Vielen Dank für Ihren Besuch auf Nature.com. Sie verwenden eine Browserversion mit eingeschränkter CSS-Unterstützung. Für ein optimales Erlebnis empfehlen wir Ihnen, einen aktualisierten Browser zu verwenden (oder den Kompatibilitätsmodus im Internet Explorer zu deaktivieren). Um die fortlaufende Unterstützung zu gewährleisten, zeigen wir die Website außerdem ohne Styles und JavaScript an.
Zeigt ein Karussell mit drei Folien gleichzeitig an. Mit den Schaltflächen „Zurück“ und „Weiter“ können Sie jeweils drei Folien gleichzeitig durchblättern. Mit den Schiebereglern am Ende können Sie auch drei Folien gleichzeitig durchblättern.
In Süßwasserumgebungen wird häufig beschleunigte Korrosion von Kohlenstoff- und Edelstahl beobachtet. Hier wurde eine 22-monatige Tauchstudie in Süßwassertanks mit neun Stahlsorten durchgeführt. Beschleunigte Korrosion wurde bei Kohlenstoff- und Chromstählen sowie bei Gusseisen festgestellt, während bei Edelstahl auch nach 22 Monaten keine sichtbare Korrosion zu beobachten war. Eine Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft zeigte, dass sich bei allgemeiner Korrosion Fe(II)-oxidierende Bakterien im Frühstadium der Korrosion anreicherten, Fe(III)-reduzierende Bakterien im Stadium der Korrosionsentwicklung und sulfatreduzierende Bakterien im Endstadium der Produktkorrosion. Im Gegensatz dazu waren Beggiatocaea-Bakterien besonders zahlreich in Stahl mit 9 % Cr, der lokaler Korrosion ausgesetzt war. Diese Zusammensetzungen der mikrobiellen Gemeinschaften unterschieden sich auch von denen in Wasser- und Bodensedimentproben. Mit fortschreitender Korrosion erfährt die mikrobielle Gemeinschaft also dramatische Veränderungen, und der eisenabhängige mikrobielle Energiestoffwechsel schafft ein Umfeld, in dem sich andere Mikroorganismen anreichern können.
Metalle können aufgrund verschiedener physikalischer und chemischer Umweltfaktoren wie pH-Wert, Temperatur und Ionenkonzentration zerfallen und korrodieren. Saure Bedingungen, hohe Temperaturen und Chloridkonzentrationen beeinträchtigen die Korrosion von Metallen besonders1,2,3. Mikroorganismen in natürlichen und gebauten Umgebungen beeinflussen häufig den Verschleiß und die Korrosion von Metallen, ein Verhalten, das sich in mikrobieller Korrosion (MIC) äußert4,5,6,7,8. MIC kommt häufig in Umgebungen wie Innenrohren und Lagertanks, in Metallspalten und im Boden vor, wo sie plötzlich auftritt und sich schnell entwickelt. Daher ist die Überwachung und Früherkennung von MICs sehr schwierig, weshalb MIC-Analysen üblicherweise nach der Korrosion durchgeführt werden. Es gibt zahlreiche MIC-Fallstudien, in denen sulfatreduzierende Bakterien (SRB) häufig in Korrosionsprodukten gefunden wurden9,10,11,12,13. Es bleibt jedoch unklar, ob SRBs zur Entstehung von Korrosion beitragen, da ihre Erkennung auf Analysen nach der Korrosion beruht.
In jüngster Zeit wurden neben jodoxidierenden Bakterien21 auch verschiedene eisenabbauende Mikroorganismen wie eisenabbauende SRB14, Methanogene15,16,17, nitratreduzierende Bakterien18, eisenoxidierende Bakterien19 und Acetogene20 gemeldet. Unter anaeroben oder mikroaeroben Laborbedingungen korrodieren die meisten von ihnen nullwertiges Eisen und Kohlenstoffstahl. Außerdem legen ihre Korrosionsmechanismen nahe, dass eisenkorrosive Methanogene und SRBs die Korrosion fördern, indem sie unter Verwendung extrazellulärer Hydrogenasen bzw. Multihäm-Cytochrome Elektronen von nullwertigem Eisen gewinnen22,23. MICs werden in zwei Typen unterteilt: (i) chemische MIC (CMIC), bei der es sich um eine indirekte Korrosion durch mikrobiell erzeugte Arten handelt, und (ii) elektrische MIC (EMIC), bei der es sich um eine direkte Korrosion durch Elektronenverarmung des Metalls handelt24. Durch extrazellulären Elektronentransfer (EET) ermöglichte EMIC ist von großem Interesse, da Mikroorganismen mit EET-Eigenschaften schneller Korrosion verursachen als Nicht-EET-Mikroorganismen. Während die geschwindigkeitsbestimmende Reaktion von CMIC unter anaeroben Bedingungen die H2-Produktion durch Protonenreduktion (H+) ist, verläuft EMIC über den EET-Stoffwechsel, der unabhängig von der H2-Produktion ist. Der Mechanismus von EET in verschiedenen Mikroorganismen hängt mit der Leistung des mikrobiellen Zellbrennstoffs und der Elektrobiosynthese zusammen25,26,27,28,29. Da sich die Kulturbedingungen dieser korrosiven Mikroorganismen von denen in der natürlichen Umgebung unterscheiden, ist nicht klar, ob die beobachteten mikrobiellen Korrosionsprozesse die Korrosion in der Praxis widerspiegeln. Deshalb ist es schwierig, den durch diese korrosiven Mikroorganismen induzierten MIC-Mechanismus in der natürlichen Umgebung zu beobachten.
Die Entwicklung der DNA-Sequenzierungstechnologie hat die Untersuchung der Details mikrobieller Gemeinschaften in natürlichen und künstlichen Umgebungen erleichtert; im Bereich der mikrobiellen Ökologie wird zum Beispiel mikrobielles Profiling auf Basis der 16S rRNA-Gensequenz mit Sequenzern der neuen Generation eingesetzt30,31,32. Zahlreiche MIC-Studien wurden veröffentlicht, die mikrobielle Gemeinschaften in Boden- und Meeresumwelt detailliert untersucht haben13,33,34,35,36. Neben SRB wurde auch eine Anreicherung von Fe(II)-oxidierenden (FeOB) und nitrifizierenden Bakterien in Korrosionsproben, z. B. FeOB, wie Gallionella spp. und Dechloromonas spp., und nitrifizierenden Bakterien, wie Nitrospira spp., in kohlenstoff- und kupferhaltigen Stählen in Bodenmedien festgestellt33. Ebenso wurde in der Meeresumwelt über mehrere Wochen eine schnelle Besiedlung von eisenoxidierenden Bakterien der Klassen Zetaproteobacteria und Betaproteobacteria auf Kohlenstoffstahl beobachtet36. Diese Daten weisen auf den Beitrag dieser Mikroorganismen zur Korrosion hin. Allerdings sind in vielen Studien die Dauer und die Versuchsgruppen begrenzt, und über die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften während der Korrosion ist wenig bekannt.
Hier untersuchen wir die MICs von Kohlenstoffstahl, Chromstahl, Edelstahl und Gusseisen mittels Immersionsstudien in einer aeroben Süßwasserumgebung mit einer Vorgeschichte von MIC-Ereignissen. Proben wurden nach 1, 3, 6, 14 und 22 Monaten entnommen und die Korrosionsrate jedes Metalls und jeder mikrobiellen Komponente untersucht. Unsere Ergebnisse geben Einblick 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 getaucht. Die Prozesswasserqualität ist wie folgt: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, Trübung 1 ppm und pH 7,4. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs (DO) am unteren Ende der Probenentnahmeleiter betrug ca. 8,2 ppm, und die Wassertemperatur schwankte saisonal zwischen 9 und 23 °C.
Wie in Abbildung 1 gezeigt, wurden nach einmonatigem Eintauchen in Gusseisenumgebungen gemäß ASTM A283, ASTM A109 Bedingung Nr. 4/5, ASTM A179 und ASTM A395 braune Korrosionsprodukte in Form von generalisierter Korrosion auf der Kohlenstoffstahloberfläche beobachtet. Der Gewichtsverlust dieser Proben nahm mit der Zeit zu (Ergänzende Tabelle 1) und die Korrosionsrate betrug 0,13 bis 0,16 mm pro Jahr (Abb. 2). Ebenso wurde generalisierte Korrosion bei Stählen mit niedrigem Cr-Gehalt (1 % und 2,25 %) mit einer Korrosionsrate von etwa 0,13 mm/Jahr beobachtet (Abbildungen 1 und 2). Im Gegensatz dazu weist Stahl mit 9 % Cr lokale Korrosion auf, die in von Dichtungen gebildeten Spalten auftritt. Die Korrosionsrate dieser Probe beträgt etwa 0,02 mm/Jahr und ist damit erheblich niedriger als die von Stahl mit generalisierter Korrosion. Im Gegensatz dazu weisen die rostfreien Stähle vom Typ 304 und 316 keine sichtbare Korrosion auf, mit geschätzten Korrosionsraten von <0,001 mm pro Jahr. Im Gegensatz dazu weisen die rostfreien Stähle vom Typ 304 und 316 keine sichtbare Korrosion auf, bei 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 rostfreien Stähle 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 die rostfreien Stähle vom Typ 304 und -316 keine sichtbare Korrosion mit einer Korrosionsrate von <0,001 mm/Jahr.
Dargestellt sind makroskopische Bilder jeder Probe (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-Stahl; Stahl 9C, Stahl 9 % Cr; S6, Edelstahl 316; S8, Edelstahl Typ 304.
Die Korrosionsrate wurde anhand von Gewichtsverlust und Eintauchzeit berechnet. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, gehärtet 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, Stahl 1 % Cr, 3 C, Stahl 2,25 % Cr, 9 C, Stahl 9 % Cr, S6, Edelstahl Typ 316; S8, Edelstahl Typ 304.
Abb. 1 zeigt auch, dass sich Korrosionsprodukte von Kohlenstoffstahl, Stahl mit niedrigem Chromgehalt und Gusseisen nach dreimonatigem Eintauchen weiter entwickeln. Die Gesamtkorrosionsrate verringerte sich nach 22 Monaten allmählich auf 0,07 – 0,08 mm/Jahr (Abbildung 2). Außerdem war die Korrosionsrate von Stahl mit 2,25 % Chromgehalt etwas niedriger als bei anderen korrodierten Proben, was darauf hindeutet, dass Cr Korrosion hemmen kann. Zusätzlich zur allgemeinen Korrosion wurde gemäß ASTM A179 nach 22 Monaten lokale Korrosion mit einer Korrosionstiefe von etwa 700 µm beobachtet (Abbildung 3). Die lokale Korrosionsrate, berechnet aus Korrosionstiefe und Eintauchzeit, beträgt 0,38 mm/Jahr und ist damit etwa 5-mal schneller als die allgemeine Korrosion. Die Korrosionsrate der Legierung ASTM A395 kann unterschätzt werden, da Korrosionsprodukte nach 14 oder 22 Monaten Wassereintauchen den Zunder nicht vollständig entfernen. Der Unterschied sollte jedoch minimal sein. Außerdem wurden in dem korrodierten Stahl mit niedrigem Chromgehalt viele kleine Löcher beobachtet.
Vollbild (Maßstab: 10 mm) und lokale Korrosion (Maßstab: 500 µm) von ASTM A179 und 9% Cr-Stahl in maximaler Tiefe unter Verwendung eines 3D-Lasermikroskops. Die roten Kreise im Vollbild zeigen die gemessene lokale Korrosion an. Abbildung 1 zeigt eine Vollansicht des 9% Cr-Stahls von der Rückseite.
Wie in Abb. 2 dargestellt, wurde bei Stahl mit 9 % Cr innerhalb von 3–14 Monaten keine Korrosion beobachtet, und die Korrosionsrate lag praktisch bei Null. Nach 22 Monaten wurde jedoch lokale Korrosion beobachtet (Abbildung 3), wobei die Korrosionsrate anhand des Gewichtsverlusts 0,04 mm/Jahr betrug. Die maximale lokale Korrosionstiefe beträgt 1260 µm, und die anhand der Korrosionstiefe und der Eintauchzeit (22 Monate) geschätzte lokale Korrosionsrate beträgt 0,68 mm/Jahr. Da der genaue Zeitpunkt des Korrosionsbeginns nicht bekannt ist, kann die Korrosionsrate höher sein.
Im Gegensatz dazu war auf Edelstahl selbst nach 22 Monaten Eintauchen keine sichtbare Korrosion zu beobachten. Zwar waren vor der Entzunderung einige braune Partikel auf der Oberfläche sichtbar (Abb. 1), diese waren jedoch nur schwach haftend und stellten keine Korrosionsprodukte dar. Da das Metall nach der Entfernung des Zunders wieder auf der Edelstahloberfläche erscheint, ist die Korrosionsrate praktisch null.
Die Amplikonsequenzierung wurde durchgeführt, um die Unterschiede und die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften im Laufe der Zeit in Korrosionsprodukten und Biofilmen auf Metalloberflächen, in Wasser und Sedimenten zu verstehen. Insgesamt wurden 4.160.012 Reads empfangen, mit einer Spanne von 31.328 bis 124.183 Reads.
Die Shannon-Indizes von Wasserproben aus Wassereinlassöffnungen und Teichen lagen zwischen 5,47 und 7,45 (Abb. 4a). Da aufbereitetes Flusswasser als Industriewasser genutzt wird, kann sich die mikrobielle Gemeinschaft saisonal verändern. Im Gegensatz dazu lag der Shannon-Index von Bodensedimentproben bei etwa 9 und ist damit deutlich höher als der von Wasserproben. Ebenso wiesen Wasserproben niedrigere berechnete Chao1-Indizes und beobachtete operationelle taxonomische Einheiten (OTUs) auf als 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 die 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 die 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 hindeutet, dass die mikrobiellen Gemeinschaften in Sedimentproben komplexer waren als in Wasserproben.Da sich das Wasser im Überlaufbecken ständig erneuert und sich Sedimente ohne mechanische Störung am Boden des Beckens absetzen, sollte dieser Unterschied in der mikrobiellen Vielfalt das Ökosystem im Becken widerspiegeln.
a Shannon-Index, b Beobachtete operative taxonomische Einheit (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 rostfreie Stähle vom Typ 316 (S6: n=5) und -304 (S8: n=5) werden als Box- und Whisker-Diagramme dargestellt. d p-Werte für die Shannon- und Chao1-Indizes, die mithilfe von ANOVA- und Tukey-Kramer-Mehrfachvergleichstests ermittelt wurden. 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. Rote Hintergründe stellen Paare mit p-Werten < 0,05 dar.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. Rote Hintergründe stellen Paare mit p-Werten <0,05 dar.Die Linie in der Mitte der Box, die Ober- und Unterseite der Box sowie die Whisker stellen den Median, das 25. und 75. Perzentil bzw. den Minimal- und Maximalwert dar.
Die Shannon-Indizes für Kohlenstoffstahl, chromarmen Stahl und Gusseisen ähnelten denen für Wasserproben (Abb. 4a). Im Gegensatz dazu sind die Shannon-Indizes der Edelstahlproben deutlich höher als die der korrodierten Stähle (p-Werte < 0,05, Abb. 4d) und ähnlich denen der Sedimente. Im Gegensatz dazu sind die Shannon-Indizes der Edelstahlproben deutlich höher als die der korrodierten Stähle (p-Werte < 0,05, Abb. 4d) und ähnlich 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 abgewiesen. Im Gegensatz dazu sind die Shannon-Indizes von Edelstahlproben deutlich höher als die von korrodierten Stählen (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 beobachteten OTUs der 9 % Cr-Stähle höher als die der korrodierten und Wasserproben und niedriger als die der nicht korrodierten und Sedimentproben (Abb. 4b, c), und die Unterschiede sind statistisch signifikant (p-Werte < 0,01, Abb. 4d). Darüber hinaus sind die Chao1-Indizes und beobachteten OTUs der 9 % Cr-Stähle höher als die der korrodierten und Wasserproben und niedriger als die der nicht korrodierten und Sedimentproben (Abb. 4b, c), und die Unterschiede sind statistisch signifikant (p-Werte < 0,01, Abb. 4d).Darüber hinaus sind Chao1 und beobachtete OTU 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 beobachtete OTU 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 Vielfalt in Korrosionsprodukten geringer ist als in Biofilmen auf nicht korrodierten Metallen.
Abb. 5a zeigt eine Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) basierend auf der ungewichteten UniFrac-Distanz für alle Proben, wobei drei Hauptcluster beobachtet wurden. Die mikrobiellen Gemeinschaften in den Wasserproben unterschieden sich signifikant von anderen Gemeinschaften. Die mikrobiellen Gemeinschaften in den Sedimenten umfassten auch Edelstahlgemeinschaften, während diese in den Korrosionsproben weit verbreitet waren. Im Gegensatz dazu ist die Karte von Stahl 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.
Diagramm der Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) basierend auf ungewichteten UniFrac-Abständen in allen Proben (a), Wasser (b) und Metallen (c). Kreise markieren jeden Cluster. Die Trajektorien werden durch Linien dargestellt, die die Probenahmezeiträume der Reihe nach 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-Stahl; Stahl 9C, Stahl 9 % Cr; S6, Edelstahl 316; S8, Edelstahl Typ 304.
In chronologischer Reihenfolge zeigten die PCoA-Diagramme der Wasserproben eine kreisförmige Anordnung (Abb. 5b). Dieser Zyklusübergang könnte saisonale Veränderungen widerspiegeln.
Außerdem wurden auf den PCoA-Diagrammen der Metallproben nur zwei Cluster (korrodiert und nicht korrodiert) festgestellt, wobei (mit Ausnahme von 9 % Chromstahl) auch eine Verschiebung der mikrobiellen Gemeinschaft zwischen 1 und 22 Monaten zu beobachten war (Abb. 5c). Da die Übergänge in korrodierten Proben größer waren als in nicht korrodierten Proben, bestand zudem eine Korrelation zwischen Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaften und dem Korrosionsverlauf. In Stahlproben mit 9 % Cr wurden zwei Arten von mikrobiellen Gemeinschaften festgestellt: Punkte nach 1 und 6 Monaten, die sich in der Nähe von rostfreiem Stahl befanden, und andere (3, 14 und 22 Monate), die sich an Punkten in der Nähe von korrodiertem Stahl befanden. 1 Monat und Coupons, die für die DNA-Extraktion nach 6 Monaten verwendet wurden, waren nicht korrodiert, während Coupons nach 3, 14 und 22 Monaten korrodiert waren (Ergänzende Abbildung 1). Die mikrobiellen Gemeinschaften in korrodierten Proben unterschieden sich also von denen in Wasser-, Sediment- und nicht korrodierten Proben und veränderten sich mit fortschreitender Korrosion.
Die wichtigsten Arten von mikrobiellen Gemeinschaften, die in den Wasserproben beobachtet wurden, 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). Beispielsweise war die relative Häufigkeit von Bacteroidetes im Teichwasser höher als in Abwasser. Dieser Unterschied kann durch die Verweilzeit des Wassers im Überlauftank beeinflusst werden. Diese Arten wurden auch in Bodensedimentproben beobachtet, aber ihre relative Häufigkeit unterschied sich erheblich von der in Wasserproben. Außerdem war der relative Gehalt 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 es sich bei fast allen Desulfobacterota-Arten um SRB37 handelt, muss die Umgebung im Sediment anaerob sein. Obwohl Desulfobacterota möglicherweise Korrosion beeinflussen, sollte das Risiko äußerst gering sein, da ihre relative Häufigkeit im Beckenwasser <0,04 % beträgt. Obwohl Desulfobacterota möglicherweise Korrosion beeinflussen, sollte das Risiko äußerst gering sein, da ihre relative Häufigkeit im Beckenwasser <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 kann, sollte das Risiko äußerst gering sein, da ihre relative Häufigkeit im Schwimmbadwasser <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 der Desulfobacillus-Typ Korrosion verursachen kann, sollte das Risiko äußerst gering sein, da sein relativer Anteil im Schwimmbadwasser <0,04 % beträgt.
RW und Air stellen Wasserproben aus der Wasseraufnahme bzw. dem Becken dar. Sediment-C, -E, -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-Stahl; Stahl 9C, Stahl 9 % Cr; S6, Edelstahl 316; S8, Edelstahl Typ 304.
Auf Gattungsebene wurde zu allen Jahreszeiten ein etwas höherer Anteil (6–19 %) nicht klassifizierter Bakterien der Familie Trichomonadaceae sowie Neosphingosin, Pseudomonas und Flavobacterium beobachtet. Als Nebenbestandteile variieren 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 Beckens ein höherer Gehalt an Pseudovibrio und Flavobacterium beobachtet. Die mikrobiellen Gemeinschaften in den Wasserproben variierten somit je nach Jahreszeit, unterlagen während des Untersuchungszeitraums jedoch keinen drastischen Veränderungen.
a Ansaugwasser, b Schwimmbadwasser, c ASTM A283, d ASTM A109 Temperatur Nr. 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 die Hauptbestandteile aller Proben, aber ihre relative Häufigkeit in den korrodierten Proben nahm mit fortschreitender Korrosion ab (Abb. 6). In den Proben ASTM A179, ASTM A109 Temp. Nr. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 und 1 % und 2,25 % Cr verringerte sich die relative Häufigkeit von Proteobakterien von 89,1 %, 85,9 %, 89,6 %, 79,5 %, 84,8 %, 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 % an. Im Gegensatz dazu steigt die relative Häufigkeit von Desulfobacterota mit fortschreitender Korrosion allmählich von <0,1 % auf 12,5–45,9 % an. 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 stieg die relative Häufigkeit von Desulfobacillus mit fortschreitender Korrosion allmählich von <0,1 % auf 12,5–45,9 %.Mit fortschreitender Korrosion wurde Proteobactereira durch Desulfobacterota ersetzt.
Im Gegensatz dazu enthielten Biofilme auf nicht korrodiertem Edelstahl die gleichen Anteile verschiedener Bakterien: 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 %). Es zeigte sich, dass der Anteil der Nitrospirota in den Edelstahlproben allmählich anstieg (Abb. 6). Diese Verhältnisse ähneln denen in Sedimentproben, was dem PCoA-Diagramm in Abb. 5a entspricht.
In Stahlproben mit 9 % Cr wurden zwei Arten von mikrobiellen Gemeinschaften beobachtet: Die 1-Monats- und 6-Monats-Mikrobengemeinschaften ähnelten denen in Bodensedimentproben, während der Anteil der Proteobakterien in den Korrosionsproben 3, 14 und 22 signifikant anstieg. Darüber hinaus entsprachen diese beiden mikrobiellen Gemeinschaften in den 9 % Cr-Stahlproben geteilten Clustern im PCoA-Diagramm in Abb. 5c.
Auf Gattungsebene wurden >2000 OTUs mit nicht zugeordneten Bakterien und Archaeen beobachtet. Auf Gattungsebene wurden >2000 OTUs mit nicht zugeordneten Bakterien und Archaeen beobachtet.Auf Gattungsebene wurden über 2000 OTUs beobachtet, die nicht identifizierte Bakterien und Archaeen enthielten.Auf Gattungsebene wurden über 2000 OTUs beobachtet, die nicht näher bezeichnete Bakterien und Archaeen enthielten. Darunter konzentrierten wir uns auf 10 OTUs mit einer hohen Population in jeder Probe. Dies umfasst 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 rostfreien Stählen Typ 316 und -304.
Ein relativ hoher Gehalt an dechlorierten Monolithen mit Fe(II)-oxidierenden Eigenschaften wurde in Korrosionsproben wie ASTM A179, ASTM A109 Temp. Nr. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 und Stählen mit 1 % und 2,25 % Cr im frühen Korrosionsstadium (1 Monat und 3 Monate, Abb. 7c-h) beobachtet. Der Anteil von Dechloromonas nahm mit der Zeit ab, was dem Rückgang der Proteobakterien entsprach (Abb. 6). Darüber hinaus liegen die Anteile von Dechloromonas in den Biofilmen auf den nicht korrodierten Proben bei <1 %. Darüber hinaus liegen die Anteile von Dechloromonas in den Biofilmen auf den nicht korrodierten Proben bei <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 unkorrodierten 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 betrug der Anteil von Dechloromonas im Biofilm nicht korrodierter Proben <1 %.Daher ist Dechloromonas unter den Korrosionsprodukten in einem frühen Stadium der Korrosion stark angereichert.
Im Gegensatz dazu stieg der Anteil der SRB-Desulfovibrio-Arten in ASTM A179, ASTM A109 gehärtet #4/5, ASTM A179, ASTM A395 und Stählen mit 1 % und 2,25 % Cr nach 14 bzw. 22 Monaten endgültig an (Abb. 7c–h). Desulfovibrio war in den frühen Korrosionsstadien, in Wasserproben (Abb. 7a, b) und in nicht korrodierten Biofilmen (Abb. 7j, j) sehr gering oder gar nicht nachweisbar. Dies deutet stark darauf hin, dass Desulfovibrio die Umgebung der gebildeten Korrosionsprodukte bevorzugt, obwohl diese die Korrosion in den frühen Korrosionsstadien nicht beeinflussen.
Fe(III)-reduzierende Bakterien (RRB), wie Geobacter und Geothrix, wurden in Korrosionsprodukten in den mittleren Korrosionsstadien (6 und 14 Monate) gefunden, der Anteil in den späten Korrosionsstadien (22 Monate) ist bei ihnen jedoch relativ gering (Abb. 7c, eh). Die Gattung Sideroxydans mit Fe(II)-Oxidationseigenschaften 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 Korrosionsfortschritt verbunden sind.
In Stahl mit 9 % Cr, der nach 3, 14 und 22 Monaten korrodiert war, wurde ein höherer Anteil von Mitgliedern der Familie Beggiatoacea (8,5 – 19,6 %) beobachtet, die schwefeloxidierende Eigenschaften aufweisen können, und es wurden Sideroxidans (8,4 – 13,7 %) beobachtet (Abb. 1). 7i) Außerdem wurde Thiomonas, ein schwefeloxidierendes Bakterium (SOB), nach 3 und 14 Monaten in höherer Zahl (3,4 % und 8,8 %) gefunden. Im Gegensatz dazu wurden nitratreduzierende Bakterien der Art Nitrospira (12,9 %) in 6 Monate alten, nicht korrodierten Proben beobachtet. Ein erhöhter Anteil von Nitrospira wurde auch in Biofilmen auf Edelstahl nach dem Eintauchen festgestellt (Abb. 7j,k). Die mikrobiellen Gemeinschaften von 1 und 6 Monate alten, nicht korrodierten Stählen mit 9 % Cr waren also ähnlich denen in Biofilmen von Edelstahl. Darüber hinaus unterschieden sich die mikrobiellen Gemeinschaften des nach 3, 14 und 22 Monaten korrodierten 9 % Chromstahls von den Korrosionsprodukten von Kohlenstoff- und chromarmen Stählen sowie von Gusseisen.
Korrosion entwickelt sich in Süßwasser üblicherweise langsamer als in Meerwasser, da die Konzentration der Chloridionen die Korrosion des Metalls beeinflusst. Einige Edelstähle können jedoch in Süßwasserumgebungen korrodieren38,39. Darüber hinaus wurde MIC zunächst vermutet, da zuvor korrodiertes Material im für diese Studie verwendeten Süßwasserbecken beobachtet worden war. In Langzeit-Immersionsstudien wurden verschiedene Korrosionsformen, drei Arten mikrobieller Gemeinschaften und eine Veränderung mikrobieller Gemeinschaften in Korrosionsprodukten beobachtet.
Das in dieser Studie verwendete Süßwassermedium ist ein geschlossener Tank für technisches Wasser aus einem Fluss mit relativ stabiler chemischer Zusammensetzung und saisonalen Wassertemperaturschwankungen von 9 bis 23 °C. Daher können saisonale Schwankungen der mikrobiellen Gemeinschaften in den Wasserproben mit Temperaturschwankungen zusammenhängen. Zudem unterschied sich die mikrobielle Gemeinschaft im Beckenwasser etwas von der im Eingangswasser (Abb. 5b). Das Wasser im Becken wird durch Überlauf ständig ersetzt. Folglich blieb der gelöste Sauerstoffgehalt selbst in mittleren Tiefen zwischen Beckenoberfläche und -boden bei ~8,2 ppm. Im Gegenteil, die Umgebung des Sediments sollte anaerob sein, da es sich am Boden des Reservoirs absetzt und verbleibt, und die darin enthaltene mikrobielle Flora (z. B. CRP) sollte sich ebenfalls von der mikrobiellen Flora im Wasser unterscheiden (Abb. 6). Da die Coupons im Becken weiter von den Sedimenten entfernt waren, wurden sie während der Immersionsstudien nur unter aeroben Bedingungen Süßwasser ausgesetzt.
Allgemeine Korrosion tritt bei Kohlenstoffstahl, chromarmem Stahl und Gusseisen in Süßwasserumgebungen auf (Abbildung 1), da diese Materialien nicht korrosionsbeständig sind. Die Korrosionsrate (0,13 mm pro Jahr) unter abiotischen Süßwasserbedingungen war jedoch höher als in früheren Studien40 (0,04 mm pro Jahr) und vergleichbar mit der Korrosionsrate (0,02–0,76 mm pro Jahr) in Gegenwart von Mikroorganismen1) Ähnlich wie unter Süßwasserbedingungen40,41,42. Diese beschleunigte Korrosionsrate ist ein Merkmal von MIC.
Darüber hinaus wurde nach 22 Monaten Eintauchen lokale Korrosion an mehreren Metallen unter den Korrosionsprodukten beobachtet (Abb. 3). Insbesondere ist die in ASTM A179 beobachtete lokale Korrosionsrate etwa fünfmal schneller als die allgemeine Korrosion. Diese ungewöhnliche Korrosionsform und die beschleunigte Korrosionsrate wurden auch bei Korrosion am selben Objekt beobachtet. Somit spiegelt die in dieser Studie durchgeführte Eintauchphase die Korrosion in der Praxis wider.
Unter den untersuchten Metallen wies 9 % Chromstahl die stärkste Korrosion auf, mit einer Korrosionstiefe von >1,2 mm, bei der es sich aufgrund der beschleunigten Korrosion und der anormalen Form der Korrosion wahrscheinlich um MIC handelt. Unter den untersuchten Metallen wies 9 % Chromstahl die stärkste Korrosion auf, mit einer Korrosionstiefe von >1,2 mm, bei der es sich aufgrund der beschleunigten Korrosion und der anormalen Form der Korrosion wahrscheinlich um MIC handelt. 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 zeigte Stahl mit 9 % Cr die stärkste Korrosion mit einer Korrosionstiefe von >1,2 mm, wobei es sich wahrscheinlich um die MIC aufgrund beschleunigter Korrosion und einer anormalen Form der Korrosion handelt.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 Korrosi. Unter den untersuchten Metallen korrodierte Stahl mit 9 % Cr am stärksten, mit einer Korrosionstiefe von >1,2 mm. Höchstwahrscheinlich handelt es sich dabei um MIC aufgrund beschleunigter und anomaler Korrosionsformen.Da 9 % Chromstahl bei hohen Temperaturen eingesetzt wird, wurde sein Korrosionsverhalten bereits früher untersucht43,44, allerdings wurde für dieses Metall bisher kein MIC gemeldet. Da zahlreiche Mikroorganismen, mit Ausnahme der Hyperthermophilen, in einer Hochtemperaturumgebung (> 100 °C) inaktiv sind, kann die MIC in 9 % Cr-Stahl in solchen Fällen ignoriert werden. Da zahlreiche Mikroorganismen, mit Ausnahme der Hyperthermophilen, in einer Umgebung mit hohen Temperaturen (> 100 °C) inaktiv sind, kann die MIC in 9 % Cr-Stahl in solchen Fällen ignoriert 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 ausruhen. 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 ignoriert 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 der Hyperthermophilen, in Hochtemperaturumgebungen (> 100 °C) keine Aktivität zeigen, kann die MIC in Stahl mit 9 % Cr in diesem Fall ignoriert werden.Wenn jedoch 9 % Cr-Stahl in einer Umgebung mit mittlerer Temperatur verwendet wird, müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um die MIC zu reduzieren.
In Ablagerungen von nicht korrodiertem 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 es sich bei dieser Korrosion um ein Mikrofon handelt. Ramirez et al.13 berichten über einen dreistufigen Übergang (FeOB => SRB/IRB = > SOB) in einem marinen mikrobiellen Ökosystem über 6 Monate, wobei durch sekundär angereichertes SRB produzierter Schwefelwasserstoff schließlich zur Anreicherung von SOB beitragen kann. Ramirez et al.13 berichten von einem dreistufigen Übergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) in einem marinen mikrobiellen Ökosystem über 6 Monate, bei dem durch sekundär angereichertes SRB produzierter 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 von einem dreistufigen Übergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) im marinen mikrobiellen Ökosystem über einen Zeitraum von 6 Monaten, bei dem durch die sekundäre Anreicherung von SRB erzeugter 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 durch die sekundäre Anreicherung von SRB entstehender Schwefelwasserstoff letztendlich zur Anreicherung von SOB beitragen kann.McBeth und Emerson36 berichteten über eine primäre Anreicherung in FeOB. In ähnlicher Weise wurde in dieser Studie eine Anreicherung von FeOB während der frühen Korrosionsphase beobachtet, aber die mikrobiellen Veränderungen mit fortschreitender Korrosion, die bei Kohlenstoff- und 1 % und 2,25 % Cr-Stählen und 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 fortschreitender Korrosion, die bei Kohlenstoff- und 1 % und 2,25 % Cr-Stählen und 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 mikrobielle Veränderungen mit fortschreitender Korrosion, die in Kohlenstoff- und 1 % und 2,25 % Cr-Stählen sowie 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 über 22 Monate in Kohlenstoff- und 1 % und 2,25 % Cr-Stählen und Gusseisen beobachtet wurden, waren FeOB => IRB => SRB (Abb. 7 und 8).SRBs können sich aufgrund hoher Sulfationenkonzentrationen leicht in Meerwasserumgebungen anreichern, ihre Anreicherung in Süßwasserumgebungen wird jedoch durch niedrige Sulfationenkonzentrationen verzögert. Über eine Anreicherung von SRBs in Meerwasser wurde häufig berichtet10,12,45.
a Organischer Kohlenstoff und Stickstoff über den Fe(II)-abhängigen Energiestoffwechsel von Eisenoxid (rote [Dechloromonas sp.] und grüne [Sideroxydans sp.] Zellen) und Fe(III)-reduzierende Bakterien (graue Zellen [Geothrix sp. und Geobacter sp. ]) in einem frühen Stadium der Korrosion, dann reichern anaerobe sulfatreduzierende Bakterien (SRP) und heterotrophe Mikroorganismen das reife Stadium der Korrosion an, indem sie die angesammelte organische Substanz verbrauchen. b Veränderungen in mikrobiellen Gemeinschaften auf korrosionsbeständigen Metallen. Violette, blaue, gelbe und weiße Zellen repräsentieren Bakterien der Familien Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea und andere.
Im Hinblick auf Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaft und eine mögliche Anreicherung von SRBs 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, wachsen jedoch 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 nachliefert. In den Frühstadien der Korrosion werden Eisenionen aus Kohlenstoffstahl und Gusseisen freigesetzt, und FeOBs (wie Dechloromonas) nutzen diese als Energiequelle. Spuren von Kohlenstoff, Phosphat und Stickstoff, die für das Zellwachstum erforderlich sind, müssen in Form von organischen und anorganischen Substanzen im Prozesswasser vorhanden sein. Daher reichert sich FeOB in dieser Süßwasserumgebung zunächst auf Metalloberflächen wie Kohlenstoffstahl und Gusseisen an. Anschließend können IRBs wachsen und organische Stoffe und Eisenoxide als Energiequellen bzw. terminale Elektronenakzeptoren nutzen. In reifen Korrosionsprodukten sollten aufgrund des Stoffwechsels von FeOB und IRB anaerobe, mit Stickstoff angereicherte Bedingungen entstehen. Daher kann SRB schnell wachsen und FeOB und IRB ersetzen (Abb. 8a).
Kürzlich berichteten Tang et al. über Korrosion von Edelstahl durch Geobacter ferroreducens in Süßwasserumgebungen aufgrund des direkten Elektronentransfers von Eisen auf Mikroben46. In Anbetracht der EMIC ist der Beitrag von Mikroorganismen mit EET-Eigenschaften entscheidend. SRB, FeOB und IRB sind die wichtigsten mikrobiellen Arten in den Korrosionsprodukten dieser Studie, die EET-Eigenschaften aufweisen sollten. Daher können diese elektrochemisch aktiven Mikroorganismen durch EET zur Korrosion beitragen und die Zusammensetzung ihrer Gemeinschaft verändert sich unter dem Einfluss verschiedener ionischer Arten, wenn Korrosionsprodukte gebildet werden. Im Gegensatz dazu unterschied sich die mikrobielle Gemeinschaft in Stahl mit 9 % Cr von anderen Stählen (Abb. 8b). Nach 14 Monaten wurden neben der Anreicherung mit FeOB auch Arten wie Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea und Thiomonas angereichert (Abb. 7i). Diese Veränderung unterscheidet sich deutlich von der anderer korrosiver Materialien wie Kohlenstoffstahl und kann durch chromreiche Ionen beeinflusst werden, die während der Korrosion gelöst werden. Thiomonas besitzt nicht nur schwefeloxidierende, sondern auch Fe(II)-oxidierende Eigenschaften, ein EET-System und ist schwermetalltolerant48,49. Sie können sich aufgrund der oxidativen Aktivität von Fe(II) und/oder des direkten Verbrauchs von Metallelektronen anreichern. In einer früheren Studie wurde mithilfe eines diskontinuierlichen Biofilm-Monitoring-Systems eine relativ hohe Häufigkeit von Beggiatoacea in Biofilmen auf Cu beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass diese Bakterien möglicherweise resistent gegen toxische Metalle wie Cu und Cr sind. Die Energiequelle, die Beggiatoacea für ihr Wachstum in dieser Umgebung benötigt, ist jedoch unbekannt.
Diese Studie berichtet über Veränderungen mikrobieller Gemeinschaften während der Korrosion in Süßwasserumgebungen. In derselben Umgebung unterschieden sich mikrobielle Gemeinschaften hinsichtlich der Metallart. Unsere Ergebnisse bestätigen zudem die Bedeutung von FeOB in den frühen Stadien der Korrosion, da der eisenabhängige mikrobielle Energiestoffwechsel die Bildung einer nährstoffreichen Umgebung fördert, die von anderen Mikroorganismen wie SRB bevorzugt wird. Um MIC in Süßwasserumgebungen zu reduzieren, muss die Anreicherung von FeOB und IRB begrenzt werden.
In dieser Studie wurden neun Metalle verwendet und zu Blöcken von 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). mm; ASTM A109 Härtegrad 4/5 und Edelstahl Typ 304 und 316, Dicke: 1 mm), mit zwei 4 mm großen Löchern. Chromstähle wurden mit Sandpapier poliert und andere Metalle wurden vor dem Eintauchen mit Sandpapier der Körnung 600 poliert. Alle Proben wurden mit 99,5 % Ethanol ultraschallbehandelt, getrocknet und gewogen. Zehn Proben von jedem Metall wurden zur Berechnung der Korrosionsrate und zur Mikrobiomanalyse verwendet. Jede Probe wurde leiterförmig mit PTFE-Stäben und Abstandshaltern (φ 5 × 30 mm, ergänzende Abb. 2) befestigt.
Das Becken hat ein Volumen von 1100 Kubikmetern und ist etwa 4 Meter tief. Der Wasserzufluss betrug 20 m3/h, der Überlauf wurde abgelassen und die Wasserqualität unterlag keinen jahreszeitlichen Schwankungen (Ergänzende Abb. 3). Die Probenleiter wird auf ein 3 m langes Stahlseil hinabgelassen, das in der Mitte des Beckens aufgehängt ist. Zwei Sätze Leitern wurden nach 1, 3, 6, 14 und 22 Monaten aus dem Becken entfernt. Proben von einer Leiter wurden verwendet, um den Gewichtsverlust zu messen und die Korrosionsraten zu berechnen, während Proben von einer anderen Leiter für die Mikrobiomanalyse verwendet wurden. Der gelöste Sauerstoff im Tauchbecken wurde mit einem Sensor für gelösten Sauerstoff (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA) in der Nähe der Oberfläche und des Bodens sowie in der Mitte gemessen.
Korrosionsprodukte und Biofilme wurden von den Proben durch Abkratzen mit einem Kunststoffschaber oder Abwischen mit einem Wattestäbchen entfernt und anschließend in 99,5%igem Ethanol im Ultraschallbad gereinigt. Anschließend wurden die Proben gemäß ASTM G1-0351 in Clark-Lösung getaucht. Nach dem Trocknen wurden alle Proben gewogen. Berechnen Sie die Korrosionsrate (mm/Jahr) für jede Probe mit der folgenden Formel:
Dabei ist 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).
Nach dem Wiegen der Proben wurden mit einem 3D-Messlasermikroskop (LEXT OLS4000, Olympus, Tokio, Japan) 3D-Bilder von mehreren Proben aufgenommen.