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Negli ambienti di acqua dolce, si osserva spesso una corrosione accelerata degli acciai al carbonio e inossidabili. In questo studio, condotto per 22 mesi in vasche di acqua dolce, sono stati utilizzati nove tipi di acciaio. È stata osservata una corrosione accelerata negli acciai al carbonio e al cromo e nella ghisa, mentre nell'acciaio inossidabile non è stata riscontrata alcuna corrosione visibile nemmeno dopo 22 mesi. Un'analisi della comunità microbica ha mostrato che, durante la corrosione generalizzata, i batteri ossidanti del Fe(II) erano più abbondanti nella fase iniziale della corrosione, i batteri riduttori del Fe(III) nella fase di sviluppo della corrosione e i batteri solfato-riduttori nella fase finale della corrosione del prodotto. Al contrario, i batteri Beggiatocaea erano particolarmente numerosi nell'acciaio con il 9% di Cr soggetto a corrosione localizzata. Queste composizioni delle comunità microbiche differivano anche da quelle riscontrate nei campioni di acqua e sedimenti del fondale. Pertanto, con il progredire della corrosione, la comunità microbica subisce cambiamenti drastici e il metabolismo energetico microbico dipendente dal ferro crea un ambiente che può favorire la proliferazione di altri microrganismi.
I metalli possono deteriorarsi e corrodersi a causa di vari fattori ambientali fisici e chimici come pH, temperatura e concentrazione di ioni. Le condizioni acide, le alte temperature e le concentrazioni di cloruri influenzano in particolare la corrosione dei metalli1,2,3. I microrganismi presenti negli ambienti naturali e artificiali spesso influenzano l'usura e la corrosione dei metalli, un comportamento che si manifesta nella corrosione microbica (MIC)4,5,6,7,8. La MIC si riscontra spesso in ambienti come tubature e serbatoi interni, nelle fessure metalliche e nel suolo, dove compare improvvisamente e si sviluppa rapidamente. Pertanto, il monitoraggio e la diagnosi precoce della MIC sono molto difficili, quindi l'analisi della MIC viene solitamente effettuata dopo la corrosione. Sono stati riportati numerosi studi di casi di MIC in cui i batteri solfato-riduttori (SRB) sono stati frequentemente riscontrati nei prodotti di corrosione9,10,11,12,13. Tuttavia, non è ancora chiaro se gli SRB contribuiscano all'innesco della corrosione, poiché la loro rilevazione si basa su analisi post-corrosione.
Recentemente, oltre ai batteri ossidanti lo iodio21, sono stati segnalati vari microrganismi che degradano il ferro, come i batteri solfato-riduttori (SRB) che degradano il ferro14, i metanogeni15,16,17, i batteri nitrato-riduttori18, i batteri ossidanti il ​​ferro19 e gli acetogeni20. In condizioni di laboratorio anaerobiche o microaerobiche, la maggior parte di essi corrode il ferro a valenza zero e l'acciaio al carbonio. Inoltre, i loro meccanismi di corrosione suggeriscono che i metanogeni e gli SRB che corrodono il ferro promuovono la corrosione raccogliendo elettroni dal ferro a valenza zero utilizzando rispettivamente idrogenasi extracellulari e citocromi multiemici22,23. Le MIC (corrosione indotta da microrganismi) sono divise in due tipi: (i) MIC chimica (CMIC), che è corrosione indiretta da parte di specie prodotte da microrganismi, e (ii) MIC elettrica (EMIC), che è corrosione diretta per deplezione di elettroni del metallo24. La corrosione microbiologica indotta da microrganismi (EMIC), facilitata dal trasferimento di elettroni extracellulari (EET), è di grande interesse perché i microrganismi con proprietà EET causano una corrosione più rapida rispetto ai microrganismi privi di tali proprietà. Mentre la risposta limitante della CMIC in condizioni anaerobiche è la produzione di H2 tramite riduzione di protoni (H+), la EMIC procede attraverso il metabolismo EET, che è indipendente dalla produzione di H2. Il meccanismo dell'EET in vari microrganismi è correlato alle prestazioni del combustibile cellulare microbico e all'elettrobiosintesi25,26,27,28,29. Poiché le condizioni di coltura per questi microrganismi corrosivi differiscono da quelle presenti nell'ambiente naturale, non è chiaro se i processi di corrosione microbica osservati riflettano la corrosione nella pratica. Pertanto, è difficile osservare il meccanismo di MIC indotto da questi microrganismi corrosivi nell'ambiente naturale.
Lo sviluppo della tecnologia di sequenziamento del DNA ha facilitato lo studio dei dettagli delle comunità microbiche in ambienti naturali e artificiali, ad esempio, la profilazione microbica basata sulla sequenza del gene 16S rRNA utilizzando sequenziatori di nuova generazione è stata utilizzata nel campo dell'ecologia microbica30,31,32. Numerosi studi MIC sono stati pubblicati e hanno dettagliato le comunità microbiche in ambienti del suolo e marini13,33,34,35,36. Oltre ai batteri solfato-riduttori (SRB), è stato anche segnalato l'arricchimento di batteri ossidanti del Fe(II) (FeOB) e nitrificanti in campioni di corrosione, ad esempio FeOB, come Gallionella spp. e Dechloromonas spp., e batteri nitrificanti, come Nitrospira spp., in acciai al carbonio e contenenti rame in mezzi del suolo33. Allo stesso modo, nell'ambiente marino, è stata osservata una rapida colonizzazione di batteri ossidanti del ferro appartenenti alle classi Zetaproteobacteria e Betaproteobacteria per diverse settimane sull'acciaio al carbonio36. Questi dati indicano il contributo di questi microrganismi alla corrosione. Tuttavia, in molti studi, la durata e i gruppi sperimentali sono limitati e si sa poco sulla dinamica delle comunità microbiche durante la corrosione.
In questo studio, analizziamo le reazioni di corrosione microbiologica (MIC) di acciaio al carbonio, acciaio al cromo, acciaio inossidabile e ghisa mediante studi di immersione in un ambiente aerobico di acqua dolce con una storia di eventi di MIC. I campioni sono stati prelevati a 1, 3, 6, 14 e 22 mesi e sono stati studiati il ​​tasso di corrosione di ciascun metallo e componente microbico. I nostri risultati forniscono informazioni sulle dinamiche a lungo termine delle comunità microbiche durante la corrosione.
Come illustrato nella Tabella 1, in questo studio sono stati utilizzati nove metalli. Dieci campioni di ciascun materiale sono stati immersi in una vasca di acqua dolce. La qualità dell'acqua di processo è la seguente: 30 ppm di Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm di Ca2+, 20 ppm di SiO2, torbidità 1 ppm e pH 7,4. La concentrazione di ossigeno disciolto (DO) alla base della scala di campionamento era di circa 8,2 ppm e la temperatura dell'acqua variava stagionalmente da 9 a 23 °C.
Come illustrato nella Figura 1, dopo un mese di immersione in ambienti di ghisa ASTM A283, ASTM A109 Condizione #4/5, ASTM A179 e ASTM A395, sono stati osservati prodotti di corrosione marroni sulla superficie dell'acciaio al carbonio sotto forma di corrosione generalizzata. La perdita di peso di questi campioni è aumentata nel tempo (Tabella supplementare 1) e il tasso di corrosione è stato di 0,13–0,16 mm all'anno (Fig. 2). Analogamente, è stata osservata corrosione generalizzata in acciai con basso contenuto di Cr (1% e 2,25%) con un tasso di corrosione di circa 0,13 mm/anno (Figure 1 e 2). Al contrario, l'acciaio con il 9% di Cr presenta corrosione localizzata che si verifica negli spazi formati dalle guarnizioni. Il tasso di corrosione di questo campione è di circa 0,02 mm/anno, che è significativamente inferiore a quello dell'acciaio con corrosione generalizzata. Al contrario, gli acciai inossidabili di tipo 304 e 316 non presentano corrosione visibile, con tassi di corrosione stimati inferiori a 0,001 mm y−1. Al contrario, gli acciai inossidabili di tipo 304 e 316 non presentano corrosione visibile, con tassi di accelerazione stimati inferiori a 0,001 mm y−1. La cattiva qualità degli stadi nervosi di tipo 304 e 316 non verifica la corrosione su questo livello di corrosione la corrosione persiste <0,001 mm/giorno. Al contrario, gli acciai inossidabili di tipo 304 e 316 non mostrano corrosione visibile, con un tasso di corrosione stimato inferiore a 0,001 mm/anno.相比之下,304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀,估计腐蚀速率<0,001 mm y−1.相比之下,304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀,估计腐蚀速率<0,001 mm y−1. La protezione, i livelli nervosi di tipo 304 e -316 non hanno mostrato la corrosione con una corrosione corretta <0,001 MM/год. Al contrario, gli acciai inossidabili di tipo 304 e 316 non hanno mostrato corrosione visibile con un tasso di corrosione di progetto inferiore a 0,001 mm/anno.
Sono mostrate le immagini macroscopiche di ciascun campione (altezza 50 mm × larghezza 20 mm) prima e dopo la decalcificazione. 1 metro, 1 mese; 3 metri, 3 mesi; 6 metri, 6 mesi; 14 metri, 14 mesi; 22 metri, 22 mesi; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, condizione 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, acciaio 1% Cr; acciaio 3C, acciaio 2,25% Cr; acciaio 9C, acciaio 9% Cr; S6, acciaio inossidabile 316; S8, acciaio inossidabile tipo 304.
Il tasso di corrosione è stato calcolato utilizzando la perdita di peso e il tempo di immersione. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, temprato 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, acciaio 1% Cr, 3 C, acciaio 2,25% Cr, 9 C, acciaio 9% Cr, S6, acciaio inossidabile tipo 316; S8, acciaio inossidabile tipo 304.
La figura 1 mostra inoltre che i prodotti di corrosione dell'acciaio al carbonio, dell'acciaio a basso contenuto di Cr e della ghisa si sviluppano ulteriormente dopo 3 mesi di immersione. Il tasso di corrosione complessivo è gradualmente diminuito fino a 0,07 ~ 0,08 mm/anno dopo 22 mesi (Figura 2). Inoltre, il tasso di corrosione dell'acciaio al 2,25% di Cr è risultato leggermente inferiore rispetto agli altri campioni corrosi, indicando che il Cr può inibire la corrosione. Oltre alla corrosione generale, secondo la norma ASTM A179, dopo 22 mesi è stata osservata corrosione localizzata con una profondità di corrosione di circa 700 µm (Figura 3). Il tasso di corrosione locale, calcolato utilizzando la profondità di corrosione e il tempo di immersione, è di 0,38 mm/anno, circa 5 volte più veloce della corrosione generale. Il tasso di corrosione della lega ASTM A395 potrebbe essere sottostimato poiché i prodotti di corrosione non rimuovono completamente la scaglia dopo 14 o 22 mesi di immersione in acqua. Tuttavia, la differenza dovrebbe essere minima. Inoltre, nell'acciaio a basso contenuto di cromo corroso sono state osservate numerose piccole cavità.
Immagine completa (barra di scala: 10 mm) e corrosione localizzata (barra di scala: 500 µm) dell'acciaio ASTM A179 e dell'acciaio al 9% di Cr alla massima profondità, ottenuta con un microscopio laser a visualizzazione 3D. I cerchi rossi nell'immagine completa indicano la corrosione localizzata misurata. Una vista completa dell'acciaio al 9% di Cr dal lato posteriore è mostrata nella Figura 1.
Come illustrato nella figura 2, per l'acciaio con il 9% di Cr, non è stata osservata alcuna corrosione entro 3-14 mesi e il tasso di corrosione è risultato praticamente nullo. Tuttavia, dopo 22 mesi è stata osservata corrosione localizzata (Figura 3) con un tasso di corrosione di 0,04 mm/anno calcolato utilizzando la perdita di peso. La profondità massima della corrosione localizzata è di 1260 µm e il tasso di corrosione localizzata stimato utilizzando la profondità di corrosione e il tempo di immersione (22 mesi) è di 0,68 mm/anno. Poiché non si conosce il punto esatto in cui inizia la corrosione, il tasso di corrosione potrebbe essere superiore.
Al contrario, non è stata osservata alcuna corrosione visibile sull'acciaio inossidabile nemmeno dopo 22 mesi di immersione. Sebbene prima della decalcificazione fossero presenti alcune particelle marroni sulla superficie (Fig. 1), queste erano debolmente aderenti e non costituivano prodotti di corrosione. Poiché il metallo ricompare sulla superficie dell'acciaio inossidabile dopo la rimozione della scaglia, il tasso di corrosione è praticamente nullo.
Il sequenziamento degli ampliconi è stato eseguito per comprendere le differenze e le dinamiche delle comunità microbiche nel tempo nei prodotti di corrosione e nei biofilm su superfici metalliche, in acqua e sedimenti. Sono state ricevute in totale 4.160.012 letture, con un intervallo da 31.328 a 124.183 letture.
Gli indici di Shannon dei campioni d'acqua prelevati da prese d'acqua e stagni variavano da 5,47 a 7,45 (Fig. 4a). Poiché l'acqua di fiume recuperata viene utilizzata come acqua industriale, la comunità microbica può variare stagionalmente. Al contrario, l'indice di Shannon dei campioni di sedimenti di fondo era di circa 9, significativamente più alto di quello dei campioni d'acqua. Analogamente, i campioni d'acqua presentavano indici Chao1 calcolati e unità tassonomiche operative (OTU) osservate inferiori rispetto ai campioni di sedimenti (Fig. 4b, c). Queste differenze sono statisticamente significative (test di Tukey-Kramer; valori p < 0,01, Fig. 4d), il che indica che le comunità microbiche nei campioni di sedimento sono più complesse di quelle nei campioni d'acqua. Queste differenze sono statisticamente significative (test di Tukey-Kramer; valori p < 0,01, Fig. 4d), indicando che le comunità microbiche nei campioni di sedimento sono più complesse di quelle nei campioni d'acqua. Questa è la selezione dei valori statistici (criterio Тьюки-Крамера; valore p <0,01, ris. 4d), per cui viene visualizzato questo, che cottura al microonde in i bambini si sono staccati dall'acqua. Queste differenze sono statisticamente significative (test di Tukey-Kramer; valori p <0,01, Fig. 4d), indicando che le comunità microbiche nei campioni di sedimento sono più complesse rispetto a quelle presenti nei campioni d'acqua.这些差异具有统计学意义（Tukey-Kramer 检验；p 值< 0.01,图4d）,表明沉积物样本中的微生物群落比水样中的微生物群落更复杂.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。。。。。。。。。 Questa selezione è stata effettuata con i valori statistici (criterio Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, ris. 4d), che mostra utilizzare il microonde l'umidità nell'acqua era molto elevata. Queste differenze erano statisticamente significative (test di Tukey-Kramer; valore p <0,01, Fig. 4d), suggerendo che le comunità microbiche nei campioni di sedimento erano più complesse rispetto a quelle nei campioni d'acqua.Poiché l'acqua nel bacino di sfioro si rinnova costantemente e i sedimenti si depositano sul fondo senza essere disturbati meccanicamente, questa differenza nella diversità microbica dovrebbe riflettere l'ecosistema presente nel bacino.
a Indice di Shannon, b Unità tassonomica operativa osservata (OTU) e c Indice di assorbimento Chao1 (n=6) e bacino (n=5) Acqua, sedimento (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), acciai Cr all'1% (1 C: n=5), al 2,25% (3 C: n = 5) e al 9% (9 C: n = 5), nonché acciai inossidabili tipo 316 (S6: n = 5) e -304 (S8: n = 5) sono mostrati come grafici a scatola e a baffi. d valori p per gli indici di Shannon e Chao1 ottenuti utilizzando ANOVA e test di confronto multiplo di Tukey-Kramer. Gli sfondi rossi rappresentano le coppie con valori p < 0,05. Gli sfondi rossi rappresentano le coppie con valori p < 0,05. I suoni migliori vengono visualizzati con le coppie con valori p <0,05. Gli sfondi rossi rappresentano le coppie con valori p < 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. I telefoni migliori sono dotati di coppie con valori di p <0,05. Gli sfondi rossi rappresentano le coppie con valori p < 0,05.La linea al centro del riquadro, la parte superiore e inferiore del riquadro e i baffi rappresentano rispettivamente la mediana, il 25° e il 75° percentile, nonché i valori minimo e massimo.
Gli indici di Shannon per l'acciaio al carbonio, l'acciaio a basso contenuto di cromo e la ghisa erano simili a quelli dei campioni d'acqua (Fig. 4a). Al contrario, gli indici di Shannon dei campioni di acciaio inossidabile sono significativamente più alti di quelli degli acciai corrosi (valori p < 0,05, Fig. 4d) e simili a quelli dei sedimenti. Al contrario, gli indici di Shannon dei campioni di acciaio inossidabile sono significativamente più alti di quelli degli acciai corrosi (valori p < 0,05, Fig. 4d) e simili a quelli dei sedimenti. Indice, l'immagine di Sennon è venuta da uno stallo nervoso, che è stato corrotto (значения p <0,05, рис. 4d), e аnalогичны иINDексам отложений. Al contrario, gli indici di Shannon dei campioni di acciaio inossidabile sono significativamente più alti di quelli degli acciai corrosi (valori p < 0,05, Fig. 4d) e sono simili agli indici di deposito.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 Inconveniente, l'indice di Sennon è stato l'osservazione di uno stato nervoso che è stato molto pericoloso, come uno stato corrosivo (значение p <0,05, рис. 4d), come e у отложений. Al contrario, l'indice di Shannon dei campioni di acciaio inossidabile era significativamente più alto di quello dell'acciaio corroso (valore p < 0,05, Fig. 4d), così come il deposito.Al contrario, l'indice di Shannon per gli acciai con il 9% di Cr variava da 6,95 a 9,65. Questi valori erano molto più elevati nei campioni non corrosi a 1 e 3 mesi rispetto ai campioni corrosi a 6, 14 e 22 mesi (Fig. 4a). Inoltre, gli indici Chao1 e le OTU osservate degli acciai al 9% Cr sono superiori a quelli dei campioni corrosi e d'acqua e inferiori a quelli dei campioni non corrosi e di sedimento (Fig. 4b, c), e le differenze sono statisticamente significative (valori p < 0,01, Fig. 4d). Inoltre, gli indici Chao1 e le OTU osservate degli acciai al 9% Cr sono superiori a quelli dei campioni corrosi e d'acqua e inferiori a quelli dei campioni non corrosi e di sedimento (Fig. 4b, c), e le differenze sono statisticamente significative (valori p < 0,01, Fig. 4d).Inoltre, i valori di Chao1 e OTU osservati degli acciai con il 9% di Cr sono superiori a quelli dei campioni corrosi e acquosi e inferiori a quelli dei campioni non corrosi e sedimentari (Fig. 4b, c), e le differenze sono statisticamente significative.(p-значения <0,01, рис. 4d). (valori p <0,01, Fig. 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, , , , ,,, 4d）. Il cromo è l'indice Chao1 e gli elementi OTU che contengono il 9% di Cr sono stati corrosivi e corrosivi osservazioni, e niente, cosa ci fai некорродированных и осадочных образцов (ris. 4b,c), la posizione è stata statisticamente significativa (p- значение < 0,01, ris. 4г). Inoltre, l'indice Chao1 e l'OTU osservato dell'acciaio al 9% Cr erano superiori a quelli dei campioni corrosi e acquosi e inferiori a quelli dei campioni non corrosi e sedimentari (Fig. 4b,c), e la differenza era statisticamente significativa (valore p < 0,01, Fig. 4d).Questi risultati indicano che la diversità microbica nei prodotti di corrosione è inferiore rispetto a quella presente nei biofilm su metalli non corrosi.
La figura 5a mostra un grafico di analisi delle coordinate principali (PCoA) basato sulla distanza non ponderata UniFrac per tutti i campioni, con tre cluster principali osservati. Le comunità microbiche nei campioni d'acqua erano significativamente diverse dalle altre comunità. Le comunità microbiche nei sedimenti includevano anche comunità di acciaio inossidabile, mentre erano diffuse nei campioni di corrosione. Al contrario, la mappa dell'acciaio con il 9% di Cr è divisa in cluster non corrosi e corrosi. Di conseguenza, le comunità microbiche sulle superfici metalliche e sui prodotti di corrosione sono significativamente diverse da quelle presenti nell'acqua.
Grafico dell'analisi delle coordinate principali (PCoA) basato sulle distanze UniFrac non ponderate in tutti i campioni (a), acqua (b) e metalli (c). I cerchi evidenziano ciascun cluster. Le traiettorie sono rappresentate da linee che collegano i periodi di campionamento in serie. 1 metro, 1 mese; 3 metri, 3 mesi; 6 metri, 6 mesi; 14 metri, 14 mesi; 22 metri, 22 mesi; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, condizione 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, acciaio 1% Cr; acciaio 3C, acciaio 2,25% Cr; acciaio 9C, acciaio 9% Cr; S6, acciaio inossidabile 316; S8, acciaio inossidabile tipo 304.
Disposti in ordine cronologico, i grafici PCoA dei campioni d'acqua presentavano una disposizione circolare (Fig. 5b). Questa transizione ciclica potrebbe riflettere cambiamenti stagionali.
Inoltre, sui grafici PCoA dei campioni metallici sono stati osservati solo due cluster (corrosi e non corrosi), dove (ad eccezione dell'acciaio al 9% di cromo) è stato anche osservato uno spostamento della comunità microbica da 1 a 22 mesi (Fig. 5c). Inoltre, poiché le transizioni nei campioni corrosi erano maggiori rispetto a quelle nei campioni non corrosi, vi era una correlazione tra i cambiamenti nelle comunità microbiche e la progressione della corrosione. Nei campioni di acciaio con il 9% di Cr, sono stati rivelati due tipi di comunità microbiche: punti a 1 e 6 mesi, situati vicino all'acciaio inossidabile, e altri (3, 14 e 22 mesi), situati in punti vicini all'acciaio corroso. I campioni a 1 mese e quelli utilizzati per l'estrazione del DNA a 6 mesi non erano corrosi, mentre i campioni a 3, 14 e 22 mesi erano corrosi (Figura supplementare 1). Pertanto, le comunità microbiche nei campioni corrosi differivano da quelle presenti nell'acqua, nei sedimenti e nei campioni non corrosi e cambiavano con il progredire della corrosione.
I principali tipi di comunità microbiche osservate nei campioni d'acqua erano Proteobacteria (30,1–73,5%), Bacteroidetes (6,3–48,6%), Planctomycetota (0,4–19,6%) e Actinobacteria (0–17,7%), la cui abbondanza relativa variava da campione a campione (Fig. 6), ad esempio, l'abbondanza relativa di Bacteroidetes nell'acqua dello stagno era maggiore rispetto all'acqua prelevata. Questa differenza può essere influenzata dal tempo di residenza dell'acqua nel serbatoio di troppo pieno. Questi tipi sono stati osservati anche nei campioni di sedimento del fondo, ma la loro abbondanza relativa differiva significativamente da quella nei campioni d'acqua. Inoltre, il contenuto relativo di Acidobacteriota (8,7–13,0%), Chloroflexi (8,1–10,2%), Nitrospirota (4,2–4,4%) e Desulfobacterota (1,5–4,4%) era maggiore rispetto ai campioni d'acqua. Poiché quasi tutte le specie di Desulfobacterota sono SRB37, l'ambiente nel sedimento deve essere anaerobico. Sebbene i Desulfobacterota possano influenzare la corrosione, il rischio dovrebbe essere estremamente basso poiché la loro abbondanza relativa nell'acqua della piscina è inferiore allo 0,04%. Sebbene i Desulfobacterota possano influenzare la corrosione, il rischio dovrebbe essere estremamente basso poiché la loro abbondanza relativa nell'acqua della piscina è inferiore allo 0,04%. Il Desulfobacterota può essere corrotto, il rischio è che tu possa corroderlo, perché è così separazione dell'acqua nell'acqua составляет <0,04%. Sebbene i Desulfobacterota possano avere un effetto sulla corrosione, il rischio dovrebbe essere estremamente basso poiché la loro abbondanza relativa nell'acqua della piscina è inferiore allo 0,04%.Il tasso di interesse è inferiore allo 0,04%. <0,04%. Il tipo di Desulfobacillus può corrodersi, rischiando di danneggiare la pelle, soprattutto se è fuori controllo fusione dell'acqua составляет <0,04%. Sebbene il tipo Desulfobacillus possa influenzare la corrosione, il rischio dovrebbe essere estremamente basso poiché la sua abbondanza relativa nell'acqua della piscina è inferiore allo 0,04%.
RW e Air rappresentano rispettivamente i campioni d'acqua prelevati dalla presa d'acqua e dal bacino. Sediment-C, -E, -W sono campioni di sedimento prelevati dal centro del fondo del bacino, nonché dai lati est e ovest. 1 metro, 1 mese; 3 metri, 3 mesi; 6 metri, 6 mesi; 14 metri, 14 mesi; 22 metri, 22 mesi; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, condizione 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, acciaio 1% Cr; 3C, acciaio 2,25% Cr; acciaio 9C, acciaio 9% Cr; S6, acciaio inossidabile 316; S8, acciaio inossidabile tipo 304.
A livello di genere, in tutte le stagioni è stata osservata una proporzione leggermente più elevata (6-19%) di batteri non classificati appartenenti alla famiglia Trichomonadaceae, così come Neosphingosine, Pseudomonas e Flavobacterium. Essendo componenti principali minori, le loro quote variano (Fig. 1). . 7a e b). Negli affluenti, l'abbondanza relativa di Flavobacterium, Pseudovibrio e Rhodoferrobacter era maggiore solo in inverno. Analogamente, un contenuto più elevato di Pseudovibrio e Flavobacterium è stato osservato nelle acque invernali del bacino. Pertanto, le comunità microbiche nei campioni d'acqua variavano a seconda della stagione, ma non hanno subito cambiamenti drastici durante il periodo di studio.
a Acqua di aspirazione, b Acqua della piscina, c ASTM A283, d ASTM A109 temperatura #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g acciaio 1% Cr, h 2,25% Cr e i acciaio 9% Cr, j Tipo-316 e acciaio inossidabile K-304.
I proteobatteri erano i costituenti principali in tutti i campioni, ma la loro abbondanza relativa nei campioni corrosi diminuiva con il progredire della corrosione (Fig. 6). Nei campioni ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 e 1% e 2,25% Cr, l'abbondanza relativa di proteobatteri è diminuita dall'89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8%. , 83,8% sono rispettivamente 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% e 31,3%. Al contrario, l'abbondanza relativa dei Desulfobacterota aumenta gradualmente da <0,1% a 12,5–45,9% con il progredire della corrosione. Al contrario, l'abbondanza relativa dei Desulfobacterota aumenta gradualmente da <0,1% a 12,5–45,9% con il progredire della corrosione. La protezione anti-infiammatoria del Desulfobacterota si sviluppa successivamente con <0,1% fino a 12,5–45,9% su semplice variazione corrosione. Al contrario, l'abbondanza relativa dei Desulfobacterota aumenta gradualmente da <0,1% a 12,5–45,9% con il progredire della corrosione.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% L'effetto collaterale negativo del Desulfobacillus è stato rilevato in modo permanente con <0,1% fino a 12,5–45,9% su semplice variazione corrosione. Al contrario, l'abbondanza relativa di Desulfobacillus è aumentata gradualmente da <0,1% a 12,5–45,9% con il progredire della corrosione.Pertanto, con il progredire della corrosione, i Proteobacteria sono stati sostituiti dai Desulfobacterota.
Al contrario, i biofilm sull'acciaio inossidabile non corroso contenevano le stesse proporzioni di diversi batteri: 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%) e Chloroflexi (2,1–8,8%). È stato riscontrato che la proporzione di Nitrospirota nei campioni di acciaio inossidabile aumentava gradualmente (Fig. 6). Questi rapporti sono simili a quelli nei campioni di sedimento, il che corrisponde al grafico PCoA mostrato in Fig. 5a.
Nei campioni di acciaio contenenti il ​​9% di Cr, sono stati osservati due tipi di comunità microbiche: le comunità microbiche di 1 mese e 6 mesi erano simili a quelle nei campioni di sedimento di fondo, mentre la proporzione di proteobatteri nei campioni di corrosione 3, 14 e 22 mesi è aumentata significativamente. Inoltre, queste due comunità microbiche nei campioni di acciaio al 9% di Cr corrispondevano a cluster separati nel grafico PCoA mostrato in Fig. 5c.
A livello di genere, sono state osservate oltre 2000 OTU contenenti batteri e archei non classificati. A livello di genere, sono state osservate oltre 2000 OTU contenenti batteri e archei non classificati.A livello di genere, sono state osservate oltre 2000 OTU contenenti batteri e archei non identificati.A livello di genere, sono state osservate oltre 2000 OTU contenenti batteri e archei non specificati. Tra queste, ci siamo concentrati su 10 OTU con un'elevata popolazione in ciascun campione. Ciò copre il 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% e 21,8-45,1% in ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, acciai con 1%, 2,25% e 9% Cr e acciai inossidabili di tipo 316 e 304.
È stato osservato un contenuto relativamente elevato di monoliti declorurati con proprietà ossidanti del Fe(II) in campioni di corrosione come ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 e acciai con l'1% e il 2,25% di Cr. fase iniziale di corrosione (1 mese e 3 mesi, Fig. 7c-h). La proporzione di Dechloromonas è diminuita nel tempo, il che corrispondeva alla diminuzione di Proteobacteria (Fig. 6). Inoltre, la percentuale di Dechloromonas nei biofilm sui campioni non corrosi è inferiore all'1%. Inoltre, la percentuale di Dechloromonas nei biofilm sui campioni non corrosi è inferiore all'1%. Inoltre, quando Decloromonas nella biologia biologica dei neuroni rimane <1%. Inoltre, la percentuale di Dechloromonas nei biofilm su campioni non corrosi è inferiore all'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% Inoltre, il Decyloromonas nella biosfera neoplastica è stato <1%. Inoltre, la percentuale di Dechloromonas nel biofilm dei campioni non corrosi era inferiore all'1%.Pertanto, tra i prodotti di corrosione, il Dechloromonas risulta significativamente arricchito nelle prime fasi del processo.
Al contrario, negli acciai ASTM A179, ASTM A109 temprati #4/5, ASTM A179, ASTM A395 e negli acciai con l'1% e il 2,25% di Cr, la proporzione di specie di Desulfovibrio SRB è infine aumentata dopo 14 e 22 mesi (Fig. 7c–h). Il Desulfofibrio era molto basso o non rilevato nelle prime fasi della corrosione, nei campioni d'acqua (Fig. 7a, b) e nei biofilm non corrosi (Fig. 7j, j). Ciò suggerisce fortemente che il Desulfovibrio predilige l'ambiente dei prodotti di corrosione formatisi, sebbene non influenzi la corrosione nelle prime fasi.
I batteri riduttori di Fe(III) (RRB), come Geobacter e Geothrix, sono stati trovati nei prodotti di corrosione nelle fasi intermedie della corrosione (6 e 14 mesi), ma la proporzione delle fasi tardive (22 mesi) della corrosione è più alta in essi. relativamente bassa (Fig. 7c, eh). Il genere Sideroxydans con proprietà di ossidazione del Fe(II) ha mostrato un comportamento simile (Fig. 7f), quindi la proporzione di FeOB, IRB e SRB era più alta solo nei campioni corrosi. Ciò suggerisce fortemente che i cambiamenti in queste comunità microbiche sono associati alla progressione della corrosione.
Nell'acciaio con il 9% di Cr corroso dopo 3, 14 e 22 mesi, è stata osservata una proporzione maggiore di membri della famiglia Beggiatoacea (8,5-19,6%), che possono esibire proprietà ossidanti dello zolfo, e sono stati osservati sideroossidanti (8,4-13,7%) (Fig. 1). ). 7i) Inoltre, Thiomonas, un batterio ossidante dello zolfo (SOB), è stato trovato in numero maggiore (3,4% e 8,8%) a 3 e 14 mesi. Al contrario, i batteri nitrato-riduttori Nitrospira (12,9%) sono stati osservati in campioni non corrosi di 6 mesi. Una proporzione aumentata di Nitrospira è stata osservata anche nei biofilm sull'acciaio inossidabile dopo l'immersione (Fig. 7j,k). Pertanto, le comunità microbiche degli acciai al 9% di Cr non corrosi di 1 e 6 mesi erano simili a quelle nei biofilm di acciaio inossidabile. Inoltre, le comunità microbiche dell'acciaio al 9% di Cr corroso a 3, 14 e 22 mesi differivano dai prodotti di corrosione degli acciai al carbonio e a basso contenuto di cromo e della ghisa.
Lo sviluppo della corrosione è generalmente più lento in acqua dolce che in acqua di mare perché la concentrazione di ioni cloruro influenza la corrosione del metallo. Tuttavia, alcuni acciai inossidabili possono corrodersi in ambienti di acqua dolce38,39. Inoltre, la corrosione indotta da microrganismi (MIC) è stata inizialmente sospettata poiché in precedenza era stato osservato materiale corroso nella piscina di acqua dolce utilizzata in questo studio. In studi di immersione a lungo termine, sono state osservate varie forme di corrosione, tre tipi di comunità microbiche e un cambiamento nelle comunità microbiche nei prodotti di corrosione.
Il mezzo di coltura di acqua dolce utilizzato in questo studio è costituito da una vasca chiusa contenente acqua tecnica prelevata da un fiume con una composizione chimica relativamente stabile e una variazione stagionale della temperatura dell'acqua compresa tra 9 e 23 °C. Pertanto, le fluttuazioni stagionali delle comunità microbiche nei campioni d'acqua possono essere associate alle variazioni di temperatura. Inoltre, la comunità microbica nell'acqua della vasca era in qualche modo diversa da quella dell'acqua in ingresso (Fig. 5b). L'acqua nella vasca viene costantemente sostituita a causa del trabocco. Di conseguenza, l'ossigeno disciolto (DO) è rimasto a circa 8,2 ppm anche a profondità intermedie tra la superficie della vasca e il fondo. Al contrario, l'ambiente del sedimento dovrebbe essere anaerobico, poiché si deposita e rimane sul fondo del bacino, e la flora microbica in esso presente (come il CRP) dovrebbe essere diversa dalla flora microbica nell'acqua (Fig. 6). Poiché i campioni nella vasca erano più distanti dai sedimenti, sono stati esposti all'acqua dolce solo durante gli studi di immersione in condizioni aerobiche.
La corrosione generale si verifica nell'acciaio al carbonio, nell'acciaio a basso contenuto di cromo e nella ghisa in ambienti di acqua dolce (Figura 1) perché questi materiali non sono resistenti alla corrosione. Tuttavia, il tasso di corrosione (0,13 mm yr-1) in condizioni abiotiche di acqua dolce è risultato superiore a quello riscontrato in studi precedenti40 (0,04 mm yr-1) ed è risultato paragonabile al tasso di corrosione (0,02–0,76 mm yr-1) in presenza di microrganismi 1) Simile alle condizioni di acqua dolce40,41,42. Questo tasso di corrosione accelerato è una caratteristica della MIC.
Inoltre, dopo 22 mesi di immersione, è stata osservata corrosione localizzata in diversi metalli al di sotto dei prodotti di corrosione (Fig. 3). In particolare, la velocità di corrosione localizzata osservata nello standard ASTM A179 è circa cinque volte superiore alla corrosione generalizzata. Questa forma insolita di corrosione e la velocità di corrosione accelerata sono state osservate anche nella corrosione che si verifica sullo stesso oggetto. Pertanto, l'immersione effettuata in questo studio riflette la corrosione in condizioni reali.
Tra i metalli studiati, l'acciaio al 9% di Cr ha mostrato la corrosione più grave, con una profondità di corrosione >1,2 mm, probabilmente dovuta a corrosione indotta da microincrostazioni (MIC) a causa della corrosione accelerata e della forma anomala di corrosione. Tra i metalli studiati, l'acciaio al 9% di Cr ha mostrato la corrosione più grave, con una profondità di corrosione >1,2 mm, probabilmente dovuta a corrosione indotta da microincrostazioni (MIC) a causa della corrosione accelerata e della forma anomala di corrosione. I metalli utilizzati sono costituiti da metalli con il 9% di Cr che hanno causato la corrosione del silice con la corrosione globosa> 1,2 mm, questo, davvero, mi piace a causa della corrosione superficiale e di forme anomale. Tra i metalli esaminati, l'acciaio con il 9% di Cr ha mostrato la corrosione più grave con una profondità di corrosione >1,2 mm, che è probabilmente il MIC a causa della corrosione accelerata e di una forma anomala di corrosione.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 ，在所研究的金属中,9% Cr I metalli utilizzati sono costituiti da metalli silicei con corrosione pari al 9% di Cr, con corrosione globosa >1,2 mm, con rigatura tutto, МИК из-за ускоренных и forma anomala di corrosione. Tra i metalli studiati, l'acciaio con il 9% di Cr ha subito la corrosione più grave, con una profondità di corrosione superiore a 1,2 mm, molto probabilmente dovuta a corrosione indotta da microincrostazioni (MIC) causata da forme di corrosione accelerate e anomale.Poiché l'acciaio al 9% di Cr viene utilizzato in applicazioni ad alta temperatura, il suo comportamento alla corrosione è stato studiato in precedenza43,44 ma non è stato precedentemente riportato alcun MIC per questo metallo. Poiché numerosi microrganismi, ad eccezione degli ipertermofili, sono inattivi in ​​un ambiente ad alta temperatura (>100 °C), in tali casi il MIC nell'acciaio al 9% di Cr può essere trascurato. Poiché numerosi microrganismi, ad eccezione degli ipertermofili, sono inattivi in ​​ambienti ad alta temperatura (>100 °C), in tali casi il MIC nell'acciaio al 9% di Cr può essere trascurato. Pochi micromicrorganismi che impediscono l'uso di un dispositivo di microrganizzazione pulito nell'intervallo di temperatura (>100 °С), МИК в тали con 9% Cr в таких non è possibile utilizzarli. Poiché molti microrganismi, ad eccezione degli ipertermofili, sono inattivi in ​​ambienti ad alta temperatura (>100 °C), in questi casi il MIC nell'acciaio con il 9% di Cr può essere trascurato.% Cr 钢中的MIC. 9% Cr 颃(>100 °C) Pochi micromicrorganismi, come l'impermeabile cromato, non controllano le attività dell'impianto di perforazione (>100 °С), МПК в тали con 9% Cr в quindi non è possibile utilizzarlo. Poiché molti microrganismi, ad eccezione degli ipertermofili, non mostrano attività in ambienti ad alta temperatura (>100 °C), in questo caso la MIC nell'acciaio con il 9% di Cr può essere ignorata.Tuttavia, quando si utilizza acciaio al 9% di Cr in un ambiente a media temperatura, è necessario adottare diverse misure per ridurre l'MIC.
Sono state osservate diverse comunità microbiche e le loro variazioni nei depositi di materiale non corroso e nei prodotti di corrosione nei biofilm rispetto all'acqua, oltre alla corrosione accelerata (Fig. 5-7), suggerendo fortemente che questa corrosione sia un microfono. Ramirez et al.13 riportano una transizione in 3 fasi (FeOB => SRB/IRB => SOB) in un ecosistema microbico marino nell'arco di 6 mesi, in cui il solfuro di idrogeno prodotto dagli SRB arricchiti secondariamente può infine contribuire all'arricchimento dei SOB. Ramirez et al.13 riportano una transizione in 3 fasi (FeOB => SRB/IRB => SOB) in un ecosistema microbico marino nell'arco di 6 mesi, durante la quale il solfuro di idrogeno prodotto dagli SRB arricchiti secondariamente può infine contribuire all'arricchimento dei SOB. Ramirez et al.13 hanno riscontrato un rendimento del trattamento (FeOB => SRB/IRB => SOB) nell'ecosistema microscopico musulmano in una tecnologia di 6 mesi, quale sierovodo, ottimizzazione dei prezzi вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez et al.13 riportano una transizione in tre fasi (FeOB => SRB/IRB => SOB) nell'ecosistema microbico marino in un periodo di 6 mesi, dove il solfuro di idrogeno generato dall'arricchimento secondario di SRB può infine contribuire all'arricchimento di SOB. Ramirez 13 报告了一个超过6 个月的海洋微物生态统中的三步转变(FeOB => 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 13 anni fa 6 anni fa 6 anni fa其中 次 富集 srb 产生硫化氢 可能 最终 有助于 sob 的富集. Ramirez et al.13 hanno analizzato il processo di trivellazione (FeOB => SRB/IRB => SOB) nell'ecosistema microscopico arabo in una sessione di 6 mesi, in quale sierovodo, l'elaborazione dei risultati dell'indagine ufficiale dell'SRB può essere gestita in modo conosciuto обогащению SOB. Ramirez et al.13 hanno riportato una transizione in tre fasi (FeOB => SRB/IRB => SOB) nell'ecosistema microbico marino in un periodo di 6 mesi, in cui il solfuro di idrogeno prodotto dall'arricchimento secondario di SRB può eventualmente contribuire all'arricchimento di SOB.McBeth ed Emerson36 hanno riportato un arricchimento primario in FeOB. Analogamente, in questo studio si osserva un arricchimento di FeOB durante la fase iniziale di corrosione, ma i cambiamenti microbici con la progressione della corrosione osservati negli acciai al carbonio e all'1% e al 2,25% di Cr e nella ghisa per oltre 22 mesi sono FeOB => IRB => SRB (Figure 7 e 8). Analogamente, in questo studio si osserva un arricchimento di FeOB durante la fase iniziale di corrosione, ma i cambiamenti microbici con la progressione della corrosione osservati negli acciai al carbonio e all'1% e al 2,25% di Cr e nella ghisa per 22 mesi sono FeOB => IRB => SRB (Figure 7 e 8). Anche così in questa installazione si verifica la corrosione di FeOB negli stadi di grandi dimensioni, ma senza modifiche microscopiche solo una progressione corrosione, danni all'invecchiamento e 1% e 2,25% di Cr, residui e cibo in una temperatura di 22 mesi, previene il problema FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 e 8). Analogamente, in questo studio si osserva un arricchimento di FeOB in una fase iniziale della corrosione, ma i cambiamenti microbici man mano che la corrosione progredisce, osservati negli acciai al carbonio e all'1% e al 2,25% di Cr e nella ghisa per 22 mesi, sono FeOB => IRB => SRB (Figure 7 e 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% e 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 Quindi devi fare attenzione a FEOB => IRB => SRB（图7和8）. L'analisi analogica in questa installazione ha causato l'ostruzione di FeOB nei principali stadi di corrosione, no ottimizzazione microbiologica, con una percentuale di Cr 1% e 2,25% e 2,25% di Cr e abbondanza in una tecnologia di 22 mesi, dove FeOB => IRB => SRB (ris. 7 e 8). Analogamente, in questo studio è stato osservato un arricchimento di FeOB nelle prime fasi della corrosione, ma i cambiamenti microbiologici osservati negli acciai al carbonio e all'1% e al 2,25% di Cr e nella ghisa nell'arco di 22 mesi sono stati FeOB => IRB => SRB (Fig. 7 e 8).I batteri solfato-riduttori (SRB) possono accumularsi facilmente negli ambienti marini a causa delle elevate concentrazioni di ioni solfato, ma il loro arricchimento negli ambienti di acqua dolce è ritardato dalle basse concentrazioni di ioni solfato. L'arricchimento di SRB nell'acqua di mare è stato frequentemente segnalato10,12,45.
a Carbonio e azoto organici tramite metabolismo energetico dipendente da Fe(II) ossido di ferro (cellule rosse [Dechloromonas sp.] e verdi [Sideroxydans sp.]) e batteri riduttori di Fe(III) (cellule grigie [Geothrix sp. e Geobacter sp.]) in una fase iniziale della corrosione, quindi batteri solfato-riduttori anaerobici (SRP) e microrganismi eterotrofi arricchiscono la fase matura della corrosione consumando la materia organica accumulata. b Cambiamenti nelle comunità microbiche su metalli resistenti alla corrosione. Le cellule viola, blu, gialle e bianche rappresentano rispettivamente batteri delle famiglie Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea e altre.
Per quanto riguarda le modifiche nella comunità microbica e il possibile arricchimento di batteri solfato-riduttori (SRB), i batteri ossidanti del ferro (FeOB) sono cruciali nella fase iniziale della corrosione e i batteri del genere Dechloromonas possono ottenere la loro energia di crescita dall'ossidazione del Fe(II). I microrganismi possono sopravvivere in terreni contenenti oligoelementi, ma non cresceranno esponenzialmente. Tuttavia, la vasca di immersione utilizzata in questo studio è una vasca di troppo pieno, con un afflusso di 20 m³/h, che fornisce continuamente oligoelementi contenenti ioni inorganici. Nelle prime fasi della corrosione, gli ioni ferrosi vengono rilasciati dall'acciaio al carbonio e dalla ghisa e i batteri ossidanti del ferro (come Dechloromonas) li utilizzano come fonte di energia. Tracce di carbonio, fosfato e azoto, necessarie per la crescita cellulare, devono essere presenti nell'acqua di processo sotto forma di sostanze organiche e inorganiche. Pertanto, in questo ambiente di acqua dolce, i batteri ossidanti del ferro si arricchiscono inizialmente sulle superfici metalliche come l'acciaio al carbonio e la ghisa. Successivamente, i batteri inorganici (IRB) possono crescere e utilizzare la materia organica e gli ossidi di ferro rispettivamente come fonti di energia e accettori terminali di elettroni. Nei prodotti di corrosione maturi, a causa del metabolismo di FeOB e IRB, si dovrebbero creare condizioni anaerobiche ricche di azoto. Pertanto, gli SRB possono crescere rapidamente e sostituire FeOB e IRB (Fig. 8a).
Recentemente, Tang et al. hanno segnalato la corrosione dell'acciaio inossidabile da parte di Geobacter ferroreducens in ambienti di acqua dolce a causa del trasferimento diretto di elettroni dal ferro ai microbi46. Considerando l'EMIC, il contributo dei microrganismi con proprietà EET è fondamentale. SRB, FeOB e IRB sono le principali specie microbiche nei prodotti di corrosione in questo studio, che dovrebbero avere caratteristiche EET. Pertanto, questi microrganismi elettrochimicamente attivi possono contribuire alla corrosione attraverso l'EET e la composizione della loro comunità cambia sotto l'influenza di varie specie ioniche man mano che si formano i prodotti di corrosione. Al contrario, la comunità microbica nell'acciaio con il 9% di Cr differiva da quella degli altri acciai (Fig. 8b). Dopo 14 mesi, oltre all'arricchimento con FeOB, si sono arricchiti anche Sideroxydans, SOB47, Beggiatoacea e Thiomonas (Fig. 7i). Questo cambiamento è marcatamente diverso da quello di altri materiali corrosivi, come l'acciaio al carbonio, e può essere influenzato dagli ioni ricchi di cromo disciolti durante la corrosione. In particolare, Thiomonas possiede non solo proprietà di ossidazione dello zolfo, ma anche proprietà di ossidazione del Fe(II), un sistema EET e tolleranza ai metalli pesanti48,49. Possono essere arricchiti grazie all'attività ossidativa del Fe(II) e/o al consumo diretto di elettroni metallici. In uno studio precedente, è stata osservata un'abbondanza relativamente elevata di Beggiatoacea nei biofilm su Cu utilizzando un sistema di monitoraggio discontinuo del biofilm, suggerendo che questi batteri potrebbero essere resistenti a metalli tossici come Cu e Cr. Tuttavia, la fonte di energia necessaria ai Beggiatoacea per crescere in questo ambiente è sconosciuta.
Questo studio riporta i cambiamenti nelle comunità microbiche durante la corrosione in ambienti di acqua dolce. Nello stesso ambiente, le comunità microbiche differivano a seconda del tipo di metallo. Inoltre, i nostri risultati confermano l'importanza dei batteri ossidanti del ferro (FeOB) nelle prime fasi della corrosione, poiché il metabolismo energetico microbico dipendente dal ferro promuove la formazione di un ambiente ricco di nutrienti, favorito da altri microrganismi come i batteri solfato-riduttori (SRB). Al fine di ridurre la corrosione indotta dal ferro (MIC) negli ambienti di acqua dolce, è necessario limitare l'arricchimento di FeOB e batteri solfato-riduttori (IRB).
In questo studio sono stati utilizzati nove metalli, lavorati in blocchi di 50 × 20 × 1–5 mm (spessore per acciaio ASTM 395 e 1%, 2,25% e 9% Cr: 5 mm; spessore per ASTM A283 e ASTM A179: 3 mm). mm; ASTM A109 Temper 4/5 e acciaio inossidabile tipo 304 e 316, spessore: 1 mm), con due fori da 4 mm. Gli acciai al cromo sono stati lucidati con carta vetrata e gli altri metalli con carta vetrata a grana 600 prima dell'immersione. Tutti i campioni sono stati sonicati con etanolo al 99,5%, asciugati e pesati. Dieci campioni di ciascun metallo sono stati utilizzati per il calcolo del tasso di corrosione e l'analisi del microbioma. Ogni campione è stato fissato a scala con barre e distanziatori in PTFE (φ 5 × 30 mm, Figura supplementare 2).
La vasca ha un volume di 1100 metri cubi e una profondità di circa 4 metri. L'afflusso d'acqua era di 20 m³ h⁻¹, il troppo pieno veniva rilasciato e la qualità dell'acqua non subiva fluttuazioni stagionali (Figura supplementare 3). La scala di campionamento viene calata su un cavo d'acciaio di 3 m sospeso al centro della vasca. Due serie di scale sono state rimosse dalla vasca a 1, 3, 6, 14 e 22 mesi. I campioni prelevati da una scala sono stati utilizzati per misurare la perdita di peso e calcolare i tassi di corrosione, mentre i campioni prelevati da un'altra scala sono stati utilizzati per l'analisi del microbioma. L'ossigeno disciolto nella vasca di immersione è stato misurato vicino alla superficie e sul fondo, nonché al centro, utilizzando un sensore di ossigeno disciolto (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
I prodotti di corrosione e i biofilm presenti sui campioni sono stati rimossi raschiando con una spatola di plastica o strofinando con un tampone di cotone, e successivamente i campioni sono stati puliti in etanolo al 99,5% utilizzando un bagno a ultrasuoni. I campioni sono stati quindi immersi nella soluzione di Clark secondo la norma ASTM G1-0351. Tutti i campioni sono stati pesati al termine dell'asciugatura. Calcolare il tasso di corrosione (mm/anno) per ciascun campione utilizzando la seguente formula:
dove K è una costante (8,76 × 104), T è il tempo di esposizione (h), A è l'area superficiale totale (cm2), W è la perdita di massa (g), D è la densità (g cm–3).
Dopo aver pesato i campioni, sono state acquisite immagini 3D di diversi campioni utilizzando un microscopio laser di misurazione 3D (LEXT OLS4000, Olympus, Tokyo, Giappone).