Kiitos, että kävit Nature.com-sivustolla. Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki. Parhaan käyttökokemuksen saavuttamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan yhteensopivuustilan käytöstä Internet Explorerissa). Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Näyttää kolmen dian karusellin kerralla. Siirry kolmen dian läpi kerrallaan Edellinen- ja Seuraava-painikkeilla tai siirry kolmen dian läpi kerrallaan lopussa olevilla liukusäätimen painikkeilla.
Makean veden ympäristöissä havaitaan usein hiili- ja ruostumattomien terästen kiihtynyttä korroosiota. Tässä tutkimuksessa tehtiin 22 kuukautta kestänyt makean veden säiliöiden sukellustutkimus yhdeksällä teräslaadulla. Kiihtynyttä korroosiota havaittiin hiili- ja kromiteräksissä sekä valuraudassa, kun taas ruostumattomassa teräksessä ei havaittu näkyvää korroosiota edes 22 kuukauden kuluttua. Mikrobiyhteisön analyysi osoitti, että yleisen korroosion aikana Fe(II)-hapettavat bakteerit rikastuivat korroosion alkuvaiheessa, Fe(III)-pelkistävät bakteerit korroosion kehittymisvaiheessa ja sulfaattia pelkistävät bakteerit korroosiovaiheessa ja tuotteen korroosion loppuvaiheessa. Sitä vastoin Beggiatocaea-bakteereja oli erityisen paljon 9 % kromia sisältävässä teräksessä, joka altistui paikalliselle korroosiolle. Myös nämä mikrobiyhteisöjen koostumukset poikkesivat vesi- ja pohjasedimenttinäytteiden koostumuksista. Näin ollen korroosion edetessä mikrobiyhteisössä tapahtuu dramaattisia muutoksia, ja raudasta riippuvainen mikrobien energiametabolia luo ympäristön, joka voi rikastuttaa muita mikro-organismeja.
Metallit voivat heiketä ja korrodoitua erilaisten fysikaalisten ja kemiallisten ympäristötekijöiden, kuten pH:n, lämpötilan ja ionipitoisuuden, vaikutuksesta. Happamat olosuhteet, korkeat lämpötilat ja kloridipitoisuudet vaikuttavat erityisesti metallien korroosioon1,2,3. Luonnon- ja rakennetuissa ympäristöissä esiintyvät mikro-organismit vaikuttavat usein metallien kulumiseen ja korroosioon, mikä ilmenee mikrobikorroosiona (MIC)4,5,6,7,8. MIC:tä esiintyy usein ympäristöissä, kuten sisäputkissa ja -säiliöissä, metalliraoissa ja maaperässä, joissa se ilmestyy äkillisesti ja kehittyy nopeasti. Siksi MIC:ien seuranta ja varhainen havaitseminen on erittäin vaikeaa, joten MIC-analyysi suoritetaan yleensä korroosion jälkeen. On raportoitu lukuisia MIC-tapaustutkimuksia, joissa sulfaattia pelkistäviä bakteereja (SRB) on usein löydetty korroosiotuotteista9,10,11,12,13. On kuitenkin edelleen epäselvää, vaikuttavatko SRB:t korroosion alkamiseen, koska niiden havaitseminen perustuu korroosion jälkeiseen analyysiin.
Viime aikoina on jodia hapettavien bakteerien21 lisäksi raportoitu useita rautaa hajottavia mikro-organismeja, kuten rautaa hajottavaa SRB:tä14, metanogeenejä15,16,17, nitraattia pelkistäviä bakteereja18, rautaa hapettavia bakteereja19 ja asetogeenejä20. Anaerobisissa tai mikroaerobisissa laboratorio-olosuhteissa useimmat niistä korrodoivat nollavalenttista rautaa ja hiiliterästä. Lisäksi niiden korroosiomekanismit viittaavat siihen, että rautaa syövyttävät metanogeenit ja SRB:t edistävät korroosiota keräämällä elektroneja nollavalenttisesta raudasta käyttämällä solunulkoisia hydrogenaaseja ja monihemisiä sytokromeja22,23. MIC-arvot jaetaan kahteen tyyppiin: (i) kemiallinen MIC (CMIC), joka on mikrobien tuottamien lajien aiheuttama epäsuora korroosio, ja (ii) sähköinen MIC (EMIC), joka on suora korroosio metallin elektronien ehtymisen seurauksena24. Solunulkoisen elektroninsiirron (EET) helpottama EMIC on erittäin kiinnostava, koska EET-ominaisuuksia omaavat mikro-organismit aiheuttavat nopeampaa korroosiota kuin ei-EET-mikro-organismit. Vaikka CMIC:n nopeutta rajoittava vaste anaerobisissa olosuhteissa on H2:n tuotanto protonien pelkistymisen (H+) kautta, EMIC etenee EET-aineenvaihdunnan kautta, joka on riippumaton H2-tuotannosta. EET:n mekanismi eri mikro-organismeissa liittyy mikrobien solupolttoaineen suorituskykyyn ja elektrobiosynteesiin25,26,27,28,29. Koska näiden syövyttävien mikro-organismien viljelyolosuhteet poikkeavat luonnollisen ympäristön olosuhteista, ei ole selvää, heijastavatko nämä havaitut mikrobien korroosioprosessit korroosiota käytännössä. Siksi on vaikea havaita näiden syövyttävien mikro-organismien aiheuttamaa MIC-mekanismia luonnollisessa ympäristössä.
DNA-sekvensointiteknologian kehitys on helpottanut mikrobiyhteisöjen yksityiskohtien tutkimista luonnollisissa ja keinotekoisissa ympäristöissä. Esimerkiksi mikrobien profilointia uuden sukupolven sekvenssereillä 16S rRNA -geenisekvenssin perusteella on käytetty mikrobiekologian alalla30,31.,32. Lukuisia MIC-tutkimuksia on julkaistu, joissa on yksityiskohtaisia ​​tietoja mikrobiyhteisöistä maaperässä ja meriympäristöissä13,33,34,35,36. SRB:n lisäksi on raportoitu myös Fe(II)-hapettavien (FeOB) ja nitrifioivien bakteerien rikastumista korroosionäytteissä, esim. FeOB:lla, kuten Gallionella spp. ja Dechloromonas spp., sekä nitrifioivilla bakteereilla, kuten Nitrospira spp., hiili- ja kuparipitoisissa teräksissä maaperässä33. Vastaavasti meriympäristössä on havaittu rautaa hapettavien bakteerien, jotka kuuluvat Zetaproteobacteria- ja Betaproteobacteria-luokkiin, nopeaa kolonisaatiota hiiliteräksellä useiden viikkojen ajan 36. Nämä tiedot osoittavat näiden mikro-organismien osuuden korroosioon. Monissa tutkimuksissa kesto ja koeryhmät ovat kuitenkin rajalliset, eikä mikrobiyhteisöjen dynamiikasta korroosion aikana tiedetä juurikaan.
Tässä tutkimuksessa tutkimme hiiliteräksen, kromiteräksen, ruostumattoman teräksen ja valuraudan MIC-arvoja upotuskokeilla aerobisessa makean veden ympäristössä, jossa on aiemmin esiintynyt MIC-tapahtumia. Näytteet otettiin 1, 3, 6, 14 ja 22 kuukauden kuluttua, ja kunkin metallin ja mikrobikomponentin korroosionopeutta tutkittiin. Tuloksemme antavat käsityksen mikrobiyhteisöjen pitkän aikavälin dynamiikasta korroosion aikana.
Kuten taulukosta 1 käy ilmi, tässä tutkimuksessa käytettiin yhdeksää metallia. Kymmenen näytettä kustakin materiaalista upotettiin makean veden altaaseen. Prosessiveden laatu on seuraava: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, sameus 1 ppm ja pH 7,4. Liuenneen hapen (DO) pitoisuus näytteenottoportaiden pohjalla oli noin 8,2 ppm ja veden lämpötila vaihteli vuodenaikojen mukaan 9–23 °C:n välillä.
Kuten kuvassa 1 on esitetty, yhden kuukauden ASTM A283-, ASTM A109 Cond #4/5-, ASTM A179- ja ASTM A395 -valurautaympäristöissä upottamisen jälkeen hiiliteräksen pinnalla havaittiin ruskeita korroosiotuotteita yleistyneen korroosion muodossa. Näiden näytteiden painonpudotus kasvoi ajan myötä (lisätaulukko 1) ja korroosionopeus oli 0,13–0,16 mm vuodessa (kuva 2). Vastaavasti yleistä korroosiota on havaittu teräksissä, joissa on alhainen kromipitoisuus (1 % ja 2,25 %), ja korroosionopeus on noin 0,13 mm/vuosi (kuvat 1 ja 2). Sitä vastoin 9 % kromia sisältävä teräs osoittaa paikallista korroosiota tiivisteiden muodostamissa raoissa. Tämän näytteen korroosionopeus on noin 0,02 mm/vuosi, mikä on huomattavasti alhaisempi kuin yleisen korroosion omaavan teräksen. Sitä vastoin tyypin 304 ja 316 ruostumattomissa teräksissä ei ole näkyvää korroosiota, ja niiden arvioidut korroosionopeudet ovat <0,001 mm/y. Sitä vastoin tyypin 304 ja 316 ruostumattomissa teräksissä ei ole näkyvää korroosiota, ja niiden arvioidut kiihtyvyysnopeudet ovat <0,001 mm y−1. Напротив, нержавеющие стали типов 304 и 316 не проявляют видимой коррозии, при этом расчетьикорстная скоростная <0,001 мм/год. Sitä vastoin tyypit 304 ja 316 ruostumattomat teräkset eivät osoita näkyvää korroosiota, ja niiden arvioitu korroosionopeus on <0,001 mm/vuosi.相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速玂 mm<0-0101 mm相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速玂 mm<0-0101 mm Напротив, нержавеющие стали типа 304 и -316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростью корроз01. Sitä vastoin tyypin 304 ja 316 ruostumattomissa teräksissä ei havaittu näkyvää korroosiota, ja niiden suunniteltu korroosionopeus oli <0,001 mm/vuosi.
Kuvassa on makroskooppiset kuvat kustakin näytteestä (korkeus 50 mm × leveys 20 mm) ennen kalkinpoistoa ja sen jälkeen. 1 metri, 1 kuukausi; 3 metriä, 3 kuukautta; 6 metriä, 6 kuukautta; 14 metriä, 14 kuukautta; 22 metriä, 22 kuukautta; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, kunto 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, teräs 1 % Cr; 3C teräs, 2,25 % Cr teräs; teräs 9C, teräs 9 % Cr; S6, 316 ruostumaton teräs; S8, tyyppi 304 ruostumaton teräs.
Korroosionopeus laskettiin käyttämällä painohäviötä ja upotusaikaa. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, karkaistu 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, teräs 1% Cr, 3 C, teräs 2,25% Cr, 9 C, teräs 9% Cr, S6, tyyppi 316 ruostumaton teräs; S8, tyyppi 304 ruostumaton teräs.
Kuvassa 1 näkyy myös, että hiiliteräksen, matalakromiteräksen ja valuraudan korroosiotuotteet kehittyvät edelleen 3 kuukauden upotuksen jälkeen. Kokonaiskorroosionopeus laski vähitellen arvoon 0,07–0,08 mm/vuosi 22 kuukauden kuluttua (kuva 2). Lisäksi 2,25 %:n kromiteräksen korroosionopeus oli hieman alhaisempi kuin muiden syöpyneiden näytteiden, mikä osoittaa, että kromi voi estää korroosiota. Yleisen korroosion lisäksi ASTM A179:n mukaan havaittiin paikallista korroosiota 22 kuukauden kuluttua, ja korroosiosyvyyden oli oltava noin 700 µm (kuva 3). Paikallinen korroosionopeus, joka lasketaan korroosiosyvyyden ja upotusajan perusteella, on 0,38 mm/vuosi, mikä on noin viisi kertaa nopeampi kuin yleinen korroosio. ASTM A395 -seoksen korroosionopeutta voidaan aliarvioida, koska korroosiotuotteet eivät poista hilsettä kokonaan 14 tai 22 kuukauden upotuksen jälkeen. Eron pitäisi kuitenkin olla minimaalinen. Lisäksi syöpyneessä matalakromiteräksessä havaittiin monia pieniä kuoppia.
Täysi kuva (mittakaavapalkki: 10 mm) ja paikallinen korroosio (mittakaavapalkki: 500 µm) ASTM A179:stä ja 9 % Cr-teräksestä maksimisyvyydessä 3D-lasermikroskoopilla. Täysi kuvassa olevat punaiset ympyrät osoittavat mitatun paikallisen korroosion. Täysi näkymä 9 % Cr-teräksestä kääntöpuolelta on esitetty kuvassa 1.
Kuten kuvassa 2 on esitetty, 9 % kromia sisältävällä teräksellä ei havaittu korroosiota 3–14 kuukauden kuluessa, ja korroosionopeus oli käytännössä nolla. Paikallista korroosiota havaittiin kuitenkin 22 kuukauden kuluttua (kuva 3), ja korroosionopeus oli 0,04 mm/vuosi laskettuna painohäviön perusteella. Suurin paikallinen korroosiosyvyys on 1260 µm ja paikallinen korroosionopeus, joka on arvioitu korroosiosyvyyden ja upotusajan (22 kuukautta) perusteella, on 0,68 mm/vuosi. Koska korroosion tarkkaa alkamispistettä ei tiedetä, korroosionopeus voi olla suurempi.
Sitä vastoin ruostumattomassa teräksessä ei havaittu näkyvää korroosiota edes 22 kuukauden upotuksen jälkeen. Vaikka pinnalla havaittiin muutamia ruskeita hiukkasia ennen kalkinpoistoa (kuva 1), ne olivat heikosti kiinnittyneitä eivätkä olleet korroosiotuotteita. Koska metalli ilmestyy uudelleen ruostumattoman teräksen pinnalle kalkin poistamisen jälkeen, korroosioaste on käytännössä nolla.
Amplikonisekvensointia on tehty mikrobiyhteisöjen erojen ja dynamiikan ymmärtämiseksi ajan kuluessa korroosiotuotteissa ja biofilmeissä metallipinnoilla, vedessä ja sedimenteissä. Yhteensä 4 160 012 lukemaa vastaanotettiin, vaihteluvälillä 31 328–124 183 lukemaa.
Vedenottamoista ja lammikoista otettujen vesinäytteiden Shannon-indeksit vaihtelivat välillä 5,47–7,45 (kuva 4a). Koska teollisuusvetenä käytetään kierrätettyä jokivettä, mikrobiyhteisö voi muuttua vuodenaikojen mukaan. Pohjasedimenttinäytteiden Shannon-indeksi sitä vastoin oli noin 9, mikä on merkittävästi korkeampi kuin vesinäytteiden. Vastaavasti vesinäytteillä oli alhaisemmat lasketut Chao1-indeksit ja havaitut toiminnalliset taksonomiset yksiköt (OTU) kuin sedimenttinäytteillä (kuva 4b, c). Nämä erot ovat tilastollisesti merkitseviä (Tukey-Kramerin testi; p-arvot < 0,01, kuva 4d), mikä osoittaa, että sedimenttinäytteiden mikrobiyhteisöt ovat monimutkaisempia kuin vesinäytteiden. Nämä erot ovat tilastollisesti merkitseviä (Tukey-Kramerin testi; p-arvot < 0,01, kuva 4d), mikä osoittaa, että sedimenttinäytteiden mikrobiyhteisöt ovat monimutkaisempia kuin vesinäytteiden. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает баны то, икерото на то, сообщества в образцах донных отложений более сложны, чем в образцах воды. Nämä erot ovat tilastollisesti merkitseviä (Tukey-Kramerin testi; p-arvot <0,01, kuva 4d), mikä osoittaa, että sedimenttinäytteiden mikrobiyhteisöt ovat monimutkaisempia kuin vesinäytteiden.这些差异具有统计学意义（Tukey-Kramer 检验；p 值< 0.01，图4d），表明沉积物样本中的微生物群落比水样中的微生物群落更傍这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ； p 值 <0.01 ， 图 4d） 表明 沉积物样 沉积物样 沉积物中 中 的 群落更。。。。。。。. Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), что потлволилимыми что микробные сообщества в образцах донных отложений были более сложными, чем в образцах воды. Nämä erot olivat tilastollisesti merkitseviä (Tukey-Kramerin testi; p-arvo <0,01, kuva 4d), mikä viittaa siihen, että sedimenttinäytteiden mikrobiyhteisöt olivat monimutkaisempia kuin vesinäytteiden.Koska ylivuotoaltaan vesi uusiutuu jatkuvasti ja sedimentit laskeutuvat altaan pohjalle ilman mekaanisia häiriöitä, tämän mikrobien monimuotoisuuden eron tulisi heijastaa altaan ekosysteemiä.
a Shannon-indeksi, b Havaittu operatiivinen taksonominen yksikkö (OTU) ja c Chao1-kertymäindeksi (n=6) ja allas (n=5). Vesi, sedimentti (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) ja 9 % (9 C: n = 5) Cr-teräkset sekä tyypin 316 (S6: n = 5) ja -304 (S8: n = 5) ruostumattomat teräkset on esitetty laatikko- ja viiksikuvioina. d Shannon- ja Chao1-indeksien p-arvot, jotka on saatu käyttämällä ANOVAa ja Tukey-Kramerin monivertailutestejä. Punaiset taustat edustavat pareja, joiden p-arvot ovat < 0,05. Punaiset taustat edustavat pareja, joiden p-arvot ovat < 0,05. Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. Punaiset taustat edustavat pareja, joiden p-arvot ovat < 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. Красные фоны представляют пары с p-значениями <0,05. Punaiset taustat edustavat pareja, joiden p-arvot ovat <0,05.Laatikon keskellä oleva viiva, laatikon ylä- ja alaosa sekä viikset edustavat vastaavasti mediaania, 25. ja 75. persentiiliä sekä minimi- ja maksimiarvoja.
Hiiliteräksen, vähäkromiteräksen ja valuraudan Shannon-indeksit olivat samanlaiset kuin vesinäytteillä (kuva 4a). Sitä vastoin ruostumattomasta teräksestä valmistettujen näytteiden Shannon-indeksit ovat merkittävästi korkeammat kuin syöpyneiden terästen (p-arvot < 0,05, kuva 4d) ja samankaltaisia ​​kuin sedimenttien. Sitä vastoin ruostumattoman teräksen näytteiden Shannon-indeksit ovat merkittävästi korkeammat kuin syöpyneiden terästen (p-arvot < 0,05, kuva 4d) ja samankaltaisia ​​kuin sedimenttien. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у p.,0, корродированных5, рис. 4d), ja аналогичны индексам отложений. Sitä vastoin ruostumattomasta teräksestä valmistettujen näytteiden Shannon-indeksit ovat merkittävästi korkeammat kuin syöpyneiden terästen (p-arvot < 0,05, kuva 4d) ja samankaltaisia ​​kuin kerrostumaindeksit.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 был значительно выше, чем p у корродированниной, 0,0 корродированниной рис. 4d), как и у отложений. Sitä vastoin ruostumattomasta teräksestä valmistettujen näytteiden Shannon-indeksi oli merkittävästi korkeampi kuin syöpyneen teräksen (p-arvo < 0,05, kuva 4d), samoin kuin kerrostunut pinta.Sitä vastoin 9 % kromia sisältävien terästen Shannon-indeksi vaihteli välillä 6,95–9,65. Nämä arvot olivat paljon korkeammat ruostumattomissa näytteissä 1 ja 3 kuukauden kuluttua kuin syöpyneissä näytteissä 6, 14 ja 22 kuukauden kuluttua (kuva 4a). Lisäksi 9-prosenttisen kromipitoisuuden omaavien terästen Chao1-indeksit ja havaitut OTU-arvot ovat korkeammat kuin syöpyneiden ja vesinäytteiden ja matalammat kuin syöpymättömien ja sedimenttinäytteiden (kuva 4b, c), ja erot ovat tilastollisesti merkitseviä (p-arvot < 0,01, kuva 4d). Lisäksi 9 % Cr-terästen Chao1-indeksit ja havaitut OTU-arvot ovat korkeammat kuin syöpyneillä ja vesinäytteillä ja matalammat kuin syöpymättömillä ja sedimenttinäytteillä (kuva 4b, c), ja erot ovat tilastollisesti merkitseviä (p-arvot < 0,01, kuva 4d).Lisäksi 9 % Cr-pitoisten terästen Chao1- ja havaittu OTU-arvot ovat korkeammat kuin syöpyneillä ja vesipitoisilla näytteillä ja matalammat kuin syöpymättömillä ja sedimenttinäytteillä (kuva 4b, c), ja erot ovat tilastollisesti merkitseviä.(p-значения <0,01, рис. 4d). (p-arvot <0,01, kuva 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 ， 低亁 栌蚀沉积物 （图 图 4b ， c） 差异 统计学 意义 （p 值 <0,01 图 弼 囌 图 图 图；； , , , , , 4d). Кроме того, индекс Chao1 и наблюдаемые OTU стали с содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных ицвоводаемых ихховодаемые ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значе-зна,1,0,0, рис. 4g). Lisäksi 9-prosenttisen kromiteräksen Chao1-indeksi ja havaittu OTU olivat korkeammat kuin syöpyneillä ja vesipitoisilla näytteillä ja matalammat kuin syöpymättömillä ja sedimenttinäytteillä (kuva 4b, c), ja ero oli tilastollisesti merkitsevä (p-arvo < 0,01, kuva 4d).Nämä tulokset osoittavat, että korroosiotuotteiden mikrobien monimuotoisuus on pienempi kuin korroosiotuotteiden biofilmeissä.
Kuvassa 5a on esitetty UniFracin painottamattomaan etäisyyteen perustuva pääkoordinaattianalyysi (PCoA) -kuvaaja kaikille näytteille, ja siinä havaittiin kolme päärypästä. Vesinäytteiden mikrobiyhteisöt poikkesivat merkittävästi muista yhteisöistä. Sedimenttien mikrobiyhteisöihin kuului myös ruostumattomasta teräksestä valmistettuja yhteisöjä, kun taas ne olivat laajalle levinneitä korroosionäytteissä. Sitä vastoin 9 % kromia sisältävän teräksen kartta on jaettu syöpymättömiin ja syöpyneisiin klustereihin. Näin ollen metallipintojen ja korroosiotuotteiden mikrobiyhteisöt eroavat merkittävästi vedessä olevista yhteisöistä.
Pääkoordinaattianalyysin (PCoA) kuvaaja, joka perustuu painottamattomiin UniFrac-etäisyyksiin kaikissa näytteissä (a), vedessä (b) ja metalleissa (c). Ympyröidyt korostavat kutakin klusteria. Trajektorit on esitetty viivoilla, jotka yhdistävät näytteenottojaksot sarjassa. 1 metri, 1 kuukausi; 3 metriä, 3 kuukautta; 6 metriä, 6 kuukautta; 14 metriä, 14 kuukautta; 22 metriä, 22 kuukautta; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, ehto 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, teräs 1 % Cr; 3C teräs, 2,25 % Cr teräs; teräs 9C, teräs 9 % Cr; S6, 316 ruostumaton teräs; S8, tyyppi 304 ruostumaton teräs.
Aikajärjestyksessä vesinäytteiden PCoA-kuviot olivat ympyränmuotoisessa järjestyksessä (kuva 5b). Tämä syklin siirtymä voi heijastaa vuodenaikojen vaihteluita.
Lisäksi metallinäytteiden PCoA-käyrillä havaittiin vain kaksi klusteria (syöpyneitä ja syöpymättömiä), joissa (9 % kromiterästä lukuun ottamatta) havaittiin myös mikrobiyhteisön muutos 1 kuukaudesta 22 kuukauteen (kuva 5c). Koska syöpyneissä näytteissä siirtymät olivat suurempia kuin syöpymättömissä näytteissä, mikrobiyhteisöjen muutosten ja korroosion etenemisen välillä oli korrelaatio. 9 % kromia sisältävissä teräsnäytteissä havaittiin kahdenlaisia ​​mikrobiyhteisöjä: 1 ja 6 kuukauden kohdalla pisteet, jotka sijaitsivat lähellä ruostumatonta terästä, ja muut (3, 14 ja 22 kuukauden kohdalla) pisteet, jotka sijaitsivat lähellä syöpynyttä terästä. 1 kuukauden kohdalla ja 6 kuukauden kohdalla DNA:n eristämiseen käytetyt näytteet eivät olleet syöpyneitä, kun taas 3, 14 ja 22 kuukauden kohdalla käytetyt näytteet olivat syöpyneitä (lisäkuva 1). Siksi syöpyneiden näytteiden mikrobiyhteisöt poikkesivat veden, sedimentin ja syöpymättömien näytteiden mikrobiyhteisöistä ja muuttuivat korroosion edetessä.
Vesinäytteissä havaitut pääasialliset mikrobiyhteisöt olivat proteobakteerit (30,1–73,5 %), bakteroidetit (6,3–48,6 %), planktomysetobakteerit (0,4–19,6 %) ja aktinobakteerit (0–17,7 %). Niiden suhteellinen runsaus vaihteli näytteestä toiseen (kuva 6). Esimerkiksi bakteroidettien suhteellinen runsaus lammen vedessä oli suurempi kuin abstraktissa vedessä. Tähän eroon voi vaikuttaa veden viipymäaika ylivuotosäiliössä. Näitä tyyppejä havaittiin myös pohjasedimenttinäytteissä, mutta niiden suhteellinen runsaus poikkesi merkittävästi vesinäytteiden runsaudesta. Lisäksi acidobacteriotan (8,7–13,0 %), kloroflexien (8,1–10,2 %), nitrospirotan (4,2–4,4 %) ja desulfobacterotan (1,5–4,4 %) suhteellinen pitoisuus oli suurempi kuin vesinäytteissä. Koska lähes kaikki desulfobacterota-lajit ovat SRB37-lajeja, sedimentin ympäristön on oltava anaerobinen. Vaikka Desulfobacterota saattaa vaikuttaa korroosioon, riskin pitäisi olla erittäin pieni, koska niiden suhteellinen määrä allasvedessä on <0,04 %. Vaikka Desulfobacterota saattaa vaikuttaa korroosioon, riskin pitäisi olla erittäin pieni, koska niiden suhteellinen määrä allasvedessä on <0,04 %. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку ихверельножносих воде бассейна составляет <0,04 %. Vaikka Desulfobacterota saattaa vaikuttaa korroosioon, riskin pitäisi olla erittäin pieni, koska niiden suhteellinen määrä allasvedessä on <0,04 %.尽管脱硫杆菌门可能影响腐蚀，但风险应该极低，因为它们在池水中们在池水中的盠. <0,04 %. Хотя тип Desulfobacillus может влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительное сожодельное сотя тип бассейна составляет <0,04 %. Vaikka Desulfobacillus-tyyppi voi vaikuttaa korroosioon, riskin pitäisi olla erittäin pieni, koska niiden suhteellinen määrä allasvedessä on <0,04 %.
RW ja Air edustavat vesinäytteitä vedenotosta ja altaasta. Sedimentti-C, -E, -W ovat sedimenttinäytteitä, jotka on otettu altaan pohjan keskeltä sekä itä- ja länsipuolelta. 1 metri, 1 kuukausi; 3 metriä, 3 kuukautta; 6 metriä, 6 kuukautta; 14 metriä, 14 kuukautta; 22 metriä, 22 kuukautta; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, ehto 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, teräs 1 % Cr; 3C teräs, 2,25 % Cr teräs; teräs 9C, teräs 9 % Cr; S6, 316 ruostumaton teräs; S8, tyyppi 304 ruostumaton teräs.
Sukutasolla havaittiin kaikkina vuodenaikoina hieman suurempi osuus (6–19 %) luokittelemattomia Trichomonadaceae-heimoon kuuluvia bakteereja sekä Neosphingosine-, Pseudomonas- ja Flavobacterium-bakteereja. Pieninä pääkomponentteina niiden osuudet vaihtelevat (kuva 1). . 7a ja b). Sivujoissa Flavobacteriumin, Pseudovibrion ja Rhodoferrobacterin suhteellinen runsaus oli suurempi vain talvella. Vastaavasti altaan talvivedessä havaittiin suurempi Pseudovibrio- ja Flavobacterium-pitoisuus. Näin ollen vesinäytteiden mikrobiyhteisöt vaihtelivat vuodenajan mukaan, mutta eivät muuttuneet dramaattisesti tutkimusjakson aikana.
a Sisääntulovesi, b Uima-allasvesi, c ASTM A283, d ASTM A109 lämpötila #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1 % Cr, h 2,25 % Cr ja i 9 % Cr -teräs, j Type-316 ja ruostumaton teräs K-304.
Proteobakteerit olivat pääainesosat kaikissa näytteissä, mutta niiden suhteellinen määrä syöpyneissä näytteissä väheni korroosion edetessä (kuva 6). Näytteissä ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 ja 1 % ja 2,25 % Cr:ssa proteobakteerien suhteellinen määrä laski vastaavista 89,1 %:sta, 85,9 %:sta, 89,6 %:sta, 79,5 %:sta, 84,8 %:sta ja 83,8 %:sta vastaavasti 43,3 %:sta, 52,2 %:sta, 50,0 %:sta, 41,9 %:sta, 33,8 %:sta ja 31,3 %:sta. Sitä vastoin Desulfobacterotan suhteelliset määrät kasvavat vähitellen <0,1 prosentista 12,5–45,9 prosenttiin korroosion edetessä. Sitä vastoin Desulfobacterotan suhteelliset määrät kasvavat vähitellen <0,1 prosentista 12,5–45,9 prosenttiin korroosion edetessä. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере разверироия. Sitä vastoin Desulfobacterotan suhteellinen runsaus kasvaa vähitellen <0,1 prosentista 12,5–45,9 prosenttiin korroosion edetessä.相反，随着腐蚀的进展，脱硫杆菌的相对丰度从<0,1% 逐渐增加到12,5-45,9%。相反，随着腐蚀的进展，脱硫杆菌的相对丰度从<0,1 % Напротив, относительная численность Desulfobacillus постепенно увеличивалась с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития. Sitä vastoin Desulfobacillus-bakteerien suhteellinen runsaus kasvoi vähitellen <0,1 prosentista 12,5–45,9 prosenttiin korroosion edetessä.Näin ollen korroosion edetessä Proteobactereira korvautui Desulfobacterotalla.
Sitä vastoin ruostumattoman teräksen pinnalla olevat biofilmit sisälsivät samoja osuuksia eri bakteereja. 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 %) ja Chloroflexi (2,1–8,8 %). Nitrospirotan osuuden havaittiin kasvavan vähitellen ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa näytteissä (kuva 6). Nämä suhteet ovat samanlaisia ​​kuin sedimenttinäytteissä, mikä vastaa kuvassa 5a esitettyä PCoA-käyrää.
9 % kromia sisältävissä teräsnäytteissä havaittiin kahdenlaisia ​​mikrobiyhteisöjä: 1 kuukauden ja 6 kuukauden mikrobiyhteisöt olivat samanlaisia ​​kuin pohjasedimenttinäytteissä, kun taas proteobakteerien osuus korroosionäytteissä 3, 14 ja 22 kasvoi merkittävästi. Lisäksi nämä kaksi mikrobiyhteisöä 9 % kromia sisältävissä teräsnäytteissä vastasivat jakautuneita klustereita kuvassa 5c esitetyssä PCoA-käyrässä.
Sukutasolla havaittiin> 2000 OTU:ta, jotka sisälsivät määrittämättömiä bakteereja ja arkeoneja. Sukutasolla havaittiin> 2000 OTU:ta, jotka sisälsivät määrittämättömiä bakteereja ja arkeoneja.Sukutasolla on havaittu yli 2000 OTU:ta, jotka sisältävät tunnistamattomia bakteereja ja arkeoneja.Sukutasolla on havaittu yli 2000 OTU:ta, jotka sisältävät määrittelemättömiä bakteereja ja arkeoneja. Näistä keskityimme 10 OTU:hun, joissa kussakin näytteessä oli suuri populaatio. Tämä kattaa 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 % ja 21,8–45,1 % ASTM A179-, ASTM A109 Temp No. 4/5-, ASTM A179-, ASTM A395-, 1 %, 2,25 % ja 9 % Cr-teräksistä sekä tyypin 316 ja 304 ruostumattomista teräksistä.
Suhteellisen korkea pitoisuus dekloroituja monoliitteja, joilla on Fe(II):n hapettavia ominaisuuksia, on havaittu korroosionäytteissä, kuten ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 ja teräksissä, joissa on 1 % ja 2,25 % Cr korroosion varhaisessa vaiheessa (1 kuukausi ja 3 kuukautta, kuva 7c-h). Dechloromonas-bakteerien osuus väheni ajan myötä, mikä vastasi proteobakteerien vähenemistä (kuva 6). Lisäksi Dechloromonas-bakteerin osuudet biofilmeissä syöpymättömissä näytteissä ovat <1 %. Lisäksi Dechloromonas-bakteerin osuudet biofilmeissä syöpymättömissä näytteissä ovat <1 %. Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Lisäksi Dechloromonasin osuus biofilmeissä ruostumattomissa näytteissä on <1 %.此外，未腐蚀样品的生物膜中脱氯单胞菌的比例<1 %.此外，未腐蚀样品的生物膜中脱氯单胞菌的比例 < 1 % Кроме того, доля Dechloromonas в биопленке некорродированных образцов была <1%. Lisäksi Dechloromonasin osuus ruostumattomien näytteiden biofilmissä oli <1 %.Siksi korroosiotuotteista Dechloromonas rikastuu merkittävästi korroosion varhaisessa vaiheessa.
Sitä vastoin ASTM A179-, ASTM A109 -päästöteräksissä #4/5, ASTM A179-, ASTM A395-teräksissä sekä 1 % ja 2,25 % Cr-pitoisuuksilla SRB Desulfovibrio -lajien osuus lopulta kasvoi 14 ja 22 kuukauden kuluttua (kuva 7c–h). Desulfovibrioni oli hyvin alhainen tai sitä ei havaittu korroosion alkuvaiheessa, vesinäytteissä (kuva 7a, b) ja korrodoitumattomissa biofilmeissä (kuva 7j, j). Tämä viittaa vahvasti siihen, että Desulfovibrio suosii muodostuneiden korroosiotuotteiden ympäristöä, vaikka ne eivät vaikuta korroosioon korroosion alkuvaiheessa.
Fe(III):a pelkistäviä bakteereja (RRB), kuten Geobacter ja Geothrix, löydettiin korroosiotuotteista korroosion keskivaiheilla (6 ja 14 kuukautta), mutta myöhäisten (22 kuukautta) korroosiovaiheiden osuus on niissä suurempi. suhteellisen alhainen (kuva 7c, eh). Sideroxydans-suku, jolla on Fe(II):n hapettumisominaisuuksia, osoitti samanlaista käyttäytymistä (kuva 7f), joten FeOB:n, IRB:n ja SRB:n osuus oli suurempi vain syöpyneissä näytteissä. Tämä viittaa vahvasti siihen, että muutokset näissä mikrobiyhteisöissä liittyvät korroosion etenemiseen.
9 % kromia sisältävässä teräksessä, joka oli korrodoitunut 3, 14 ja 22 kuukauden kuluttua, havaittiin suurempi osuus Beggiatoacea-heimon jäseniä (8,5–19,6 %), joilla voi olla rikkiä hapettavia ominaisuuksia, ja sideroksidaaneja havaittiin (8,4–13,7 %) (kuva 1). ). 7i) Lisäksi Thiomonas-bakteeria, rikkiä hapettavaa bakteeria (SOB), löydettiin suurempina määrinä (3,4 % ja 8,8 %) 3 ja 14 kuukauden kuluttua. Sitä vastoin nitraattia pelkistäviä bakteereja, Nitrospiraa (12,9 %), havaittiin 6 kuukauden ikäisissä korrodoimattomissa näytteissä. Nitrospiran osuuden kasvua havaittiin myös ruostumattoman teräksen biofilmeissä dippauksen jälkeen (kuva 7j,k). Siten 1 ja 6 kuukauden ikäisten korrodoimattomien 9 % kromiterästen mikrobiyhteisöt olivat samanlaisia ​​kuin ruostumattoman teräksen biofilmeissä. Lisäksi 3, 14 ja 22 kuukauden kohdalla korrodoituneen 9-prosenttisen kromiteräksen mikrobiyhteisöt erosivat hiili- ja vähäkromiterästen sekä valuraudan korroosiotuotteista.
Korroosion kehittyminen on yleensä hitaampaa makeassa vedessä kuin merivedessä, koska kloridi-ionien pitoisuus vaikuttaa metallin korroosioon. Jotkut ruostumattomat teräkset voivat kuitenkin korrodoitua makean veden ympäristöissä38,39. Lisäksi MIC:tä epäiltiin alun perin, koska syöpynyttä materiaalia oli aiemmin havaittu tässä tutkimuksessa käytetyssä makean veden altaassa. Pitkäaikaisissa upotustutkimuksissa havaittiin erilaisia ​​korroosion muotoja, kolmenlaisia ​​mikrobiyhteisöjä ja muutoksia mikrobiyhteisöissä korroosiotuotteissa.
Tässä tutkimuksessa käytetty makean veden kasvatusalusta on suljettu säiliö tekniselle vedelle, joka on otettu joesta, jonka kemiallinen koostumus on suhteellisen vakaa ja jonka veden lämpötila vaihtelee vuodenaikojen mukaan 9–23 °C:n välillä. Siksi vesinäytteiden mikrobiyhteisöjen kausittaiset vaihtelut voivat liittyä lämpötilan muutoksiin. Lisäksi altaan veden mikrobiyhteisö oli jonkin verran erilainen kuin sisääntuloveden (kuva 5b). Altaan vesi vaihtuu jatkuvasti ylivuodon vuoksi. Tämän seurauksena liuenneen hapen määrä pysyi noin 8,2 ppm:ssä jopa altaan pinnan ja pohjan välisillä syvyyksillä. Päinvastoin, sedimentin ympäristön tulisi olla anaerobinen, koska se laskeutuu ja pysyy säiliön pohjalla, ja sen mikrobikasvuston (kuten CRP:n) tulisi myös poiketa veden mikrobikasvustosta (kuva 6). Koska altaan näytteet olivat kauempana sedimenteistä, ne altistuivat makealle vedelle vain upotuskokeiden aikana aerobisissa olosuhteissa.
Yleistä korroosiota esiintyy hiiliteräksessä, vähäkromiteräksessä ja valuraudassa makean veden ympäristöissä (kuva 1), koska nämä materiaalit eivät ole korroosionkestäviä. Korroosionopeus (0,13 mm/v) abioottisissa makean veden olosuhteissa oli kuitenkin korkeampi kuin aiemmissa tutkimuksissa40 (0,04 mm/v) ja verrattavissa korroosionopeuteen (0,02–0,76 mm/v) mikro-organismien läsnä ollessa1) Samanlainen kuin makean veden olosuhteissa40,41,42. Tämä kiihtynyt korroosionopeus on MIC:n ominaisuus.
Lisäksi 22 kuukauden upotuksen jälkeen useissa metalleissa havaittiin paikallista korroosiota korroosiotuotteiden alla (kuva 3). Erityisesti ASTM A179 -standardissa havaittu paikallinen korroosionopeus on noin viisi kertaa nopeampi kuin yleinen korroosio. Tätä epätavallista korroosion muotoa ja kiihtynyttä korroosionopeutta on havaittu myös samassa kappaleessa esiintyvässä korroosiossa. Tässä tutkimuksessa suoritettu upotus heijastaa siis käytännössä tapahtuvaa korroosiota.
Tutkituista metalleista 9-prosenttinen kromiteräs osoitti vakavinta korroosiota, jonka korroosiosyvyys oli >1,2 mm, mikä todennäköisesti on minimaalinen korroosioaste (MIC) kiihtyneen korroosion ja epänormaalin korroosiomuodon vuoksi. Tutkituista metalleista 9-prosenttinen kromiteräs osoitti vakavinta korroosiota, jonka korroosiosyvyys oli >1,2 mm, mikä todennäköisesti on minimaalinen korroosioaste (MIC) kiihtyneen korroosion ja epänormaalin korroosiomuodon vuoksi. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозии> 1,2 мероято, ном, вероято, м, является МИК из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. Tutkituista metalleista 9 % kromia sisältävä teräs osoitti vakavinta korroosiota, jonka korroosiosyvyys oli >1,2 mm. Tämä on luultavasti minimaalinen korroosiosyvyys (MIC) kiihtyneen korroosion ja epänormaalin korroosiomuodon vuoksi.在所研究的金属中，9 % Cr 钢的腐蚀最为严重，腐蚀深度>1,2 mm，由于加速腐蚀和异常腐蚀形式，很可能是MIC.在所研究的金属中，9 % Kr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% Cr, с глубиной коррозии >1,2 мм, скорее все-гоК, все-гоК ускоренных ja аномальных форм коррозии. Tutkituista metalleista 9 % kromia sisältävä teräs korrodoitui voimakkaimmin, korroosiosyvyyden ollessa >1,2 mm, todennäköisimmin minimaalisen syöpymisnopeuden (MIC) kiihtyneiden ja poikkeavien korroosiomuotojen vuoksi.Koska 9-prosenttista kromiterästä käytetään korkeissa lämpötiloissa, sen korroosionkestävyys on tutkittu aiemmin43,44, mutta metallille ei ole aiemmin raportoitu minimipitoisuusarvoa (MIC). Koska lukuisat mikro-organismit, hypertermofiilejä lukuun ottamatta, ovat inaktiivisia korkeassa lämpötilassa (> 100 °C), 9-prosenttisen kromiteräksen MIC-arvo voidaan tällaisissa tapauksissa jättää huomiotta. Koska lukuisat mikro-organismit, hypertermofiilejä lukuun ottamatta, ovat inaktiivisia korkeassa lämpötilassa (> 100 °C), 9-prosenttisen kromiteräksen MIC-arvo voidaan tällaisissa tapauksissa jättää huomiotta. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной (>10Мпературной) стали с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. Koska monet mikro-organismit, hypertermofiilejä lukuun ottamatta, ovat inaktiivisia korkeassa lämpötilassa (> 100 °C), 9 % kromia sisältävän teräksen MIC-arvo voidaan tällaisissa tapauksissa jättää huomiotta.由于除超嗜热菌外，许多微生物在高温环境(>100 °C)中不活跃，因此在这种情况下可以忽略9% Cr 钢中的MIC. 9 % kromin sulamispiste (>100 °C) Поскольку многие микроорганизмы, кроме гипертермофилов, не проявляют активности в высокотемпературных (С>0Па °КСремпературных), в стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. Koska monet mikro-organismit, hypertermofiilejä lukuun ottamatta, eivät osoita aktiivisuutta korkeissa lämpötiloissa (> 100 °C), 9 % kromia sisältävän teräksen MIC-arvo voidaan tässä tapauksessa jättää huomiotta.Kuitenkin, kun 9-prosenttista kromiterästä käytetään keskilämpötilassa, on ryhdyttävä erilaisiin toimenpiteisiin MIC-arvon pienentämiseksi.
Biofilmien korroosiotuotteissa ja niiden korroosiotuotteissa havaittiin erilaisia ​​mikrobiyhteisöjä ja niiden muutoksia verrattuna veteen, kiihtyneen korroosion lisäksi (kuva 5-7), mikä viittaa vahvasti siihen, että kyseessä on mikrofonikorroosio. Ramirez ym.13 raportoivat kolmivaiheisesta siirtymästä (FeOB => SRB/IRB = > SOB) meren mikrobiekosysteemissä 6 kuukauden aikana, jossa toissijaisesti rikastetun SRB:n tuottama rikkivety voi lopulta edistää SOB:n rikastumista. Ramirez ym.13 raportoivat kolmivaiheisesta siirtymästä (FeOB => SRB/IRB => SOB) meren mikrobiekosysteemissä 6 kuukauden aikana, jolloin toissijaisesti rikastetun SRB:n tuottama rikkivety voi lopulta edistää SOB:n rikastumista. Ramirez et al.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6мескога сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez ym.13 raportoivat kolmivaiheisesta siirtymästä (FeOB => SRB/IRB => SOB) meren mikrobiekosysteemissä kuuden kuukauden aikana, jossa SRB:n sekundääririkastuksesta syntyvä rikkivety voi lopulta edistää SOB:n rikastumista. Ramirez 等人13 报告了一个超过6 个月的海洋微生物生态系统中的三步转变(FeIRB => SOB)，其中二次富集SRB 产生的硫化氢可能最终有助于SOB 的富集.Ramirez 等 人 13 报告 了 个 超过 超过 6 个 月 海洋 微生物 生态 系统 中 的 三 中 的 丏转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB) ， 公両产生 硫化氢 可能 最终 有助于 sob 的富集. Ramirez et al.13 сообщили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной эковсистеме в текоробной эковсистеме в текоробной эковсистеме в текоробной о трехступенчатом переходе, текоечечение сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итоге способствовать SOB-tarkistus. Ramirez ym.13 raportoivat meren mikrobiekosysteemissä kuuden kuukauden aikana tapahtuneesta kolmivaiheisesta siirtymästä (FeOB => SRB/IRB => SOB), jossa SRB:n sekundääririkastuksesta syntyvä rikkivety voi lopulta edistää SOB:n rikastumista.McBeth ja Emerson36 raportoivat primaarista rikastusta FeOB:ssa. Vastaavasti tässä tutkimuksessa havaitaan FeOB:n rikastumista korroosion alkuvaiheessa, mutta hiili- ja 1 % ja 2,25 % Cr-teräksissä sekä valuraudassa 22 kuukauden aikana havaitut mikrobien muutokset korroosion edetessä ovat FeOB => IRB = > SRB (kuvat 7 ja 8). Vastaavasti tässä tutkimuksessa havaitaan FeOB:n rikastumista korroosion alkuvaiheessa, mutta hiili- ja 1 % ja 2,25 % Cr-teräksissä sekä valuraudassa 22 kuukauden aikana havaitut mikrobien muutokset korroosion edetessä ovat FeOB => IRB => SRB (kuvat 7 ja 8). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные исследовании наблюдается обогащение коррозии, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, представлях собой FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 и 8). Vastaavasti tässä tutkimuksessa havaitaan FeOB:n rikastumista korroosion varhaisessa vaiheessa, mutta korroosion edetessä 22 kuukauden aikana hiili- ja 1 % ja 2,25 % Cr-teräksissä sekä valuraudassa havaitut mikrobimuutokset ovat FeOB => IRB => SRB (kuvat 7 ja 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% 和和2,25% 中观 2,25% Cr 钢2.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8Ｏ同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 颿 和 和 颿 和 观 和 1% 2% 2 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）。 Аналогичным образом, в этом исследовании наблюдалось обогащение FeOB на ранних стадиях коррозии, но мичиолокрочиокрощение изменения, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, бырили Fe>.7 =>RBили Fe.8). Vastaavasti tässä tutkimuksessa havaittiin FeOB-rikastumista korroosion alkuvaiheessa, mutta hiili- ja 1 % ja 2,25 % Cr-teräksissä sekä valuraudassa 22 kuukauden aikana havaitut mikrobiologiset muutokset olivat FeOB => IRB => SRB (kuvat 7 ja 8).SRB:t voivat helposti kertyä merivesiympäristöihin korkeiden sulfaatti-ionipitoisuuksien vuoksi, mutta niiden rikastuminen makeassa vedessä hidastuu alhaisten sulfaatti-ionipitoisuuksien vuoksi. SRB:iden rikastumisesta merivedessä on raportoitu usein10,12,45.
a Orgaaninen hiili ja typpi Fe(II)-riippuvaisen energiametabolian kautta rautaoksidin (punaiset [Dechloromonas sp.] ja vihreät [Sideroxydans sp.] solut) ja Fe(III):a pelkistävät bakteerit (harmaat solut [Geothrix sp. ja Geobacter sp.]) kautta korroosion varhaisessa vaiheessa, minkä jälkeen anaerobiset sulfaattia pelkistävät bakteerit (SRP) ja heterotrofiset mikro-organismit rikastuttavat korroosion kypsässä vaiheessa kuluttamalla kertyneen orgaanisen aineksen. b Muutokset mikrobiyhteisöissä korroosionkestävillä metalleilla. Violetit, siniset, keltaiset ja valkoiset solut edustavat bakteereja Comamonadaceae-, Nitrospira sp.-, Beggiatoacea-heimoista ja muista.
Mikrobiyhteisön muutosten ja mahdollisen SRB-rikastumisen kannalta FeOB on kriittinen korroosion alkuvaiheessa, ja Dechloromonas voi saada kasvuenergiansa Fe(II):n hapettumisesta. Mikro-organismit voivat selviytyä hivenaineita sisältävissä väliaineissa, mutta ne eivät kasva eksponentiaalisesti. Tässä tutkimuksessa käytetty laskuallas on kuitenkin ylivuotoallas, jonka sisäänvirtaus on 20 m3/h ja joka syöttää jatkuvasti epäorgaanisia ioneja sisältäviä hivenaineita. Korroosion alkuvaiheessa hiiliteräksestä ja valuraudasta vapautuu rauta-ioneja, ja FeOB:t (kuten Dechloromonas) käyttävät niitä energianlähteenä. Prosessivedessä on oltava pieniä määriä hiiltä, ​​fosfaattia ja typpeä, joita tarvitaan solujen kasvuun orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden muodossa. Siksi tässä makean veden ympäristössä FeOB rikastuu aluksi metallipinnoille, kuten hiiliteräkselle ja valuraudalle. Myöhemmin IRB:t voivat kasvaa ja käyttää orgaanista ainetta ja rautaoksideja energialähteinä ja terminaalielektroniakseptoreina. Kypsissä korroosiotuotteissa pitäisi syntyä typellä rikastettuja anaerobisia olosuhteita FeOB:n ja IRB:n metabolian vuoksi. Siksi SRB voi nopeasti kasvaa ja korvata FeOB:n ja IRB:n (kuva 8a).
Tang ym. raportoivat hiljattain Geobacter ferroreducensin aiheuttamasta ruostumattoman teräksen korroosiosta makean veden ympäristöissä, mikä johtuu suorasta elektronin siirtymisestä raudasta mikrobeihin46. EMIC:n huomioon ottaen EET-ominaisuuksia omaavien mikro-organismien osuus on ratkaiseva. SRB, FeOB ja IRB ovat tämän tutkimuksen korroosiotuotteiden tärkeimmät mikrobilajit, joilla pitäisi olla EET-ominaisuuksia. Siksi nämä sähkökemiallisesti aktiiviset mikro-organismit voivat edistää korroosiota EET:n kautta, ja niiden yhteisöjen koostumus muuttuu erilaisten ionilajien vaikutuksesta korroosiotuotteiden muodostuessa. Sitä vastoin 9 % Cr:a sisältävän teräksen mikrobiyhteisö erosi muista teräksistä (kuva 8b). 14 kuukauden kuluttua FeOB-rikastuksen lisäksi myös Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea ja Thiomonas rikastuivat (kuva 7i). Tämä muutos eroaa huomattavasti muiden syövyttävien materiaalien, kuten hiiliteräksen, muutoksesta, ja siihen voivat vaikuttaa korroosion aikana liuenneet kromirikkaat ionit. Merkillepantavaa on, että Thiomonas-bakteerilla on paitsi rikkiä hapettavia ominaisuuksia, myös Fe(II):ta hapettavia ominaisuuksia, EET-järjestelmä ja raskasmetallien sietokyky48,49. Ne voivat rikastua Fe(II):n oksidatiivisen aktiivisuuden ja/tai metallielektronien suoran kulutuksen ansiosta. Edellisessä tutkimuksessa havaittiin suhteellisen suuri määrä Beggiatoacea-bakteeria biofilmeissä Cu:n pinnalla käyttämällä epäjatkuvaa biofilmien seurantajärjestelmää, mikä viittaa siihen, että nämä bakteerit saattavat olla resistenttejä myrkyllisille metalleille, kuten Cu:lle ja Cr:lle. Beggiatoacean tässä ympäristössä kasvamiseen tarvitsemaa energianlähdettä ei kuitenkaan tunneta.
Tässä tutkimuksessa raportoidaan muutoksista mikrobiyhteisöissä korroosion aikana makean veden ympäristöissä. Samassa ympäristössä mikrobiyhteisöt erosivat toisistaan ​​metallityypin suhteen. Lisäksi tuloksemme vahvistavat FeOB:n merkityksen korroosion alkuvaiheissa, sillä raudasta riippuva mikrobien energiametabolia edistää ravinnepitoisen ympäristön muodostumista, jota muut mikro-organismit, kuten SRB, suosivat. MIC-arvon pienentämiseksi makean veden ympäristöissä FeOB:n ja IRB:n rikastumista on rajoitettava.
Tässä tutkimuksessa käytettiin yhdeksää metallia, jotka prosessoitiin 50 × 20 × 1–5 mm:n kokoisiksi lohkareiksi (paksuus ASTM 395 -teräkselle ja 1 %, 2,25 % ja 9 % kromia sisältävälle teräkselle: 5 mm; paksuus ASTM A283:lle ja ASTM A179:lle: 3 mm). mm; ASTM A109 Temper 4/5 ja Type 304 ja 316 ruostumattomalle teräkselle, paksuus: 1 mm), joissa oli kaksi 4 mm:n reikää. Kromiteräkset kiillotettiin hiekkapaperilla ja muut metallit 600-karkeudella varustetulla hiekkapaperilla ennen upottamista. Kaikki näytteet sonikoitiin 99,5-prosenttisella etanolilla, kuivattiin ja punnittiin. Kymmentä näytettä kustakin metallista käytettiin korroosionopeuden laskentaan ja mikrobiomianalyysiin. Jokainen näyte kiinnitettiin tikapuumaisesti PTFE-tangoilla ja välikappaleilla (φ 5 × 30 mm, lisäkuva 2).
Altaan tilavuus on 1100 kuutiometriä ja syvyys noin 4 metriä. Veden sisäänvirtaus oli 20 m3 h-1, ylivuoto laskettiin pois, eikä veden laatu vaihdellut vuodenaikojen mukaan (lisäkuva 3). Näytetikkaat lasketaan 3 metrin teräsvaijerin varaan, joka on ripustettu säiliön keskelle. Kaksi tikasparia poistettiin altaasta 1, 3, 6, 14 ja 22 kuukauden kuluttua. Yhdestä tikapuusta otettuja näytteitä käytettiin painonpudotuksen mittaamiseen ja korroosionopeuksien laskemiseen, kun taas toisesta tikapuusta otettuja näytteitä käytettiin mikrobiomianalyysiin. Liuenneen hapen määrä upotusaltaassa mitattiin läheltä pintaa ja pohjaa sekä keskeltä käyttäen liuenneen hapen anturia (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
Näytteiden korroosiotuotteet ja biofilmit poistettiin kaapimalla muovikaapimella tai pyyhkimällä vanupuikolla ja puhdistettiin sitten 99,5-prosenttisessa etanolissa ultraäänihauteessa. Näytteet upotettiin sitten Clarkin liuokseen ASTM G1-0351 -standardin mukaisesti. Kaikki näytteet punnittiin kuivumisen jälkeen. Laske kunkin näytteen korroosionopeus (mm/v) seuraavalla kaavalla:
jossa K on vakio (8,76 × 104), T on valotusaika (h), A on kokonaispinta-ala (cm2), W on massahäviö (g) ja D on tiheys (g cm–3).
Näytteiden punnituksen jälkeen useista näytteistä saatiin 3D-kuvia 3D-mittauslasermikroskoopilla (LEXT OLS4000, Olympus, Tokio, Japani).