Vielen Dank für Ihren Besuch auf Nature.com. Sie verwenden eine Browserversion mit eingeschränkter CSS-Unterstützung. Für eine optimale Darstellung empfehlen wir Ihnen, einen aktuellen Browser zu verwenden (oder den Kompatibilitätsmodus im Internet Explorer zu deaktivieren). Um die zukünftige Unterstützung zu gewährleisten, wird die Website außerdem ohne CSS-Stile und JavaScript angezeigt.
Es werden drei Folien gleichzeitig angezeigt. Verwenden Sie die Schaltflächen „Zurück“ und „Weiter“, um jeweils drei Folien durchzublättern, oder verwenden Sie die Schieberegler am Ende, um ebenfalls jeweils drei Folien gleichzeitig anzuzeigen.
In Süßwasserumgebungen wird häufig eine beschleunigte Korrosion von Kohlenstoff- und Edelstahl beobachtet. Eine 22-monatige Tauchstudie in Süßwassertanks wurde mit neun Stahlsorten durchgeführt. Beschleunigte Korrosion wurde bei Kohlenstoff- und Chromstählen sowie Gusseisen festgestellt, während bei Edelstahl selbst nach 22 Monaten keine sichtbare Korrosion auftrat. Eine Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft zeigte, dass sich während der allgemeinen Korrosion Fe(II)-oxidierende Bakterien im Frühstadium, Fe(III)-reduzierende Bakterien im Stadium der Korrosionsentwicklung und sulfatreduzierende Bakterien im Endstadium der Produktkorrosion anreicherten. Im Gegensatz dazu waren Beggiatocaea-Bakterien in Stahl mit 9 % Cr, der lokalisierter Korrosion ausgesetzt war, besonders zahlreich. Diese Zusammensetzungen der mikrobiellen Gemeinschaften unterschieden sich auch von denen in Wasser- und Bodensedimentproben. Somit erfährt die mikrobielle Gemeinschaft mit fortschreitender Korrosion dramatische Veränderungen, und der eisenabhängige mikrobielle Energiestoffwechsel schafft ein Milieu, das andere Mikroorganismen begünstigt.
Metalle können durch verschiedene physikalische und chemische Umweltfaktoren wie pH-Wert, Temperatur und Ionenkonzentration geschädigt werden und korrodieren. Saure Bedingungen, hohe Temperaturen und Chloridkonzentrationen beeinflussen die Korrosion von Metallen besonders stark^1,2,3. Mikroorganismen in natürlichen und bebauten Umgebungen beeinflussen häufig den Verschleiß und die Korrosion von Metallen, ein Phänomen, das sich in der mikrobiellen Korrosion (MIC) äußert^4,5,6,7,8. MIC tritt häufig in Umgebungen wie Rohrleitungen und Lagertanks in Innenräumen, in Metallspalten und im Boden auf, wo sie plötzlich auftritt und sich schnell ausbreitet. Daher ist die Überwachung und Früherkennung von MIC sehr schwierig, weshalb MIC-Analysen üblicherweise erst nach der Korrosion durchgeführt werden. Zahlreiche Fallstudien zu MIC wurden veröffentlicht, in denen sulfatreduzierende Bakterien (SRB) häufig in Korrosionsprodukten gefunden wurden^{9,10,11,12,13}. Es bleibt jedoch unklar, ob SRB zur Korrosionsinitiierung beitragen, da ihr Nachweis auf Analysen nach der Korrosion basiert.
In jüngster Zeit wurden neben iodoxidierenden Bakterien²¹ verschiedene eisenabbauende Mikroorganismen beschrieben, darunter eisenabbauende sulfatreduzierende Bakterien (SRB)¹⁴, Methanogene^15,16,17, nitratreduzierende Bakterien¹⁸, eisenoxidierende Bakterien¹⁹ und Acetogene²⁰. Unter anaeroben oder mikroaeroben Laborbedingungen korrodieren die meisten dieser Mikroorganismen elementares Eisen und Kohlenstoffstahl. Ihre Korrosionsmechanismen deuten darauf hin, dass eisenkorrosive Methanogene und SRB die Korrosion fördern, indem sie mithilfe extrazellulärer Hydrogenasen bzw. Multi-Häm-Cytochrome Elektronen aus elementarem Eisen gewinnen^22,23. MHK-Korrosion wird in zwei Typen unterteilt: (i) chemische MHK (CMIC), die indirekte Korrosion durch mikrobiell produzierte Spezies, und (ii) elektrische MHK (EMIC), die direkte Korrosion durch Elektronenmangel im Metall darstellt²⁴. Die durch extrazellulären Elektronentransfer (EET) vermittelte mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) ist von großem Interesse, da Mikroorganismen mit EET-Eigenschaften eine schnellere Korrosion verursachen als solche ohne EET. Während die geschwindigkeitsbestimmende Reaktion der katalytisch induzierten mikrobiell induzierten Korrosion (CMIC) unter anaeroben Bedingungen die H₂-Produktion durch Protonenreduktion (H⁺) ist, verläuft die EMIC über den EET-Stoffwechsel, der unabhängig von der H₂-Produktion ist. Der EET-Mechanismus in verschiedenen Mikroorganismen steht in Zusammenhang mit der Leistungsfähigkeit der mikrobiellen Zellbrennstoffproduktion und der Elektrobiosynthese. Da sich die Kulturbedingungen dieser korrosiven Mikroorganismen von denen in der natürlichen Umwelt unterscheiden, ist unklar, ob die beobachteten mikrobiellen Korrosionsprozesse die Korrosion in der Praxis widerspiegeln. Daher ist es schwierig, den durch diese korrosiven Mikroorganismen induzierten MIC-Mechanismus in der natürlichen Umwelt zu beobachten.
Die Entwicklung der DNA-Sequenzierungstechnologie hat die detaillierte Untersuchung mikrobieller Gemeinschaften in natürlichen und künstlichen Umgebungen erleichtert. So wurde beispielsweise die mikrobielle Profilierung auf Basis der 16S-rRNA-Gensequenz mithilfe von Sequenziergeräten der neuen Generation im Bereich der mikrobiellen Ökologie eingesetzt^30,31,32. Zahlreiche Studien zu mikrobiellen Ionenaustauschprozessen (MIC) wurden veröffentlicht, die mikrobielle Gemeinschaften in Boden- und Meeresumgebungen detailliert beschreiben^{13,33,34,35,36}. Neben sulfatreduzierenden Bakterien (SRB) wurde auch eine Anreicherung von Eisen(II)-oxidierenden (FeOB) und nitrifizierenden Bakterien in Korrosionsproben berichtet, z. B. von FeOB wie Gallionella spp. und Dechloromonas spp. sowie von nitrifizierenden Bakterien wie Nitrospira spp. in Kohlenstoff- und kupferhaltigen Stählen in Bodenmedien³³. Ebenso wurde in der Meeresumwelt eine schnelle Besiedlung von Kohlenstoffstahl durch eisenoxidierende Bakterien der Klassen Zetaproteobacteria und Betaproteobacteria über mehrere Wochen beobachtet³⁶. Diese Daten weisen auf den Beitrag dieser Mikroorganismen zur Korrosion hin. Allerdings sind in vielen Studien die Untersuchungsdauer und die Anzahl der Versuchsgruppen begrenzt, und es ist wenig über die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften während der Korrosion bekannt.
In dieser Studie untersuchen wir die mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) von Kohlenstoffstahl, Chromstahl, Edelstahl und Gusseisen mittels Immersionsversuchen in einem aeroben Süßwassermilieu mit vorangegangenen MIC-Ereignissen. Proben wurden nach 1, 3, 6, 14 und 22 Monaten entnommen und die Korrosionsrate der einzelnen Metalle und mikrobiellen Komponenten analysiert. Unsere Ergebnisse liefern Einblicke in die Langzeitdynamik mikrobieller Gemeinschaften während der Korrosion.
Wie in Tabelle 1 dargestellt, wurden in dieser Studie neun Metalle verwendet. Zehn Proben jedes Materials wurden in ein Süßwasserbecken eingetaucht. Die Prozesswasserqualität war wie folgt: 30 ppm Cl⁻, 20 mS m⁻¹, 20 ppm Ca²⁺, 20 ppm SiO₂, Trübung 1 ppm und pH 7,4. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff (DO) am unteren Ende der Probenahmeleiter betrug ca. 8,2 ppm, und die Wassertemperatur schwankte saisonal zwischen 9 und 23 °C.
Wie in Abbildung 1 dargestellt, bildeten sich nach einmonatiger Lagerung in den Gusseisenumgebungen ASTM A283, ASTM A109 (Bedingung 4/5), ASTM A179 und ASTM A395 braune Korrosionsprodukte auf der Oberfläche des Kohlenstoffstahls in Form von flächiger Korrosion. Der Gewichtsverlust dieser Proben nahm mit der Zeit zu (Ergänzungstabelle 1), und die Korrosionsrate betrug 0,13–0,16 mm pro Jahr (Abb. 2). Ähnliche flächige Korrosion wurde auch bei Stählen mit niedrigem Chromgehalt (1 % und 2,25 %) mit einer Korrosionsrate von etwa 0,13 mm/Jahr beobachtet (Abbildungen 1 und 2). Im Gegensatz dazu zeigte Stahl mit 9 % Chrom lokalisierte Korrosion in den durch Dichtungen gebildeten Spalten. Die Korrosionsrate dieser Probe lag bei etwa 0,02 mm/Jahr und war damit deutlich geringer als die von Stahl mit flächiger Korrosion. Im Gegensatz dazu weisen die Edelstähle der Typen 304 und 316 keine sichtbare Korrosion auf; die geschätzten Korrosionsraten liegen bei <0,001 mm y−1. Im Gegensatz dazu weisen die Edelstähle der Typen 304 und 316 keine sichtbare Korrosion auf, mit geschätzten Beschleunigungsraten von <0,001 mm y−1. Bei den Tests 304 und 316 treten keine Korrosionsschäden auf, da die Korrosionsrate bei <0,001 Mio./Tag liegt. Im Gegensatz dazu weisen die Edelstähle der Typen 304 und 316 keine sichtbare Korrosion auf, mit einer geschätzten Korrosionsrate von <0,001 mm/Jahr.304 和-316304 和-316 Bei den neuen Stadien Typ 304 und -316 wurde kein Korrosionsrisiko mit einer Korrosionsrate von <0,001 Mio./Tag festgestellt. Im Gegensatz dazu zeigten Edelstähle der Typen 304 und 316 keine sichtbare Korrosion mit einer Auslegungskorrosionsrate von <0,001 mm/Jahr.
Abgebildet sind makroskopische Aufnahmen der einzelnen Proben (Höhe 50 mm × Breite 20 mm) vor und nach dem Entzundern. 1 Meter, 1 Monat; 3 Meter, 3 Monate; 6 Meter, 6 Monate; 14 Meter, 14 Monate; 22 Meter, 22 Monate; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, Zustand 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, Stahl 1 % Cr; 3C, Stahl 2,25 % Cr; 9C, Stahl 9 % Cr; S6, Edelstahl 316; S8, Edelstahl Typ 304.
Die Korrosionsrate wurde anhand des Gewichtsverlusts und der Eintauchzeit berechnet. S, ASTM A283; SP, ASTM A109, gehärtet 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, Stahl 1 % Cr; 3C, Stahl 2,25 % Cr; 9C, Stahl 9 % Cr; S6, Edelstahl Typ 316; S8, Edelstahl Typ 304.
Abbildung 1 zeigt, dass sich die Korrosionsprodukte von Kohlenstoffstahl, niedrigchromhaltigem Stahl und Gusseisen nach dreimonatiger Eintauchzeit weiter entwickeln. Die Gesamtkorrosionsrate sank nach 22 Monaten allmählich auf 0,07–0,08 mm/Jahr (Abbildung 2). Die Korrosionsrate des 2,25 % Cr-Stahls war zudem etwas niedriger als die der anderen korrodierten Proben, was darauf hindeutet, dass Chrom die Korrosion hemmt. Zusätzlich zur allgemeinen Korrosion wurde nach ASTM A179 nach 22 Monaten lokale Korrosion mit einer Korrosionstiefe von etwa 700 µm beobachtet (Abbildung 3). Die anhand der Korrosionstiefe und der Eintauchzeit berechnete lokale Korrosionsrate beträgt 0,38 mm/Jahr und ist damit etwa fünfmal höher als die allgemeine Korrosion. Die Korrosionsrate der ASTM A395-Legierung könnte unterschätzt sein, da die Korrosionsprodukte die Zunderschicht nach 14 bzw. 22 Monaten Wasserlagerung nicht vollständig entfernen. Der Unterschied dürfte jedoch minimal sein. Darüber hinaus wurden im korrodierten niedrigchromhaltigen Stahl zahlreiche kleine Lochfraßstellen beobachtet.
Gesamtbild (Maßstab: 10 mm) und lokalisierte Korrosion (Maßstab: 500 µm) von ASTM A179- und 9%-Cr-Stahl in maximaler Tiefe, aufgenommen mit einem 3D-Lasermikroskop. Die roten Kreise im Gesamtbild markieren die gemessene lokalisierte Korrosion. Eine Gesamtansicht des 9%-Cr-Stahls von der Rückseite ist in Abbildung 1 dargestellt.
Wie in Abb. 2 dargestellt, wurde bei Stahl mit 9 % Cr innerhalb von 3–14 Monaten keine Korrosion beobachtet, die Korrosionsrate lag praktisch bei null. Nach 22 Monaten trat jedoch lokalisierte Korrosion auf (Abb. 3) mit einer anhand des Gewichtsverlusts berechneten Korrosionsrate von 0,04 mm/Jahr. Die maximale Tiefe der lokalisierten Korrosion beträgt 1260 µm, und die anhand der Korrosionstiefe und der Eintauchzeit (22 Monate) geschätzte lokale Korrosionsrate liegt bei 0,68 mm/Jahr. Da der genaue Zeitpunkt des Korrosionsbeginns unbekannt ist, kann die Korrosionsrate höher sein.
Im Gegensatz dazu war selbst nach 22 Monaten im Wasser keine sichtbare Korrosion an Edelstahl festzustellen. Zwar waren vor der Entzunderung einige braune Partikel auf der Oberfläche zu sehen (Abb. 1), diese hafteten jedoch nur schwach und stellten keine Korrosionsprodukte dar. Da nach dem Entfernen der Zunderschichten das Metall wieder an der Edelstahloberfläche sichtbar wird, ist die Korrosionsrate praktisch null.
Mithilfe der Amplikonsequenzierung wurden die zeitlichen Unterschiede und die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften in Korrosionsprodukten und Biofilmen auf Metalloberflächen, in Wasser und Sedimenten untersucht. Insgesamt wurden 4.160.012 Reads erfasst, mit einer Spanne von 31.328 bis 124.183 Reads.
Die Shannon-Indices der Wasserproben aus Wasserentnahmestellen und Teichen lagen zwischen 5,47 und 7,45 (Abb. 4a). Da aufbereitetes Flusswasser industriell genutzt wird, kann sich die mikrobielle Gemeinschaft saisonal verändern. Im Gegensatz dazu lag der Shannon-Index der Bodensedimentproben bei etwa 9 und war damit deutlich höher als der der Wasserproben. Ebenso wiesen die Wasserproben niedrigere berechnete Chao1-Indices und eine geringere Anzahl an beobachteten operationellen taxonomischen Einheiten (OTUs) auf als die Sedimentproben (Abb. 4b, c). Diese Unterschiede sind statistisch signifikant (Tukey-Kramer-Test; p-Werte < 0,01, Abb. 4d), was darauf hindeutet, dass die mikrobiellen Gemeinschaften in den Sedimentproben komplexer sind als jene in den Wasserproben. Diese Unterschiede sind statistisch signifikant (Tukey-Kramer-Test; p-Werte < 0,01, Abb. 4d), was darauf hindeutet, dass die mikrobiellen Gemeinschaften in den Sedimentproben komplexer sind als jene in den Wasserproben. Es handelt sich hierbei um statistische Datenanalysen (Kriterium Türkische Sprache; Genauigkeit p <0,01, Auflösung 4d), die darauf hinweisen, dass die Mikroanalyse in den Suchergebnissen erfolgt донных Es gibt viele Wörter, die in der Öffentlichkeit zu finden sind. Diese Unterschiede sind statistisch signifikant (Tukey-Kramer-Test; p-Werte < 0,01, Abb. 4d), was darauf hindeutet, dass die mikrobiellen Gemeinschaften in Sedimentproben komplexer sind als in Wasserproben.这些差异具有统计学意义（Tukey-Kramer 检验；p 值< 0,01, 图4d),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 中中 的 群落更。。。。。。。。。 Diese Analyse bestand aus statistischen Tests (Kriterium Tücher-Test; p-Wert <0,01, RIS. 4d), der sich auf mikrobielle Tests auswirken kann в Die Verhandlungen über mehrere Tage waren mehr als ein Schlagwort, das in den verräterischen Worten auftauchte. Diese Unterschiede waren statistisch signifikant (Tukey-Kramer-Test; p-Wert <0,01, Abb. 4d), was darauf schließen lässt, dass die mikrobiellen Gemeinschaften in Sedimentproben komplexer waren als in Wasserproben.Da das Wasser im Überlaufbecken ständig erneuert wird und sich Sedimente ohne mechanische Störung am Beckenboden absetzen, dürfte dieser Unterschied in der mikrobiellen Diversität das Ökosystem im Becken widerspiegeln.
a) Shannon-Index, b) Beobachtete operationelle taxonomische Einheiten (OTU) und c) Chao1-Aufnahmeindex (n=6) und Becken (n=5): Wasser, Sediment (n=3), ASTM A283 (S: n=5), ASTM A109 Temper #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) und 9 % (9 C: n=5) Cr-Stähle sowie Edelstähle vom Typ 316 (S6: n=5) und -304 (S8: n=5) werden als Boxplots und Whisker-Diagramme dargestellt. d) p-Werte für den Shannon- und den Chao1-Index, ermittelt mittels ANOVA und Tukey-Kramer-Test für Mehrfachvergleiche. Die roten Hintergründe stellen Paare mit p-Werten < 0,05 dar. Die roten Hintergründe stellen Paare mit p-Werten < 0,05 dar. Krasnye фоны представляют пары mit значениями p <0,05. Rot hinterlegte Werte kennzeichnen Paare mit p-Werten < 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. Krasnye фоны представляют пары с p-значениями <0,05. Rot hinterlegte Werte kennzeichnen Paare mit p-Werten < 0,05.Die Linie in der Mitte des Kastens, die Ober- und Unterkante des Kastens sowie die Whisker stellen den Median, das 25. und 75. Perzentil bzw. den Minimal- und Maximalwert dar.
Die Shannon-Indices für Kohlenstoffstahl, niedrigchromhaltigen Stahl und Gusseisen waren ähnlich denen für Wasserproben (Abb. 4a). Im Gegensatz dazu sind die Shannon-Indizes der Edelstahlproben signifikant höher als die der korrodierten Stähle (p-Werte < 0,05, Abb. 4d) und ähneln denen der Sedimente. Im Gegensatz dazu sind die Shannon-Indizes der Edelstahlproben signifikant höher als die der korrodierten Stähle (p-Werte < 0,05, Abb. 4d) und ähneln denen der Sedimente. Die Ergebnisse zeigen, dass Shennon-Ergebnisse aus neuseeländischen Stadien immer auf einem korrodierten Niveau (Zähigkeit p <0,05, Risiko 4d) und analogen Werten basieren Index отложений. Im Gegensatz dazu sind die Shannon-Indizes der Edelstahlproben signifikant höher als die der korrodierten Stähle (p-Werte < 0,05, Abb. 4d) und ähneln den Ablagerungsindizes.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 Напротив, индекс Шеннона образцов из нержавеющей стали вылыл значительно выше, чем у кородированной стали (значения p <0,05, ris. 4d), как и у отложений. Im Gegensatz dazu war der Shannon-Index der Edelstahlproben signifikant höher als der des korrodierten Stahls (p-Wert < 0,05, Abb. 4d), ebenso wie die Ablagerung.Im Gegensatz dazu lag der Shannon-Index für Stähle mit 9 % Cr zwischen 6,95 und 9,65. Diese Werte waren bei nicht korrodierten Proben nach 1 und 3 Monaten deutlich höher als bei korrodierten Proben nach 6, 14 und 22 Monaten (Abb. 4a). Darüber hinaus sind die Chao1-Indizes und die beobachteten OTUs der 9% Cr-Stähle höher als die der korrodierten und der Wasserproben und niedriger als die der nicht korrodierten und der Sedimentproben (Abb. 4b, c), und die Unterschiede sind statistisch signifikant (p-Werte < 0,01, Abb. 4d). Darüber hinaus sind die Chao1-Indizes und die beobachteten OTUs der 9% Cr-Stähle höher als die der korrodierten und der Wasserproben und niedriger als die der nicht korrodierten und der Sedimentproben (Abb. 4b, c), und die Unterschiede sind statistisch signifikant (p-Werte < 0,01, Abb. 4d).Darüber hinaus sind die Chao1- und beobachteten OTU-Werte von Stählen mit 9 % Cr höher als die von korrodierten und wässrigen Proben und niedriger als die von nicht korrodierten und sedimentären Proben (Abb. 4b, c), und die Unterschiede sind statistisch signifikant.(p-значения <0,01, ris. 4d). (p-Werte <0,01, Abb. 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 水样, 低于 腐蚀 样品 和 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)。 Darüber hinaus wurden die Indizes Chao1 und OTU mit einem Gehalt von 9 % Cr ausgewählt, was Ihre Korrodierbarkeit und Wasserqualität betrifft, und nichts anderes als Sie некорродированных и осадочных образцов (Ris. 4b,c), а разница была статистически значимой (p- значение < 0,01, ris. 4г). Darüber hinaus waren der Chao1-Index und die beobachteten OTUs von 9% Cr-Stahl höher als die von korrodierten und wässrigen Proben und niedriger als die von unkorrodierten und sedimentären Proben (Abb. 4b,c), und der Unterschied war statistisch signifikant (p-Wert < 0,01, Abb. 4d).Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die mikrobielle Diversität in Korrosionsprodukten geringer ist als in Biofilmen auf unkorrodierten Metallen.
Abbildung 5a zeigt eine Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) basierend auf der ungewichteten UniFrac-Distanz für alle Proben, wobei drei Hauptcluster erkennbar sind. Die mikrobiellen Gemeinschaften in den Wasserproben unterschieden sich signifikant von denen in den anderen Proben. Die mikrobiellen Gemeinschaften in den Sedimenten umfassten auch Edelstahl-Gemeinschaften, während sie in den Korrosionsproben weit verbreitet waren. Im Gegensatz dazu ist die Karte des Stahls mit 9 % Cr in nicht korrodierte und korrodierte Cluster unterteilt. Folglich unterscheiden sich die mikrobiellen Gemeinschaften auf Metalloberflächen und Korrosionsprodukten signifikant von denen im Wasser.
Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) basierend auf ungewichteten UniFrac-Distanzen in allen Proben (a), Wasser (b) und Metallen (c). Kreise markieren die einzelnen Cluster. Die Trajektorien sind durch Linien dargestellt, die die Probenahmezeiträume in Reihe verbinden. 1 Meter, 1 Monat; 3 Meter, 3 Monate; 6 Meter, 6 Monate; 14 Meter, 14 Monate; 22 Meter, 22 Monate; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, Zustand 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, Stahl 1 % Cr; 3C, Stahl 2,25 % Cr; 9C, Stahl 9 % Cr; S6, Edelstahl 316; S8, Edelstahl Typ 304.
In chronologischer Reihenfolge angeordnet, bildeten die PCoA-Plots der Wasserproben einen Kreis (Abb. 5b). Dieser Zyklusübergang könnte saisonale Veränderungen widerspiegeln.
Darüber hinaus wurden in den PCoA-Plots der Metallproben lediglich zwei Cluster (korrodiert und nicht korrodiert) beobachtet. Mit Ausnahme des 9 % Chromstahls zeigte sich dabei auch eine Verschiebung der mikrobiellen Gemeinschaft zwischen dem 1. und 22. Monat (Abb. 5c). Da die Veränderungen in den korrodierten Proben ausgeprägter waren als in den nicht korrodierten, bestand ein Zusammenhang zwischen den Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaften und dem Korrosionsfortschritt. In den Stahlproben mit 9 % Cr wurden zwei Arten von mikrobiellen Gemeinschaften identifiziert: Punkte nach 1 und 6 Monaten, die sich in der Nähe von Edelstahl befanden, und weitere (nach 3, 14 und 22 Monaten), die sich in der Nähe von korrodiertem Stahl befanden. Die Proben nach 1 Monat und die für die DNA-Extraktion nach 6 Monaten verwendeten Proben waren nicht korrodiert, während die Proben nach 3, 14 und 22 Monaten korrodiert waren (Ergänzende Abbildung 1). Die mikrobiellen Gemeinschaften in den korrodierten Proben unterschieden sich somit von denen in Wasser, Sediment und nicht korrodierten Proben und veränderten sich mit fortschreitender Korrosion.
Die wichtigsten in den Wasserproben beobachteten mikrobiellen Gemeinschaften waren Proteobacteria (30,1–73,5 %), Bacteroidetes (6,3–48,6 %), Planctomycetota (0,4–19,6 %) und Actinobacteria (0–17,7 %). Ihre relative Häufigkeit variierte von Probe zu Probe (Abb. 6). So war beispielsweise die relative Häufigkeit von Bacteroidetes im Teichwasser höher als im Oberflächenwasser. Dieser Unterschied könnte durch die Verweilzeit des Wassers im Überlaufbecken bedingt sein. Diese Bakterienarten wurden auch in Bodensedimentproben nachgewiesen, ihre relative Häufigkeit unterschied sich jedoch deutlich von der in den Wasserproben. Darüber hinaus war der relative Anteil von Acidobacteriota (8,7–13,0 %), Chloroflexi (8,1–10,2 %), Nitrospirota (4,2–4,4 %) und Desulfobacterota (1,5–4,4 %) höher als in den Wasserproben. Da fast alle Desulfobacterota-Arten SRB37 sind, muss das Milieu im Sediment anaerob sein. Obwohl Desulfobacterota möglicherweise die Korrosion beeinflussen, dürfte das Risiko extrem gering sein, da ihre relative Häufigkeit im Poolwasser <0,04% beträgt. Obwohl Desulfobacterota möglicherweise die Korrosion beeinflussen, dürfte das Risiko extrem gering sein, da ihre relative Häufigkeit im Poolwasser <0,04% beträgt. Da Desulfobacterota möglicherweise zu einer Vergiftung führt, besteht die Gefahr, dass nur kurze Zeit später eine Infektion mit dem Körper im Wasser auftritt beträgt <0,04 %. Obwohl Desulfobacterota einen Einfluss auf die Korrosion haben können, dürfte das Risiko extrem gering sein, da ihre relative Häufigkeit im Poolwasser <0,04% beträgt.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相对丰度<0,04 %. <0,04 %. Der Typ Desulfobacillus kann zu einer Vergiftung führen, es besteht jedoch die Gefahr, dass er nicht geheilt wird, wenn er sich außerhalb des Beckens befindet <0,04 %. Obwohl Desulfobacillus-Arten Korrosionseffekte hervorrufen können, dürfte das Risiko äußerst gering sein, da ihre relative Häufigkeit im Poolwasser <0,04 % beträgt.
RW und Air bezeichnen Wasserproben aus der Wasserentnahmestelle bzw. dem Becken. Sediment-C, -E und -W sind Sedimentproben, die aus der Mitte des Beckenbodens sowie von der Ost- und Westseite entnommen wurden. 1 Meter, 1 Monat; 3 Meter, 3 Monate; 6 Meter, 6 Monate; 14 Meter, 14 Monate; 22 Meter, 22 Monate; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, Zustand 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, Stahl 1 % Cr; 3C, Stahl 2,25 % Cr; 9C, Stahl 9 % Cr; S6, Edelstahl 316; S8, Edelstahl Typ 304.
Auf Gattungsebene wurde in allen Jahreszeiten ein etwas höherer Anteil (6–19 %) nicht klassifizierter Bakterien der Familie Trichomonadaceae sowie von Neosphingosine, Pseudomonas und Flavobacterium beobachtet. Als untergeordnete Hauptkomponenten variierten ihre Anteile (Abb. 1, 7a und b). In den Zuflüssen war die relative Häufigkeit von Flavobacterium, Pseudovibrio und Rhodoferrobacter nur im Winter höher. Ebenso wurde im Winterwasser des Einzugsgebiets ein höherer Gehalt an Pseudovibrio und Flavobacterium festgestellt. Die mikrobiellen Gemeinschaften in den Wasserproben variierten somit je nach Jahreszeit, unterlagen aber im Untersuchungszeitraum keinen drastischen Veränderungen.
a Einlasswasser, b Schwimmbadwasser, c ASTM A283, d ASTM A109 Temperatur #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr und i 9% Cr Stahl, j Typ-316 und Edelstahl K-304.
Proteobakterien waren in allen Proben die Hauptbestandteile, ihre relative Häufigkeit in den korrodierten Proben nahm jedoch mit fortschreitender Korrosion ab (Abb. 6). In den Proben ASTM A179, ASTM A109 Temp Nr. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 sowie 1 % und 2,25 % Cr sank die relative Häufigkeit der Proteobakterien von 89,1 %, 85,9 %, 89,6 %, 79,5 %, 84,8 % und 83,8 % auf 43,3 %, 52,2 %, 50,0 %, 41,9 %, 33,8 % bzw. 31,3 %. Im Gegensatz dazu steigt die relative Häufigkeit von Desulfobacterota mit fortschreitender Korrosion allmählich von <0,1% auf 12,5–45,9%. Im Gegensatz dazu steigt die relative Häufigkeit von Desulfobacterota mit fortschreitender Korrosion allmählich von <0,1% auf 12,5–45,9%. Die offensichtliche Wirksamkeit von Desulfobacterota liegt bei <0,1 % bis 12,5–45,9 % aufgrund der Krankheitsursache. Im Gegensatz dazu steigt die relative Häufigkeit von Desulfobacterota mit fortschreitender Korrosion allmählich von <0,1% auf 12,5–45,9% an.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%。<0,1 % Nach Angaben der Wissenschaftler wurde Desulfobacillus aufgrund der Krankheitssymptomatik nachträglich mit <0,1 % bis 12,5–45,9 % getestet. Im Gegensatz dazu nahm die relative Häufigkeit von Desulfobacillus mit fortschreitender Korrosion allmählich von <0,1% auf 12,5–45,9% zu.Mit fortschreitender Korrosion wurde Proteobactereira durch Desulfobacterota ersetzt.
Im Gegensatz dazu enthielten Biofilme auf unkorrodiertem Edelstahl die gleichen Anteile verschiedener Bakterienarten: 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 %) und Chloroflexi (2,1–8,8 %). Der Anteil der Nitrospirota in den Edelstahlproben nahm dabei allmählich zu (Abb. 6). Diese Verhältnisse ähneln denen in den Sedimentproben, was mit dem PCoA-Plot in Abb. 5a übereinstimmt.
In Stahlproben mit 9 % Cr wurden zwei Arten von mikrobiellen Gemeinschaften beobachtet: Die nach einem Monat und nach sechs Monaten gewachsenen mikrobiellen Gemeinschaften ähnelten denen in Bodensedimentproben, während der Anteil an Proteobakterien in den Korrosionsproben nach 3, 14 und 22 Monaten signifikant anstieg. Darüber hinaus entsprachen diese beiden mikrobiellen Gemeinschaften in den 9 % Cr-Stahlproben getrennten Clustern im PCoA-Diagramm in Abb. 5c.
Auf Gattungsebene wurden >2000 OTUs beobachtet, die nicht zugeordnete Bakterien und Archaeen enthielten. Auf Gattungsebene wurden >2000 OTUs beobachtet, die nicht zugeordnete Bakterien und Archaeen enthielten.Auf Gattungsebene wurden über 2000 OTUs beobachtet, die nicht identifizierte Bakterien und Archaeen enthalten.Auf Gattungsebene wurden über 2000 OTUs beobachtet, die unspezifizierte Bakterien und Archaeen enthalten. Wir konzentrierten uns auf 10 OTUs mit hoher Populationsdichte in jeder Probe. Diese umfassen 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 % und 21,8–45,1 % in ASTM A179, ASTM A109 Temp Nr. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1 %, 2,25 % und 9 % Cr-Stählen sowie Edelstählen der Typen 316 und 304.
In Korrosionsproben wie ASTM A179, ASTM A109 Temp Nr. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 und Stählen mit 1 % und 2,25 % Cr wurde im Frühstadium der Korrosion (1 Monat und 3 Monate, Abb. 7c–h) ein relativ hoher Anteil an dechlorierten Monolithen mit Fe(II)-oxidierenden Eigenschaften beobachtet. Der Anteil von Dechloromonas nahm im Laufe der Zeit ab, was mit der Abnahme von Proteobakterien korrelierte (Abb. 6). Darüber hinaus beträgt der Anteil von Dechloromonas in den Biofilmen auf den nicht korrodierten Proben <1%. Darüber hinaus beträgt der Anteil von Dechloromonas in den Biofilmen auf den nicht korrodierten Proben <1%. Darüber hinaus beträgt der Anteil von Dechloromonas in Biopharmazeutika auf nicht-invasiven Arten <1 %. Darüber hinaus beträgt der Anteil von Dechloromonas in Biofilmen auf nicht korrodierten Proben <1%.此外,未腐蚀样品的生物膜中脱氯单胞菌的比例<1%.< 1 % Darüber hinaus lag der Wert von Dechloromonas in nicht-biologischen Biotransfusionen bei <1 %. Darüber hinaus lag der Anteil von Dechloromonas im Biofilm unkorrodierter Proben bei <1%.Daher reichert sich Dechloromonas unter den Korrosionsprodukten bereits in einem frühen Stadium der Korrosion signifikant an.
Im Gegensatz dazu stieg der Anteil an sulfatreduzierenden Bakterien (SRB) der Spezies Desulfovibrio in ASTM A179, ASTM A109 (vergütet Nr. 4/5), ASTM A179, ASTM A395 sowie in Stählen mit 1 % und 2,25 % Cr erst nach 14 bzw. 22 Monaten an (Abb. 7c–h). Desulfovibrio war in den frühen Korrosionsstadien, in Wasserproben (Abb. 7a, b) und in nicht korrodierten Biofilmen (Abb. 7j, j) nur in sehr geringen Mengen oder gar nicht nachweisbar. Dies deutet stark darauf hin, dass Desulfovibrio die Umgebung der gebildeten Korrosionsprodukte bevorzugt, obwohl diese die Korrosion in den frühen Stadien nicht beeinflussen.
Fe(III)-reduzierende Bakterien (RRB) wie Geobacter und Geothrix wurden in Korrosionsprodukten in mittleren Korrosionsstadien (6 und 14 Monate) gefunden, ihr Anteil in späten Korrosionsstadien (22 Monate) war jedoch relativ gering (Abb. 7c, eh). Die Gattung Sideroxydans mit Fe(II)-oxidierenden Eigenschaften zeigte ein ähnliches Verhalten (Abb. 7f), sodass der Anteil von FeOB, IRB und SRB nur in den korrodierten Proben höher war. Dies deutet stark darauf hin, dass Veränderungen in diesen mikrobiellen Gemeinschaften mit dem Fortschreiten der Korrosion zusammenhängen.
In Stahl mit 9 % Cr, der nach 3, 14 und 22 Monaten korrodiert war, wurde ein höherer Anteil an Mitgliedern der Familie Beggiatoaceae (8,5–19,6 %) beobachtet, die schwefeloxidierende Eigenschaften aufweisen können. Auch Sideroxidane (8,4–13,7 %) wurden nachgewiesen (Abb. 1). 7i) Darüber hinaus wurde Thiomonas, ein schwefeloxidierendes Bakterium (SOB), nach 3 und 14 Monaten in höherer Anzahl (3,4 % bzw. 8,8 %) gefunden. Im Gegensatz dazu wurden nitratreduzierende Bakterien der Gattung Nitrospira (12,9 %) in 6 Monate alten, unkorrodierten Proben beobachtet. Ein erhöhter Anteil von Nitrospira wurde auch in Biofilmen auf Edelstahl nach dem Tauchen festgestellt (Abb. 7j,k). Somit ähnelten die mikrobiellen Gemeinschaften von 1 und 6 Monate alten, unkorrodierten Stählen mit 9 % Cr denen in Edelstahl-Biofilmen. Darüber hinaus unterschieden sich die mikrobiellen Gemeinschaften von 9% Cr-Stahl, der nach 3, 14 und 22 Monaten korrodiert war, von den Korrosionsprodukten von Kohlenstoff- und niedrigchromhaltigen Stählen sowie von Gusseisen.
Die Korrosionsentwicklung verläuft in Süßwasser in der Regel langsamer als in Meerwasser, da die Chloridionenkonzentration die Korrosion des Metalls beeinflusst. Einige Edelstähle können jedoch auch in Süßwasser korrodieren^38,39. Zudem wurde anfänglich mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) vermutet, da zuvor korrodiertes Material im für diese Studie verwendeten Süßwasserbecken beobachtet worden war. In Langzeit-Immersionsstudien wurden verschiedene Korrosionsformen, drei Arten von mikrobiellen Gemeinschaften sowie eine Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaften in den Korrosionsprodukten festgestellt.
Das in dieser Studie verwendete Süßwassermedium ist ein geschlossener Tank für technisches Wasser aus einem Fluss mit relativ stabiler chemischer Zusammensetzung und saisonalen Temperaturschwankungen zwischen 9 und 23 °C. Daher können saisonale Schwankungen der mikrobiellen Gemeinschaften in den Wasserproben mit Temperaturänderungen zusammenhängen. Zudem unterschied sich die mikrobielle Gemeinschaft im Beckenwasser etwas von der im Zulaufwasser (Abb. 5b). Das Wasser im Becken wird durch Überlauf ständig ausgetauscht. Folglich blieb der Sauerstoffgehalt (DO) auch in mittleren Tiefen zwischen Beckenoberfläche und -boden bei etwa 8,2 ppm. Im Gegensatz dazu dürfte das Sedimentmilieu anaerob sein, da es sich am Boden des Reservoirs absetzt und dort verbleibt. Die darin enthaltene Mikroorganismenflora (z. B. CRP) dürfte sich ebenfalls von der im Wasser unterscheiden (Abb. 6). Da die Proben im Becken weiter vom Sediment entfernt waren, waren sie während der Immersionsversuche unter aeroben Bedingungen ausschließlich Süßwasser ausgesetzt.
Allgemeine Korrosion tritt in Kohlenstoffstahl, niedrigchromhaltigem Stahl und Gusseisen in Süßwasserumgebungen auf (Abbildung 1), da diese Werkstoffe nicht korrosionsbeständig sind. Die Korrosionsrate (0,13 mm/Jahr) unter abiotischen Süßwasserbedingungen war jedoch höher als in früheren Studien⁴⁰ (0,04 mm/Jahr) und vergleichbar mit der Korrosionsrate (0,02–0,76 mm/Jahr) in Gegenwart von Mikroorganismen¹⁾. Ähnlich wie in Süßwasser^40,41,42. Diese beschleunigte Korrosionsrate ist charakteristisch für mikrobiell induzierte Korrosion (MIC).
Darüber hinaus wurde nach 22 Monaten Eintauchen in verschiedene Metalle unter den Korrosionsprodukten lokale Korrosion beobachtet (Abb. 3). Insbesondere die lokale Korrosionsrate nach ASTM A179 ist etwa fünfmal höher als die allgemeine Korrosionsrate. Diese ungewöhnliche Korrosionsform und die beschleunigte Korrosionsrate wurden auch bei Korrosion an demselben Objekt beobachtet. Das in dieser Studie durchgeführte Eintauchen spiegelt somit die Korrosionsprozesse in der Praxis wider.
Unter den untersuchten Metallen wies der 9% Cr-Stahl die stärkste Korrosion auf, mit einer Korrosionstiefe von >1,2 mm, was aufgrund der beschleunigten Korrosion und der anormalen Korrosionsform wahrscheinlich auf mikrobiell induzierte Korrosion zurückzuführen ist. Unter den untersuchten Metallen wies der 9% Cr-Stahl die stärkste Korrosion auf, mit einer Korrosionstiefe von >1,2 mm, was aufgrund der beschleunigten Korrosion und der anormalen Korrosionsform wahrscheinlich auf mikrobiell induzierte Korrosion zurückzuführen ist. Die alten Stahlmetalle mit 9 % Cr erforderten eine Korrosion mit einer Korrosion von > 1,2 Mio. mm, was, richtig, vertrauenswürdig ist ускоренной Korrosion und anomale Formen der Korrosion. Unter den untersuchten Metallen wies Stahl mit 9 % Cr die stärkste Korrosion mit einer Korrosionstiefe von >1,2 mm auf, was wahrscheinlich auf mikrobiell induzierte Korrosion aufgrund beschleunigter Korrosion und einer anormalen Korrosionsform zurückzuführen ist.1,2 % Cr 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 Mit 9 % Cr versehene Stahlmetalle mit einer Korrosion von mehr als 1,2 mm, weniger als 1,5 Mio. m², aufgrund von Verstößen und Anomalien form коррозии. Unter den untersuchten Metallen korrodierte Stahl mit 9 % Cr am stärksten, mit einer Korrosionstiefe von >1,2 mm, höchstwahrscheinlich MIC aufgrund beschleunigter und anomaler Korrosionsformen.Da 9% Cr-Stahl in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt wird, wurde sein Korrosionsverhalten bereits untersucht43,44, jedoch wurde für dieses Metall bisher keine mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) berichtet. Da zahlreiche Mikroorganismen, mit Ausnahme von Hyperthermophilen, in einer Umgebung mit hohen Temperaturen (>100 °C) inaktiv sind, kann die mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) in 9% Cr-Stahl in solchen Fällen vernachlässigt werden. Da zahlreiche Mikroorganismen, mit Ausnahme von Hyperthermophilen, in einer Umgebung mit hohen Temperaturen (>100 °C) inaktiv sind, kann die mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) in 9% Cr-Stahl in solchen Fällen vernachlässigt werden. Mehrere Mikroorganismen, zum Beispiel von Hyperthermophilen, die bei Raumtemperatur (>100 °C) nicht aktiv sind, enthalten in der Regel 9 % Cr Das ist nicht möglich учитывать. Da viele Mikroorganismen, mit Ausnahme der Hyperthermophilen, in einer Umgebung mit hohen Temperaturen (>100°C) inaktiv sind, kann die MIC in Stahl mit 9% Cr in solchen Fällen vernachlässigt werden.9 % Cr钢中的MIC. 9% Cr (>100 °C) Bei mehreren Mikroorganismen, die aus Hyperthermofilmen bestehen, werden bei niedrigen Temperaturen (>100 °C) keine Wirkungen erzielt Dann ist das nicht der Fall Kann nicht gelöscht werden. Da viele Mikroorganismen, mit Ausnahme von Hyperthermophilen, in Umgebungen mit hohen Temperaturen (>100 °C) keine Aktivität zeigen, kann die MIC in Stahl mit 9 % Cr in diesem Fall vernachlässigt werden.Wird 9% Cr-Stahl jedoch in einer Umgebung mit mittleren Temperaturen eingesetzt, müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um die mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) zu reduzieren.
In Ablagerungen von unkorrodiertem Material und in Korrosionsprodukten in Biofilmen wurden im Vergleich zu Wasser verschiedene mikrobielle Gemeinschaften und deren Veränderungen beobachtet, zusätzlich zu einer beschleunigten Korrosion (Abb. 5-7), was stark darauf hindeutet, dass diese Korrosion ein Mikrofon ist. Ramirez et al.13 berichten über einen 3-stufigen Übergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) in einem marinen mikrobiellen Ökosystem über 6 Monate, wobei der von sekundär angereicherten SRB produzierte Schwefelwasserstoff schließlich zur Anreicherung von SOB beitragen kann. Ramirez et al.13 berichten über einen 3-stufigen Übergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) in einem marinen mikrobiellen Ökosystem über 6 Monate, wobei der von sekundär angereicherten SRB produzierte Schwefelwasserstoff schließlich zur Anreicherung von SOB beitragen kann. Ramirez et al.13 führten vor sechs Monaten, also vor sechs Monaten, eine dreistufige Prüfung (FeOB => SRB/IRB => SOB) durch. образующийся при вторичном обогащении SRB, möglicherweise, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez et al.13 berichten über einen dreistufigen Übergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) im marinen mikrobiellen Ökosystem über einen Zeitraum von 6 Monaten, wobei der aus der sekundären Anreicherung von SRB entstehende Schwefelwasserstoff schließlich zur Anreicherung von SOB beitragen kann. Ramirez, 13. Generation, 6 Monate, 1 Jahr, 1 Jahr, 1 Jahr SOB)Ramirez, 13. Staffel, 6. Staffel, 6. Staffel, 6. Staffel, 6. Staffel, 6. Staffel, 6. Staffel, 6. Staffel, 6. Staffel, 6. Staffel其中 次 富集 srb 产生硫化氢 可能 最终 有助于 schluchzen 的富集. Ramirez et al.13 haben vor sechs Monaten im März 2019 eine dreistufige Studie (FeOB => SRB/IRB => SOB) im Moskauer Mikroökosystem durchgeführt. образующийся im Ergebnis Die ursprüngliche Aufforderung an die SRB kann in diesem Zusammenhang die Nachprüfung von SOB erzwingen. Ramirez et al.13 berichteten über einen dreistufigen Übergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) im marinen mikrobiellen Ökosystem über einen Zeitraum von 6 Monaten, bei dem der aus der sekundären Anreicherung von SRB entstehende Schwefelwasserstoff schließlich zur Anreicherung von SOB beitragen kann.McBeth und Emerson36 berichteten über eine primäre Anreicherung in FeOB. In ähnlicher Weise wird in dieser Studie eine Anreicherung von FeOB während der frühen Korrosionsphase beobachtet, aber die mikrobiellen Veränderungen mit dem Fortschreiten der Korrosion, die in den Kohlenstoffstählen und 1% und 2,25% Cr-Stählen sowie im Gusseisen über 22 Monate beobachtet wurden, sind FeOB => IRB => SRB (Abb. 7 und 8). In ähnlicher Weise wird in dieser Studie eine Anreicherung von FeOB während der frühen Korrosionsphase beobachtet, aber die mikrobiellen Veränderungen mit dem Fortschreiten der Korrosion, die in den Kohlenstoffstählen und 1% und 2,25% Cr-Stählen sowie im Gusseisen über 22 Monate beobachtet wurden, sind FeOB => IRB => SRB (Abb. 7 und 8). In dieser Folge wird die FeOB-Korrosionsüberwachung in der Regel durchgeführt, jedoch keine mikrobielle Analyse zur Verbesserung der Korrosionsprogression. наблюдаемые Bei einem Gehalt von 1 % und 2,25 % Cr und einem Gewicht von 22 Monaten wird FeOB => IRB = > SRB (Ris. 7 und 8) verwendet. In ähnlicher Weise wird in dieser Studie eine Anreicherung von FeOB in einem frühen Stadium der Korrosion beobachtet, aber die mikrobiellen Veränderungen im Verlauf der Korrosion, die in Kohlenstoff- und 1% und 2,25% Cr-Stählen sowie in Gusseisen über 22 Monate beobachtet wurden, sind FeOB => IRB => SRB (Abbildungen 7 und 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 钢以及超过22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7 和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% 和 2.25% Cr 钢 超过 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）. Analoge Untersuchungen führten in dieser Folge dazu, dass FeOB in mehreren Stadien von Korrosions- und mikrobiologischen Untersuchungen untersucht wurde в Zusätze und 1 % und 2,25 % Cr-Stabilisierung und -Test im 22. Monat, mit FeOB => IRB => SRB (Ris. 7 und 8). In ähnlicher Weise wurde in dieser Studie eine FeOB-Anreicherung in den frühen Stadien der Korrosion beobachtet, aber die mikrobiologischen Veränderungen, die in Kohlenstoff- und 1% und 2,25% Cr-Stählen sowie in Gusseisen über 22 Monate beobachtet wurden, waren FeOB => IRB => SRB (Abb. 7 und 8).Sulfatreduzierende Bakterien (SRB) können sich aufgrund hoher Sulfationenkonzentrationen in Meerwasser leicht anreichern, ihre Anreicherung in Süßwasser wird jedoch durch niedrige Sulfationenkonzentrationen verzögert. Über die Anreicherung von SRB in Meerwasser wurde bereits häufig berichtet^10,12,45.
a Organischer Kohlenstoff und Stickstoff werden über den Fe(II)-abhängigen Energiestoffwechsel von Eisenoxid (rote Zellen [Dechloromonas sp.] und grüne Zellen [Sideroxydans sp.]) und Fe(III)-reduzierenden Bakterien (graue Zellen [Geothrix sp. und Geobacter sp.]) in einem frühen Korrosionsstadium gebildet. Anschließend reichern anaerobe sulfatreduzierende Bakterien (SRP) und heterotrophe Mikroorganismen das fortgeschrittene Korrosionsstadium an, indem sie die akkumulierte organische Substanz verbrauchen. b Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaften auf korrosionsbeständigen Metallen. Violette, blaue, gelbe und weiße Zellen repräsentieren Bakterien aus den Familien Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoaceae bzw. anderen.
Hinsichtlich der Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft und der möglichen Anreicherung sulfatreduzierender Bakterien (SRB) ist FeOB im Frühstadium der Korrosion von entscheidender Bedeutung, und Dechloromonas kann seine Wachstumsenergie aus der Oxidation von Fe(II) gewinnen. Mikroorganismen können in Medien mit Spurenelementen überleben, vermehren sich dort aber nicht exponentiell. Das in dieser Studie verwendete Tauchbecken ist jedoch ein Überlaufbecken mit einem Zufluss von 20 m³/h, das kontinuierlich Spurenelemente mit anorganischen Ionen zuführt. Im Frühstadium der Korrosion werden Eisen(II)-Ionen aus Kohlenstoffstahl und Gusseisen freigesetzt, die FeOB (wie z. B. Dechloromonas) als Energiequelle nutzen. Spurenmengen an Kohlenstoff, Phosphat und Stickstoff, die für das Zellwachstum benötigt werden, müssen im Prozesswasser in Form organischer und anorganischer Substanzen vorhanden sein. Daher reichern sich FeOB in dieser Süßwasserumgebung zunächst auf Metalloberflächen wie Kohlenstoffstahl und Gusseisen an. Anschließend können IRB wachsen und organische Substanzen sowie Eisenoxide als Energiequellen bzw. terminale Elektronenakzeptoren nutzen. In ausgereiften Korrosionsprodukten entstehen durch den Stoffwechsel von FeOB und IRB anaerobe, stickstoffreiche Bedingungen. Daher können SRB schnell wachsen und FeOB und IRB verdrängen (Abb. 8a).
Kürzlich berichteten Tang et al. über die Korrosion von Edelstahl durch Geobacter ferroreducens in Süßwasserumgebungen aufgrund des direkten Elektronentransfers von Eisen auf die Mikroorganismen⁴⁶. Im Hinblick auf EMIC ist der Beitrag von Mikroorganismen mit EET-Eigenschaften entscheidend. SRB, FeOB und IRB sind die Hauptmikrobenarten in den Korrosionsprodukten dieser Studie und weisen daher EET-Eigenschaften auf. Diese elektrochemisch aktiven Mikroorganismen können somit durch EET zur Korrosion beitragen, und die Zusammensetzung ihrer Gemeinschaft verändert sich unter dem Einfluss verschiedener Ionenarten während der Bildung von Korrosionsprodukten. Im Gegensatz dazu unterschied sich die mikrobielle Gemeinschaft in Stahl mit 9 % Cr von der anderer Stähle (Abb. 8b). Nach 14 Monaten war neben der Anreicherung von FeOB auch eine Anreicherung von Sideroxydans, SOB⁴⁷, Beggiatoacea und Thiomonas zu beobachten (Abb. 7i). Diese Veränderung unterscheidet sich deutlich von der anderer korrosiver Materialien wie Kohlenstoffstahl und kann durch während der Korrosion gelöste chromreiche Ionen beeinflusst werden. Thiomonas besitzt bemerkenswerterweise nicht nur schwefeloxidierende, sondern auch Fe(II)-oxidierende Eigenschaften, ein EET-System und Schwermetalltoleranz^48,49. Die Anreicherung dieser Bakterien kann auf die oxidative Aktivität von Fe(II) und/oder den direkten Verbrauch von Metallelektronen zurückzuführen sein. In einer früheren Studie wurde mithilfe eines diskontinuierlichen Biofilm-Monitoringsystems eine relativ hohe Abundanz von Beggiatoacea in Biofilmen auf Kupfer beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass diese Bakterien gegenüber toxischen Metallen wie Kupfer und Chrom resistent sein könnten. Die Energiequelle, die Beggiatoacea für ihr Wachstum in dieser Umgebung benötigt, ist jedoch unbekannt.
Diese Studie beschreibt Veränderungen in mikrobiellen Gemeinschaften während der Korrosion in Süßwasserumgebungen. Innerhalb derselben Umgebung unterschieden sich die mikrobiellen Gemeinschaften je nach Metallart. Unsere Ergebnisse bestätigen zudem die Bedeutung von FeOB in den frühen Korrosionsstadien, da der eisenabhängige mikrobielle Energiestoffwechsel die Bildung eines nährstoffreichen Milieus fördert, das von anderen Mikroorganismen wie SRB begünstigt wird. Um mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) in Süßwasserumgebungen zu reduzieren, muss die Anreicherung von FeOB und IRB begrenzt werden.
In dieser Studie wurden neun Metalle verwendet und zu Blöcken mit den Abmessungen 50 × 20 × 1–5 mm verarbeitet (Dicke für ASTM 395-Stahl und 1 %, 2,25 % und 9 % Cr: 5 mm; Dicke für ASTM A283 und ASTM A179: 3 mm). Die Blöcke für ASTM A109 (Zustand 4/5) und Edelstahl Typ 304 und 316 hatten jeweils eine Dicke von 1 mm und wurden mit zwei 4-mm-Bohrungen versehen. Chromstähle wurden vor dem Eintauchen mit Schleifpapier, die anderen Metalle mit 600er-Schleifpapier poliert. Alle Proben wurden mit 99,5%igem Ethanol ultraschallbehandelt, getrocknet und gewogen. Für die Berechnung der Korrosionsrate und die Mikrobiomanalyse wurden jeweils zehn Proben jedes Metalls verwendet. Jede Probe wurde leiterförmig mit PTFE-Stäben und -Abstandshaltern (φ 5 × 30 mm, siehe Abb. S2 im Anhang) fixiert.
Das Becken hatte ein Volumen von 1100 Kubikmetern und eine Tiefe von etwa 4 Metern. Der Wasserzufluss betrug 20 m³/h, der Überlauf wurde abgelassen, und die Wasserqualität zeigte keine saisonalen Schwankungen (Ergänzende Abb. 3). Die Probenleiter wurde an einem 3 m langen Stahlseil, das in der Mitte des Beckens gespannt war, herabgelassen. Zwei Leiterpaare wurden nach 1, 3, 6, 14 und 22 Monaten aus dem Becken entnommen. Proben von einer Leiter dienten zur Messung des Gewichtsverlusts und zur Berechnung der Korrosionsraten, während Proben von der anderen Leiter für die Mikrobiomanalyse verwendet wurden. Der gelöste Sauerstoff im Immersionsbecken wurde nahe der Oberfläche, am Boden und in der Mitte mit einem Sauerstoffsensor (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA) gemessen.
Korrosionsprodukte und Biofilme auf den Proben wurden durch Abkratzen mit einem Kunststoffschaber oder Abwischen mit einem Wattestäbchen entfernt und anschließend in 99,5%igem Ethanol in einem Ultraschallbad gereinigt. Die Proben wurden dann gemäß ASTM G1-0351 in Clark-Lösung eingetaucht. Alle Proben wurden nach vollständiger Trocknung gewogen. Berechnen Sie die Korrosionsrate (mm/Jahr) für jede Probe anhand der folgenden Formel:
wobei K eine Konstante (8,76 × 104), T die Belichtungszeit (h), A die Gesamtoberfläche (cm2), W der Massenverlust (g) und D die Dichte (g cm–3) ist.
Nach dem Wiegen der Proben wurden 3D-Bilder mehrerer Proben mit Hilfe eines 3D-Messlasermikroskops (LEXT OLS4000, Olympus, Tokio, Japan) aufgenommen.