Köszönjük, hogy felkereste a Nature.com weboldalt. Ön korlátozott CSS-támogatású böngészőverziót használ. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy frissítse böngészőjét (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Ezenkívül a folyamatos támogatás biztosítása érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Három diából álló forgószalagot jelenít meg egyszerre. Az Előző és Következő gombokkal egyszerre három dián, vagy a végén található csúszkagombokkal egyszerre három dián lapozhat.
Édesvízi környezetben gyakran megfigyelhető a szén- és rozsdamentes acélok gyorsított korróziója. Egy 22 hónapos édesvízi tartálymerülési vizsgálatot végeztek kilenc acélminőség felhasználásával. Gyorsított korróziót figyeltek meg szén- és krómacélokban, valamint öntöttvasban, míg rozsdamentes acélban 22 hónap elteltével sem volt látható korrózió. A mikrobiális közösség elemzése kimutatta, hogy az általános korrózió során a Fe(II)-oxidáló baktériumok a korrózió korai szakaszában, a Fe(III)-redukáló baktériumok a korrózió kialakulásának szakaszában, a szulfátredukáló baktériumok pedig a termék korróziójának utolsó szakaszában dúsultak fel. Ezzel szemben a Beggiatocaea baktériumok különösen nagy számban voltak jelen a 9% krómtartalmú, lokalizált korróziónak kitett acélban. A mikrobiális közösségek összetétele szintén eltért a víz- és üledékmintákban találhatóaktól. Így a korrózió előrehaladtával a mikrobiális közösség drámai változásokon megy keresztül, és a vastól függő mikrobiális energia-anyagcsere olyan környezetet teremt, amely más mikroorganizmusokat is feldúsíthat.
A fémek különféle fizikai és kémiai környezeti tényezők, például a pH, a hőmérséklet és az ionkoncentráció hatására romolhatnak és korrodálódhatnak. A savas körülmények, a magas hőmérséklet és a kloridkoncentráció különösen befolyásolják a fémek korrózióját1,2,3. A természetes és épített környezetben élő mikroorganizmusok gyakran befolyásolják a fémek kopását és korrózióját, ami a mikrobiális korrózióban (MIC) fejeződik ki4,5,6,7,8. A MIC gyakran megtalálható olyan környezetekben, mint a beltéri csövek és tárolótartályok, fém repedésekben és a talajban, ahol hirtelen megjelenik és gyorsan fejlődik. Ezért a MIC-k monitorozása és korai kimutatása nagyon nehéz, ezért a MIC-elemzést általában a korrózió után végzik. Számos MIC-esettanulmányról számoltak be, amelyekben gyakran találtak szulfátredukáló baktériumokat (SRB) a korróziós termékekben9,10,11,12,13. Az azonban továbbra sem világos, hogy az SRB-k hozzájárulnak-e a korrózió megindulásához, mivel kimutatásuk a korrózió utáni elemzésen alapul.
Az utóbbi időben a jód-oxidáló baktériumok21 mellett különféle vasat lebontó mikroorganizmusokról is beszámoltak, mint például a vasat lebontó SRB14, a metanogének15,16,17, a nitrátredukáló baktériumok18, a vasat oxidáló baktériumok19 és az acetogének20. Anaerob vagy mikroaerob laboratóriumi körülmények között ezek többsége korrodálja a nulla vegyértékű vasat és a szénacélt. Ezenkívül korróziós mechanizmusaik arra utalnak, hogy a vasat korrozív metanogének és az SRB-k az extracelluláris hidrogenázok, illetve a multihem citokrómok segítségével elektronokat vonnak ki a nulla vegyértékű vasból22,23. A MIC-k két típusra oszthatók: (i) kémiai MIC (CMIC), amely a mikrobiálisan előállított fajok által okozott közvetett korrózió, és (ii) elektromos MIC (EMIC), amely a fém elektronkimerülése által okozott közvetlen korrózió24. Az extracelluláris elektronátvitel (EET) által elősegített EMIC nagy érdeklődésre tart számot, mivel az EET tulajdonságokkal rendelkező mikroorganizmusok gyorsabb korróziót okoznak, mint a nem EET mikroorganizmusok. Míg anaerob körülmények között a CMIC sebességkorlátozó válasza a H2 termelése protonredukció (H+) útján, az EMIC az EET anyagcseréjén keresztül megy végbe, amely független a H2 termeléstől. Az EET mechanizmusa különböző mikroorganizmusokban összefügg a mikrobiális sejtes üzemanyag teljesítményével és az elektrobioszintézissel25,26,27,28,29. Mivel ezen korrozív mikroorganizmusok tenyésztési körülményei eltérnek a természetes környezetbeliektől, nem világos, hogy ezek a megfigyelt mikrobiális korróziós folyamatok a gyakorlatban is tükrözik-e a korróziót. Ezért nehéz megfigyelni a természetes környezetben ezen korrozív mikroorganizmusok által indukált MIC mechanizmust.
A DNS-szekvenálási technológia fejlődése megkönnyítette a mikrobiális közösségek részleteinek tanulmányozását természetes és mesterséges környezetben, például az új generációs szekvenátorok segítségével a 16S rRNA génszekvencián alapuló mikrobiális profilalkotást a mikrobiális ökológia területén alkalmazzák30,31.,32. Számos MIC-tanulmány jelent meg, amelyek részletesen bemutatják a mikrobiális közösségeket talajban és tengeri környezetben13,33,34,35,36. Az SRB mellett a Fe(II)-oxidáló (FeOB) és nitrifikáló baktériumok feldúsulását is jelentették korróziós mintákban, pl. FeOB-ban, mint például a Gallionella spp. és a Dechloromonas spp., valamint nitrifikáló baktériumokban, mint például a Nitrospira spp., a szén- és réztartalmú acélokban talajközegben33. Hasonlóképpen, a tengeri környezetben a Zetaproteobacteria és Betaproteobacteria osztályokba tartozó vas-oxidáló baktériumok gyors kolonizációját figyelték meg több héten keresztül szénacélon36. Ezek az adatok jelzik ezen mikroorganizmusok korrózióhoz való hozzájárulását. Számos tanulmányban azonban az időtartam és a kísérleti csoportok korlátozottak, és keveset tudunk a mikrobiális közösségek dinamikájáról a korrózió során.
Jelen munkánkban szénacél, krómacél, rozsdamentes acél és öntöttvas minimális gátló koncentrációját (MIC) vizsgáljuk aerob édesvízi környezetben végzett merítési vizsgálatokkal, olyan környezetben, ahol MIC események voltak előzmények. 1, 3, 6, 14 és 22 hónap elteltével mintákat vettünk, és megvizsgáltuk az egyes fém- és mikrobiális komponensek korróziós sebességét. Eredményeink betekintést nyújtanak a mikrobiális közösségek hosszú távú dinamikájába a korrózió során.
Amint az 1. táblázatban látható, kilenc fémet használtak fel ebben a vizsgálatban. Minden anyagból tíz mintát merítettek édesvízi medencébe. A technológiai víz minősége a következő volt: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, turbiditás 1 ppm és pH 7,4. Az oldott oxigén (DO) koncentrációja a mintavételi létra alján körülbelül 8,2 ppm volt, a víz hőmérséklete pedig szezonálisan 9 és 23 °C között változott.
Amint az 1. ábrán látható, 1 hónapos ASTM A283, ASTM A109 Condition #4/5, ASTM A179 és ASTM A395 öntöttvas környezetben való merítés után barna korróziós termékeket figyeltek meg a szénacél felületén generalizált korrózió formájában. Ezen minták súlyvesztesége az idő múlásával nőtt (1. kiegészítő táblázat), és a korróziós sebesség 0,13–0,16 mm/év volt (2. ábra). Hasonlóképpen, általános korróziót figyeltek meg alacsony krómtartalmú (1% és 2,25%) acélokban, körülbelül 0,13 mm/év korróziós sebességgel (1. és 2. ábra). Ezzel szemben a 9% krómtartalmú acél lokalizált korróziót mutat, amely a tömítések által képzett résekben fordul elő. Ennek a mintának a korróziós sebessége körülbelül 0,02 mm/év, ami jelentősen alacsonyabb, mint az általános korrózióval küzdő acéloké. Ezzel szemben a 304-es és 316-os típusú rozsdamentes acélok nem mutatnak látható korróziót, a becsült korróziós sebességük <0,001 mm/év. Ezzel szemben a 304-es és 316-os típusú rozsdamentes acélok nem mutatnak látható korróziót, a becsült gyorsulási sebességük <0,001 mm/év. Напротив, нержавеющие стали типов 304 и 316 не проявляют видимой коррозии, при этом расчетьикорстали типов <0,001 мм/год. Ezzel szemben a 304-es és 316-os típusú rozsdamentes acélok nem mutatnak látható korróziót, a becsült korróziós sebességük <0,001 mm/év.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
Az egyes minták makroszkopikus képei (magasság 50 mm × szélesség 20 mm) láthatók a vízkőtelenítés előtt és után. 1 méter, 1 hónap; 3 méter, 3 hónap; 6 méter, 6 hónap; 14 méter, 14 hónap; 22 méter, 22 hónap; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, 4/5 állapot; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, 1% Cr acél; 3C acél, 2,25% Cr acél; 9C acél, 9% Cr acél; S6, 316 rozsdamentes acél; S8, 304-es típusú rozsdamentes acél.
A korróziós sebességet a súlyveszteség és a bemerítési idő alapján számítottuk ki. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, 4/5-ös keménységűre edzett, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, 1% Cr acél, 3 C, 2,25% Cr acél, 9 C, 9% Cr acél, S6, 316-os típusú rozsdamentes acél; S8, 304-es típusú rozsdamentes acél.
Az 1. ábra azt is mutatja, hogy a szénacél, az alacsony krómtartalmú acél és az öntöttvas korróziós termékei 3 hónapos bemerítés után tovább fejlődnek. Az összkorróziós sebesség 22 hónap után fokozatosan 0,07 ~ 0,08 mm/évre csökkent (2. ábra). Ezenkívül a 2,25%-os krómtartalmú acél korróziós sebessége valamivel alacsonyabb volt, mint más korrodált mintáké, ami arra utal, hogy a króm gátolhatja a korróziót. Az általános korrózió mellett az ASTM A179 szabvány szerint 22 hónap elteltével lokalizált korróziót figyeltek meg, körülbelül 700 µm korróziós mélységgel (3. ábra). A korróziós mélység és a bemerítési idő alapján számított lokális korróziós sebesség 0,38 mm/év, ami körülbelül ötször gyorsabb, mint az általános korrózió. Az ASTM A395 ötvözet korróziós sebessége alábecsülhető, mivel a korróziós termékek nem távolítják el teljesen a vízkövet 14 vagy 22 hónapos vízbemerítés után. A különbségnek azonban minimálisnak kell lennie. Ezenkívül számos apró gödröt figyeltek meg a korrodált alacsony krómtartalmú acélban.
ASTM A179 és 9%-os krómtartalmú acél teljes képe (léptéksáv: 10 mm) és lokalizált korróziója (léptéksáv: 500 µm) maximális mélységben, 3D-s lézermikroszkóp segítségével. A teljes képen látható piros körök a mért lokalizált korróziót jelzik. A 9%-os krómtartalmú acél teljes nézete a hátoldalról az 1. ábrán látható.
Amint a 2. ábrán látható, a 9% krómtartalmú acél esetében 3-14 hónapon belül nem figyeltek meg korróziót, és a korróziós sebesség gyakorlatilag nulla volt. 22 hónap elteltével azonban lokalizált korróziót figyeltek meg (3. ábra), a súlyveszteség alapján számított korróziós sebesség 0,04 mm/év. A maximális lokalizált korróziós mélység 1260 µm, a korróziós mélység és a bemerítési idő (22 hónap) alapján becsült lokalizált korróziós sebesség pedig 0,68 mm/év. Mivel a korrózió pontos kezdete nem ismert, a korróziós sebesség magasabb lehet.
Ezzel szemben a rozsdamentes acélon 22 hónapos bemerítés után sem figyeltek meg látható korróziót. Bár a vízkő eltávolítása előtt néhány barna részecske megfigyelhető volt a felületen (1. ábra), ezek gyengén tapadtak, és nem korróziós termékek voltak. Mivel a fém a vízkő eltávolítása után újra megjelenik a rozsdamentes acél felületén, a korróziós ráta gyakorlatilag nulla.
Amplikon szekvenálást végeztek a fémfelületeken, vízben és üledékekben található korróziós termékekben és biofilmekben található mikrobiális közösségek időbeli különbségeinek és dinamikájának megértése érdekében. Összesen 4 160 012 leolvasást kaptak, 31 328 és 124 183 közötti értékkel.
A vízvételi helyekről és tavakból vett vízminták Shannon-indexei 5,47 és 7,45 között mozogtak (4a. ábra). Mivel a visszanyert folyóvizet ipari vízként használják, a mikrobiális közösség szezonálisan változhat. Ezzel szemben a fenéküledék minták Shannon-indexe körülbelül 9 volt, ami jelentősen magasabb, mint a vízmintáké. Hasonlóképpen, a vízminták alacsonyabb számított Chao1-indexeket és megfigyelt operatív taxonómiai egységeket (OTU-kat) mutattak, mint az üledékminták (4b., c. ábra). Ezek a különbségek statisztikailag szignifikánsak (Tukey-Kramer teszt; p-értékek < 0,01, 4d. ábra), ami azt jelzi, hogy az üledékmintákban található mikrobiális közösségek összetettebbek, mint a vízmintákban találhatók. Ezek a különbségek statisztikailag szignifikánsak (Tukey-Kramer teszt; p-értékek < 0,01, 4d. ábra), ami azt jelzi, hogy az üledékmintákban található mikrobiális közösségek összetettebbek, mint a vízmintákban találhatóak. 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. Ezek a különbségek statisztikailag szignifikánsak (Tukey-Kramer teszt; p-értékek <0,01, 4d. ábra), ami azt jelzi, hogy az üledékmintákban található mikrobiális közösségek összetettebbek, mint a vízmintákban.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） 牭 焩 䟷朮 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 потлволиреяпотлволимера что микробные сообщества в образцах донных отложений были более сложными, чем в образцах воды. Ezek a különbségek statisztikailag szignifikánsak voltak (Tukey-Kramer teszt; p-érték <0,01, 4d. ábra), ami arra utal, hogy az üledékmintákban a mikrobiális közösségek összetettebbek voltak, mint a vízmintákban.Mivel a túlfolyómedencében a víz folyamatosan megújul, és az üledék mechanikai zavarás nélkül leülepedik a medence aljára, ez a mikrobiális sokféleségbeli különbség tükrözi a medence ökoszisztémáját.
a Shannon-index, b Megfigyelt operatív taxonómiai egység (OTU), és c Chao1 felvételi index (n=6) és medence (n=5). Víz, üledék (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) és 9% (9 C: n = 5) Cr-acélok, valamint a 316-os (S6: n = 5) és -304-es (S8: n = 5) típusú rozsdamentes acélok doboz alakú és bajuszdiagramokkal vannak ábrázolva. d A Shannon- és Chao1-indexek p-értékei ANOVA és Tukey-Kramer többszörös összehasonlító tesztekkel kapva. A piros hátterek a 0,05-nél kisebb p-értékű párokat jelölik. A piros hátterek a 0,05-nél kisebb p-értékű párokat jelölik. Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. A piros háttér a 0,05-nél kisebb p-értékű párokat jelöli.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. A piros háttér a 0,05-nél kisebb p-értékű párokat jelöli.A doboz közepén lévő vonal, a doboz teteje és alja, valamint a bajuszok rendre a mediánt, a 25. és 75. percentilist, illetve a minimum és maximum értékeket jelölik.
A szénacél, az alacsony krómtartalmú acél és az öntöttvas Shannon-indexei hasonlóak voltak a vízmintákéihoz (4a. ábra). Ezzel szemben a rozsdamentes acél minták Shannon-indexei szignifikánsan magasabbak, mint a korrodált acéloké (p-értékek < 0,05, 4d. ábra), és hasonlóak az üledékekéihez. Ezzel szemben a rozsdamentes acél minták Shannon-indexei szignifikánsan magasabbak, mint a korrodált acéloké (p-értékek < 0,05, 4d. ábra), és hasonlóak az üledékekéihez. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у p., корродированных5, рис. 4d), и аналогичны индексам отложений. Ezzel szemben a rozsdamentes acél minták Shannon-indexei szignifikánsan magasabbak, mint a korrodált acéloké (p-értékek < 0,05, 4d. ábra), és hasonlóak a lerakódási indexekhez.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,0 корродированниной, 0,0 корродированниной рис. 4d), как и у отложений. Ezzel szemben a rozsdamentes acél minták Shannon-indexe szignifikánsan magasabb volt, mint a korrodált acélé (p-érték < 0,05, 4d. ábra), akárcsak a lerakódás.Ezzel szemben a 9% krómtartalmú acélok Shannon-indexe 6,95 és 9,65 között mozgott. Ezek az értékek sokkal magasabbak voltak a nem korrodált mintákban 1 és 3 hónap elteltével, mint a korrodált mintákban 6, 14 és 22 hónap elteltével (4a. ábra). Továbbá a 9%-os krómtartalmú acélok Chao1 indexei és megfigyelt OTU-i magasabbak, mint a korrodált és a vízmintáké, és alacsonyabbak, mint a nem korrodált és az üledékmintáké (4b., c. ábra), és a különbségek statisztikailag szignifikánsak (p-értékek < 0,01, 4d. ábra). Továbbá a 9%-os krómtartalmú acélok Chao1 indexei és megfigyelt OTU-i magasabbak, mint a korrodált és a vízmintáké, és alacsonyabbak, mint a nem korrodált és az üledékmintáké (4b., c. ábra), és a különbségek statisztikailag szignifikánsak (p-értékek < 0,01, 4d. ábra).Ezenkívül a 9% Cr-t tartalmazó acélok Chao1 és megfigyelt OTU értéke magasabb, mint a korrodált és vizes mintáké, és alacsonyabb, mint a nem korrodált és üledékes mintáké (4b, c ábra), és a különbségek statisztikailag szignifikánsak.(p-значения <0,01, рис. 4d). (p-értékek <0,01, 4d. ábra).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 咢 咷 巓 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 四 ， ， 图 图，，，，， 4d). Кроме того, индекс Chao1 и наблюдаемые OTU стали с содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных и хововодных и хвоводаемые ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значе-изна1,0, значимой, рис. 4г). Ezenkívül a 9%-os krómtartalmú acél Chao1 indexe és megfigyelt OTU-ja magasabb volt, mint a korrodált és vizes mintáké, és alacsonyabb, mint a korrodálatlan és üledékes mintáké (4b, c ábra), és a különbség statisztikailag szignifikáns volt (p-érték < 0,01, 4d ábra).Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a korróziós termékekben a mikrobiális sokféleség alacsonyabb, mint a nem korrodált fémeken lévő biofilmekben.
Az 5a. ábra egy fő koordináta-analízisen (PCoA) alapuló diagramot mutat az összes mintára vonatkozóan, három fő klaszterrel. A vízmintákban található mikrobiális közösségek szignifikánsan eltértek a többi közösségtől. Az üledékekben található mikrobiális közösségek rozsdamentes acél közösségeket is tartalmaztak, míg a korróziós mintákban széles körben elterjedtek voltak. Ezzel szemben a 9% Cr-t tartalmazó acél térképe nem korrodált és korrodált klaszterekre oszlik. Következésképpen a fémfelületeken és a korróziós termékekben található mikrobiális közösségek szignifikánsan eltérnek a vízben lévőktől.
Főkoordináta-analízis (PCoA) diagram súlyozatlan UniFrac távolságok alapján az összes mintában (a), vízben (b) és fémekben (c). Körök jelölik az egyes klasztereket. A pályákat a mintavételi időszakokat sorozatban összekötő vonalak jelölik. 1 méter, 1 hónap; 3 méter, 3 hónap; 6 méter, 6 hónap; 14 méter, 14 hónap; 22 méter, 22 hónap; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, 4/5 állapot; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, 1% Cr acél; 3C acél, 2,25% Cr acél; 9C acél, 9% Cr acél; S6, 316 rozsdamentes acél; S8, 304 típusú rozsdamentes acél.
Időrendi sorrendben a vízminták PCoA-diagramjai kör alakú elrendezést mutattak (5b. ábra). Ez a ciklusátmenet szezonális változásokat tükrözhet.
Ezenkívül a fémminták PCoA diagramjain csak két klasztert (korrodált és nem korrodált) figyeltek meg, ahol (a 9%-os krómacél kivételével) a mikrobiális közösség 1 és 22 hónap közötti eltolódását is megfigyelték (5c. ábra). Ezenkívül, mivel a korrodált mintákban az átmenetek nagyobbak voltak, mint a nem korrodált mintákban, összefüggés volt a mikrobiális közösségek változásai és a korrózió progressziója között. A 9% krómot tartalmazó acélmintákban kétféle mikrobiális közösséget azonosítottak: az 1 és 6 hónapos pontokat, amelyek a rozsdamentes acél közelében helyezkedtek el, valamint más (3, 14 és 22 hónapos) pontokat, amelyek a korrodált acélhoz közeli pontokon helyezkedtek el. Az 1 hónapos és a 6 hónapos DNS-kivonáshoz használt minták nem voltak korrodáltak, míg a 3, 14 és 22 hónapos minták korrodáltak voltak (1. kiegészítő ábra). Ezért a korrodált minták mikrobiális közösségei különböztek a vízben, az üledékben és a nem korrodált mintákban lévőktől, és a korrózió előrehaladtával változtak.
A vízmintákban megfigyelt fő mikrobiális közösségek a Proteobacteriumok (30,1–73,5%), a Bacteroidetes (6,3–48,6%), a Planctomycetota (0,4–19,6%) és az Actinobacteria (0–17,7%) voltak, relatív abundanciájuk mintánként változott (6. ábra), például a Bacteroidetes relatív abundanciája a tóvízben magasabb volt, mint az absztrakt vízben. Ezt a különbséget befolyásolhatja a víz tartózkodási ideje a túlfolyó tartályban. Ezeket a típusokat a fenéküledék mintákban is megfigyelték, de relatív abundanciájuk szignifikánsan eltért a vízmintákétól. Ezenkívül az Acidobacteriota (8,7–13,0%), a Chloroflexi (8,1–10,2%), a Nitrospirota (4,2–4,4%) és a Desulfobacterota (1,5–4,4%) relatív tartalma magasabb volt, mint a vízmintákban. Mivel szinte az összes Desulfobacterota faj SRB37, az üledékben lévő környezetnek anaerobnak kell lennie. Bár a Desulfobacterota baktériumok befolyásolhatják a korróziót, a kockázatnak rendkívül alacsonynak kell lennie, mivel relatív előfordulásuk a medence vizében <0,04%. Bár a Desulfobacterota baktériumok befolyásolhatják a korróziót, a kockázatnak rendkívül alacsonynak kell lennie, mivel relatív előfordulásuk a medence vizében <0,04%. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку ихеравельку их относит воде бассейна составляет <0,04%. Bár a Desulfobacterota hatással lehet a korrózióra, a kockázatnak rendkívül alacsonynak kell lennie, mivel relatív előfordulásuk a medence vizében <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 бассейна составляет <0,04%. Bár a Desulfobacillus típus befolyásolhatja a korróziót, a kockázatnak rendkívül alacsonynak kell lennie, mivel relatív előfordulásuk a medence vizében <0,04%.
Az RW és az Air a vízbevitelből, illetve a medencéből származó vízmintákat jelöli. Az üledék-C, -E és -W a medence aljának közepéből, valamint a keleti és nyugati oldaláról vett üledékminták. 1 méter, 1 hónap; 3 méter, 3 hónap; 6 méter, 6 hónap; 14 méter, 14 hónap; 22 méter, 22 hónap; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, 4/5 állapot; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, 1% Cr acél; 3C acél, 2,25% Cr acél; 9C acél, 9% Cr acél; S6, 316 rozsdamentes acél; S8, 304-es típusú rozsdamentes acél.
A nemzetség szintjén a Trichomonadaceae családba tartozó, osztályozatlan baktériumok valamivel magasabb aránya (6–19%) volt megfigyelhető minden évszakban, valamint a Neosphingosine, a Pseudomonas és a Flavobacterium. Kisebb főkomponensként arányuk változó (1. ábra). . 7a és b). A mellékfolyókban a Flavobacterium, a Pseudovibrio és a Rhodoferrobacter relatív abundanciája csak télen volt magasabb. Hasonlóképpen, a medence téli vizében magasabb Pseudovibrio és Flavobacterium tartalmat figyeltek meg. Így a vízmintákban található mikrobiális közösségek az évszaktól függően változtak, de a vizsgálati időszak alatt nem mutatkoztak drasztikus változások.
a Bejövő víz, b Uszodavíz, c ASTM A283, d ASTM A109 4/5 hőmérséklet, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr és i 9% Cr acél, j Type-316 és K-304 rozsdamentes acél.
A proteobaktériumok voltak a fő alkotóelemek minden mintában, de relatív mennyiségük a korrodált mintákban a korrózió előrehaladtával csökkent (6. ábra). Az ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 és 1%, illetve 2,25% Cr-tartalmú mintákban a proteobaktériumok relatív mennyisége 89,1%-ról, 85,9%-ról, 89,6%-ról, 79,5%-ról, 84,8%-ról, 83,8%-ról rendre 43,3%-ra, 52,2%-ra, 50,0%-ra, 41,9%-ra, 33,8%-ra és 31,3%-ra csökkent. Ezzel szemben a Desulfobacterota relatív abundanciája a korrózió előrehaladtával fokozatosan növekszik <0,1%-ról 12,5–45,9%-ra. Ezzel szemben a Desulfobacterota relatív abundanciája a korrózió előrehaladtával fokozatosan növekszik <0,1%-ról 12,5–45,9%-ra. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере разверития. Ezzel szemben a Desulfobacterota relatív abundanciája a korrózió előrehaladtával fokozatosan növekszik <0,1%-ról 12,5–45,9%-ra.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 развирозия. Ezzel szemben a Desulfobacillus relatív abundanciája fokozatosan nőtt <0,1%-ról 12,5–45,9%-ra a korrózió előrehaladtával.Így a korrózió előrehaladtával a Proteobactereira helyét a Desulfobacterota vette át.
Ezzel szemben a korrodálatlan rozsdamentes acélon lévő biofilmek azonos arányban tartalmazták a különböző baktériumokat. Proteobaktériumok (29,4–34,1%), Planctomycetoták (11,7–18,8%), Nitrospiroták (2,9–20,9%), Acidobacterioták (8,6–18,8%), Bacteroidoták (3,1–9,2%) és Chloroflexiák (2,1–8,8%). Megállapították, hogy a Nitrospirota aránya a rozsdamentes acél mintákban fokozatosan nőtt (6. ábra). Ezek az arányok hasonlóak az üledékmintákban található arányokhoz, ami megfelel az 5a. ábrán látható PCoA diagramnak.
A 9% krómot tartalmazó acélmintákban kétféle mikrobiális közösséget figyeltek meg: az 1 és 6 hónapos mikrobiális közösségek hasonlóak voltak a fenéküledék mintákban találhatóakhoz, míg a proteobaktériumok aránya a 3., 14. és 22. korróziós mintákban jelentősen megnőtt. Ezenkívül ez a két mikrobiális közösség a 9%-os krómot tartalmazó acélmintákban az 5c. ábrán látható PCoA diagramon felosztott klasztereknek felelt meg.
A nemzetség szintjén >2000 OTU-t figyeltek meg, amelyek nem hozzárendelt baktériumokat és archaeákat tartalmaztak. A nemzetség szintjén >2000 OTU-t figyeltek meg, amelyek nem hozzárendelt baktériumokat és archaeákat tartalmaztak.Nemzetség szinten több mint 2000 OTU-t figyeltek meg, amelyek azonosítatlan baktériumokat és archaeákat tartalmaznak.Nemzetség szinten több mint 2000 OTU-t figyeltek meg, amelyek meghatározatlan baktériumokat és archaeákat tartalmaztak. Ezek közül 10, magas populációjú OTU-ra összpontosítottunk mintánként. Ez az ASTM A179, ASTM A109 4/5 hőmérsékleti besorolású, ASTM A179, ASTM A395, 1%, 2,25% és 9% krómtartalmú acélok, valamint a 316 és 304 típusú rozsdamentes acélok 58,7-70,9%-át, 48,7-63,3%-át, 50,2-70,7%-át, 50,8-71,5%-át, 47,2-62,7%-át, 38,4-64,7%-át, 12,8-49,7%-át, 17,5-46,8%-át és 21,8-45,1%-át fedi le.
Viszonylag magas klórmentesített, Fe(II) oxidáló tulajdonságokkal rendelkező monolit-tartalmat figyeltek meg olyan korróziós mintákban, mint az ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, valamint az 1% és 2,25% Cr-t tartalmazó acélokban a korrózió korai szakaszában (1 hónap és 3 hónap, 7c-h. ábra). A Dechloromonas aránya idővel csökkent, ami megfelelt a proteobaktériumok csökkenésének (6. ábra). Továbbá a Dechloromonas aránya a nem korrodált minták biofilmjeiben <1%. Továbbá a Dechloromonas aránya a nem korrodált minták biofilmjeiben <1%. Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Ezenkívül a Dechloromonas aránya a nem korrodált minták biofilmjeiben <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%. Ezenkívül a Dechloromonas aránya a nem korrodált minták biofilmjében <1% volt.Ezért a korróziós termékek közül a Dechloromonas jelentősen feldúsul a korrózió korai szakaszában.
Ezzel szemben az ASTM A179, az ASTM A109 #4/5 temperált, az ASTM A179, az ASTM A395, valamint az 1% és 2,25% Cr-t tartalmazó acélok esetében az SRB Desulfovibrio fajok aránya végül 14 és 22 hónap után nőtt (7c–h ábra). A deszulfovibrio nagyon alacsony volt, vagy egyáltalán nem volt kimutatható a korrózió korai szakaszában, a vízmintákban (7a, b ábra) és a nem korrodált biofilmekben (7j, j ábra). Ez erősen arra utal, hogy a Desulfovibrio a képződött korróziós termékek környezetét részesíti előnyben, bár ezek a korrózió korai szakaszában nem befolyásolják a korróziót.
A Fe(III)-redukáló baktériumok (RRB), mint például a Geobacter és a Geothrix, a korróziós termékekben a korrózió középső szakaszában (6 és 14 hónap) voltak megtalálhatók, de a késői (22 hónapos) korróziós szakaszok aránya ezekben magasabb. viszonylag alacsony (7c. ábra, eh). A Fe(II) oxidációs tulajdonságokkal rendelkező Sideroxydans nemzetség hasonló viselkedést mutatott (7f. ábra), így a FeOB, IRB és SRB aránya csak a korrodált mintákban volt magasabb. Ez erősen arra utal, hogy ezekben a mikrobiális közösségekben bekövetkező változások összefüggésben állnak a korrózió előrehaladásával.
A 3, 14 és 22 hónap után korrodált 9%-os krómtartalmú acélban nagyobb arányban (8,5–19,6%) figyeltek meg a Beggiatoacea család tagjait, amelyek kénoxidáló tulajdonságokat mutathatnak, valamint szideroxidánokat (8,4–13,7%) (1. ábra). ). 7i) Ezenkívül a Thiomonas, egy ként oxidáló baktérium (SOB), nagyobb számban volt jelen (3,4% és 8,8%) 3 és 14 hónap elteltével. Ezzel szemben a nitrátredukáló Nitrospira baktériumot (12,9%) figyelték meg a 6 hónapos, korrodálatlan mintákban. A Nitrospira megnövekedett arányát figyelték meg a rozsdamentes acél biofilmjeiben is a bemerítés után (7j,k ábra). Így az 1 és 6 hónapos, korrodálatlan 9%-os krómtartalmú acélok mikrobiális közösségei hasonlóak voltak a rozsdamentes acél biofilmjeiben találhatóakhoz. Ezenkívül a 3, 14 és 22 hónap alatt korrodált 9%-os krómtartalmú acél mikrobiális közösségei különböztek a szén- és alacsony krómtartalmú acélok, valamint az öntöttvas korróziós termékeitől.
Az édesvízben a korrózió általában lassabb, mint a tengervízben, mivel a kloridionok koncentrációja befolyásolja a fém korrózióját. Egyes rozsdamentes acélok azonban korrodálódhatnak édesvízi környezetben38,39. Ezenkívül kezdetben a minimális inaktivitás (MIC) gyanúja merült fel, mivel korábban már megfigyeltek korrodált anyagot a vizsgálatban használt édesvízi medencében. Hosszú távú merítési vizsgálatok során a korrózió különböző formáit, háromféle mikrobiális közösséget és a korróziós termékekben a mikrobiális közösségek változását figyelték meg.
A vizsgálatban használt édesvízi közeg egy zárt tartály technikai vízhez, amelyet egy folyóból vesznek, viszonylag stabil kémiai összetétellel, és a víz hőmérséklete szezonálisan 9 és 23 °C között változik. Ezért a vízmintákban található mikrobiális közösségek szezonális ingadozása összefüggésben lehet a hőmérséklet-változásokkal. Ezenkívül a medence vizében lévő mikrobiális közösség némileg eltért a bejövő vízben lévőtől (5b. ábra). A medence vize folyamatosan cserélődik a túlfolyás miatt. Következésképpen a oldott oxigén (DO) ~8,2 ppm értéken maradt még a medence felszíne és alja közötti közbenső mélységekben is. Épp ellenkezőleg, az üledék környezetének anaerobnak kell lennie, mivel a tározó alján leülepedik és ott marad, és a benne lévő mikrobiális flórának (például a CRP-nek) is el kell térnie a víz mikrobiális flórájától (6. ábra). Mivel a medencében lévő minták távolabb voltak az üledéktől, az aerob körülmények között végzett merítési vizsgálatok során csak édesvízzel érintkeztek.
Általános korrózió fordul elő szénacélban, alacsony krómtartalmú acélban és öntöttvasban édesvízi környezetben (1. ábra), mivel ezek az anyagok nem korrózióállóak. Az abiotikus édesvízi körülmények között a korróziós sebesség (0,13 mm év-1) azonban magasabb volt, mint a korábbi vizsgálatokban40 (0,04 mm év-1), és összehasonlítható volt a mikroorganizmusok jelenlétében mért korróziós sebességgel (0,02–0,76 mm év-1)1) Hasonló az édesvízi körülményekhez40,41,42. Ez a felgyorsult korróziós sebesség a minimális koncentráció (MIC) jellemzője.
Ezenkívül 22 hónapos bemerítés után számos fémben lokalizált korróziót figyeltek meg a korróziós termékek alatt (3. ábra). Az ASTM A179 szabványban megfigyelt lokalizált korróziós sebesség körülbelül ötször gyorsabb, mint az általános korrózió. Ez a szokatlan korróziós forma és a felgyorsult korróziós sebesség ugyanazon a tárgyon előforduló korrózió esetén is megfigyelhető. Így a jelen vizsgálatban végzett bemerítés a gyakorlatban előforduló korróziót tükrözi.
A vizsgált fémek közül a 9%-os krómtartalmú acél mutatta a legsúlyosabb korróziót, >1,2 mm-es korróziós mélységgel, ami valószínűleg a minimális korróziós érzékenységnek (MIC) felel meg a gyorsult korrózió és a korrózió rendellenes formája miatt. A vizsgált fémek közül a 9%-os krómtartalmú acél mutatta a legsúlyosabb korróziót, >1,2 mm-es korróziós mélységgel, ami valószínűleg a minimális korróziós érzékenységnek (MIC) felel meg a gyorsult korrózió és a korrózió rendellenes formája miatt. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозии> 1,2 мероято, ном, вероято является МИК из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. A vizsgált fémek közül a 9% krómtartalmú acél mutatta a legsúlyosabb korróziót, >1,2 mm-es korróziós mélységgel, ami valószínűleg a minimális gátló koncentráció (MIC) a gyorsult korrózió és a korrózió egy abnormális formája miatt.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-гоКИК ускоренных и аномальных форм коррозии. A vizsgált fémek közül a 9% krómtartalmú acél korrodálódott a legsúlyosabban, >1,2 mm korróziós mélységgel, valószínűleg a gyorsult és anomális korróziós formák miatt MIC-vel.Mivel a 9%-os krómtartalmú acélt magas hőmérsékletű alkalmazásokban használják, korróziós viselkedését korábban már vizsgálták43,44, de a fémre vonatkozóan korábban nem jelentettek minimális gátló koncentrációt (MIC). Mivel számos mikroorganizmus – a hipertermofilek kivételével – inaktív magas hőmérsékletű környezetben (>100 °C), a 9%-os krómtartalmú acél minimális gátló koncentrációját (MIC) ilyen esetekben figyelmen kívül lehet hagyni. Mivel számos mikroorganizmus – a hipertermofilek kivételével – inaktív magas hőmérsékletű környezetben (>100 °C), a 9%-os krómtartalmú acél minimális gátló koncentrációját (MIC) ilyen esetekben figyelmen kívül lehet hagyni. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной (>10Мпературной) стали с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. Mivel sok mikroorganizmus – a hipertermofilek kivételével – inaktív magas hőmérsékletű környezetben (>100°C), a 9% krómot tartalmazó acél MIC-értéke ilyen esetekben figyelmen kívül hagyható.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% króm folyáshatár (>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. Mivel sok mikroorganizmus – a hipertermofilek kivételével – nem mutat aktivitást magas hőmérsékletű környezetben (>100 °C), a 9% krómot tartalmazó acél MIC-értéke ebben az esetben figyelmen kívül hagyható.Azonban, amikor 9%-os krómtartalmú acélt használnak közepes hőmérsékletű környezetben, különféle intézkedéseket kell tenni a minimális gátló koncentráció (MIC) csökkentése érdekében.
A gyorsított korrózió mellett (5-7. ábra) különféle mikrobiális közösségeket és azok változásait figyelték meg a korrodálatlan anyagok lerakódásaiban és a biofilmek korróziós termékeiben a vízhez képest, ami erősen arra utal, hogy ez a korrózió egy mikrofon. Ramirez és munkatársai13 egy 3 lépéses átmenetről (FeOB => SRB/IRB = > SOB) számolnak be egy tengeri mikrobiális ökoszisztémában 6 hónap alatt, ahol a másodlagosan dúsított SRB által termelt hidrogén-szulfid végül hozzájárulhat a SOB dúsulásához. Ramirez és munkatársai13 egy 3 lépéses átmenetről (FeOB => SRB/IRB => SOB) számolnak be egy tengeri mikrobiális ökoszisztémában 6 hónap alatt, amikor a másodlagosan dúsított SRB által termelt hidrogén-szulfid végül hozzájárulhat a SOB dúsulásához. Ramirez et al.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 морской сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez és munkatársai13 egy háromlépcsős átmenetről (FeOB => SRB/IRB => SOB) számolnak be a tengeri mikrobiális ökoszisztémában 6 hónap alatt, ahol az SRB másodlagos dúsításából származó hidrogén-szulfid végül hozzájárulhat a SOB dúsuláshoz. 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(SRB/IRB =>) 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) ， 公丸产生 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 эковсистеме в текоробной в тековенчатом переходе, сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итоге способствовать SOB elfogadása. Ramirez és munkatársai13 egy háromlépéses átmenetről (FeOB => SRB/IRB => SOB) számoltak be a tengeri mikrobiális ökoszisztémában 6 hónap alatt, melynek során az SRB másodlagos dúsításából származó hidrogén-szulfid végül hozzájárulhat a SOB dúsulásához.McBeth és Emerson36 elsődleges dúsulásról számoltak be a FeOB-ban. Hasonlóképpen, a FeOB dúsulását figyelték meg ebben a tanulmányban a korai korróziós fázisban, de a szén, valamint az 1% és 2,25% krómtartalmú acélokban és öntöttvasban 22 hónap alatt megfigyelt korrózió előrehaladtával bekövetkező mikrobiális változások FeOB => IRB = > SRB (7. és 8. ábra). Hasonlóképpen, a FeOB dúsulását figyelték meg ebben a tanulmányban a korai korróziós fázisban, de a szén, valamint az 1% és 2,25% krómtartalmú acélokban és öntöttvasban 22 hónap alatt megfigyelt korrózió előrehaladtával bekövetkező mikrobiális változások FeOB => IRB => SRB (7. és 8. ábra). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные исследовании 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). Hasonlóképpen, ebben a tanulmányban a korrózió korai szakaszában FeOB-dúsulást figyeltek meg, de a korrózió előrehaladtával a szén, valamint az 1% és 2,25% Cr-tartalmú acélokban és öntöttvasban 22 hónapon keresztül megfigyelt mikrobiális változások FeOB => IRB => SRB (7. és 8. ábra).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% 以臿菢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 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 碳 和 和 颿 和 和 观 和 观 和 观 和 1% 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 миолекрочиокрочиокрозии изменения, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, бырис. Hasonlóképpen, ebben a vizsgálatban is megfigyelték az FeOB dúsulását a korrózió korai szakaszában, de a szén, valamint az 1% és 2,25% Cr acélokban és öntöttvasban 22 hónap alatt megfigyelt mikrobiológiai változások a következők voltak: FeOB => IRB => SRB (7. és 8. ábra).Az SRB-k könnyen felhalmozódhatnak tengervízben a magas szulfátion-koncentráció miatt, de édesvízi környezetben a dúsulásukat késlelteti az alacsony szulfátion-koncentráció. Az SRB-k tengervízben való dúsulását gyakran jelentették10,12,45.
a Szerves szén és nitrogén Fe(II)-függő energia-anyagcserén keresztül vas-oxid (vörös [Dechloromonas sp.] és zöld [Sideroxydans sp.] sejtek) és Fe(III)-redukáló baktériumok (szürke sejtek [Geothrix sp. és Geobacter sp.]) a korrózió korai szakaszában, majd anaerob szulfátredukáló baktériumok (SRP) és heterotróf mikroorganizmusok gazdagítják a korrózió érett szakaszát a felhalmozódott szerves anyag elfogyasztásával. b Változások a korrózióálló fémeken található mikrobiális közösségekben. Az ibolya, kék, sárga és fehér sejtek rendre a Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea és más családokba tartozó baktériumokat jelölik.
A mikrobiális közösség változásai és az SRB lehetséges feldúsulása tekintetében az FeOB kritikus fontosságú a korrózió korai szakaszában, és a Dechloromonas a növekedési energiáját a Fe(II) oxidációjából nyerheti. A mikroorganizmusok túlélhetnek nyomelemeket tartalmazó közegben, de nem fognak exponenciálisan növekedni. A vizsgálatban használt merülőmedence azonban egy túlfolyó medence, 20 m3/h beáramlással, amely folyamatosan ellátja a szervetlen ionokat tartalmazó nyomelemeket. A korrózió korai szakaszában a vas(II)-ionok szénacélból és öntöttvasból szabadulnak fel, és az FeOB-ok (mint például a Dechloromonas) energiaforrásként használják fel őket. A sejtnövekedéshez szükséges szén, foszfát és nitrogén nyomokban jelen kell legyen a technológiai vízben szerves és szervetlen anyagok formájában. Ezért ebben az édesvízi környezetben az FeOB kezdetben fémfelületeken, például szénacélon és öntöttvason dúsul fel. Ezt követően az IRB-k növekedhetnek és szerves anyagot, illetve vas-oxidokat használhatnak energiaforrásként, illetve terminális elektron akceptorként. Az érett korróziós termékekben a FeOB és az IRB metabolizmusa miatt nitrogénnel dúsított anaerob körülményeknek kell létrejönniük. Ezért az SRB gyorsan növekedhet és helyettesítheti a FeOB-t és az IRB-t (8a. ábra).
Tang és munkatársai nemrégiben beszámoltak a rozsdamentes acél Geobacter ferroreducens általi korróziójáról édesvízi környezetben, a vasról a mikrobákra történő közvetlen elektronátvitel következtében46. Az EMIC-t tekintve az EET tulajdonságokkal rendelkező mikroorganizmusok hozzájárulása kritikus. Az SRB, a FeOB és az IRB a fő mikrobiális fajok a korróziós termékekben ebben a vizsgálatban, amelyeknek EET tulajdonságokkal kellene rendelkezniük. Ezért ezek az elektrokémiailag aktív mikroorganizmusok hozzájárulhatnak a korrózióhoz az EET-n keresztül, és közösségük összetétele a különböző ionos fajok hatására változik, ahogy a korróziós termékek képződnek. Ezzel szemben a 9% Cr-t tartalmazó acél mikrobiális közössége eltért a többi acélétól (8b. ábra). 14 hónap elteltével a FeOB-val való dúsítás mellett olyan baktériumok is feldúsultak, mint a Sideroxydans, a SOB47Beggiatoacea és a Thiomonas (7i. ábra). Ez a változás jelentősen eltér más korrozív anyagok, például a szénacél változásától, és befolyásolhatják a korrózió során oldott krómban gazdag ionok. Figyelemre méltó, hogy a Thiomonas nemcsak kénoxidáló tulajdonságokkal rendelkezik, hanem Fe(II) oxidáló tulajdonságokkal, EET rendszerrel rendelkezik, és nehézfém-toleranciával is rendelkezik48,49. Dúsulhatnak a Fe(II) oxidatív aktivitása és/vagy a fémelektronok közvetlen fogyasztása miatt. Egy korábbi tanulmányban viszonylag nagy mennyiségű Beggiatoacea-t figyeltek meg a réz felületén lévő biofilmekben egy szakaszos biofilm-monitorozó rendszer segítségével, ami arra utal, hogy ezek a baktériumok rezisztensek lehetnek a mérgező fémekkel, például a rézzel és a krómmal szemben. Azonban a Beggiatoacea számára ebben a környezetben való növekedéshez szükséges energiaforrás ismeretlen.
Ez a tanulmány az édesvízi környezetben korrózió során a mikrobiális közösségek változásairól számol be. Ugyanabban a környezetben a mikrobiális közösségek a fém típusában különböztek. Ezenkívül eredményeink megerősítik a FeOB fontosságát a korrózió korai szakaszában, mivel a vastól függő mikrobiális energia-anyagcsere elősegíti a tápanyagban gazdag környezet kialakulását, amelyet más mikroorganizmusok, például az SRB is kedvel. Az édesvízi környezetben a minimális gátló koncentráció (MIC) csökkentése érdekében korlátozni kell a FeOB és az IRB dúsulását.
Kilenc fémet használtunk fel ebben a vizsgálatban, és 50 × 20 × 1–5 mm-es tömbökké dolgoztunk fel (ASTM 395 acél és 1%, 2,25% és 9% Cr vastagsága: 5 mm; ASTM A283 és ASTM A179 vastagsága: 3 mm). mm; ASTM A109 4/5-ös keménységű és 304-es és 316-os típusú rozsdamentes acél, vastagság: 1 mm), két 4 mm-es furattal. A krómacélokat csiszolópapírral, a többi fémet 600-as szemcseméretű csiszolópapírral políroztuk a bemerítés előtt. Minden mintát 99,5%-os etanollal ultrahanggal kezeltünk, szárítottunk és lemértünk. Minden fémből tíz mintát használtunk a korróziós sebesség kiszámításához és a mikrobióma elemzéséhez. Minden mintát létra alakban rögzítettünk PTFE rudakkal és távtartókkal (φ 5 × 30 mm, 2. kiegészítő ábra).
A medence térfogata 1100 köbméter, mélysége pedig körülbelül 4 méter. A vízhozam 20 m3/h volt, a túlfolyót elengedték, és a vízminőség nem ingadozott szezonálisan (3. kiegészítő ábra). A mintalétrát egy 3 m hosszú acélsodronyra eresztették le, amely a tartály közepén függött. Két létrakészletet távolítottak el a medencéből 1, 3, 6, 14 és 22 hónap elteltével. Az egyik létráról vett mintákat a súlyveszteség mérésére és a korróziós sebesség kiszámítására használták, míg a másik létráról vett mintákat a mikrobiom elemzésére. Az immerziós tartályban oldott oxigént a felszín és az alja közelében, valamint középen mérték oldott oxigén érzékelővel (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
A mintákon lévő korróziós termékeket és biofilmeket műanyag kaparóval kaparva vagy vattapálcikával törölgetve távolítottuk el, majd ultrahangos fürdő segítségével 99,5%-os etanolban tisztítottuk. A mintákat ezután az ASTM G1-0351 szabványnak megfelelően Clark-oldatba merítettük. A szárítás befejezése után az összes mintát lemértük. Az egyes minták korróziós sebességét (mm/év) a következő képlettel számítsuk ki:
ahol K állandó (8,76 × 104), T az expozíciós idő (h), A a teljes felület (cm2), W a tömegveszteség (g), D a sűrűség (g cm–3).
A minták mérése után több mintáról 3D-s képet készítettünk 3D-s mérőlézer-mikroszkóppal (LEXT OLS4000, Olympus, Tokió, Japán).
Közzététel ideje: 2022. november 20.
