Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Koristite verziju preglednika s ograničenom CSS podrškom. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažuriranu verziju preglednika (ili da onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). Osim toga, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Prikazuje karusel od tri slajda odjednom. Koristite dugmad Prethodno i Sljedeće za kretanje kroz tri slajda odjednom ili koristite klizače na kraju za kretanje kroz tri slajda odjednom.
U slatkovodnim okruženjima često se primjećuje ubrzana korozija ugljičnih i nehrđajućih čelika. Ovdje je provedena 22-mjesečna studija ronjenja u rezervoarima za slatku vodu korištenjem devet vrsta čelika. Ubrzana korozija uočena je kod ugljičnih i hromiranih čelika i lijevanog željeza, dok kod nehrđajućeg čelika nije uočena vidljiva korozija čak ni nakon 22 mjeseca. Analiza mikrobne zajednice pokazala je da su tokom opće korozije, Fe(II)-oksidirajuće bakterije bile obogaćene u ranoj fazi korozije, Fe(III)-redukirajuće bakterije u fazi razvoja korozije, a sulfatno-redukirajuće bakterije u fazi korozije u završnoj fazi korozije proizvoda. Naprotiv, bakterije Beggiatocaea bile su posebno brojne u čeliku sa 9% Cr koji je bio izložen lokaliziranoj koroziji. Ovi sastavi mikrobnih zajednica također su se razlikovali od onih u uzorcima vode i sedimenta s dna. Dakle, kako korozija napreduje, mikrobna zajednica prolazi kroz dramatične promjene, a metabolizam energije mikroba ovisan o željezu stvara okruženje koje može obogatiti druge mikroorganizme.
Metali mogu propadati i korodirati zbog različitih fizičkih i hemijskih faktora okoline kao što su pH, temperatura i koncentracija iona. Kiseli uslovi, visoke temperature i koncentracije hlorida posebno utiču na koroziju metala1,2,3. Mikroorganizmi u prirodnim i izgrađenim okruženjima često utiču na habanje i koroziju metala, ponašanje koje se izražava u mikrobnoj koroziji (MIC)4,5,6,7,8. MIC se često nalazi u okruženjima kao što su unutrašnje cijevi i rezervoari za skladištenje, u metalnim pukotinama i u tlu, gdje se pojavljuje iznenada i brzo razvija. Stoga je praćenje i rano otkrivanje MIC-a vrlo teško, pa se analiza MIC-a obično provodi nakon korozije. Prijavljene su brojne studije slučaja MIC-a u kojima su sulfatno-redukujuće bakterije (SRB) često pronađene u proizvodima korozije9,10,11,12,13. Međutim, ostaje nejasno da li SRB-ovi doprinose nastanku korozije, budući da se njihovo otkrivanje zasniva na postkorozijskoj analizi.
Nedavno su, pored bakterija koje oksidiraju jod21, zabilježeni različiti mikroorganizmi koji razgrađuju željezo, kao što su SRB koji razgrađuje željezo14, metanogeni15,16,17, bakterije koje redukuju nitrate18, bakterije koje oksidiraju željezo19 i acetogeni20. U anaerobnim ili mikroaerobnim laboratorijskim uslovima, većina njih nagriza željezo s nultom valentom i ugljični čelik. Osim toga, njihovi mehanizmi korozije sugeriraju da metanogeni i SRB-ovi koji nagrizaju željezo potiču koroziju skupljanjem elektrona iz željeza s nultom valentom pomoću ekstracelularnih hidrogenaza i multihemskih citokroma, respektivno22,23. MIC se dijele na dvije vrste: (i) hemijski MIC (CMIC), što je indirektna korozija uzrokovana mikrobno proizvedenim vrstama, i (ii) električni MIC (EMIC), što je direktna korozija osiromašenjem elektrona iz metala24. EMIC olakšan ekstracelularnim prijenosom elektrona (EET) je od velikog interesa jer mikroorganizmi sa EET svojstvima uzrokuju bržu koroziju od mikroorganizama koji nisu EET. Dok je ograničavajući odgovor CMIC-a u anaerobnim uslovima proizvodnja H2 putem redukcije protona (H+), EMIC se odvija putem metabolizma EET-a, koji je nezavisan od proizvodnje H2. Mehanizam EET-a kod različitih mikroorganizama povezan je s performansama mikrobnog ćelijskog goriva i elektrobiosinteze25,26,27,28,29. Budući da se uslovi kultivacije ovih korozivnih mikroorganizama razlikuju od onih u prirodnom okruženju, nije jasno da li ovi uočeni procesi mikrobne korozije odražavaju koroziju u praksi. Stoga je teško uočiti MIC mehanizam izazvan ovim korozivnim mikroorganizmima u prirodnom okruženju.
Razvoj tehnologije sekvenciranja DNK olakšao je proučavanje detalja mikrobnih zajednica u prirodnim i vještačkim okruženjima, na primjer, mikrobno profiliranje zasnovano na sekvenci gena 16S rRNA korištenjem sekvencera nove generacije korišteno je u području mikrobne ekologije30,31,32. Objavljene su brojne MIC studije koje su detaljno opisale mikrobne zajednice u tlu i morskom okruženju13,33,34,35,36. Pored SRB, zabilježeno je i obogaćivanje Fe(II)-oksidirajućim (FeOB) i nitrificirajućim bakterijama u uzorcima korozije, npr. FeOB, kao što su Gallionella spp. i Dechloromonas spp., te nitrificirajućim bakterijama, kao što je Nitrospira. spp., u ugljičnim i bakar-nosećim čelicima u tlu33. Slično tome, u morskom okruženju, brza kolonizacija bakterija koje oksidiraju željezo, a koje pripadaju klasama Zetaproteobacteria i Betaproteobacteria, uočena je nekoliko sedmica na ugljičnom čeliku36. Ovi podaci ukazuju na doprinos ovih mikroorganizama koroziji. Međutim, u mnogim studijama, trajanje i eksperimentalne grupe su ograničeni, a malo se zna o dinamici mikrobnih zajednica tokom korozije.
Ovdje istražujemo minimalne inhibitorne koncentracije (MIK) ugljičnog čelika, hromiranog čelika, nehrđajućeg čelika i lijevanog željeza korištenjem studija uranjanja u aerobno slatkovodno okruženje s historijom MIC događaja. Uzorci su uzeti nakon 1, 3, 6, 14 i 22 mjeseca, a proučavana je brzina korozije svakog metala i mikrobne komponente. Naši rezultati pružaju uvid u dugoročnu dinamiku mikrobnih zajednica tokom korozije.
Kao što je prikazano u Tabeli 1, u ovoj studiji je korišteno devet metala. Deset uzoraka svakog materijala je uronjeno u bazen sa slatkom vodom. Kvalitet procesne vode je sljedeći: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, mutnoća 1 ppm i pH 7,4. Koncentracija rastvorenog kiseonika (DO) na dnu ljestvice uzorkovanja bila je približno 8,2 ppm, a temperatura vode se sezonski kretala od 9 do 23°C.
Kao što je prikazano na Slici 1, nakon mjesec dana uranjanja u okruženja od lijevanog željeza ASTM A283, ASTM A109 Condition #4/5, ASTM A179 i ASTM A395, na površini ugljičnog čelika uočeni su smeđi produkti korozije u obliku generalizirane korozije. Gubitak težine ovih uzoraka povećavao se s vremenom (Dodatna tablica 1), a brzina korozije iznosila je 0,13–0,16 mm godišnje (Slika 2). Slično tome, opća korozija uočena je kod čelika s niskim sadržajem Cr (1% i 2,25%) sa stopom korozije od oko 0,13 mm/god. (Slike 1 i 2). Nasuprot tome, čelik s 9% Cr pokazuje lokaliziranu koroziju koja se javlja u prazninama koje formiraju brtve. Brzina korozije ovog uzorka je oko 0,02 mm/god., što je znatno niže od brzine korozije čelika s općom korozijom. Nasuprot tome, nehrđajući čelici tipa 304 i 316 ne pokazuju vidljivu koroziju, s procijenjenom brzinom korozije od <0,001 mm y−1. Nasuprot tome, nehrđajući čelici tipa 304 i 316 ne pokazuju vidljivu koroziju, s procijenjenim brzinama ubrzanja od <0,001 mm y−1. Protiv, neržave stalne tipove 304 i 316 ne ispoljavaju vidljivu koroziju, zbog čega proračunska brzina korozije iznosi <0,001 mm/god. Nasuprot tome, nehrđajući čelici tipova 304 i 316 ne pokazuju vidljivu koroziju, s procijenjenom stopom korozije od <0,001 mm/god.相比之下, 304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀, 估计腐蚀速率<0,011 mm相比之下, 304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀, 估计腐蚀速率<0,011 mm Protiv, neržave stali tipa 304 i -316 ne pokazuju vidljivu koroziju sa proračunskom brzinom korozije <0,001 mm/god. Nasuprot tome, nehrđajući čelici tipa 304 i -316 nisu pokazali vidljivu koroziju s projektiranom brzinom korozije od <0,001 mm/god.
Prikazane su makroskopske slike svakog uzorka (visina 50 mm × širina 20 mm) prije i poslije uklanjanja kamenca. 1 metar, 1 mjesec; 3 metra, 3 mjeseca; 6 metara, 6 mjeseci; 14 metara, 14 mjeseci; 22 metra, 22 mjeseca; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stanje 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, čelik 1% Cr; 3C čelik, 2,25% Cr čelik; čelik 9C, čelik 9% Cr; S6, nehrđajući čelik 316; S8, nehrđajući čelik tip 304.
Brzina korozije izračunata je korištenjem gubitka težine i vremena uranjanja. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, okaljeni 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, čelik 1% Cr, 3 C, čelik 2,25% Cr, 9 C, čelik 9% Cr, S6, nehrđajući čelik tip 316; S8, nehrđajući čelik tip 304.
Na sl. 1 također je prikazano da se produkti korozije ugljičnog čelika, čelika s niskim udjelom hroma i lijevanog željeza dalje razvijaju nakon uranjanja u trajanju od 3 mjeseca. Ukupna brzina korozije postepeno se smanjivala na 0,07 ~ 0,08 mm/godini nakon 22 mjeseca (Slika 2). Osim toga, brzina korozije čelika s 2,25% hroma bila je nešto niža nego kod drugih korodiranih uzoraka, što ukazuje na to da hrom može inhibirati koroziju. Pored opće korozije, prema ASTM A179, lokalizirana korozija je uočena nakon 22 mjeseca s dubinom korozije od oko 700 µm (Slika 3). Lokalna brzina korozije, izračunata korištenjem dubine korozije i vremena uranjanja, iznosi 0,38 mm/godini, što je oko 5 puta brže od opće korozije. Brzina korozije legure ASTM A395 može se podcijeniti jer produkti korozije ne uklanjaju u potpunosti kamenac nakon 14 ili 22 mjeseca uranjanja u vodu. Međutim, razlika bi trebala biti minimalna. Osim toga, uočeno je mnogo malih udubljenja u korodiranom čeliku s niskim udjelom hroma.
Puna slika (skala: 10 mm) i lokalizirana korozija (skala: 500 µm) čelika ASTM A179 i 9% Cr na maksimalnoj dubini snimljena 3D laserskim mikroskopom. Crveni krugovi na punoj slici označavaju izmjerenu lokaliziranu koroziju. Potpuni prikaz čelika 9% Cr sa stražnje strane prikazan je na Slici 1.
Kao što je prikazano na slici 2, kod čelika sa 9% Cr, korozija nije uočena u roku od 3-14 mjeseci, a stopa korozije je bila praktično nula. Međutim, lokalizirana korozija je uočena nakon 22 mjeseca (slika 3) sa stopom korozije od 0,04 mm/god. izračunatom korištenjem gubitka težine. Maksimalna dubina lokalizirane korozije je 1260 µm, a lokalizirana stopa korozije procijenjena korištenjem dubine korozije i vremena uranjanja (22 mjeseca) je 0,68 mm/god. Budući da tačna tačka u kojoj korozija počinje nije poznata, stopa korozije može biti veća.
Nasuprot tome, na nehrđajućem čeliku nije uočena vidljiva korozija čak ni nakon 22 mjeseca potapanja. Iako je prije uklanjanja kamenca na površini uočeno nekoliko smeđih čestica (slika 1), one su bile slabo vezane i nisu bile produkti korozije. Budući da se metal ponovo pojavljuje na površini nehrđajućeg čelika nakon uklanjanja kamenca, stopa korozije je praktično nula.
Sekvenciranje amplikona je izvršeno kako bi se razumjele razlike i dinamika mikrobnih zajednica tokom vremena u produktima korozije i biofilmovima na metalnim površinama, u vodi i sedimentima. Primljeno je ukupno 4.160.012 očitavanja, sa rasponom od 31.328 do 124.183 očitavanja.
Shannon indeksi uzoraka vode uzetih iz vodozahvata i ribnjaka kretali su se od 5,47 do 7,45 (slika 4a). Budući da se prečišćena riječna voda koristi kao industrijska voda, mikrobna zajednica se može mijenjati sezonski. Nasuprot tome, Shannon indeks uzoraka sedimenta s dna bio je oko 9, što je znatno više od indeksa uzoraka vode. Slično tome, uzorci vode imali su niže izračunate Chao1 indekse i uočene operativne taksonomske jedinice (OTU) nego uzorci sedimenta (slika 4b, c). Ove razlike su statistički značajne (Tukey-Kramer test; p-vrijednosti < 0,01, Sl. 4d), što ukazuje na to da su mikrobne zajednice u uzorcima sedimenta složenije od onih u uzorcima vode. Ove razlike su statistički značajne (Tukey-Kramer test; p-vrijednosti ​​< 0,01, slika 4d), što ukazuje na to da su mikrobne zajednice u uzorcima sedimenta složenije od onih u uzorcima vode. Ove razlike statističkih značajki (kriterij Tʹûki-Kramera; značenja p <0,01, slika 4d), što ukazuje na to da su mikrobne zajednice u obrazcima doniranih više složeni, nego u obrazcima vode. Ove razlike su statistički značajne (Tukey-Kramer test; p vrijednosti ​​<0,01, slika 4d), što ukazuje na to da su mikrobne zajednice u uzorcima sedimenta složenije nego u uzorcima vode.这些差异具有统计学意义 (Tukey-Kramer 检验；p 值< 0.01，图4d）,表明沉积物样本中的微生物群落比水样中的微生物群落更复这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ； p 值 <0,01 , 图 4d) 表明 沉积物栭中 中 的 群落更。。。。。。。。。 Ove razlike su statistički značajne (kriterij Tjuki-Kramera; p-značenje <0,01, ris. 4d), što omogućava pretpostaviti da su mikrobne zajednice u obrazovnim donošenjima složenije nego u obrazovanim vodama. Ove razlike su bile statistički značajne (Tukey-Kramer test; p-vrijednost <0,01, Sl. 4d), što ukazuje na to da su mikrobne zajednice u uzorcima sedimenta bile složenije nego u uzorcima vode.Budući da se voda u preljevnom bazenu stalno obnavlja, a sedimenti se talože na dno bazena bez mehaničkih poremećaja, ova razlika u mikrobnoj raznolikosti trebala bi odražavati ekosistem u bazenu.
a Shannon indeks, b Opservirana operativna taksonomska jedinica (OTU) i c Indeks apsorpcije Chao1 (n=6) i bazen (n=5) Voda, sediment (n=3), ASTM A283 (S: n=5), ASTM A109 Temperatura #4/5 (SP: n=5), ASTM A179 (B: n=5), ASTM A395 (FC: n=5), 1% (1 C: n=5), 2,25% (3 C: n = 5) i 9% (9 C: n = 5) Cr-čelici, kao i nehrđajući čelici tipa 316 (S6: n = 5) i -304 (S8: n = 5) prikazani su kao dijagrami u obliku kutije i dijagrami s niskim uzorkom. d p-vrijednosti ​​za Shannon i Chao1 indekse dobivene korištenjem ANOVA i Tukey-Kramer testova višestruke usporedbe. Crvena pozadina predstavlja parove sa p-vrijednostima < 0,05. Crvena pozadina predstavlja parove sa p-vrijednostima ​​< 0,05. Krasne fonije predstavljaju pare sa značenjima p <0,05. Crvena pozadina predstavlja parove sa p-vrijednostima ​​< 0,05.红色背景代表p 值< 0,05 的对。红色背景代表p 值< 0,05 的对。 Krasne fonije predstavljaju pare sa p-značenjima <0,05. Crvena pozadina predstavlja parove sa p-vrijednostima ​​<0,05.Linija u sredini okvira, vrh i dno okvira i brkovi predstavljaju medijanu, 25. i 75. percentil, te minimalnu i maksimalnu vrijednost, respektivno.
Shannonovi indeksi za ugljični čelik, čelik s niskim udjelom hroma i liveno gvožđe bili su slični onima za uzorke vode (slika 4a). Nasuprot tome, Shannonovi indeksi uzoraka nehrđajućeg čelika su značajno viši od onih kod korodiranih čelika (p-vrijednosti < 0,05, slika 4d) i slični su onima kod sedimenata. Nasuprot tome, Shannonovi indeksi uzoraka nehrđajućeg čelika su značajno viši od onih kod korodiranih čelika (p-vrijednosti ​​< 0,05, slika 4d) i slični su onima kod sedimenata. Nasuprot, indeksi Šenona obrazova iz neržavejuće stali znatno više, nego u korodirovanim stalejima (značenja p <0,05, slika 4d), i na sličan način prikazani indeksi. Nasuprot tome, Shannonovi indeksi uzoraka nehrđajućeg čelika su znatno viši od onih kod korodiranih čelika (p-vrijednosti ​​< 0,05, slika 4d) i slični su indeksima naslaga.相比之下，不锈钢样品的香农指数明显高于腐蚀钢的香农指数 (p 值< 0.05，图4d）,与沉积物相似。相比之下，不锈钢样品的香农指数明显高于腐蚀钢的香农指数 (p 值< 0.05，图4d）,与沉积物〸 Naprotiv, indeks Šenona obrazova iz neržavejuće stali bio je znatno viši, nego što je korrodiranoj stali (značenje p <0,05, ris. 4d), kao i u otloženom. Nasuprot tome, Shannonov indeks uzoraka nehrđajućeg čelika bio je značajno veći od indeksa korodiranog čelika (p-vrijednost < 0,05, slika 4d), kao i nanos taloga.Nasuprot tome, Shannonov indeks za čelike sa 9% Cr kretao se od 6,95 do 9,65. Ove vrijednosti su bile mnogo veće kod nekorodiranih uzoraka nakon 1 i 3 mjeseca nego kod korodiranih uzoraka nakon 6, 14 i 22 mjeseca (slika 4a). Nadalje, Chao1 indeksi i uočene OTU vrijednosti čelika sa 9% Cr su veće od onih kod korodiranih i uzoraka s vodom, a niže od onih kod nekorodiranih i uzoraka sa sedimentom (slika 4b, c), a razlike su statistički značajne (p-vrijednosti < 0,01, slika 4d). Nadalje, Chao1 indeksi i uočene OTU vrijednosti čelika sa 9% Cr su veće od onih kod korodiranih i uzoraka s vodom, a niže od onih kod nekorodiranih i uzoraka sa sedimentom (slika 4b, c), a razlike su statistički značajne (p-vrijednosti < 0,01, slika 4d).Osim toga, Chao1 i uočena OTU vrijednost čelika sa 9% Cr su veće od onih kod korodiranih i vodenih uzoraka, a niže od onih kod nekorodiranih i sedimentnih uzoraka (slika 4b, c), a razlike su statistički značajne.(p-značeniâ <0,01, ris. 4d). (p-vrijednosti ​​<0,01, Sl. 4d).此外，9% Cr 钢的Chao1 指数和观察到的OTU高于腐蚀样品和水样，低于未腐蚀样品和沉积物样品 (图4b,c)，差异具有统计学意义 (p值<0,01，图4d）.此外 ， 9% CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 样品 水样 ， 低于 腐茓嚀 腐沉积物 （图 图 4b, c) 差异 统计学 意义 (p 值 <0,01 图 图 图 图 图 图 ， ， （ 图 图， ， , ， , 4d). Pored toga, indeks Chao1 i posmatrani OTU su bili sa sadržajem 9% Cr bili su viši, nego što su kororidirani i vodeni obrazi, i niže, nego što su nekorodirani i osadočni obrazi (ris. 4b,c), razlika je bila statistički značajna (p- vrijednost < 0,01, slika 4g). Osim toga, Chao1 indeks i uočena OTU vrijednost 9% Cr čelika bili su viši od onih kod korodiranih i vodenih uzoraka, a niži od onih kod nekorodiranih i sedimentnih uzoraka (slika 4b,c), a razlika je bila statistički značajna (p-vrijednost < 0,01, slika 4d).Ovi rezultati ukazuju na to da je mikrobna raznolikost u produktima korozije niža nego u biofilmovima na nekorodiranim metalima.
Na slici 5a prikazan je grafik glavne koordinatne analize (PCoA) zasnovan na UniFrac neponderisanoj udaljenosti za sve uzorke, sa tri uočena glavna klastera. Mikrobne zajednice u uzorcima vode značajno su se razlikovale od ostalih zajednica. Mikrobne zajednice u sedimentima su također uključivale zajednice nehrđajućeg čelika, dok su bile široko rasprostranjene u uzorcima korozije. Nasuprot tome, mapa čelika sa 9% Cr je podijeljena na nekorodirane i korodirane klastere. Posljedično, mikrobne zajednice na metalnim površinama i produktima korozije značajno se razlikuju od onih u vodi.
Grafik glavne koordinatne analize (PCoA) zasnovan na neponderiranim UniFrac udaljenostima u svim uzorcima (a), vodi (b) i metalima (c). Krugovi označavaju svaki klaster. Trajektorije su predstavljene linijama koje povezuju periode uzorkovanja u seriji. 1 metar, 1 mjesec; 3 metra, 3 mjeseca; 6 metara, 6 mjeseci; 14 metara, 14 mjeseci; 22 metra, 22 mjeseca; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stanje 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, čelik 1% Cr; 3C čelik, 2,25% Cr čelik; čelik 9C, čelik 9% Cr; S6, nehrđajući čelik 316; S8, nehrđajući čelik tip 304.
Kada su poredani hronološkim redom, PCoA dijagrami uzoraka vode bili su kružnog rasporeda (Sl. 5b). Ovaj ciklički prijelaz može odražavati sezonske promjene.
Osim toga, na PCoA dijagramima uzoraka metala uočena su samo dva klastera (korodirani i nekorodirani), gdje je (s izuzetkom čelika s 9% hroma) također uočen pomak mikrobne zajednice od 1 do 22 mjeseca (slika 5c). Osim toga, budući da su prijelazi u korodiranim uzorcima bili veći nego u nekorodiranim uzorcima, postojala je korelacija između promjena u mikrobnim zajednicama i napredovanja korozije. U uzorcima čelika s 9% Cr otkrivene su dvije vrste mikrobnih zajednica: tačke na 1 i 6 mjeseci, smještene u blizini nehrđajućeg čelika, i druge (3, 14 i 22 mjeseca), smještene u tačkama blizu korodiranog čelika. 1 mjesec i kuponi korišteni za ekstrakciju DNK na 6 mjeseci nisu korodirali, dok su kuponi na 3, 14 i 22 mjeseca korodirali (Dodatna slika 1). Stoga su se mikrobne zajednice u korodiranim uzorcima razlikovale od onih u vodi, sedimentu i nekorodiranim uzorcima i mijenjale su se kako je korozija napredovala.
Glavne vrste mikrobnih zajednica uočene u uzorcima vode bile su Proteobacteria (30,1–73,5%), Bacteroidetes (6,3–48,6%), Planctomycetota (0,4–19,6%) i Actinobacteria (0–17,7%), njihova relativna zastupljenost varirala je od uzorka do uzorka (Sl. 6), na primjer, relativna zastupljenost Bacteroidetes u vodi ribnjaka bila je veća nego u apstraktnoj vodi. Na ovu razliku može utjecati vrijeme zadržavanja vode u preljevnom spremniku. Ove vrste su također uočene u uzorcima sedimenta s dna, ali njihova relativna zastupljenost značajno se razlikovala od one u uzorcima vode. Osim toga, relativni sadržaj Acidobacteriota (8,7–13,0%), Chloroflexi (8,1–10,2%), Nitrospirota (4,2–4,4%) i Desulfobacterota (1,5–4,4%) bio je veći nego u uzorcima vode. Budući da su gotovo sve vrste Desulfobacterota SRB37, okruženje u sedimentu mora biti anaerobno. Iako Desulfobacterota mogu utjecati na koroziju, rizik bi trebao biti izuzetno nizak jer je njihova relativna zastupljenost u vodi bazena <0,04%. Iako Desulfobacterota mogu utjecati na koroziju, rizik bi trebao biti izuzetno nizak jer je njihova relativna zastupljenost u vodi bazena <0,04%. Iako Desulfobacterota, moguće, djeluje na koroziju, rizik mora biti prekomjerno nizak, budući da njihov sadržaj u bazenu vode iznosi <0,04%. Iako Desulfobacterota može imati utjecaj na koroziju, rizik bi trebao biti izuzetno nizak jer je njihova relativna zastupljenost u vodi bazena <0,04%.尽管脱硫杆菌门可能影响腐蚀,但风险应该极低,因为它们在池水中的盀%4並0盰. <0,04%. Iako tip Desulfobacillus može utjecati na koroziju, rizik mora biti krajnji nizak, budući da njihov sadržaj vode u bazenu čini <0,04%. Iako vrsta Desulfobacillus može utjecati na koroziju, rizik bi trebao biti izuzetno nizak jer je njihova relativna zastupljenost u vodi bazena <0,04%.
RW i Air predstavljaju uzorke vode iz vodozahvata i bazena, respektivno. Sediment-C, -E, -W su uzorci sedimenta uzeti iz središta dna bazena, kao i sa istočne i zapadne strane. 1 metar, 1 mjesec; 3 metra, 3 mjeseca; 6 metara, 6 mjeseci; 14 metara, 14 mjeseci; 22 metra, 22 mjeseca; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stanje 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, čelik 1% Cr; 3C čelik, 2,25% Cr čelik; čelik 9C, čelik 9% Cr; S6, nehrđajući čelik 316; S8, nehrđajući čelik tip 304.
Na nivou roda, nešto veći udio (6–19%) neklasificiranih bakterija koje pripadaju porodici Trichomonadaceae, kao i Neosphingosine, Pseudomonas i Flavobacterium, uočen je u svim godišnjim dobima. Kao manje glavne komponente, njihovi udjeli variraju (Sl. 1). . 7a i b). U pritokama, relativna zastupljenost Flavobacterium, Pseudovibrio i Rhodoferrobacter bila je veća samo zimi. Slično tome, veći sadržaj Pseudovibrio i Flavobacterium uočen je u zimskoj vodi sliva. Dakle, mikrobne zajednice u uzorcima vode varirale su ovisno o godišnjem dobu, ali nisu pretrpjele drastične promjene tokom perioda istraživanja.
a Ulazna voda, b Voda iz bazena, c ASTM A283, d ASTM A109 temperatura #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr i i 9% Cr čelik, j Tip-316 i nehrđajući čelik K-304.
Proteobakterije su bile glavni sastojci u svim uzorcima, ali njihova relativna zastupljenost u korodiranim uzorcima smanjivala se s napredovanjem korozije (Sl. 6). U uzorcima ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 i 1% i 2,25% Cr, relativna zastupljenost proteobakterija smanjivala se sa 89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8%, 83,8% na 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% i 31,3% respektivno. Nasuprot tome, relativna zastupljenost Desulfobacterota postepeno se povećava od <0,1% do 12,5–45,9% s napredovanjem korozije. Nasuprot tome, relativna zastupljenost Desulfobacterota postepeno se povećava od <0,1% do 12,5–45,9% s napredovanjem korozije. Protiv, relativnoe sadržaj Desulfobakterota se postepeno povećava sa <0,1% do 12,5–45,9% u merenju razvoja korozije. Nasuprot tome, relativna zastupljenost Desulfobacterota postepeno se povećava od <0,1% do 12,5–45,9% kako korozija napreduje.相反，随着腐蚀的进展,脱硫杆菌的相对丰度从<0,1% 逐渐增加到12,5-45,9%。相反，随着腐蚀的进展,脱硫杆菌的相对丰度从<0,1% Protiv, odnosna čislenost Desulfobacillus postepeno povećava s <0,1% do 12,5–45,9% u odnosu na razvoj korozije. Nasuprot tome, relativna zastupljenost Desulfobacillusa postepeno se povećavala od <0,1% do 12,5–45,9% kako je korozija napredovala.Dakle, kako je korozija napredovala, Proteobacteria je zamijenjena Desulfobacterotom.
Nasuprot tome, biofilmovi na nekorodiranom nehrđajućem čeliku sadržavali su iste udjele različitih bakterija. Proteobacteria (29,4–34,1%), Planctomycetota (11,7–18,8%), Nitrospirota (2,9–20,9%), Acidobacteriota (8,6–18,8%), Bacteroidota (3,1–9,2%) i Chloroflexi (2,1–8,8%). Utvrđeno je da se udio Nitrospirota u uzorcima nehrđajućeg čelika postepeno povećavao (slika 6). Ovi omjeri su slični onima u uzorcima sedimenta, što odgovara PCoA grafikonu prikazanom na slici 5a.
U uzorcima čelika koji sadrže 9% Cr, uočena su dva tipa mikrobnih zajednica: mikrobne zajednice stare 1 mjesec i 6 mjeseci bile su slične onima u uzorcima sedimenta s dna, dok se udio proteobakterija u uzorcima korozije 3, 14 i 22 značajno povećao. Osim toga, ove dvije mikrobne zajednice u uzorcima čelika sa 9% Cr odgovarale su razdvojenim klasterima na PCoA dijagramu prikazanom na slici 5c.
Na nivou roda, uočeno je >2000 OTU-a koji sadrže nedodijeljene bakterije i arheje. Na nivou roda, uočeno je >2000 OTU-a koji sadrže nedodijeljene bakterije i arheje.Na nivou roda, uočeno je preko 2000 OTU-a koji sadrže neidentificirane bakterije i arheje.Na nivou roda, uočeno je preko 2000 OTU-a koji sadrže nespecificirane bakterije i arheje. Među njima, fokusirali smo se na 10 OTU-a sa visokom populacijom u svakom uzorku. To pokriva 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% i 21,8-45,1% u ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1%, 2,25% i 9% Cr čelika i nehrđajućih čelika tipa 316 i -304.
Relativno visok sadržaj dekloriranih monolita sa Fe(II) oksidirajućim svojstvima uočen je u uzorcima korozije kao što su ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 i čelici sa 1% i 2,25% Cr. rana faza korozije (1 mjesec i 3 mjeseca, slika 7c-h). Udio Dechloromonas se smanjivao tokom vremena, što je odgovaralo smanjenju Proteobacteria (slika 6). Nadalje, udio Dechloromonasa u biofilmovima na nekorodiranim uzorcima je <1%. Nadalje, udio Dechloromonasa u biofilmovima na nekorodiranim uzorcima je <1%. Osim toga, dolja Dechloromonas u bioplenkama na nekorodiranim obrazima čini <1%. Osim toga, udio Dechloromonasa u biofilmovima na nekorodiranim uzorcima je <1%.此外,未腐蚀样品的生物膜中脱氯单胞菌的比例<1%。此外,未腐蚀样品的生物膜中脱氯单胞菌的比例 < 1% Osim toga, dolja Dechloromonas u bioplenku nekorodiranih obrazova bila je <1%. Osim toga, udio Dechloromonasa u biofilmu nekorodiranih uzoraka bio je <1%.Stoga je, među produktima korozije, Dechloromonas značajno obogaćen u ranoj fazi korozije.
Nasuprot tome, kod ASTM A179, ASTM A109 otpuštenog čelika #4/5, ASTM A179, ASTM A395 i čelika sa 1% i 2,25% Cr, udio SRB Desulfovibrio vrsta se konačno povećao nakon 14 i 22 mjeseca (slika 7c-h). Desulfovibrion je bio vrlo nizak ili uopšte nije detektovan u ranim fazama korozije, u uzorcima vode (slika 7a, b) i u nekorodiranim biofilmovima (slika 7j, j). Ovo snažno ukazuje na to da Desulfovibrio preferira okruženje formiranih produkata korozije, iako oni ne utiču na koroziju u ranim fazama korozije.
Fe(III)-redukujuće bakterije (RRB), kao što su Geobacter i Geothrix, pronađene su u produktima korozije u srednjim fazama korozije (6 i 14 mjeseci), ali je udio kasnih (22 mjeseca) faza korozije u njima veći. relativno nizak (slika 7c, eh). Rod Sideroxydans sa svojstvima oksidacije Fe(II) pokazao je slično ponašanje (slika 7f), tako da je udio FeOB, IRB i SRB bio veći samo u korodiranim uzorcima. Ovo snažno ukazuje na to da su promjene u ovim mikrobnim zajednicama povezane s napredovanjem korozije.
U čeliku sa 9% Cr korodiranom nakon 3, 14 i 22 mjeseca, uočen je veći udio članova porodice Beggiatoacea (8,5–19,6%), koji mogu pokazivati ​​svojstva oksidacije sumpora, a uočeni su i sideroksidani (8,4–13,7%) (slika 1). 7i) Osim toga, Thiomonas, bakterija koja oksidira sumpor (SOB), pronađena je u većem broju (3,4% i 8,8%) nakon 3 i 14 mjeseci. Nasuprot tome, bakterije koje redukuju nitrate, Nitrospira (12,9%), uočene su u 6 mjeseci starim nekorodiranim uzorcima. Povećani udio Nitrospira uočen je i u biofilmovima na nehrđajućem čeliku nakon uranjanja (slika 7j,k). Dakle, mikrobne zajednice 1- i 6 mjeseci starih nekorodiranih čelika sa 9% Cr bile su slične onima u biofilmovima nehrđajućeg čelika. Osim toga, mikrobne zajednice čelika s 9% hroma korodiranog nakon 3, 14 i 22 mjeseca razlikovale su se od produkata korozije ugljičnih i niskohromnih čelika i lijevanog željeza.
Razvoj korozije je obično sporiji u slatkoj vodi nego u morskoj vodi jer koncentracija hloridnih iona utiče na koroziju metala. Međutim, neki nehrđajući čelici mogu korodirati u slatkovodnim okruženjima38,39. Osim toga, prvobitno se sumnjalo na MIC jer je korodirani materijal prethodno uočen u bazenu sa slatkom vodom korištenom u ovoj studiji. U studijama dugotrajnog uranjanja uočeni su različiti oblici korozije, tri vrste mikrobnih zajednica i promjena mikrobnih zajednica u produktima korozije.
Slatkovodni medij korišten u ovoj studiji je zatvoreni rezervoar za tehničku vodu uzetu iz rijeke s relativno stabilnim hemijskim sastavom i sezonskom promjenom temperature vode u rasponu od 9 do 23 °C. Stoga, sezonske fluktuacije mikrobnih zajednica u uzorcima vode mogu biti povezane s promjenama temperature. Osim toga, mikrobna zajednica u vodi bazena bila je donekle drugačija od one u ulaznoj vodi (Sl. 5b). Voda u bazenu se stalno zamjenjuje zbog prelijevanja. Posljedično, rastvoreni kiseonik (DO) ostao je na ~8,2 ppm čak i na srednjim dubinama između površine bazena i dna. Naprotiv, okruženje sedimenta trebalo bi biti anaerobno, budući da se taloži i ostaje na dnu rezervoara, a mikrobna flora u njemu (kao što je CRP) također bi se trebala razlikovati od mikrobne flore u vodi (Sl. 6). Budući da su uzorci u bazenu bili dalje od sedimenata, bili su izloženi samo slatkoj vodi tokom studija uranjanja u aerobnim uvjetima.
Opća korozija se javlja kod ugljičnog čelika, čelika s niskim udjelom hroma i lijevanog željeza u slatkovodnim okruženjima (Slika 1), jer ovi materijali nisu otporni na koroziju. Međutim, brzina korozije (0,13 mm god-1) u abiotičkim slatkovodnim uvjetima bila je veća nego u prethodnim studijama40 (0,04 mm god-1) i bila je usporediva sa brzinom korozije (0,02–0,76 mm god-1) u prisutnosti mikroorganizama1) Slično uvjetima slatke vode40,41,42. Ova ubrzana brzina korozije karakteristika je MIC-a.
Osim toga, nakon 22 mjeseca uranjanja, uočena je lokalizirana korozija na nekoliko metala ispod produkata korozije (slika 3). Konkretno, lokalizirana brzina korozije uočena u ASTM A179 je oko pet puta brža od opće korozije. Ovaj neobičan oblik korozije i ubrzana brzina korozije također je uočena kod korozije koja se javlja na istom objektu. Stoga, uranjanje provedeno u ovoj studiji odražava koroziju u praksi.
Među proučavanim metalima, čelik sa 9% Cr pokazao je najozbiljniju koroziju, sa dubinom korozije >1,2 mm, što je vjerovatno MIC zbog ubrzane korozije i abnormalnog oblika korozije. Među proučavanim metalima, čelik sa 9% Cr pokazao je najozbiljniju koroziju, sa dubinom korozije >1,2 mm, što je vjerovatno MIC zbog ubrzane korozije i abnormalnog oblika korozije. Srednji istraživački metalni stal sa 9% Cr pokazao je najveću koroziju sa dubokom korozijom> 1,2 mm, što je, vjerovatno, MIK za ubrzanu koroziju i anomalnu formu korozije. Među ispitivanim metalima, čelik sa 9% Cr pokazao je najtežu koroziju s dubinom korozije >1,2 mm, što je vjerovatno MIC zbog ubrzane korozije i abnormalnog oblika korozije.在所研究的金属中，9% Cr 钢的腐蚀最为严重,腐蚀深度>1.2 mm，由于加速腐蚀和异常腐蚀形式,很可能是MIC。在所研究的金属中，9% Cr Sredi istraženih metala koji su najjače korodirali stal sa 9% Cr, sa dubokom korozijom >1,2 mm, pre svega, MIK je za ubrzane i anomalne forme korozije. Među proučavanim metalima, čelik sa 9% Cr je najteže korodirao, sa dubinom korozije >1,2 mm, najvjerovatnije zbog MIC-a zbog ubrzane i anomalne korozije.Budući da se čelik s 9% Cr koristi u primjenama na visokim temperaturama, njegovo ponašanje kod korozije je prethodno proučavano43,44, ali za ovaj metal ranije nije zabilježena minimalna inhibitorna vrijednost (MIC). Budući da su brojni mikroorganizmi, osim hipertermofila, neaktivni u okruženju visokih temperatura (>100 °C), MIC u 9% Cr čeliku se u takvim slučajevima može zanemariti. Budući da su brojni mikroorganizmi, osim hipertermofila, neaktivni u okruženju s visokom temperaturom (>100 °C), MIC u 9% Cr čeliku se u takvim slučajevima može zanemariti. S obzirom na to da mnogi mikroorganizmi, za pomoć hipertermofila, nisu aktivni u visokotemperaturnoj sredini (>100 °S), MIK iznosi 9% Cr u takvim slučajevima nije moguće uzeti u obzir. Budući da su mnogi mikroorganizmi, s izuzetkom hipertermofila, neaktivni u okruženju s visokom temperaturom (>100°C), minimalna inhibitorna koncentracija (MIC) u čeliku s 9% Cr se u takvim slučajevima može zanemariti.由于除超嗜热菌外,许多微生物在高温环境(>100 °C)中不活跃，因此在这种情况下可以忽略9% Cr 钢中的MIC。 9% Cr (>100 °C) Budući da mnogi mikroorganizmi, osim hipertermofila, ne ispoljavaju aktivnosti u visokotemperaturnim sredinama (>100 °S), MPK je sa 9% Cr u ovom slučaju ne može se uzeti u obzir. Budući da mnogi mikroorganizmi, osim hipertermofila, ne pokazuju aktivnost u okruženjima s visokim temperaturama (>100 °C), u ovom slučaju se može zanemariti minimalna inhibitorna vrijednost (MIC) u čeliku s 9% Cr.Međutim, kada se čelik sa 9% Cr koristi u okruženju sa srednjom temperaturom, moraju se poduzeti različite mjere za smanjenje minimalne inhibitorne koncentracije (MIC).
Različite mikrobne zajednice i njihove promjene uočene su u naslagama nekorodiranog materijala i u produktima korozije u biofilmovima u poređenju s vodom, pored ubrzane korozije (Sl. 5-7), što snažno ukazuje na to da je ova korozija mikrofon. Ramirez i saradnici13 izvještavaju o trostepenoj tranziciji (FeOB => SRB/IRB = > SOB) u morskom mikrobnom ekosistemu tokom 6 mjeseci, pri čemu vodonik sulfid proizveden sekundarno obogaćenim SRB-om može konačno doprinijeti obogaćivanju SOB-a. Ramirez i saradnici13 izvještavaju o trostepenoj tranziciji (FeOB => SRB/IRB => SOB) u morskom mikrobnom ekosistemu tokom 6 mjeseci, kada sumporovodik proizveden sekundarno obogaćenim SRB-om može konačno doprinijeti obogaćivanju SOB-a. Ramirez i saradnici 13 saopštavaju o trietapnom prelazu (FeOB => SRB/IRB => SOB) u morskoj mikrobnoj ekosistemu tokom 6 meseci, kada serovodorod, obrazujući se pri sekundarnom obogašćenju SRB, može, na kraju, sposobiti obogašćenju SOB. Ramirez i saradnici13 izvještavaju o trofaznoj tranziciji (FeOB => SRB/IRB => SOB) u morskom mikrobnom ekosistemu tokom perioda od 6 mjeseci, gdje sumporovodik generiran sekundarnim obogaćivanjem SRB-om može konačno doprinijeti obogaćivanju SOB-a. Ramirez 等人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(FeIRB => SRB => SRB SOB)，其中二次富集SRB 产生的硫化氢可能最终有助于SOB 的富集。Ramirez 等 人 13 报告 了 个 超过 超 过 6 个 月 海洋 微生物 生态 系统 中 叭 过 超 过 超 过转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB) ， 秬 中 ， 其中硫化氢 可能 最终 有助于 sob 的富集。 Ramirez i saradnici 13 objavili su o trostupnom prelasku (FeOB => SRB/IRB => SOB) u morsku mikrobnu ekosistemu u toku 6 mjeseci, u kojem serovodorod, obrazujući se u posljedičnom obogavanju SRB, može biti konačan rezultat sposobnosti obogaćivanja SOB. Ramirez i saradnici13 izvijestili su o trostepenoj tranziciji (FeOB => SRB/IRB => SOB) u morskom mikrobnom ekosistemu tokom perioda od 6 mjeseci, u kojoj sumporovodik proizveden sekundarnim obogaćivanjem SRB-a može na kraju doprinijeti obogaćivanju SOB-a.McBeth i Emerson36 su izvijestili o primarnom obogaćivanju u FeOB-u. Slično tome, u ovoj studiji je uočeno obogaćivanje FeOB-a tokom rane faze korozije, ali mikrobiološke promjene s napredovanjem korozije uočene kod ugljičnih i 1% i 2,25% Cr čelika i lijevanog željeza tokom 22 mjeseca su FeOB => IRB = > SRB (slike 7 i 8). Slično tome, u ovoj studiji je uočeno obogaćivanje FeOB-a tokom rane faze korozije, ali mikrobiološke promjene s napredovanjem korozije uočene kod ugljičnih i 1% i 2,25% Cr čelika i lijevanog željeza tokom 22 mjeseca su FeOB => IRB => SRB (slike 7 i 8). Točno tako u ovom istraživanju se vidi obostranost FeOB na ranijim fazama korozije, ali mikropromjene u procesu progresije korozije, koje se primjećuju u uglerodistima i 1% i 2,25% Cr staleža i gustine u toku 22 mjeseca, što predstavlja FeOB => IRB = > SRB (ris. 7 i 8). Slično tome, u ovoj studiji je uočeno obogaćivanje FeOB-om u ranoj fazi korozije, ali mikrobne promjene kako korozija napreduje, uočene kod ugljičnih i 1% i 2,25% Cr čelika i lijevanog željeza tokom 22 mjeseca, su FeOB => IRB => SRB (Slike 7 i 8).同样，在本研究中观察到早期腐蚀阶段FeOB 的富集,但在碳和1% 和2,25% Cr 钢2䅥个月的铸铁中观察到的微生物随着腐蚀的进展而变化是FeOB => IRB => SRB（图㒌8同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 1% 腃 咶 酒和22 个 的 铸铁 中 到 的 微生物 腐蚀 的 进展 而 变化 FEOB => IRB => SRB（图7和8）。 Analognim putem, u ovom istraživanju je vidljivo oboljenje FeOB na ranim stadijama korozije, bez mikrobioloških promjena, koje se primjećuju u uglerodističkim i 1% i 2,25% Cr staleža i čuguna u toku 22 mjeseca, kao FeOB => IRB => SRB (ris. 7 i 8). Slično tome, u ovoj studiji je uočeno obogaćivanje FeOB-om u ranim fazama korozije, ali su mikrobiološke promjene uočene kod ugljičnih i 1% i 2,25% Cr čelika i lijevanog željeza tokom 22 mjeseca bile FeOB => IRB => SRB (Sl. 7 i 8).SRB-ovi se mogu lako akumulirati u morskim okruženjima zbog visokih koncentracija sulfatnih iona, ali njihovo obogaćivanje u slatkovodnim okruženjima je odgođeno zbog niskih koncentracija sulfatnih iona. Obogaćivanje SRB-om u morskoj vodi je često prijavljivano10,12,45.
a Organski ugljik i dušik putem Fe(II)-ovisnog energetskog metabolizma željeznog oksida (crvene [Dechloromonas sp.] i zelene [Sideroxydans sp.] ćelije) i Fe(III) redukujućih bakterija (sive ćelije [Geothrix sp. i Geobacter sp.]) u ranoj fazi korozije, zatim anaerobne sulfatno-redukujuće bakterije (SRP) i heterotrofni mikroorganizmi obogaćuju zrelu fazu korozije konzumirajući akumuliranu organsku materiju. b Promjene u mikrobnim zajednicama na metalima otpornim na koroziju. Ljubičaste, plave, žute i bijele ćelije predstavljaju bakterije iz porodica Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea i drugih, respektivno.
Što se tiče promjena u mikrobnoj zajednici i mogućeg obogaćivanja SRB-om, FeOB je ključan u ranoj fazi korozije, a Dechloromonas može dobiti energiju za rast iz oksidacije Fe(II). Mikroorganizmi mogu preživjeti u medijima koji sadrže elemente u tragovima, ali neće rasti eksponencijalno. Međutim, bazen za uranjanje korišten u ovoj studiji je preljevni bazen, s dotokom od 20 m3/h, koji kontinuirano dovodi elemente u tragovima koji sadrže neorganske ione. U ranim fazama korozije, željezni ioni se oslobađaju iz ugljičnog čelika i lijevanog željeza, a FeOB-i (kao što je Dechloromonas) ih koriste kao izvor energije. Tragovi ugljika, fosfata i dušika potrebni za rast ćelija moraju biti prisutni u procesnoj vodi u obliku organskih i neorganskih tvari. Stoga se u ovom slatkovodnom okruženju FeOB u početku obogaćuje na metalnim površinama kao što su ugljični čelik i lijevano željezo. Nakon toga, IRB-i mogu rasti i koristiti organsku tvar i željezne okside kao izvore energije, odnosno terminalne akceptore elektrona. U zrelim proizvodima korozije, anaerobni uvjeti obogaćeni dušikom trebali bi se stvoriti zbog metabolizma FeOB-a i IRB-a. Stoga, SRB može brzo rasti i zamijeniti FeOB i IRB (Sl. 8a).
Nedavno su Tang i saradnici izvijestili o koroziji nehrđajućeg čelika uzrokovanoj bakterijom Geobacter ferroreducens u slatkovodnim okruženjima zbog direktnog prijenosa elektrona sa željeza na mikrobe46. Uzimajući u obzir EMIC, doprinos mikroorganizama sa EET svojstvima je ključan. SRB, FeOB i IRB su glavne mikrobne vrste u produktima korozije u ovoj studiji, koje bi trebale imati EET karakteristike. Stoga, ovi elektrohemijski aktivni mikroorganizmi mogu doprinijeti koroziji putem EET, a sastav njihove zajednice se mijenja pod utjecajem različitih ionskih vrsta kako se formiraju produkti korozije. Naprotiv, mikrobna zajednica u čeliku sa 9% Cr razlikovala se od drugih čelika (slika 8b). Nakon 14 mjeseci, pored obogaćivanja sa FeOB, obogaćeni su i sastojci kao što su Sideroxydans, SOB47, Beggiatoacea i Thiomonas (slika 7i). Ova promjena se značajno razlikuje od promjene kod drugih korozivnih materijala, kao što je ugljični čelik, i na nju mogu utjecati ioni bogati hromom rastvoreni tokom korozije. Značajno je da Thiomonas ne posjeduje samo svojstva oksidacije sumpora, već i svojstva oksidacije Fe(II), EET sistem i toleranciju na teške metale48,49. Mogu se obogatiti zbog oksidativne aktivnosti Fe(II) i/ili direktne potrošnje metalnih elektrona. U prethodnoj studiji, relativno visoka zastupljenost Beggiatoacea uočena je u biofilmovima na Cu korištenjem diskontinuiranog sistema za praćenje biofilma, što sugerira da ove bakterije mogu biti otporne na toksične metale poput Cu i Cr. Međutim, izvor energije potreban Beggiatoacea za rast u ovom okruženju nije poznat.
Ova studija izvještava o promjenama u mikrobnim zajednicama tokom korozije u slatkovodnim okruženjima. U istom okruženju, mikrobne zajednice su se razlikovale po vrsti metala. Osim toga, naši rezultati potvrđuju važnost FeOB-a u ranim fazama korozije, jer metabolizam energije mikroba zavisan od željeza potiče stvaranje okruženja bogatog hranjivim tvarima koje pogoduje drugim mikroorganizmima poput SRB-a. Da bi se smanjila minimalna inhibitorna koncentracija (MIC) u slatkovodnim okruženjima, obogaćivanje FeOB-om i IRB-om mora biti ograničeno.
U ovoj studiji korišteno je devet metala i obrađeno u blokove dimenzija 50 × 20 × 1–5 mm (debljina za čelik ASTM 395 i 1%, 2,25% i 9% Cr: 5 mm; debljina za ASTM A283 i ASTM A179: 3 mm). mm; ASTM A109 temperatura 4/5 i nehrđajući čelik tip 304 i 316, debljina: 1 mm), s dva otvora od 4 mm. Hromirani čelici su polirani brusnim papirom, a ostali metali su polirani brusnim papirom granulacije 600 prije uranjanja. Svi uzorci su sonicirani s 99,5% etanolom, osušeni i izvagani. Deset uzoraka svakog metala korišteno je za izračun brzine korozije i analizu mikrobioma. Svaki uzorak je fiksiran u obliku ljestava s PTFE šipkama i odstojnicima (φ 5 × 30 mm, Dodatna slika 2).
Bazen ima zapreminu od 1100 kubnih metara i dubinu od oko 4 metra. Dotok vode bio je 20 m3 h-1, preljev je ispušten, a kvalitet vode nije varirao sezonski (Dodatna slika 3). Ljestve za uzimanje uzoraka spuštene su na čeličnu žicu dugu 3 m obješenu u sredini rezervoara. Dva seta ljestava uklonjena su iz bazena nakon 1, 3, 6, 14 i 22 mjeseca. Uzorci s jednih ljestava korišteni su za mjerenje gubitka težine i izračunavanje stope korozije, dok su uzorci s drugih ljestava korišteni za analizu mikrobioma. Rastvoreni kisik u uranjajućem rezervoaru mjeren je blizu površine i dna, kao i u sredini, pomoću senzora rastvorenog kisika (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, SAD).
Produkti korozije i biofilmovi na uzorcima uklonjeni su struganjem plastičnim strugačem ili brisanjem pamučnim štapićem, a zatim očišćeni u 99,5% etanolu pomoću ultrazvučne kupke. Uzorci su zatim uronjeni u Clarkov rastvor u skladu sa ASTM G1-0351. Svi uzorci su izvagani nakon što je završeno sušenje. Izračunajte brzinu korozije (mm/god.) za svaki uzorak koristeći sljedeću formulu:
gdje je K konstanta (8,76 × 104), T je vrijeme ekspozicije (h), A je ukupna površina (cm2), W je gubitak mase (g), D je gustoća (g cm–3).
Nakon vaganja uzoraka, dobijene su 3D slike nekoliko uzoraka pomoću 3D mjernog laserskog mikroskopa (LEXT OLS4000, Olympus, Tokio, Japan).