايا رمادية [Geothrix sp. وGeobacter sp.]) في مرحلة مبكرة من التآكل، ثم تُثري البكتيريا المختزلة للكبريتات اللاهوائية (SRP) والكائنات الدقيقة غيرية التغذية المرحلة الناضجة من التآكل باستهلاك المادة العضوية المتراكمة. ب- التغيرات في المجتمعات الميكروبية على المعادن المقاومة للتآكل. تُمثل الخلايا البنفسجية والزرقاء والصفراء والبيضاء بكتيريا من عائلات Comamonadaceae وNitrospira sp. وBeggiatoacea وغيرها، على التوالي.
فيما يتعلق بالتغيرات في المجتمع الميكروبي واحتمالية إثراء SRB، يُعد FeOB بالغ الأهمية في المرحلة المبكرة من التآكل، ويمكن لبكتيريا Dechloromonas الحصول على طاقة نموها من أكسدة Fe(II). يمكن للكائنات الدقيقة البقاء على قيد الحياة في بيئات تحتوي على عناصر نزرة، لكنها لن تنمو بشكل كبير. ومع ذلك، فإن حوض الغطس المستخدم في هذه الدراسة هو حوض فيض، بتدفق داخلي يبلغ 20 مترًا مكعبًا/ساعة، والذي يزود باستمرار بالعناصر النزرة التي تحتوي على أيونات غير عضوية. في المراحل المبكرة من التآكل، تنطلق أيونات الحديدوز من الفولاذ الكربوني والحديد الزهر، وتستخدمها بكتيريا FeOB (مثل Dechloromonas) كمصدر للطاقة. يجب أن توجد كميات ضئيلة من الكربون والفوسفات والنيتروجين اللازمة لنمو الخلايا في مياه المعالجة على شكل مواد عضوية وغير عضوية. لذلك، في بيئة المياه العذبة هذه، يتم إثراء FeOB في البداية على الأسطح المعدنية مثل الفولاذ الكربوني والحديد الزهر. بعد ذلك، يمكن لبكتيريا IRB النمو واستخدام المواد العضوية وأكاسيد الحديد كمصادر للطاقة ومستقبلات نهائية للإلكترونات، على التوالي. في منتجات التآكل الناضجة، يُفترض أن تُخلق ظروف لاهوائية غنية بالنيتروجين نتيجةً لاستقلاب FeOB وIRB. لذلك، يمكن لـ SRB أن ينمو بسرعة ويحل محل FeOB وIRB (الشكل 8أ).
في الآونة الأخيرة، أبلغ تانغ وآخرون عن تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ بواسطة Geobacter fererroreducens في بيئات المياه العذبة بسبب انتقال الإلكترون المباشر من الحديد إلى الميكروبات46. بالنظر إلى EMIC، فإن مساهمة الكائنات الحية الدقيقة ذات خصائص EET أمر بالغ الأهمية. SRB و FeOB و IRB هي الأنواع الميكروبية الرئيسية في منتجات التآكل في هذه الدراسة، والتي يجب أن يكون لها خصائص EET. لذلك، يمكن لهذه الكائنات الحية الدقيقة النشطة كهروكيميائيًا أن تساهم في التآكل من خلال EET، ويتغير تكوين مجتمعها تحت تأثير الأنواع الأيونية المختلفة أثناء تكوين منتجات التآكل. على العكس من ذلك، اختلف المجتمع الميكروبي في الفولاذ الذي يحتوي على 9٪ Cr عن أنواع الفولاذ الأخرى (الشكل 8 ب). بعد 14 شهرًا، بالإضافة إلى الإثراء بـ FeOB، تم أيضًا إثراء Sideroxydans و SOB47Beggiatoacea و Thiomonas (الشكل 7i). يختلف هذا التغيير اختلافًا ملحوظًا عن تغيرات المواد التآكلية الأخرى، مثل الفولاذ الكربوني، ويمكن أن يتأثر بالأيونات الغنية بالكروم المذابة أثناء التآكل. والجدير بالذكر أن الثيوموناس لا يتميز فقط بخواص أكسدة الكبريت، بل أيضًا بخواص أكسدة الحديد الثنائي، ونظام EET، وتحمل المعادن الثقيلة 48،49. ويمكن إثراؤه بالنشاط التأكسدي للحديد الثنائي و/أو الاستهلاك المباشر لإلكترونات المعدن. في دراسة سابقة، لوحظت وفرة عالية نسبيًا من البيجياتواسيا في الأغشية الحيوية على النحاس باستخدام نظام مراقبة الأغشية الحيوية المتقطعة، مما يشير إلى أن هذه البكتيريا قد تكون مقاومة للمعادن السامة مثل النحاس والكروم. ومع ذلك، فإن مصدر الطاقة الذي تحتاجه البيجياتواسيا للنمو في هذه البيئة غير معروف.
تتناول هذه الدراسة التغيرات في المجتمعات الميكروبية أثناء التآكل في بيئات المياه العذبة. في البيئة نفسها، اختلفت المجتمعات الميكروبية باختلاف نوع المعدن. إضافةً إلى ذلك، تؤكد نتائجنا أهمية FeOB في المراحل المبكرة من التآكل، إذ يُعزز استقلاب الطاقة الميكروبية المعتمد على الحديد تكوين بيئة غنية بالمغذيات تُفضلها الكائنات الدقيقة الأخرى مثل SRB. لتقليل التركيز المثبط للحديد (MIC) في بيئات المياه العذبة، يجب الحد من إثراء FeOB وIRB.
تم استخدام تسعة معادن في هذه الدراسة وتم معالجتها في كتل من 50 × 20 × 1-5 مم (سمك الفولاذ ASTM 395 و 1٪ و 2.25٪ و 9٪ Cr: 5 مم؛ سمك ASTM A283 و ASTM A179: 3 مم). مم؛ ASTM A109 Temper 4/5 والنوع 304 و 316 الفولاذ المقاوم للصدأ، سمك: 1 مم)، مع اثنين من الثقوب 4 مم. تم تلميع الفولاذ الكروم بورق الصنفرة وتم تلميع المعادن الأخرى بورق صنفرة 600 قبل الغمس. تم معالجة جميع العينات بالموجات فوق الصوتية باستخدام 99.5٪ من الإيثانول وتجفيفها ووزنها. تم استخدام عشر عينات من كل معدن لحساب معدل التآكل وتحليل الميكروبيوم. تم تثبيت كل عينة بطريقة سلمية باستخدام قضبان وفواصل PTFE (φ 5 × 30 مم، الشكل التكميلي 2).
تبلغ سعة المسبح 1100 متر مكعب وعمقه حوالي 4 أمتار. بلغ معدل تدفق المياه الداخلة 20 مترًا مكعبًا في الساعة، وتم تصريف الفائض، ولم تتقلب جودة المياه موسميًا (الشكل التكميلي 3). أُنزل سلم العينات على سلك فولاذي بطول 3 أمتار معلق في منتصف المسبح. أُزيلت مجموعتان من السلالم من المسبح عند عمر 1 و3 و6 و14 و22 شهرًا. استُخدمت عينات من أحد السلمين لقياس فقدان الوزن وحساب معدلات التآكل، بينما استُخدمت عينات من سلم آخر لتحليل الميكروبيوم. قُيس الأكسجين المذاب في خزان 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 بالكشط بمكشطة بلاستيكية أو بالمسح بقطعة قطن، ثم نُظِّفت في إيثانول بتركيز 99.5% باستخدام حمام بالموجات فوق الصوتية. ثم غُمرّت العينات في محلول كلارك وفقًا لمعيار ASTM G1-0351. وُزِّنت جميع العينات بعد اكتمال التجفيف. احسب معدل التآكل (مم/سنة) لكل عينة باستخدام الصيغة التالية:
حيث K هو ثابت (8.76 × 104)، T هو وقت التعرض (h)، A هي مساحة السطح الكلية (cm2)، W هي فقدان الكتلة (g)، D هي الكثافة (g/cm–3).
بعد وزن العينات، تم الحصول على صور ثلاثية الأبعاد للعديد من العينات باستخدام مجهر ليزر قياس ثلاثي الأبعاد (LEXT OLS4000، أوليمبوس، طوكيو، اليابان).