תודה שביקרתם באתר Nature.com. אתם משתמשים בגרסת דפדפן עם תמיכה מוגבלת ב-CSS. לחוויית המשתמש הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בנוסף, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
מציג קרוסלה של שלוש שקופיות בו זמנית. השתמשו בכפתורים הקודם והבא כדי לעבור בין שלוש שקופיות בו זמנית, או השתמשו בכפתורי המחוון בסוף כדי לעבור בין שלוש שקופיות בו זמנית.
בסביבות מים מתוקים, נצפית לעיתים קרובות קורוזיה מואצת של פלדות פחמן ופלדות אל חלד. נערך כאן מחקר צלילה במיכלי מים מתוקים בן 22 חודשים תוך שימוש בתשע סוגי פלדה. קורוזיה מואצת נצפתה בפלדות פחמן וכרום ובברזל יצוק, בעוד שבפלדת אל חלד לא נצפתה קורוזיה נראית לעין גם לאחר 22 חודשים. ניתוח של קהילת המיקרוביאלים הראה שבמהלך קורוזיה כללית, חיידקים מחמצני Fe(II) הועשרו בשלב המוקדם של הקורוזיה, חיידקים מפחיתי Fe(III) בשלב התפתחות הקורוזיה, וחיידקים מפחיתי סולפט, בשלב הקורוזיה הסופי. לעומת זאת, חיידקי Beggiatocaea היו רבים במיוחד בפלדה עם 9% Cr שעברה קורוזיה מקומית. הרכבים אלה של קהילות מיקרוביאליות היו שונים גם מאלה בדגימות מים ומשקעי קרקעית. לפיכך, ככל שהקורוזיה מתקדמת, קהילת המיקרוביאלים עוברת שינויים דרמטיים, ומטבוליזם אנרגטי מיקרוביאלי תלוי ברזל יוצר סביבה שיכולה להעשיר מיקרואורגניזמים אחרים.
מתכות עלולות להתבלות ולחלוד עקב גורמים סביבתיים פיזיקליים וכימיים שונים כגון pH, טמפרטורה וריכוז יונים. תנאים חומציים, טמפרטורות גבוהות וריכוזי כלוריד משפיעים במיוחד על קורוזיה של מתכות1,2,3. מיקרואורגניזמים בסביבות טבעיות ובנויות משפיעים לעיתים קרובות על הבלאי והקורוזיה של מתכות, התנהגות המתבטאת בקורוזיה מיקרוביאלית (MIC)4,5,6,7,8. MIC נמצא לעיתים קרובות בסביבות כמו צינורות פנימיים ומיכלי אחסון, בסדקים מתכתיים ובקרקע, שם הוא מופיע פתאום ומתפתח במהירות. לכן, ניטור וגילוי מוקדם של MICs קשים מאוד, ולכן ניתוח MIC מתבצע בדרך כלל לאחר קורוזיה. דווחו מחקרי מקרה רבים של MIC בהם חיידקים מפחיתי סולפט (SRB) נמצאו לעתים קרובות בתוצרי קורוזיה9,10,11,12,13. עם זאת, עדיין לא ברור האם SRBs תורמים לתחילת הקורוזיה, מכיוון שגילוים מבוסס על ניתוח לאחר קורוזיה.
לאחרונה, בנוסף לחיידקים מחמצני יוד21, דווח על מגוון מיקרואורגניזמים מפרקי ברזל, כגון SRB14 מפרק ברזל, מתנוגנים15,16,17, חיידקים מפחיתי ניטרט18, חיידקים מחמצני ברזל19 ואצטוגנים20. בתנאי מעבדה אנאירוביים או מיקרו-אירוביים, רובם מאכלים ברזל אפס-ערכי ופלדת פחמן. בנוסף, מנגנוני הקורוזיה שלהם מצביעים על כך שמתנוגנים ו-SRBs מאכלים ברזל מקדמים קורוזיה על ידי קצירת אלקטרונים מברזל אפס-ערכי באמצעות הידרוגנאזות חוץ-תאיות וציטוכרומים רב-המיים, בהתאמה22,23. מיקרואורגניזמים מתחלקים לשני סוגים: (i) מיקרואורגניזמים כימיים (CMIC), שהיא קורוזיה עקיפה על ידי מינים המיוצרים מיקרוביאלית, ו-(ii) מיקרואורגניזמים חשמליים (EMIC), שהיא קורוזיה ישירה על ידי דלדול אלקטרונים של המתכת24. מיקרואורגניזמים המונעים על ידי העברת אלקטרונים חוץ-תאית (EET) מעניינים מאוד מכיוון שמיקרואורגניזמים בעלי תכונות EET גורמים לקורוזיה מהירה יותר מאשר מיקרואורגניזמים שאינם EET. בעוד שתגובת הקורוזיה המיקרוביאלית (CMIC) בתנאים אנאירוביים היא ייצור H2 באמצעות הפחתת פרוטונים (H+), EMIC מתרחש באמצעות מטבוליזם של EET, שאינו תלוי בייצור H2. מנגנון ה-EET במיקרואורגניזמים שונים קשור לביצועי הדלק התאי המיקרוביאלי והאלקטרוביוסינתזה 25,26,27,28,29. מכיוון שתנאי הגידול עבור מיקרואורגניזמים קורוזיביים אלה שונים מאלה בסביבה הטבעית, לא ברור האם תהליכי הקורוזיה המיקרוביאלית שנצפו משקפים קורוזיה בפועל. לכן, קשה לצפות במנגנון ה-MIC המושרה על ידי מיקרואורגניזמים קורוזיביים אלה בסביבה הטבעית.
פיתוח טכנולוגיית ריצוף DNA הקל על חקר פרטי קהילות מיקרוביאליות בסביבות טבעיות ומלאכותיות, לדוגמה, פרופילציה מיקרוביאלית המבוססת על רצף גנים 16S rRNA באמצעות מרצפות דור חדש שימשה בתחום האקולוגיה המיקרוביאלית30,31,32. פורסמו מחקרי MIC רבים שפרטו קהילות מיקרוביאליות בסביבות קרקע וימיות13,33,34,35,36. בנוסף ל-SRB, דווח גם על העשרה בחיידקים מחמצנים Fe(II) (FeOB) וחיידקים ניטריפיציריים בדגימות קורוזיה, למשל FeOB, כגון Gallionella spp. ו-Dechloromonas spp., וחיידקים ניטריפיציריים, כגון Nitrospira, spp., בפלדות נושאות פחמן ונחושת במדיה של קרקע33. באופן דומה, בסביבה הימית, נצפתה התיישבות מהירה של חיידקים מחמצני ברזל השייכים לסוגים Zetaproteobacteria ו-Betaproteobacteria במשך מספר שבועות על פלדת פחמן36. נתונים אלה מצביעים על תרומתם של מיקרואורגניזמים אלה לקורוזיה. עם זאת, במחקרים רבים, משך הזמן וקבוצות הניסוי מוגבלים, ומעט ידוע על הדינמיקה של קהילות מיקרוביאליות במהלך קורוזיה.
כאן, אנו חוקרים את ערכי הקורוזיה המיקרוביאליים (MICs) של פלדת פחמן, פלדת כרום, פלדת אל-חלד וברזל יצוק באמצעות מחקרי טבילה בסביבה אירובית של מים מתוקים עם היסטוריה של אירועי MIC. דגימות נלקחו לאחר 1, 3, 6, 14 ו-22 חודשים ונחקר קצב הקורוזיה של כל מתכת ורכיב מיקרוביאלי. תוצאותינו מספקות תובנות לגבי הדינמיקה ארוכת הטווח של קהילות מיקרוביאליות במהלך קורוזיה.
כפי שמוצג בטבלה 1, במחקר זה נעשה שימוש בתשע מתכות. עשר דגימות מכל חומר הוטבלו בבריכה של מים מתוקים. איכות מי התהליך היא כדלקמן: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, עכירות 1 ppm ו-pH 7.4. ריכוז החמצן המומס (DO) בתחתית סולם הדגימה היה כ-8.2 ppm וטמפרטורת המים נעה בין 9 ל-23 מעלות צלזיוס בהתאם לעונה.
כפי שמוצג באיור 1, לאחר חודש של טבילה בסביבות ברזל יצוק ASTM A283, ASTM A109 תנאי #4/5, ASTM A179 ו-ASTM A395, נצפו תוצרי קורוזיה חומים על פני פלדת הפחמן בצורה של קורוזיה כללית. ירידה במשקל של דגימות אלו גדלה עם הזמן (טבלה משלימה 1) וקצב הקורוזיה היה 0.13-0.16 מ"מ לשנה (איור 2). באופן דומה, קורוזיה כללית נצפתה בפלדות עם תכולת Cr נמוכה (1% ו-2.25%) עם קצב קורוזיה של כ-0.13 מ"מ/שנה (איורים 1 ו-2). לעומת זאת, פלדה עם 9% Cr מציגה קורוזיה מקומית המתרחשת בפערים שנוצרים על ידי אטמים. קצב הקורוזיה של דגימה זו הוא כ-0.02 מ"מ/שנה, שהוא נמוך משמעותית מזה של פלדה עם קורוזיה כללית. לעומת זאת, פלדות אל-חלד מסוג 304 ו-316 אינן מציגות קורוזיה נראית לעין, עם שיעורי קורוזיה משוערים של <0.001 מ"מ y⁻¹. לעומת זאת, פלדות אל-חלד מסוג 304 ו-316 אינן מציגות קורוזיה נראית לעין, עם קצב תאוצה משוער של <0.001 מ"מ y⁻¹. Напротив, нержавеющие стали типов 304 ו 316 не проявляют видимой коррозии, при эстом расчетная коррозии <0,001 מ"מ/גוד. לעומת זאת, פלדות אל-חלד מסוג 304 ו-316 אינן מראות קורוזיה נראית לעין, עם קצב קורוזיה משוער של <0.001 מ"מ/שנה.相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速玀<0.001 מ"מ相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速玀<0.001 מ"מ Напротив, нержавеющие стали типа 304 ו-316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростью корростью 0,00м. לעומת זאת, פלדות אל-חלד מסוג 304 ו-316 לא הראו קורוזיה נראית לעין עם קצב קורוזיה תכנוני של <0.001 מ"מ/שנה.
מוצגות תמונות מקרוסקופיות של כל דגימה (גובה 50 מ"מ × רוחב 20 מ"מ) לפני ואחרי הסרת אבנית. מטר אחד, חודש אחד; 3 מטרים, 3 חודשים; 6 מטרים, 6 חודשים; 14 מטרים, 14 חודשים; 22 מטרים, 22 חודשים; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, תנאי 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, פלדה 1% Cr; פלדה 3C, פלדה 2.25% Cr; פלדה 9C, פלדה 9% Cr; S6, פלדת אל-חלד 316; S8, פלדת אל-חלד מסוג 304.
קצב הקורוזיה חושב באמצעות אובדן משקל וזמן טבילה. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, מוקשה 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, פלדה 1% Cr, 3 C, פלדה 2.25% Cr, 9 C, פלדה 9% Cr, S6, פלדת אל-חלד מסוג 316; S8, פלדת אל-חלד מסוג 304.
איור 1 מראה גם שתוצרי קורוזיה של פלדת פחמן, פלדת כרום דלת פחמן וברזל יצוק מתפתחים עוד יותר לאחר טבילה במשך 3 חודשים. קצב הקורוזיה הכולל ירד בהדרגה ל-0.07 ~ 0.08 מ"מ/שנה לאחר 22 חודשים (איור 2). בנוסף, קצב הקורוזיה של פלדת כרום 2.25% היה נמוך במקצת מדגימות אחרות שעברו קורוזיה, דבר המצביע על כך ש-Cr יכול לעכב קורוזיה. בנוסף לקורוזיה כללית, על פי ASTM A179, נצפתה קורוזיה מקומית לאחר 22 חודשים עם עומק קורוזיה של כ-700 מיקרומטר (איור 3). קצב הקורוזיה המקומי, המחושב באמצעות עומק הקורוזיה וזמן הטבילה, הוא 0.38 מ"מ/שנה, שהוא מהיר פי 5 מקורוזיה כללית. ניתן לזלזל בקצב הקורוזיה של סגסוגת ASTM A395 מכיוון שתוצרי קורוזיה אינם מסירים לחלוטין אבנית לאחר 14 או 22 חודשי טבילה במים. עם זאת, ההבדל אמור להיות מינימלי. בנוסף, נצפו בורות קטנים רבים בפלדת כרום דלת הקורוזיה.
תמונה מלאה (סרגל קנה מידה: 10 מ"מ) וקורוזיה מקומית (סרגל קנה מידה: 500 מיקרומטר) של ASTM A179 ופלדת 9% Cr בעומק מרבי באמצעות מיקרוסקופ לייזר תלת-ממדי. העיגולים האדומים בתמונה המלאה מציינים את הקורוזיה המקומית שנמדדה. מבט מלא של פלדת 9% Cr מהצד השני מוצג באיור 1.
כפי שמוצג באיור 2, עבור פלדה עם 9% Cr, לא נצפתה קורוזיה תוך 3-14 חודשים, וקצב הקורוזיה היה כמעט אפס. עם זאת, קורוזיה מקומית נצפתה לאחר 22 חודשים (איור 3) עם קצב קורוזיה של 0.04 מ"מ/שנה המחושב באמצעות אובדן משקל. עומק הקורוזיה המקומי המרבי הוא 1260 מיקרון וקצב הקורוזיה המקומי המוערך באמצעות עומק הקורוזיה וזמן הטבילה (22 חודשים) הוא 0.68 מ"מ/שנה. מכיוון שהנקודה המדויקת שבה מתחילה הקורוזיה אינה ידועה, קצב הקורוזיה עשוי להיות גבוה יותר.
לעומת זאת, לא נצפתה קורוזיה נראית לעין על פלדת אל-חלד גם לאחר 22 חודשי טבילה. למרות שנצפו מספר חלקיקים חומים על פני השטח לפני הסרת האבנית (איור 1), הם היו מחוברים בצורה חלשה ולא היו תוצרי קורוזיה. מכיוון שהמתכת מופיעה שוב על פני השטח של פלדת אל-חלד לאחר הסרת האבנית, קצב הקורוזיה הוא כמעט אפס.
ריצוף אמפליקונים בוצע כדי להבין את ההבדלים והדינמיקה של קהילות מיקרוביאליות לאורך זמן בתוצרי קורוזיה ובביופילמים על משטחי מתכת, במים ובמשקעים. סך של 4,160,012 קריאות התקבלו, בטווח של 31,328 עד 124,183 קריאות.
מדדי שאנון של דגימות מים שנלקחו מנקודות צריכת מים ובריכות נעו בין 5.47 ל-7.45 (איור 4א'). מאחר ומי נהר משוקמים משמשים כמים תעשייתיים, הקהילה המיקרוביאלית יכולה להשתנות עונתית. לעומת זאת, מדד שאנון של דגימות משקעים תחתית היה כ-9, גבוה משמעותית מזה של דגימות מים. באופן דומה, לדגימות מים היו מדדי Chao1 מחושבים ויחידות טקסונומיות תפעוליות (OTU) נצפות נמוכים יותר מאשר לדגימות משקעים (איור 4ב', ג'). הבדלים אלה הם מובהקים סטטיסטית (מבחן טוקי-קרמר; ערכי p < 0.01, איור 4d), דבר המצביע על כך שקהילות המיקרוביאליות בדגימות המשקע מורכבות יותר מאלה בדגימות המים. הבדלים אלה הם בעלי מובהקות סטטיסטית (מבחן טוקי-קרמר; ערכי p < 0.01, איור 4ד), דבר המצביע על כך שקהילות המיקרוביאליות בדגימות הסדימנט מורכבות יותר מאלה בדגימות המים. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает на то, сообщества в образцах донных отложений более сложны, чем в образцах воды. הבדלים אלה הם בעלי מובהקות סטטיסטית (מבחן טוקי-קרמר; ערכי p <0.01, איור 4d), דבר המצביע על כך שקהילות המיקרוביאליות בדגימות משקעים מורכבות יותר מאשר בדגימות מים.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曂复这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ； p 值 <0.01 ， 图 4d） 表明 沉䧯物样沉䧯物样中 中 的 群落更。。。。。。。。。 Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), что позличение, что позличия מיקרוסופט שיתוף פעולה במדינה יש הרבה קבוצות, צבאות בציבור. הבדלים אלה היו מובהקים סטטיסטית (מבחן טוקי-קרמר; ערך p <0.01, איור 4d), דבר המצביע על כך שקהילות מיקרוביאליות בדגימות משקעים היו מורכבות יותר מאשר בדגימות מים.מאחר שהמים באגן הגלישה מתחדשים כל הזמן ומשקעים שוקעים לתחתית האגן ללא הפרעה מכנית, הבדל זה במגוון המיקרוביאלי אמור לשקף את המערכת האקולוגית באגן.
א. מדד שאנון, ב. יחידה טקסונומית תפעולית נצפית (OTU), ו-ג. מדד קליטה של ​​Chao1 (n=6) ואגן (n=5) מים, משקעים (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), פלדות Cr 1% (1 C: n=5), 2.25% (3 C: n = 5) ו-9% (9 C: n = 5), כמו גם פלדות אל חלד מסוג 316 (S6: n = 5) ו--304 (S8: n = 5) מוצגות כטבלאות קופסה וזיפים. ד. ערכי p עבור מדדי שאנון ו-Chao1 שהתקבלו באמצעות מבחני השוואה מרובים של ANOVA ו-Tukey-Kramer. הרקעים האדומים מייצגים זוגות עם ערכי p < 0.05. הרקעים האדומים מייצגים זוגות עם ערכי p < 0.05. Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. רקעים אדומים מייצגים זוגות עם ערכי 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。 Красные фоны представляют пары с p-значениями <0,05. רקעים אדומים מייצגים זוגות עם ערכי p <0.05.הקו באמצע התיבה, החלק העליון והתחתון של התיבה והשפם מייצגים את החציון, האחוזונים ה-25 וה-75, ואת הערכים המינימליים והמקסימליים, בהתאמה.
מדדי שאנון עבור פלדת פחמן, פלדה דלת כרום וברזל יצוק היו דומים לאלה של דגימות מים (איור 4א). לעומת זאת, מדדי שאנון של דגימות פלדת האל-חלד גבוהים משמעותית מאלה של הפלדות שעברו קורוזיה (ערכי p < 0.05, איור 4d) ודומים לאלה של הסדימנטים. לעומת זאת, מדדי שאנון של דגימות פלדת האל-חלד גבוהים משמעותית מאלה של הפלדות שעברו קורוזיה (ערכי p < 0.05, איור 4ד) ודומים לאלה של הסדימנטים. Напротив, индек шеннона оразцדיר рис. 4ד), и аналогичны индексам отложений. לעומת זאת, מדדי שאנון של דגימות פלדת אל-חלד גבוהים משמעותית מאלה של פלדות שעברו קורוזיה (ערכי p < 0.05, איור 4d) ודומים למדדי משקעים.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 у корродированнина < 0,5 p. 4d), как и у отложений. לעומת זאת, מדד שאנון של דגימות הנירוסטה היה גבוה משמעותית מזה של הפלדה שעברה קורוזיה (ערך p < 0.05, איור 4d), וכך גם המשקע.לעומת זאת, מדד שאנון עבור פלדות עם 9% Cr נע בין 6.95 ל-9.65. ערכים אלה היו גבוהים בהרבה בדגימות שלא עברו קורוזיה לאחר חודש ו-3 חודשים מאשר בדגימות שעברו קורוזיה לאחר 6, 14 ו-22 חודשים (איור 4א). יתר על כן, מדדי Chao1 וערכי ה-OTU שנצפו של פלדות Cr 9% גבוהים מאלה של הדגימות הקורוזיות והדגימות המים ונמוכים מאלה של הדגימות הלא-קורוזיות והדגימות המשקע (איור 4b, c), וההבדלים מובהקים סטטיסטית (ערכי p < 0.01, איור 4d). יתר על כן, מדדי Chao1 וערכי ה-OTU שנצפו של פלדות 9% Cr גבוהים מאלה של הדגימות הקורוזיות והדגימות המים ונמוכים מאלה של הדגימות הלא-קורוזיות והדגימות המשקעיות (איור 4b, c), וההבדלים מובהקים סטטיסטית (ערכי p < 0.01, איור 4d).בנוסף, ה-Chao1 וה-OTU שנצפו של פלדות עם 9% Cr גבוהים מאלה של דגימות חלודה ומימיות ונמוכים מאלה של דגימות לא חלודה ומשקעיות (איור 4b, c), וההבדלים מובהקים סטטיסטית.(p-значения <0,01, рис. 4d). (ערכי p <0.01, איור 4d).此外，9% Cr 钢的Chao1 指数和观察到的OTU高于腐蚀样品和水样，低于未腐蚀样品和沉积物样品（图4b，c），差异具有统计学意义（p值< 0.01，图4d）.此外 ， 9% CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 水样 ， 低亁 堒沉积物 （图 图 4b ， c） 差异 统计学 意义 （p 值 <0.01 图 图 图 图 图， 图 图，後， ， ， ， ， 4d）. Кроме того, индекс Chao1 ו- наблюдаемые OTU стали с содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных и воц ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значически значими, <0,-0. 4г). בנוסף, מדד Chao1 ו-OTU שנצפו של פלדת 9% Cr היו גבוהים יותר מאלה של דגימות חלודה ומימיות ונמוכים יותר מאלה של דגימות לא חלודה ומשקעיות (איור 4b,c), וההבדל היה מובהק סטטיסטית (ערך p < 0.01, איור 4d).תוצאות אלו מצביעות על כך שהמגוון המיקרוביאלי בתוצרי קורוזיה נמוך יותר מאשר בביופילם על מתכות לא קורוזיביות.
איור 5א' מציג גרף של ניתוח קואורדינטות ראשיות (PCoA) המבוסס על מרחק לא משוקלל של UniFrac עבור כל הדגימות, כאשר נצפו שלושה אשכולות עיקריים. קהילות מיקרוביאליות בדגימות המים היו שונות באופן משמעותי מקהילות אחרות. קהילות המיקרוביאליות בסדימנטים כללו גם קהילות פלדת אל-חלד, בעוד שהן היו נפוצות בדגימות הקורוזיה. לעומת זאת, מפת הפלדה עם 9% Cr מחולקת לאשכולות לא-קורודים ואשכולות קורודים. כתוצאה מכך, קהילות מיקרוביאליות על משטחי מתכת ותוצרי קורוזיה שונות באופן משמעותי מאלה שבמים.
גרף ניתוח קואורדינטות עיקריות (PCoA) המבוסס על מרחקי UniFrac לא משוקללים בכל הדגימות (א), מים (ב) ומתכות (ג). עיגולים מסמנים כל צביר. המסלולים מיוצגים על ידי קווים המחברים את תקופות הדגימה בסדרה. מטר אחד, חודש אחד; 3 מטרים, 3 חודשים; 6 מטרים, 6 חודשים; 14 מטרים, 14 חודשים; 22 מטרים, 22 חודשים; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, תנאי 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, פלדה 1% Cr; פלדה 3C, פלדה 2.25% Cr; פלדה 9C, פלדה 9% Cr; S6, פלדת אל-חלד 316; S8, פלדת אל-חלד מסוג 304.
כאשר מסודרים בסדר כרונולוגי, עלילות PCoA של דגימות המים היו בסידור מעגלי (איור 5b). מעבר מחזורי זה עשוי לשקף שינויים עונתיים.
בנוסף, נצפו רק שני צבירים (מחולקים ולא מחולקים) בעלילות PCoA של דגימות מתכת, שם (למעט פלדת כרום 9%) נצפתה גם תזוזה של הקהילה המיקרוביאלית מחודש ל-22 חודשים (איור 5c). בנוסף, מכיוון שהמעברים בדגימות המחולקות היו גדולים יותר מאשר בדגימות לא מחולקות, נמצא מתאם בין שינויים בקהילות המיקרוביאליות להתקדמות הקורוזיה. בדגימות פלדה עם 9% כרום, נחשפו שני סוגים של קהילות מיקרוביאליות: נקודות לאחר חודש ו-6 חודשים, הממוקמות ליד פלדת אל-חלד, ואחרות (3, 14 ו-22 חודשים), הממוקמות בנקודות קרובות לפלדה מחולקת. קופונים לאחר חודש וקופונים ששימשו לחילוץ DNA לאחר 6 חודשים לא עברו קורוזיה, בעוד שקופונים לאחר 3, 14 ו-22 חודשים עברו קורוזיה (איור משלים 1). לכן, קהילות המיקרוביאליות בדגימות המחולקות היו שונות מאלה שבדגימות מים, משקעים ולא מחולקות והשתנו ככל שהקורוזיה התקדמה.
הסוגים העיקריים של קהילות מיקרוביאליות שנצפו בדגימות מים היו פרוטאובקטריה (30.1–73.5%), בקטרואידטים (6.3–48.6%), פלנקטומיטוטה (0.4–19.6%) ואקטינובקטריה (0–17.7%), שכיחותם היחסית השתנתה מדגימה לדגימה (איור 6), לדוגמה, שכיחותם היחסית של בקטרואידטים במי בריכה הייתה גבוהה יותר מאשר במים מופקים. הבדל זה יכול להיות מושפע מזמן השהייה של המים במיכל הגלישה. סוגים אלה נצפו גם בדגימות משקעים תחתית, אך שכיחותם היחסית הייתה שונה באופן משמעותי מזו שבדגימות מים. בנוסף, התכולה היחסית של אסידובקטריוטה (8.7–13.0%), כלורופלקסי (8.1–10.2%), ניטרוספירוטה (4.2–4.4%) ודסולפובקטרוטה (1.5–4.4%) הייתה גבוהה יותר מאשר בדגימות מים. מכיוון שכמעט כל מיני הדסולפובקטרוטה הם SRB37, הסביבה במשקע חייבת להיות אנאירובית. למרות ש-Desulfobacterota אולי משפיעים על קורוזיה, הסיכון אמור להיות נמוך ביותר מכיוון ששכיחותם היחסית במי הבריכה היא <0.04%. למרות ש-Desulfobacterota אולי משפיעים על קורוזיה, הסיכון אמור להיות נמוך ביותר מכיוון ששכיחותם היחסית במי הבריכה היא <0.04%. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку ихотносанку воде бассейна составляет <0.04%. למרות של-Desulfobacterota עשויה להיות השפעה על קורוזיה, הסיכון אמור להיות נמוך ביותר מכיוון ששכיחותם היחסית במי בריכה היא <0.04%.尽管脱硫杆菌门可能影响腐蚀，但风险应该极低，因为它们在池它们在池水中嚄縰. <0.04% Хотя тип Desulfobacillus может влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительноветноситель בסיס עלות <0.04%. למרות שסוג ה-Desulfobacillus יכול להשפיע על קורוזיה, הסיכון אמור להיות נמוך ביותר מכיוון שכמותם היחסית במי בריכה היא <0.04%.
RW ו-Air מייצגים דגימות מים מצריכת המים ומהאגן, בהתאמה. משקעים-C, -E, -W הן דגימות משקעים שנלקחו ממרכז תחתית האגן, וכן מהצדדים המזרחי והמערבי. מטר אחד, חודש אחד; 3 מטרים, 3 חודשים; 6 מטרים, 6 חודשים; 14 מטרים, 14 חודשים; 22 מטרים, 22 חודשים; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, תנאי 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, פלדה 1% Cr; פלדה 3C, פלדה 2.25% Cr; פלדה 9C, פלדה 9% Cr; S6, פלדת אל-חלד 316; S8, פלדת אל-חלד מסוג 304.
ברמת הסוג, נצפה שיעור מעט גבוה יותר (6–19%) של חיידקים לא מסווגים השייכים למשפחת ה-Trichomonadaceae, כמו גם Neosphingosine, Pseudomonas ו-Flavobacterium, בכל עונות השנה. כמרכיבים עיקריים משניים, חלקם משתנה (איור 1). 7א' ו-7ב'). ביובלים, השפע היחסי של Flavobacterium, Pseudovibrio ו-Rhodoferrobacter היה גבוה יותר רק בחורף. באופן דומה, נצפתה תכולה גבוהה יותר של Pseudovibrio ו-Flavobacterium במי החורף של האגן. לפיכך, קהילות מיקרוביאליות בדגימות המים השתנו בהתאם לעונה, אך לא עברו שינויים דרסטיים במהלך תקופת המחקר.
א. מי צריכת מים, ב. מי בריכת שחייה, ג. ASTM A283, ד. ASTM A109 טמפרטורה #4/5, ה. ASTM A179, ו. ASTM A395, ז. 1% Cr, ח. 2.25% Cr, ו- i. פלדת Cr 9%, י. סוג 316 ופלדת אל-חלד K-304.
פרוטאובקטריה היו המרכיבים העיקריים בכל הדגימות, אך שכיחותן היחסית בדגימות שעברו קורוזיה ירדה ככל שהקורוזיה התקדמה (איור 6). בדגימות ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 ו-1% ו-2.25% Cr, השפע היחסי של פרוטאובקטריה ירד מ-89.1%, 85.9%, 89.6%, 79.5%, 84.8%, 83.8% הם 43.3%, 52.2%, 50.0%, 41.9%, 33.8% ו-31.3% בהתאמה. לעומת זאת, השפע היחסי של Desulfobacterota עולה בהדרגה מ- <0.1% ל- 12.5-45.9% עם התקדמות הקורוזיה. לעומת זאת, השפע היחסי של Desulfobacterota עולה בהדרגה מ- <0.1% ל- 12.5-45.9% עם התקדמות הקורוזיה. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0.1% עד 12.5-45.9% בפרוטוקול. לעומת זאת, השפע היחסי של Desulfobacterota עולה בהדרגה מ <0.1% ל- 12.5-45.9% ככל שהקורוזיה מתקדמת.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 עם <0.1% עד 12.5-45.9% בממוצע. לעומת זאת, השפע היחסי של Desulfobacillus גדל בהדרגה מ <0.1% ל- 12.5-45.9% ככל שהקורוזיה התקדמה.לפיכך, ככל שהקורוזיה התקדמה, פרוטאובקטרירה הוחלפה על ידי דסולפובקטרוטה.
לעומת זאת, ביופילמים על נירוסטה לא שעברה קורוזיה הכילו את אותם פרופורציות של חיידקים שונים. פרוטאובקטריה (29.4–34.1%), פלנקטומיטוטה (11.7–18.8%), ניטרוספירוטה (2.9–20.9%), אסידו-בקטריוטה (8.6–18.8%), בקטרואידוטה (3.1–9.2%) וכלורופלקסי (2.1–8.8%). נמצא כי שיעור הניטרוספירוטה בדגימות הנירוסטה גדל בהדרגה (איור 6). יחסים אלה דומים לאלה בדגימות משקעים, דבר התואם את גרף PCoA המוצג באיור 5a.
בדגימות פלדה המכילות 9% Cr, נצפו שני סוגים של קהילות מיקרוביאליות: קהילות מיקרוביאליות בנות חודש אחד ו-6 חודשים היו דומות לאלו בדגימות משקעים תחתית, בעוד ששיעור הפרוטאובקטריה בדגימות הקורוזיה 3, 14 ו-22 גדל משמעותית. חודשים בנוסף, שתי קהילות מיקרוביאליות אלו בדגימות הפלדה 9% Cr תאמו לאשכולות מפוצלים בעלילת PCoA המוצגת באיור 5c.
ברמת הסוג, נצפו >2000 OTUs המכילים חיידקים וארכאונים שלא הוקצו. ברמת הסוג, נצפו >2000 OTUs המכילים חיידקים וארכאונים שלא הוקצו.ברמת הסוג, נצפו מעל 2000 OTUs המכילים חיידקים וארכאונים לא מזוהים.ברמת הסוג, נצפו מעל 2000 יחידות OTU המכילות חיידקים וארכאונים שלא פורטו. ביניהם, התמקדנו ב-10 יחידות OTU עם אוכלוסייה גבוהה בכל דגימה. זה מכסה 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% ו-21.8-45.1% ב-ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, פלדות Cr 1%, 2.25% ו-9% ופלדות אל חלד מסוג 316 ו-304.
תכולה גבוהה יחסית של מונוליטים ד-כלוריים בעלי תכונות חמצון של Fe(II) נצפתה בדגימות קורוזיה כגון ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 ופלדות עם 1% ו-2.25% Cr בשלב מוקדם של קורוזיה (חודש ו-3 חודשים, איור 7c-h). שיעור הדכלורומונס ירד עם הזמן, מה שתאם לירידה בפרוטאובקטריה (איור 6). יתר על כן, שיעורי הדכלורומונס בביופילם על הדגימות שאינן עברו קורוזיה הם <1%. יתר על כן, שיעורי הדכלורומונס בביופילם על הדגימות שאינן עברו קורוזיה הם <1%. Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках некорродированных образцах составляет <1%. בנוסף, שיעור הדכלורומונס בביופילם על דגימות לא קורוזיביות הוא <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%. בנוסף, שיעור הדכלורומונס בביופילם של דגימות לא קורוזיביות היה <1%.לכן, בין תוצרי הקורוזיה, דכלורומונס מועשר משמעותית בשלב מוקדם של הקורוזיה.
לעומת זאת, בפלדות ASTM A179, ASTM A109 מחוסמות #4/5, ASTM A179, ASTM A395 ופלדות עם 1% ו-2.25% Cr, שיעור מיני SRB Desulfovibrio עלה לבסוף לאחר 14 ו-22 חודשים (איור 7c-h). ה-Desulfovibrio היה נמוך מאוד או לא זוהה בשלבים המוקדמים של הקורוזיה, בדגימות מים (איור 7a, b) ובביופילמים שלא עברו קורוזיה (איור 7j, j). ממצא זה מצביע מאוד על כך ש-Desulfovibrio מעדיף את הסביבה של תוצרי הקורוזיה שנוצרו, למרות שהם אינם משפיעים על הקורוזיה בשלבים המוקדמים של הקורוזיה.
חיידקים מפחיתי Fe(III) (RRB), כגון Geobacter ו-Geothrix, נמצאו בתוצרי קורוזיה בשלבים האמצעיים של הקורוזיה (6 ו-14 חודשים), אך שיעור שלבי הקורוזיה המאוחרים (22 חודשים) גבוה יותר אצלם, יחסית נמוך (איור 7c, eh). הסוג Sideroxydans בעל תכונות חמצון Fe(II) הראה התנהגות דומה (איור 7f), כך ששיעור FeOB, IRB ו-SRB היה גבוה יותר רק בדגימות הקורוזיות. ממצא זה מצביע מאוד על כך ששינויים בקהילות מיקרוביאליות אלו קשורים להתקדמות הקורוזיה.
בפלדה עם 9% Cr שעברה קורוזיה לאחר 3, 14 ו-22 חודשים, נצפה שיעור גבוה יותר של בני משפחת Beggiatoacea (8.5–19.6%), שיכולים להפגין תכונות חמצון גופרית, ונצפו סידרוקסידנים (8.4–13.7%) (איור 1). 7i) בנוסף, Thiomonas, חיידק מחמצן גופרית (SOB), נמצא במספרים גבוהים יותר (3.4% ו-8.8%) לאחר 3 ו-14 חודשים. לעומת זאת, חיידקי הפחתת ניטרט ניטרט Nitrospira (12.9%) נצפו בדגימות בנות 6 חודשים שלא עברו קורוזיה. שיעור מוגבר של Nitrospira נצפה גם בביופילמים על נירוסטה לאחר טבילה (איור 7j,k). לפיכך, קהילות המיקרוביאלים של פלדות 9% Cr בנות חודש ו-6 חודשים שלא עברו קורוזיה היו דומות לאלו בביופילמים של נירוסטה. בנוסף, קהילות המיקרוביאליות של פלדת Cr 9% שעברו קורוזיה לאחר 3, 14 ו-22 חודשים היו שונות מתוצרי הקורוזיה של פלדות פחמן ודלות כרום וברזל יצוק.
התפתחות קורוזיה איטית יותר בדרך כלל במים מתוקים מאשר במי ים מכיוון שריכוז יוני הכלוריד משפיע על קורוזיה של המתכת. עם זאת, חלק מפלדות האל-חלד עלולות להחליד בסביבות מים מתוקים38,39. בנוסף, בתחילה נחשד כי חומר חלוד נצפה בעבר בבריכת המים המתוקים ששימשה במחקר זה. במחקרי טבילה ארוכי טווח נצפו צורות שונות של קורוזיה, שלושה סוגים של קהילות מיקרוביאליות ושינוי בקהילות המיקרוביאליות בתוצרי קורוזיה.
מצע המים המתוקים בו נעשה שימוש במחקר זה הוא מיכל סגור למים טכניים הנלקחים מנהר בעל הרכב כימי יציב יחסית ושינוי עונתי בטמפרטורת המים הנע בין 9 ל-23 מעלות צלזיוס. לכן, תנודות עונתיות בקהילות המיקרוביאליות בדגימות מים עשויות להיות קשורות לשינויים בטמפרטורה. בנוסף, קהילת המיקרוביאליות במי הבריכה הייתה שונה במקצת מזו שבמי הכניסה (איור 5ב'). המים בבריכה מתחלפים כל הזמן עקב הצפה. כתוצאה מכך, DO נותר על ~8.2 ppm גם בעומקים ביניים בין פני האגן לתחתית. להיפך, סביבת המשקע צריכה להיות אנאירובית, מכיוון שהוא שוקע ונשאר בתחתית המאגר, וגם הפלורה המיקרוביאלית בו (כגון CRP) צריכה להיות שונה מהפלורה המיקרוביאלית במים (איור 6). מכיוון שהקופונים בבריכה היו רחוקים יותר מהמשקעים, הם נחשפו רק למים מתוקים במהלך מחקרי טבילה בתנאים אירוביים.
קורוזיה כללית מתרחשת בפלדת פחמן, פלדה דלת כרום וברזל יצוק בסביבות מים מתוקים (איור 1) מכיוון שחומרים אלה אינם עמידים בפני קורוזיה. עם זאת, קצב הקורוזיה (0.13 מ"מ לשנה) בתנאי מים מתוקים אביוטיים היה גבוה יותר מאשר במחקרים קודמים40 (0.04 מ"מ לשנה) והיה דומה לקצב הקורוזיה (0.02-0.76 מ"מ לשנה) בנוכחות מיקרואורגניזמים1) בדומה לתנאי מים מתוקים40,41,42. קצב קורוזיה מואץ זה מאפיין את MIC.
בנוסף, לאחר 22 חודשי טבילה, נצפתה קורוזיה מקומית במספר מתכות מתחת לתוצרי הקורוזיה (איור 3). בפרט, קצב הקורוזיה המקומי שנצפה בתקן ASTM A179 מהיר פי חמישה מקורוזיה כללית. צורה יוצאת דופן זו של קורוזיה וקצב קורוזיה מואץ נצפו גם בקורוזיה המתרחשת באותו אובייקט. לפיכך, הטבילה שבוצעה במחקר זה משקפת קורוזיה בפועל.
מבין המתכות שנחקרו, פלדת 9% Cr הציגה את הקורוזיה החמורה ביותר, עם עומק קורוזיה של >1.2 מ"מ, ככל הנראה MIC בגלל הקורוזיה המואצת וצורת הקורוזיה החריגה. מבין המתכות שנחקרו, פלדת 9% Cr הציגה את הקורוזיה החמורה ביותר, עם עומק קורוזיה של >1.2 מ"מ, ככל הנראה MIC בגלל הקורוזיה המואצת וצורת הקורוזיה החריגה. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозии> 1,2 м,м,речио является МИК из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. מבין המתכות שנבדקו, פלדה עם 9% Cr הראתה את הקורוזיה החמורה ביותר עם עומק קורוזיה של >1.2 מ"מ, שהוא כנראה ה-MIC עקב קורוזיה מואצת וצורה חריגה של קורוזיה.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% Cr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% Cr, с глубиной коррозии >1,2 мм, сегое, всего ускоренных и аномальных форм коррозии. מבין המתכות שנחקרו, פלדה עם 9% Cr חלדה בצורה החמורה ביותר, עם עומק קורוזיה של >1.2 מ"מ, ככל הנראה MIC עקב צורות קורוזיה מואצות ואנומליות.מכיוון שפלדת Cr 9% משמשת ביישומים בטמפרטורה גבוהה, התנהגות הקורוזיה שלה נחקרה בעבר43,44 אך לא דווח בעבר על MIC עבור מתכת זו. מכיוון שמיקרואורגניזמים רבים, למעט היפרתרמופילים, אינם פעילים בסביבה בטמפרטורה גבוהה (>100 מעלות צלזיוס), ניתן להתעלם מ-MIC בפלדת Cr 9% במקרים כאלה. מכיוון שמיקרואורגניזמים רבים, למעט היפרתרמופילים, אינם פעילים בסביבה בטמפרטורה גבוהה (>100 מעלות צלזיוס), ניתן להתעלם מ-MIC בפלדת Cr 9% במקרים כאלה. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной средИМИМСМСМП, 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. מאחר ומיקרואורגניזמים רבים, למעט היפרתרמופילים, אינם פעילים בסביבה בטמפרטורה גבוהה (מעל 100 מעלות צלזיוס), ניתן להתעלם מה-MIC בפלדה עם 9% Cr במקרים כאלה.由于除超嗜热菌外，许多微生物在高温环境(>100 מעלות צלזיוס)中不活跃，因此在这种情况下可以忽略9% Cr 钢中的MIC。 9% Cr 颃 (>100 מעלות צלזיוס) Поскольку многие микроорганизмы, кроме гипертермофилов, не проявляют активности в высокотемпературных ср, (>Певляют активности в высокотемпературных ср), стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. מאחר ומיקרואורגניזמים רבים, למעט היפרתרמופילים, אינם מראים פעילות בסביבות טמפרטורה גבוהה (>100 מעלות צלזיוס), ניתן להתעלם מה-MIC בפלדה עם 9% Cr במקרה זה.עם זאת, כאשר משתמשים בפלדת Cr 9% בסביבה בטמפרטורה בינונית, יש לנקוט באמצעים שונים כדי להפחית את ה-MIC.
קהילות מיקרוביאליות שונות והשינויים שלהן נצפו במשקעים של חומר לא קורוזיבי ובתוצרי קורוזיה בביופילם בהשוואה למים, בנוסף לקורוזיה מואצת (איור 5-7), דבר המצביע מאוד על כך שקורוזיה זו היא מיקרופון. רמירז ועמיתיו מדווחים על מעבר בן 3 שלבים (FeOB => SRB/IRB = > SOB) במערכת אקולוגית מיקרוביאלית ימית במשך 6 חודשים, כאשר מימן גופרתי המיוצר על ידי SRB מועשר משני עשוי בסופו של דבר לתרום להעשרת SOB. רמירז ועמיתיו מדווחים על מעבר בן 3 שלבים (FeOB => SRB/IRB => SOB) במערכת אקולוגית מיקרוביאלית ימית במשך 6 חודשים, כאשר מימן גופרתי המיוצר על ידי SRB מועשר משני עשוי בסופו של דבר לתרום להעשרת SOB. Ramirez וחב'. сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. רמירז ועמיתיו מדווחים על מעבר תלת-שלבי (FeOB => SRB/IRB => SOB) במערכת האקולוגית המיקרוביאלית הימית במשך תקופה של 6 חודשים, שבו מימן גופרתי הנוצר מהעשרה משנית של SRB יכול לבסוף לתרום להעשרה של SOB. 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(FeOB => SRB(FeOB => 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 皏 嘬 蘬 轏 三转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB) ， 公产生 硫化氢 可能 最终 有助于 יפח 的富集. Ramirez וחב'. котором сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итого спогого SOB. רמירז ועמיתיו דיווחו על מעבר בן שלושה שלבים (FeOB => SRB/IRB => SOB) במערכת האקולוגית המיקרוביאלית הימית במשך תקופה של 6 חודשים, שבה מימן גופרתי המופק מהעשרה משנית של SRB עשוי בסופו של דבר לתרום להעשרה של SOB.מקבת' ואמרסון36 דיווחו על העשרה ראשונית ב-FeOB. באופן דומה, נצפתה במחקר זה העשרה של FeOB בשלב הקורוזיה המוקדם, אך השינויים המיקרוביאליים עם התקדמות הקורוזיה שנצפו בפלדות פחמן, 1% ו-2.25% Cr ובברזל יצוק במשך 22 חודשים הם FeOB => IRB = > SRB (איורים 7 ו-8). באופן דומה, נצפתה במחקר זה העשרה של FeOB בשלב הקורוזיה המוקדם, אך השינויים המיקרוביאליים עם התקדמות הקורוזיה שנצפו בפלדות פחמן, 1% ו-2.25% Cr ובברזל יצוק במשך 22 חודשים הם FeOB => IRB => SRB (איורים 7 ו-8). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробномения פרוגרסיביות, התקדמות בטכנולוגיה ו-1% ו-2.25% Cr. собой FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8). באופן דומה, במחקר זה נצפית העשרה ב-FeOB בשלב מוקדם של קורוזיה, אך שינויים מיקרוביאליים ככל שהקורוזיה מתקדמת, שנצפו בפלדות פחמן ובפלדות Cr 1% ו-2.25% ובברזל יצוק במשך 22 חודשים, הם FeOB => IRB => SRB (איורים 7 ו-8).同样，在本研究中观察到早期腐蚀阶段FeOB 的富集，但在碳和1% 和2.25% 臿钢亻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 「「「同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 咅 咇 咇 咇 25% 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 микогиск наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, או FeOB => IRB => SRB (рис. 7). באופן דומה, נצפתה העשרה ב-FeOB בשלבים המוקדמים של קורוזיה במחקר זה, אך השינויים המיקרוביולוגיים שנצפו בפלדות פחמן ובפלדות Cr 1% ו-2.25% ובברזל יצוק במשך 22 חודשים היו FeOB => IRB => SRB (איור 7 ו-8).SRBs יכולים להצטבר בקלות בסביבות מי ים עקב ריכוזי יוני סולפט גבוהים, אך העשרתם בסביבות מים מתוקים מתעכבת על ידי ריכוזי יוני סולפט נמוכים. העשרת SRB במי ים דווחה לעתים קרובות10,12,45.
א. פחמן אורגני וחנקן באמצעות מטבוליזם אנרגטי תלוי-Fe(II) תחמוצת ברזל (תאים אדומים [Dechloromonas sp.] וירוקים [Sideroxydans sp.]) וחיידקים מפחיתים Fe(III) (תאים אפורים [Geothrix sp. ו-Geobacter sp.]) בשלב מוקדם של קורוזיה, לאחר מכן חיידקים אנאירוביים מפחיתי סולפט (SRP) ומיקרואורגניזמים הטרוטרופיים מעשירים את שלב הקורוזיה הבוגר על ידי צריכת החומר האורגני המצטבר. ב. שינויים בקהילות מיקרוביאליות על מתכות עמידות בפני קורוזיה. תאים סגולים, כחולים, צהובים ולבנים מייצגים חיידקים ממשפחות Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea ואחרים, בהתאמה.
בכל הנוגע לשינויים בקהילה המיקרוביאלית והעשרה אפשרית של SRB, FeOB הוא קריטי בשלב המוקדם של הקורוזיה, ו-Dechloromonas יכולים להשיג את אנרגיית הגדילה שלהם מחמצון Fe(II). מיקרואורגניזמים יכולים לשרוד במדיה המכילה יסודות קורט, אך הם לא יגדלו באופן אקספוננציאלי. עם זאת, בריכת הטבילה ששימשה במחקר זה היא אגן הצפה, עם זרימה של 20 מ"ק/שעה, המספק באופן רציף יסודות קורט המכילים יונים אנאורגניים. בשלבים המוקדמים של הקורוזיה, יוני ברזל משתחררים מפלדת פחמן וברזל יצוק, ו-FeOBs (כגון Dechloromonas) משתמשים בהם כמקור אנרגיה. כמויות זעירות של פחמן, פוספט וחנקן הנדרשים לצמיחת תאים חייבות להימצא במי התהליך בצורה של חומרים אורגניים ואנאורגניים. לכן, בסביבת מים מתוקים זו, FeOB מועשר בתחילה על משטחי מתכת כגון פלדת פחמן וברזל יצוק. לאחר מכן, IRBs יכולים לגדול ולהשתמש בחומר אורגני ותחמוצות ברזל כמקורות אנרגיה וקולטני אלקטרונים סופניים, בהתאמה. בתוצרי קורוזיה בוגרים, יש ליצור תנאים אנאירוביים מועשרים בחנקן עקב חילוף החומרים של FeOB ו-IRB. לכן, SRB יכול לגדול במהירות ולהחליף את FeOB ו-IRB (איור 8a).
לאחרונה, Tang ועמיתיו דיווחו על קורוזיה של פלדת אל-חלד על ידי Geobacter ferroreducens בסביבות מים מתוקים עקב מעבר אלקטרונים ישיר מברזל למיקרובים46. בהתחשב ב-EMIC, תרומתם של מיקרואורגניזמים בעלי תכונות EET היא קריטית. SRB, FeOB ו-IRB הם המינים המיקרוביאליים העיקריים בתוצרי הקורוזיה במחקר זה, אשר אמורים להיות בעלי מאפייני EET. לכן, מיקרואורגניזמים פעילים אלקטרוכימית אלה יכולים לתרום לקורוזיה באמצעות EET, והרכב הקהילה שלהם משתנה תחת השפעת מינים יוניים שונים ככל שנוצרים תוצרי קורוזיה. לעומת זאת, הקהילה המיקרוביאלית בפלדה עם 9% Cr הייתה שונה מפלדות אחרות (איור 8b). לאחר 14 חודשים, בנוסף להעשרה ב-FeOB, כגון Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea ו-Thiomonas הועשרו גם הם (איור 7i). שינוי זה שונה באופן ניכר מזה של חומרים קורוזיביים אחרים, כגון פלדת פחמן, ויכול להיות מושפע מיונים עשירים בכרום המומסים במהלך הקורוזיה. ראוי לציין כי לתיומונס יש לא רק תכונות חמצון גופרית, אלא גם תכונות חמצון של Fe(II), מערכת EET וסבילות למתכות כבדות 48,49. ניתן להעשיר אותם הודות לפעילות החמצונית של Fe(II) ו/או צריכה ישירה של אלקטרונים ממתכת. במחקר קודם, נצפתה שפע גבוה יחסית של Beggiatoacea בביופילמים על נחושת באמצעות מערכת ניטור ביופילם לא רציפה, דבר המצביע על כך שחיידקים אלה עשויים להיות עמידים למתכות רעילות כגון נחושת ו-Cr. עם זאת, מקור האנרגיה הדרוש ל-Beggiatoacea לגדילה בסביבה זו אינו ידוע.
מחקר זה מדווח על שינויים בקהילות מיקרוביאליות במהלך קורוזיה בסביבות מים מתוקים. באותה סביבה, קהילות מיקרוביאליות נבדלו בסוג המתכת. בנוסף, תוצאותינו מאשרות את חשיבותו של FeOB בשלבים המוקדמים של קורוזיה, שכן מטבוליזם אנרגטי מיקרוביאלי התלוי בברזל מקדם היווצרות של סביבה עשירה בחומרים מזינים המועדפת על מיקרואורגניזמים אחרים כמו SRB. על מנת להפחית את MIC בסביבות מים מתוקים, יש להגביל את העשרת FeOB ו-IRB.
במחקר זה נעשה שימוש בתשע מתכות ועובדו לגושים של 50 × 20 × 1–5 מ"מ (עובי עבור פלדת ASTM 395 ו-1%, 2.25% ו-9% Cr: 5 מ"מ; עובי עבור ASTM A283 ו-ASTM A179: 3 מ"מ). מ"מ; ASTM A109 Temper 4/5 ו-Type 304 ו-316 פלדת אל-חלד, עובי: 1 מ"מ), עם שני חורים של 4 מ"מ. פלדות כרום לוטשו בנייר זכוכית ומתכות אחרות לוטשו בנייר זכוכית 600 גריט לפני הטבילה. כל הדגימות עברו סוניקציה עם אתנול 99.5%, יובשו ונשקלו. עשר דגימות מכל מתכת שימשו לחישוב קצב הקורוזיה וניתוח המיקרוביום. כל דגימה קובעה בצורת סולם עם מוטות PTFE ומרווחים (φ 5 × 30 מ"מ, איור משלים 2).
לבריכה נפח של 1100 מטרים מעוקבים ועומקה כ-4 מטרים. זרימת המים הייתה 20 מ"ק לשעה, הגלישה שוחררה, ואיכות המים לא השתנתה עונתית (איור משלים 3). סולם הדגימה הוריד על חוט פלדה באורך 3 מטר התלוי במרכז המיכל. שני זוגות סולמות הוסרו מהבריכה לאחר 1, 3, 6, 14 ו-22 חודשים. דגימות מסולם אחד שימשו למדידת ירידה במשקל ולחישוב קצב קורוזיה, בעוד שדגימות מסולם אחר שימשו לניתוח מיקרוביום. חמצן מומס במיכל הטבילה נמדד ליד פני השטח והתחתית, כמו גם במרכז, באמצעות חיישן חמצן מומס (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
תוצרי קורוזיה וביופילם על הדגימות הוסרו על ידי גירוד בעזרת מגרד פלסטיק או ניגוב בעזרת מקלון צמר גפן, ולאחר מכן נוקו באתנול 99.5% באמצעות אמבט אולטרסאונד. לאחר מכן, הדגימות הוטבלו בתמיסת קלארק בהתאם לתקן ASTM G1-0351. כל הדגימות נשקלו לאחר השלמת הייבוש. חשב את קצב הקורוזיה (מ"מ/שנה) עבור כל דגימה באמצעות הנוסחה הבאה:
כאשר K הוא קבוע (8.76 × 104), T הוא זמן החשיפה (ש'), A הוא שטח הפנים הכולל (סמ"ר), W הוא אובדן המסה (גרם), D היא צפיפות (גרם סמ"ר–3).
לאחר שקילת הדגימות, התקבלו תמונות תלת-ממדיות של מספר דגימות באמצעות מיקרוסקופ לייזר מדידה תלת-ממדי (LEXT OLS4000, אולימפוס, טוקיו, יפן).