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담수 환경에서 탄소강과 스테인리스강의 가속 부식이 흔히 관찰됩니다. 본 연구에서는 9가지 등급의 강재를 사용하여 22개월간 담수 수조 잠수 실험을 수행했습니다. 탄소강, 크롬강, 주철에서는 가속 부식이 관찰된 반면, 스테인리스강에서는 22개월 후에도 육안으로 부식이 관찰되지 않았습니다. 미생물 군집 분석 결과, 일반 부식 과정에서는 부식 초기 단계에는 Fe(II) 산화세균이, 부식 진행 단계에는 Fe(III) 환원세균이, 그리고 부식 최종 단계에는 황산염 환원세균이 풍부하게 나타났습니다. 반면, 국부 부식이 발생한 크롬 함량 9%의 강에서는 Beggiatocaea 속 세균이 특히 많이 검출되었습니다. 이러한 미생물 군집 구성은 물 및 해저 퇴적물 시료의 미생물 군집 구성과도 차이를 보였습니다. 따라서 부식이 진행됨에 따라 미생물 군집은 급격한 변화를 겪으며, 철에 의존하는 미생물의 에너지 대사는 다른 미생물이 번성할 수 있는 환경을 조성합니다.
금속은 pH, 온도, 이온 농도와 같은 다양한 물리적, 화학적 환경 요인으로 인해 열화 및 부식될 수 있습니다. 특히 산성 조건, 고온, 염화물 농도는 금속 부식에 큰 영향을 미칩니다.^1,2,3 자연 환경 및 인공 환경에 존재하는 미생물은 금속의 마모 및 부식에 영향을 미치는데, 이러한 현상을 미생물 부식(MIC)이라고 합니다.^4,5,6,7,8 MIC는 실내 배관 및 저장 탱크, 금속 틈새, 토양 등에서 갑자기 발생하여 빠르게 진행되는 환경에서 흔히 발견됩니다. 따라서 MIC의 모니터링 및 조기 발견은 매우 어렵기 때문에 일반적으로 부식 발생 후에 MIC 분석이 수행됩니다. 수많은 MIC 사례 연구에서 황산염 환원 박테리아(SRB)가 부식 생성물에서 자주 발견된다는 사실이 보고되었습니다.^{9,10,11,12,13} 그러나 SRB 검출이 부식 후 분석에 기반하기 때문에 SRB가 부식 개시에 기여하는지 여부는 아직 불분명합니다.
최근에는 요오드 산화 박테리아21 외에도 철 분해성 황산염 환원 박테리아(SRB)14, 메탄 생성균15,16,17, 질산염 환원 박테리아18, 철 산화 박테리아19 및 아세토젠20과 같은 다양한 철 분해 미생물이 보고되었습니다. 혐기성 또는 미호기성 실험실 조건에서 이들 대부분은 0가 철과 탄소강을 부식시킵니다. 또한, 이들의 부식 메커니즘은 철 부식성 메탄 생성균과 SRB가 각각 세포외 수소화효소와 다중 헴 시토크롬을 이용하여 0가 철로부터 전자를 획득함으로써 부식을 촉진한다는 것을 시사합니다22,23. 미생물 부식성 부식(MIC)은 (i) 미생물에 의해 생성된 물질에 의한 간접 부식인 화학적 MIC(CMIC)와 (ii) 금속의 전자 고갈에 의한 직접 부식인 전기적 MIC(EMIC)의 두 가지 유형으로 나뉩니다24. 세포외 전자전달(EET)에 의해 촉진되는 미생물 유발 부식(EMIC)은 EET 특성을 가진 미생물이 EET를 갖지 않는 미생물보다 더 빠른 부식을 일으키기 때문에 큰 관심을 받고 있습니다. 혐기성 조건에서 세포질 유발 부식 부식(CMIC)의 속도 제한 반응은 양성자 환원(H+)을 통한 수소(H2) 생성인 반면, EMIC는 H2 생성과 무관한 EET 대사를 통해 진행됩니다. 다양한 미생물에서 EET 메커니즘은 미생물 세포 연료 및 전기생합성25,26,27,28,29의 성능과 관련이 있습니다. 이러한 부식성 미생물의 배양 조건이 자연 환경과 다르기 때문에 관찰된 미생물 부식 과정이 실제 부식을 반영하는지 여부는 불분명합니다. 따라서 자연 환경에서 이러한 부식성 미생물에 의해 유발되는 미생물 부식 부식(MIC) 메커니즘을 관찰하기는 어렵습니다.
DNA 시퀀싱 기술의 발전은 자연 및 인공 환경의 미생물 군집에 대한 세부 연구를 용이하게 했습니다. 예를 들어, 차세대 시퀀서를 이용한 16S rRNA 유전자 서열 기반의 미생물 프로파일링은 미생물 생태학 분야에서 활용되어 왔습니다.30,31,32 토양 및 해양 환경의 미생물 군집을 상세히 분석한 수많은 미생물 군집 연구(MIC)가 발표되었습니다.13,33,34,35,36 황산염 환원 세균(SRB) 외에도 부식 시료에서 철(II) 산화 세균(FeOB)과 질산화 세균이 풍부하게 존재한다는 보고도 있습니다. 예를 들어, 토양 매질의 탄소강 및 구리 함유강에서 FeOB(예: Gallionella spp. 및 Dechloromonas spp.)와 질산화 세균(예: Nitrospira spp.)이 발견되었습니다.33 마찬가지로 해양 환경에서는 Zetaproteobacteria 및 Betaproteobacteria 계열에 속하는 철 산화 박테리아가 탄소강에서 수 주 동안 빠르게 군집을 형성하는 것이 관찰되었습니다.36 이러한 데이터는 이러한 미생물이 부식에 기여한다는 것을 나타냅니다. 그러나 많은 연구에서 실험 기간과 실험 집단이 제한적이며 부식 과정 중 미생물 군집의 역학에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.
본 연구에서는 미생물 부식(MIC) 발생 이력이 있는 호기성 담수 환경에서 탄소강, 크롬강, 스테인리스강 및 주철의 MIC를 침지 연구를 통해 조사했습니다. 시료는 1, 3, 6, 14, 22개월 간격으로 채취하여 각 금속 및 미생물 구성 요소의 부식 속도를 분석했습니다. 본 연구 결과는 부식 과정 중 미생물 군집의 장기적인 변화 양상에 대한 통찰력을 제공합니다.
표 1에서 보는 바와 같이, 본 연구에서는 9가지 금속을 사용했습니다. 각 금속 시료 10개를 깨끗한 물이 담긴 수조에 담갔습니다. 공정수의 수질은 다음과 같습니다: 염화물(Cl-) 30ppm, 경도(mS m-1) 20mS/m, 칼슘(Ca2+) 20ppm, 이산화규소(SiO2) 20ppm, 탁도 1ppm, pH 7.4. 시료 채취대 하단의 용존산소(DO) 농도는 약 8.2ppm이었고, 수온은 계절에 따라 9~23°C였습니다.
그림 1에서 볼 수 있듯이, ASTM A283, ASTM A109 조건 #4/5, ASTM A179 및 ASTM A395 주철 환경에 1개월 동안 침지시킨 후 탄소강 표면에 일반 부식 형태의 갈색 부식 생성물이 관찰되었습니다. 이 시편들의 무게 감소는 시간에 따라 증가했으며(보충표 1), 부식 속도는 연간 0.13~0.16mm였습니다(그림 2). 마찬가지로, 크롬 함량이 낮은 강(1% 및 2.25%)에서도 약 0.13mm/년의 부식 속도로 일반 부식이 관찰되었습니다(그림 1 및 2). 반면, 크롬 함량이 9%인 강은 개스킷에 의해 형성된 틈새에서 발생하는 국부 부식을 나타냈습니다. 이 시편의 부식 속도는 약 0.02mm/년으로, 일반 부식이 발생한 강보다 현저히 낮았습니다. 반면, 304형 및 316형 스테인리스강은 눈에 띄는 부식이 나타나지 않으며, 추정 부식 속도는 연간 0.001mm 미만입니다. 반면, 304형 및 316형 스테인리스강은 눈에 띄는 부식이 나타나지 않으며, 추정되는 부식 가속도는 연간 0.001mm 미만입니다. Напротив, нержавекетная стали тали пов 304 및 316 не проявлявт видимой коррозии, при этом расчетная скорость коррозии составляет <0,001 мм/год. 반면, 304형 및 316형 스테인리스강은 눈에 띄는 부식이 나타나지 않으며, 추정 부식 속도는 연간 0.001mm 미만입니다.估计腐蚀速率<0.001mm y−1.估计腐蚀速率<0.001mm y−1. Напротив, нержавевекве стали типа 304 및 -316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростьу коррозии <0,001mm/год. 반면, 304형 및 316형 스테인리스강은 설계 부식률이 0.001mm/년 미만으로 눈에 띄는 부식이 나타나지 않았습니다.
각 샘플(높이 50mm × 너비 20mm)의 스케일 제거 전후의 거시적 이미지를 보여줍니다. 1미터, 1개월; 3미터, 3개월; 6미터, 6개월; 14미터, 14개월; 22미터, 22개월; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, 조건 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, 1% Cr 강; 3C 강, 2.25% Cr 강; 9C 강, 9% Cr 강; S6, 316 스테인리스강; S8, 304형 스테인리스강.
부식 속도는 무게 감소와 침지 시간을 이용하여 계산하였다. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, 경화 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, 1% Cr 강, 3 C, 2.25% Cr 강, 9 C, 9% Cr 강, S6, 316형 스테인리스강, S8, 304형 스테인리스강.
그림 1에서 볼 수 있듯이 탄소강, 저크롬강, 주철의 부식 생성물은 3개월 침지 후 더욱 발달했습니다. 전체 부식 속도는 22개월 후 0.07~0.08mm/년으로 점차 감소했습니다(그림 2). 또한, 2.25% 크롬강의 부식 속도는 다른 부식 시편보다 약간 낮았는데, 이는 크롬이 부식을 억제할 수 있음을 나타냅니다. ASTM A179에 따르면, 일반 부식 외에도 22개월 후 약 700µm의 부식 깊이를 가진 국부 부식이 관찰되었습니다(그림 3). 부식 깊이와 침지 시간을 이용하여 계산한 국부 부식 속도는 0.38mm/년으로, 일반 부식보다 약 5배 빠릅니다. ASTM A395 합금의 경우, 14개월 또는 22개월의 수침지 후에도 부식 생성물이 스케일을 완전히 제거하지 못하기 때문에 부식 속도가 과소평가되었을 수 있지만, 그 차이는 미미할 것으로 예상됩니다. 또한, 부식된 저크롬강에서는 많은 작은 피트가 관찰되었습니다.
ASTM A179 및 9% Cr강의 최대 깊이에서의 전체 이미지(척도 막대: 10 mm)와 국부 부식(척도 막대: 500 µm)을 3D 레이저 현미경을 이용하여 관찰하였다. 전체 이미지의 붉은색 원은 측정된 국부 부식 영역을 나타낸다. 9% Cr강의 뒷면 전체 이미지는 그림 1에 나타내었다.
그림 2에서 볼 수 있듯이, 크롬 함량이 9%인 강철의 경우 3~14개월 동안 부식이 관찰되지 않았으며 부식 속도는 사실상 0에 가까웠습니다. 그러나 22개월 후에는 국부 부식이 관찰되었으며(그림 3), 무게 감소를 이용하여 계산한 부식 속도는 0.04mm/년이었습니다. 최대 국부 부식 깊이는 1260µm이며, 부식 깊이와 침지 시간(22개월)을 이용하여 추정한 국부 부식 속도는 0.68mm/년입니다. 부식이 정확히 시작되는 지점을 알 수 없으므로 실제 부식 속도는 더 높을 수 있습니다.
반면, 스테인리스강에서는 22개월 동안 침지시킨 후에도 눈에 띄는 부식이 관찰되지 않았습니다. 스케일 제거 전 표면에 갈색 입자가 몇 개 관찰되기는 했지만(그림 1), 이는 부착력이 약하고 부식 생성물이 아니었습니다. 스케일이 제거된 후 스테인리스강 표면에 금속이 다시 나타나므로 부식 속도는 실질적으로 0에 가깝습니다.
부식 생성물과 금속 표면의 바이오필름, 물 및 퇴적물 내 미생물 군집의 시간 경과에 따른 차이와 역동성을 이해하기 위해 앰플리콘 시퀀싱을 수행했습니다. 총 4,160,012개의 리드가 수집되었으며, 리드 수는 31,328개에서 124,183개 사이였습니다.
취수구와 연못에서 채취한 물 시료의 섀넌 지수는 5.47에서 7.45 사이였다(그림 4a). 재활용된 하천수는 산업용수로 사용되기 때문에 미생물 군집은 계절에 따라 변화할 수 있다. 반면, 바닥 퇴적물 시료의 섀넌 지수는 약 9로, 물 시료보다 상당히 높았다. 마찬가지로, 물 시료는 퇴적물 시료에 비해 계산된 차오1 지수와 관찰된 작동 분류 단위(OTU) 수가 더 적었다(그림 4b, c). 이러한 차이는 통계적으로 유의미하며(Tukey-Kramer 검정; p값 < 0.01, 그림 4d), 이는 퇴적물 샘플의 미생물 군집이 물 샘플의 미생물 군집보다 더 복잡하다는 것을 나타냅니다. 이러한 차이는 통계적으로 유의미하며(Tukey-Kramer 검정; p값 < 0.01, 그림 4d), 이는 퇴적물 샘플의 미생물 군집이 물 샘플의 미생물 군집보다 더 복잡하다는 것을 나타냅니다. Эти различия статистически значимы (критерий Тьуки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает на то, что микробные сообчества в образцах донных отложений более сложны, чем в образцах воды. 이러한 차이는 통계적으로 유의미하며(Tukey-Kramer 검정; p값 <0.01, 그림 4d), 이는 퇴적물 샘플의 미생물 군집이 물 샘플의 미생물 군집보다 더 복잡하다는 것을 나타냅니다.这些差异具有统计文書（Tukey-Kramer 检验;p 值< 0.01,图4d), 表明沉积物样本中的微生群落比水样中的微生物群落更复杂.这些 差异 具有 统计school （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。。。。。 Эти различия были statистически значимыми (критерий Тьуки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), что позволяет предположить, что микробные сообчества в образцах донных отложений были более сложными, чем в образцах воды. 이러한 차이는 통계적으로 유의미했으며(Tukey-Kramer 검정; p값 <0.01, 그림 4d), 이는 퇴적물 샘플의 미생물 군집이 물 샘플의 미생물 군집보다 더 복잡하다는 것을 시사합니다.월류저수지의 물은 끊임없이 교체되고 침전물은 기계적인 교란 없이 저수지 바닥에 가라앉기 때문에, 이러한 미생물 다양성의 차이는 저수지 내 생태계를 반영해야 합니다.
a 섀넌 지수, b 관찰된 작동 분류 단위(OTU), c Chao1 흡수 지수(n=6) 및 분지(n=5). 물, 퇴적물(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%(1C: n=5), 2.25%(3C: n=5) 및 9%(9C: n=5) 크롬강, 그리고 316(S6: n=5) 및 304(S8: n=5) 스테인리스강에 대한 결과는 상자형 차트와 수염형 차트로 나타냈다. d 섀넌 및 Chao1 지수에 대한 p값은 ANOVA 및 Tukey-Kramer 다중 비교 검정을 사용하여 얻었다. 붉은색 배경은 p값이 0.05 미만인 쌍을 나타냅니다. 붉은색 배경은 p값이 0.05 미만인 쌍을 나타냅니다. Красные фоны представляд пары со значениями p <0,05. 붉은색 배경은 p값이 0.05 미만인 쌍을 나타냅니다.红color背景代表p 值< 0.05 的对.红color背景代表p 值< 0.05 的对. Красные фоны представляд пары с p-значениями <0,05. 붉은색 배경은 p값이 0.05 미만인 쌍을 나타냅니다.상자 가운데의 선, 상자의 위쪽과 아래쪽, 그리고 수염은 각각 중앙값, 25번째 백분위수와 75번째 백분위수, 그리고 최솟값과 최댓값을 나타냅니다.
탄소강, 저크롬강 및 주철의 섀넌 지수는 물 시료의 섀넌 지수와 유사했습니다(그림 4a). 반면, 스테인리스강 시료의 섀넌 지수는 부식된 강철의 섀넌 지수보다 유의미하게 높았으며(p값 < 0.05, 그림 4d), 침전물의 섀넌 지수와 유사했습니다. 반면, 스테인리스강 시료의 섀넌 지수는 부식된 강철의 섀넌 지수보다 유의미하게 높았으며(p값 < 0.05, 그림 4d), 침전물의 섀넌 지수와 유사했습니다. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавевевевей стали значительно выше, чем у корродированных staлей (значения p <0,05, рис.4d), аналогичны индексам отложений. 반면, 스테인리스강 시편의 섀넌 지수는 부식된 강철의 섀넌 지수보다 유의미하게 높으며(p값 < 0.05, 그림 4d), 침전물 지수와 유사하다.相比之下，不锈钢样품적향农指数明显高于腐蚀钢的향农指数 (p 值< 0.05，图4d) ，与沉积数似。与沉积물〸 Напротив, Index Шеннона образцов из нержавевевевей стали был значительно выше, чем у корродированной стали (значение p <0,05, рис.4d), как и у отложений. 반면, 스테인리스강 시편의 섀넌 지수는 부식된 강철의 섀넌 지수보다 유의미하게 높았으며(p값 < 0.05, 그림 4d), 침전물도 마찬가지였다.반면, 크롬 함량이 9%인 강철의 섀넌 지수는 6.95에서 9.65 사이였습니다. 이 값들은 부식되지 않은 시편의 경우 1개월과 3개월 시점에서 부식된 시편의 경우 6개월, 14개월, 22개월 시점에서보다 훨씬 높았습니다(그림 4a). 또한, 9% Cr 강철의 Chao1 지수와 관찰된 OTU는 부식된 시료 및 물 시료보다 높고 부식되지 않은 시료 및 퇴적물 시료보다 낮으며(그림 4b, c), 이러한 차이는 통계적으로 유의미하다(p값 < 0.01, 그림 4d). 또한, 9% Cr강의 Chao1 지수와 관찰된 OTU는 부식된 시료 및 물 시료보다 높고 부식되지 않은 시료 및 퇴적물 시료보다 낮으며(그림 4b, c), 이러한 차이는 통계적으로 유의미하다(p값 < 0.01, 그림 4d).또한, 크롬 함량이 9%인 강철의 Chao1 및 관찰된 OTU는 부식된 시료 및 수용액 시료보다 높고 부식되지 않은 시료 및 퇴적물 시료보다 낮으며(그림 4b, c), 이러한 차이는 통계적으로 유의미하다.(p-значения <0,01, рис. 4d). (p값 <0.01, 그림 4d).게다가 9% Cr 钢的Chao1 指数和观察到的OTU高于腐蚀样제품과 물놀이, 低于未腐蚀样제품 및 沉积물물样제품(图4b,c),差异具有统计文 文义(p 值< 0.01,图4d).此외 , 9% CR 钢 Chao1 指数 and 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样품 水样 , 低于 腐蚀 样품 및 沉积물 （图 图 4b , c) 差异统计文文 心义 （p 值 <0.01 图 图 图 图 图 图 图 图 ， ， ， ， ， ， ， ， 4d)。 Crоме того, индекс Chao1 및 наблудаемые OTU statalи с содержанием 9% Cr были выше, чем у корродированных и водных образцов, и ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значимой (p- значение < 0,01, рис. 또한, 9% Cr강의 Chao1 지수와 관찰된 OTU는 부식된 시료 및 수용액 시료보다 높았고, 부식되지 않은 시료 및 퇴적물 시료보다 낮았으며(그림 4b,c), 이러한 차이는 통계적으로 유의미했다(p값 < 0.01, 그림 4d).이러한 결과는 부식 생성물 내 미생물 다양성이 부식되지 않은 금속 표면의 바이오필름보다 낮다는 것을 나타냅니다.
그림 5a는 모든 샘플에 대해 UniFrac 비가중 거리를 기반으로 한 주성분 분석(PCoA) 플롯을 보여주며, 세 개의 주요 클러스터가 관찰되었습니다. 물 샘플의 미생물 군집은 다른 군집들과 현저하게 달랐습니다. 퇴적물 내 미생물 군집에는 스테인리스강 군집도 포함되어 있었으며, 부식 샘플에서는 스테인리스강 군집이 광범위하게 분포했습니다. 반면, 크롬 함량이 9%인 강철의 경우, 부식되지 않은 군집과 부식된 군집으로 나뉘었습니다. 따라서 금속 표면과 부식 생성물의 미생물 군집은 물 속의 미생물 군집과 현저하게 다릅니다.
모든 샘플(a), 물(b) 및 금속(c)에 대한 가중치가 없는 UniFrac 거리를 기반으로 한 주성분 분석(PCoA) 플롯입니다. 원은 각 클러스터를 강조 표시합니다. 궤적은 연속적인 샘플링 기간을 연결하는 선으로 나타냅니다. 1미터, 1개월; 3미터, 3개월; 6미터, 6개월; 14미터, 14개월; 22미터, 22개월; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, 조건 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, 1% Cr 강; 3C 강, 2.25% Cr 강; 9C 강, 9% Cr 강; S6, 316 스테인리스강; S8, 304형 스테인리스강.
물 시료의 PCoA 플롯을 시간 순서대로 배열했을 때 원형 배열을 보였다(그림 5b). 이러한 주기적 변화는 계절적 변화를 반영하는 것일 수 있다.
또한, 금속 시료의 PCoA 플롯에서는 부식된 군과 부식되지 않은 군, 두 개의 클러스터만 관찰되었으며, (9% 크롬강을 제외하고) 1개월에서 22개월 사이에 미생물 군집의 변화가 관찰되었다(그림 5c). 부식된 시료에서의 변화가 부식되지 않은 시료보다 더 컸으므로, 미생물 군집의 변화와 부식 진행 사이에는 상관관계가 있었다. 9% 크롬강 시료에서는 두 가지 유형의 미생물 군집이 나타났다. 1개월과 6개월 시점의 미생물 군집은 스테인리스강 근처에 위치했고, 나머지 시점(3개월, 14개월, 22개월)의 미생물 군집은 부식된 강철 근처에 위치했다. 1개월 시점의 시료와 6개월 시점에 DNA 추출에 사용된 시료는 부식되지 않았지만, 3개월, 14개월, 22개월 시점의 시료는 부식되었다(보충 그림 1). 따라서 부식된 시료의 미생물 군집은 물, 퇴적물, 그리고 부식되지 않은 시료의 미생물 군집과 달랐으며, 부식이 진행됨에 따라 변화했다.
수질 시료에서 관찰된 주요 미생물 군집 유형은 프로테오박테리아(30.1–73.5%), 박테로이데테스(6.3–48.6%), 플랑크토미세토타(0.4–19.6%), 액티노박테리아(0–17.7%)였으며, 이들의 상대적 풍부도는 시료마다 차이가 있었다(그림 6). 예를 들어, 연못물에서 박테로이데테스의 상대적 풍부도는 취수보다 높았다. 이러한 차이는 오버플로우 탱크에서의 물 체류 시간에 영향을 받았을 가능성이 있다. 이러한 미생물 군집은 바닥 퇴적물 시료에서도 관찰되었지만, 상대적 풍부도는 수질 시료와 유의미한 차이를 보였다. 또한, 아시도박테리오타(8.7–13.0%), 클로로플렉시(8.1–10.2%), 니트로스피로타(4.2–4.4%), 데술포박테로타(1.5–4.4%)의 상대적 함량은 수질 시료보다 바닥 퇴적물 시료에서 더 높았다. 거의 모든 Desulfobacterota 종이 SRB37이기 때문에 퇴적물 환경은 혐기성일 것입니다. 데설포박테로타균이 부식에 영향을 미칠 가능성은 있지만, 수영장 물에서의 상대적 존재 비율이 0.04% 미만이므로 위험성은 극히 낮을 것으로 예상됩니다. 데설포박테로타균이 부식에 영향을 미칠 가능성은 있지만, 수영장 물에서의 상대적 존재 비율이 0.04% 미만이므로 위험성은 극히 낮을 것으로 예상됩니다. Хотя Desulfobacterota, возможно, влиявт на коррозиу, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку их относительное содержание в воде бассейна составляет <0,04%. 데설포박테로타균이 부식에 영향을 미칠 수 있지만, 수영장 물에서의 상대적 존재 비율이 0.04% 미만이므로 위험성은 극히 낮을 것입니다.尽管脱硫杆菌门可能影响腐蚀, 但风险应该极低, 因为它们因为它们는 池中 的 엇갈림율<0.04%입니다. <0.04%. Desulfobacillus может влиять на коррозиу, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительное содержание в воде бассейна составляет <0,04%. 데설포바실러스(Desulfobacillus) 유형은 부식에 영향을 미칠 수 있지만, 수영장 물에서의 상대적 존재 비율이 0.04% 미만이므로 위험성은 극히 낮습니다.
RW와 Air는 각각 취수구와 저수조에서 채취한 물 시료를 나타냅니다. Sediment-C, -E, -W는 저수조 바닥 중앙, 동쪽 및 서쪽에서 채취한 퇴적물 시료입니다. 1미터는 1개월, 3미터는 3개월, 6미터는 6개월, 14미터는 14개월, 22미터는 22개월을 의미합니다. S는 ASTM A283, SP는 ASTM A109(조건 4/5), FC는 ASTM A395, B는 ASTM A179, 1C는 크롬 1%강, 3C는 크롬 2.25%강, 9C는 크롬 9%강, S6는 316 스테인리스강, S8은 304형 스테인리스강을 나타냅니다.
속 수준에서, Trichomonadaceae 계열에 속하는 미분류 세균과 Neosphingosine, Pseudomonas, Flavobacterium의 비율이 모든 계절에서 약간 더 높게(6~19%) 나타났습니다. 주요 구성 요소로서 이들의 비율은 계절에 따라 다릅니다(그림 1, 7a 및 7b). 지류에서는 Flavobacterium, Pseudovibrio, Rhodoferrobacter의 상대적 풍부도가 겨울에만 더 높았습니다. 마찬가지로, 유역의 겨울철 물에서도 Pseudovibrio와 Flavobacterium의 함량이 더 높게 나타났습니다. 따라서 수질 시료의 미생물 군집은 계절에 따라 다양했지만, 연구 기간 동안 급격한 변화는 없었습니다.
a 취수, b 수영장 물, c ASTM A283, d ASTM A109 온도 #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2.25% Cr, 및 i 9% Cr 강철, j Type-316 및 K-304 스테인리스강.
프로테오박테리아는 모든 시료에서 주요 구성 성분이었지만, 부식이 진행됨에 따라 부식된 시료에서 프로테오박테리아의 상대적 존재량은 감소했습니다(그림 6). ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 및 1%와 2.25% Cr 함유 시료에서 프로테오박테리아의 상대적 존재량은 각각 89.1%, 85.9%, 89.6%, 79.5%, 84.8%, 83.8%에서 43.3%, 52.2%, 50.0%, 41.9%, 33.8%, 31.3%로 감소했습니다. 반면, Desulfobacterota의 상대적 존재 비율은 부식이 진행됨에 따라 0.1% 미만에서 12.5~45.9%로 점차 증가합니다. 반면, Desulfobacterota의 상대적 존재 비율은 부식이 진행됨에 따라 0.1% 미만에서 12.5~45.9%로 점차 증가합니다. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии. 반면, Desulfobacterota의 상대적 풍부도는 부식이 진행됨에 따라 0.1% 미만에서 12.5~45.9%로 점차 증가합니다.相反，随着腐蚀的进进进脱硫杆菌的杆丰도从<0.1% 逐渐增加到12.5-45.9%.对丰島从<0.1% Напротив, относительная численность Desulfobacillus постепенно увеличивалась с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии. 반면, Desulfobacillus의 상대적 존재 비율은 부식이 진행됨에 따라 0.1% 미만에서 12.5~45.9%로 점차 증가했습니다.따라서 부식이 진행됨에 따라 프로테오박테리아는 데술포박테로타로 대체되었습니다.
반면, 부식되지 않은 스테인리스강 표면의 바이오필름은 다양한 박테리아의 비율이 동일했습니다. 프로테오박테리아(29.4–34.1%), 플랑크토미세토타(11.7–18.8%), 니트로스피로타(2.9–20.9%), 아시도박테리오타(8.6–18.8%), 박테로이도타(3.1–9.2%), 클로로플렉시(2.1–8.8%)가 그 구성이었습니다. 스테인리스강 시료에서 니트로스피로타의 비율은 점차 증가하는 것으로 나타났습니다(그림 6). 이러한 비율은 침전물 시료의 비율과 유사하며, 이는 그림 5a에 나타낸 PCoA 플롯과 일치합니다.
크롬 함량이 9%인 강철 시료에서는 두 가지 유형의 미생물 군집이 관찰되었다. 1개월 및 6개월 경과 시료의 미생물 군집은 바닥 퇴적물 시료의 미생물 군집과 유사했지만, 부식 경과 3개월, 14개월, 22개월 경과 시료에서는 프로테오박테리아의 비율이 유의미하게 증가했다. 또한, 크롬 함량이 9%인 강철 시료에서 관찰된 이 두 가지 미생물 군집은 그림 5c에 나타낸 PCoA 플롯에서 분리된 클러스터에 해당했다.
속 수준에서 분류되지 않은 박테리아와 고세균을 포함하는 2000개 이상의 OTU가 관찰되었습니다. 속 수준에서 분류되지 않은 박테리아와 고세균을 포함하는 2000개 이상의 OTU가 관찰되었습니다.속 수준에서 2000개 이상의 OTU가 관찰되었으며, 여기에는 정체가 밝혀지지 않은 박테리아와 고세균이 포함되어 있습니다.속 수준에서 2000개 이상의 OTU가 관찰되었으며, 여기에는 특정되지 않은 박테리아와 고세균이 포함되어 있었습니다. 이 중 각 샘플에서 높은 개체수를 보이는 10개의 OTU에 초점을 맞추었습니다. 이는 ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1%, 2.25%, 9% Cr 강 및 316, 304 스테인리스강에서 각각 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%, 21.8-45.1%의 비율을 차지했습니다.
ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 및 크롬 함량이 1% 및 2.25%인 강과 같은 부식 시료에서 Fe(II) 산화 특성을 지닌 탈염소화 모노리스가 비교적 높은 함량으로 관찰되었습니다. 이는 부식 초기 단계(1개월 및 3개월, 그림 7c-h)에서 확인되었습니다. Dechloromonas의 비율은 시간이 지남에 따라 감소했으며, 이는 Proteobacteria의 감소와 일치했습니다(그림 6). 또한, 부식되지 않은 시료의 바이오필름에서 데클로로모나스의 비율은 1% 미만입니다. 또한, 부식되지 않은 시료의 바이오필름에서 데클로로모나스의 비율은 1% 미만입니다. Кроме того, доля Declomonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. 또한, 부식되지 않은 시편의 바이오필름에서 데클로로모나스균의 비율은 1% 미만입니다.此외, 未腐蚀样품적 생활용품은 中脱氯单胞菌의 比例<1%입니다.此외, 未腐蚀样품적 생활용품 膜中脱氯单胞菌的比例 < 1% Кроме того, доля Declomonas в биопленке некорродированных образцов была <1%. 또한, 부식되지 않은 시편의 바이오필름에서 데클로로모나스의 비율은 1% 미만이었다.따라서 부식 생성물 중에서 데클로로모나스는 부식 초기 단계에서 현저하게 많이 생성됩니다.
반면, ASTM A179, ASTM A109 템퍼링 #4/5, ASTM A179, ASTM A395 및 크롬 함량이 1%와 2.25%인 강에서는 황산염 환원균(SRB)인 Desulfovibrio 종의 비율이 14개월과 22개월 후에 최종적으로 증가했습니다(그림 7c–h). Desulfovibrio는 부식 초기 단계, 물 시료(그림 7a, b) 및 부식되지 않은 바이오필름(그림 7j, j)에서는 매우 낮거나 검출되지 않았습니다. 이는 Desulfovibrio가 부식 초기 단계에는 부식에 영향을 미치지 않더라도 형성된 부식 생성물의 환경을 선호한다는 것을 강력하게 시사합니다.
Geobacter 및 Geothrix와 같은 Fe(III) 환원 박테리아(RRB)는 부식 중간 단계(6개월 및 14개월)의 부식 생성물에서 발견되었지만, 부식 후기 단계(22개월)에서는 상대적으로 낮은 비율로 더 높게 나타났다(그림 7c, eh). Fe(II) 산화 특성을 가진 Sideroxydans 속도 유사한 양상을 보였다(그림 7f). 따라서 FeOB, IRB 및 SRB의 비율은 부식된 시료에서만 높게 나타났다. 이는 이러한 미생물 군집의 변화가 부식 진행과 밀접하게 관련되어 있음을 강력하게 시사한다.
9% Cr 강철을 3개월, 14개월, 22개월 동안 부식시킨 결과, 황산화 특성을 나타내는 Beggiatoacea과(8.5~19.6%)의 미생물과 Sideroxidans(8.4~13.7%)의 비율이 높게 나타났습니다(그림 1). 7i) 또한, 황산화세균(SOB)인 Thiomonas는 3개월과 14개월 후 각각 3.4%와 8.8%로 더 많이 발견되었습니다. 반면, 질산염 환원세균인 Nitrospira(12.9%)는 6개월 된 부식되지 않은 시료에서 관찰되었습니다. Nitrospira의 비율은 침지 후 스테인리스강 표면의 바이오필름에서도 증가된 것으로 나타났습니다(그림 7j,k). 따라서 1개월과 6개월 된 부식되지 않은 9% Cr 강철의 미생물 군집은 스테인리스강 바이오필름의 미생물 군집과 유사했습니다. 또한, 9% 크롬강의 3개월, 14개월, 22개월 부식 후 생성된 미생물 군집은 탄소강, 저크롬강 및 주철의 부식 생성물과는 차이가 있었다.
담수에서는 염화 이온 농도가 금속 부식에 영향을 미치기 때문에 부식 진행 속도가 해수보다 일반적으로 느립니다. 그러나 일부 스테인리스강은 담수 환경에서도 부식될 수 있습니다.38,39 또한, 본 연구에 사용된 담수 수조에서 부식된 물질이 이전에 관찰되었기 때문에 미생물 부식(MIC)이 의심되었습니다. 장기간 침지 연구에서는 다양한 형태의 부식, 세 가지 유형의 미생물 군집, 그리고 부식 생성물에서 미생물 군집의 변화가 관찰되었습니다.
본 연구에 사용된 담수 매질은 화학적 조성이 비교적 안정적이고 수온이 9~23°C 범위로 계절에 따라 변화하는 강에서 취수한 공업용수를 담은 밀폐된 수조입니다. 따라서 수질 시료에서 미생물 군집의 계절적 변동은 온도 변화와 관련이 있을 수 있습니다. 또한, 수조 내 미생물 군집은 유입수와 다소 차이가 있었습니다(그림 5b). 수조의 물은 넘침으로 인해 지속적으로 교체됩니다. 결과적으로, 수조 표면과 바닥 사이의 중간 깊이에서도 용존산소(DO)는 약 8.2ppm으로 유지되었습니다. 반면, 침전물은 저수지 바닥에 침전되어 남아 있으므로 혐기성 환경일 것이며, 침전물 내 미생물 군집(예: CRP) 또한 수조 내 미생물 군집과 다를 것입니다(그림 6). 수조 내 시편은 침전물로부터 더 멀리 떨어져 있었기 때문에 호기성 조건에서의 침지 연구 동안에만 담수에 노출되었습니다.
담수 환경에서 탄소강, 저크롬강, 주철은 내식성이 없기 때문에 일반적인 부식이 발생합니다(그림 1). 그러나 무생물 담수 조건에서의 부식 속도(0.13 mm yr⁻¹)는 이전 연구⁴⁰(0.04 mm yr⁻¹)보다 높았으며, 미생물이 존재하는 조건에서의 부식 속도(0.02–0.76 mm yr⁻¹)와 유사했습니다. ¹) 담수 조건과 유사한 조건⁴⁰,⁴¹,⁴². 이러한 가속화된 부식 속도는 미생물 유도 부식(MIC)의 특징입니다.
또한, 22개월 침지 후 부식 생성물 아래의 여러 금속에서 국부 부식이 관찰되었다(그림 3). 특히, ASTM A179에서 관찰된 국부 부식 속도는 일반 부식 속도보다 약 5배 빠르다. 이러한 특이한 형태의 부식과 가속 부식 속도는 동일한 물체에서 발생하는 다른 부식에서도 관찰되었다. 따라서 본 연구에서 수행된 침지 실험은 실제 부식 현상을 반영한다.
연구 대상 금속 중 9% 크롬강은 1.2mm 이상의 부식 깊이를 보여 가장 심각한 부식 현상을 나타냈는데, 이는 가속 부식 및 비정상적인 부식 형태로 인해 미생물 유도 부식(MIC)일 가능성이 높다. 연구 대상 금속 중 9% 크롬강은 1.2mm 이상의 부식 깊이를 보여 가장 심각한 부식 현상을 나타냈는데, 이는 가속 부식 및 비정상적인 부식 형태로 인해 미생물 유도 부식(MIC)일 가능성이 높다. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильнуж коррозик с глубиной коррозии> 1,2mm, что, вероятно, является МИК из-за ускоренной коррозии 및 аномальной formы оррозии. 조사된 금속 중 크롬 함량이 9%인 강철은 부식 깊이가 1.2mm를 초과하는 가장 심각한 부식을 보였는데, 이는 가속 부식 및 비정상적인 형태의 부식으로 인한 미생물 유도 부식(MIC)일 가능성이 높습니다.9% Cr의 합금 합금은 1.2mm보다 크고, 1.2mm보다 크며, 由于加速腐蚀와 异常腐蚀형式, 很可能是MIC입니다.현재 9% Cr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% Cr, с глубиной коррозии >1,2mm, скорее всего, МИК из-за ускоренных 및 аномальных form коррозии. 연구 대상 금속 중 크롬 함량이 9%인 강철이 가장 심하게 부식되었으며, 부식 깊이는 1.2mm를 초과했습니다. 이는 가속 부식 및 비정상적인 형태의 부식으로 인한 미생물 유도 부식(MIC)일 가능성이 높습니다.9% Cr강은 고온 응용 분야에 사용되기 때문에 이전에 부식 거동에 대한 연구가 진행되었지만43,44 이 금속에 대한 MIC는 이전에 보고된 바 없습니다. 초고온성 미생물을 제외한 수많은 미생물은 고온 환경(>100°C)에서 비활성 상태이므로, 이러한 경우 9% Cr강에서의 미생물 부식(MIC)은 무시할 수 있습니다. 초고온성 미생물을 제외한 수많은 미생물은 고온 환경(>100°C)에서 비활성 상태이므로, 이러한 경우에는 9% Cr강에서의 미생물 유도 부식(MIC)을 무시할 수 있습니다. Поскольку многие микроорганизмы, за исклучением гипертермоfilов, неактивны в высокотемпературной среде (>100 °С), ИК в стали с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. 초고온성 미생물을 제외한 많은 미생물은 고온 환경(>100°C)에서 비활성 상태이므로, 크롬 함량이 9%인 강철의 경우 미생물 부식 반응(MIC)은 무시할 수 있습니다.由于除超嗜熱菌外, 许多微生略는 高温环境(>100 °C) 中不活跃,因此忙种情况下可以忽略9% Cr 钢中的MIC입니다. 9% Cr 颃(>100 °C) Поскольку многие микроорганизмы, кроме гипертермофилов, не проявляд активности в высокотемпературных средах (>100 °С), МПК в стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. 초고온성 미생물을 제외한 많은 미생물은 고온 환경(>100°C)에서 활동을 보이지 않으므로, 크롬 함량이 9%인 강철에서의 미생물 부식 반응(MIC)은 이 경우 무시할 수 있다.하지만 9% 크롬강을 중온 환경에서 사용할 경우, 금속 부식(MIC)을 줄이기 위해 다양한 조치를 취해야 합니다.
부식되지 않은 물질의 침전물과 바이오필름의 부식 생성물에서 물과 비교하여 다양한 미생물 군집과 그 변화가 관찰되었으며, 가속 부식도 관찰되었다(그림 5-7). 이는 이러한 부식이 마이크로폰과 같은 역할을 한다는 것을 강력하게 시사한다. Ramirez et al.13은 해양 미생물 생태계에서 6개월에 걸쳐 3단계 전환(FeOB => SRB/IRB => SOB)이 일어나는 것을 보고했는데, 이 과정에서 2차적으로 풍부해진 SRB에 의해 생성된 황화수소가 최종적으로 SOB의 풍부화에 기여할 수 있다고 합니다. Ramirez et al.13은 6개월에 걸쳐 해양 미생물 생태계에서 3단계 전환(FeOB => SRB/IRB => SOB)이 일어나는 것을 보고했는데, 이때 2차적으로 풍부해진 SRB에 의해 생성된 황화수소가 최종적으로 SOB의 풍부화에 기여할 수 있습니다. Ramirez et al.13 сообacies о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, когда сероводород, образуушийся при вторичном обогачнии SRB, может, наконец, способствовать обогаченив SOB. Ramirez et al.13은 6개월 동안 해양 미생물 생태계에서 3단계 전환(FeOB => SRB/IRB => SOB)이 일어나는 것을 보고했는데, SRB 2차 농축에서 생성된 황화수소가 최종적으로 SOB 농축에 기여할 수 있습니다. 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 3步转变(FeOB => SRB/IRB => SOB)，其中 二次富集SRB产生 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 3 步 转变 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) , 其中 次 富集 srb 产生 硫化氢 可能 最终정말 흐느끼는 것 같아요. Ramirez et al.13 сообчили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, в котором сероводород, образушийся в результате вторичного обогавония SRB, может в конечном итоге способствовать 다시 말해 SOB. Ramirez et al.13은 6개월 동안 해양 미생물 생태계에서 3단계 전환(FeOB => SRB/IRB => SOB)이 일어나는 것을 보고했는데, 이 과정에서 SRB 2차 농축에서 생성된 황화수소가 결국 SOB 농축에 기여할 수 있습니다.McBeth와 Emerson36은 FeOB에서 1차 농축을 보고했습니다. 마찬가지로, 본 연구에서도 초기 부식 단계에서 FeOB의 농축이 관찰되었지만, 탄소강, 1% 및 2.25% Cr강, 그리고 주철에서 22개월에 걸쳐 관찰된 부식 진행에 따른 미생물 변화는 FeOB => IRB => SRB 순이었다(그림 7 및 8). 마찬가지로, 본 연구에서도 초기 부식 단계에서 FeOB의 농축이 관찰되었지만, 탄소강, 1% 및 2.25% Cr강, 그리고 주철에서 22개월에 걸쳐 관찰된 부식 진행에 따른 미생물 변화는 FeOB => IRB => SRB 순이었다(그림 7 및 8). Точно так же в этом исследовании наблудается обогачение FeOB на ранней стадии corrosizии, но микробные izmenenenия по merе прогрессирования коррозии, наблудаемые в углеродистых 및 1% 및 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 meсяцев, представлявт собой FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 и 8). 마찬가지로, 본 연구에서도 부식 초기 단계에서 FeOB의 농축이 관찰되었지만, 탄소강, 1% 및 2.25% Cr강, 주철에서 22개월에 걸쳐 관찰된 부식 진행에 따른 미생물 변화는 FeOB => IRB => SRB 순이었다(그림 7 및 8).같은 방식으로, 本研究中观察到早期腐蚀阶段FeOB의 富集, 但在碳와 1% 및 2.25% Cr 钢以及超过22个月의 铸铁中观察到的微生物随着腐蚀的进进而变化是FeOB => IRB => SRB (그림 7 과 8).同样 , 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 , 但 碳 and 와 1% and 2.25% Cr 钢 超过 22 个 的 铸铁 中到 的 微生物 腐蚀 的 进展 而 变化 FEOB => IRB => SRB(图7과8). analogичным образом, в этом исследовании наблудалось обогачение FeOB на ранних стадиях коррозии, но микробиологические изменения, наблудаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, были FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8). 마찬가지로, 본 연구에서도 부식 초기 단계에서 FeOB 농축이 관찰되었지만, 탄소강, 1% 및 2.25% Cr강, 주철에서 22개월 동안 관찰된 미생물학적 변화는 FeOB => IRB => SRB 순이었다(그림 7 및 8).SRB는 높은 황산 이온 농도로 인해 해수 환경에서 쉽게 축적될 수 있지만 담수 환경에서는 낮은 황산 이온 농도로 인해 농축이 지연됩니다. 해수에서의 SRB 농축은 자주 보고되었습니다.10,12,45
a 부식 초기 단계에서는 Fe(II) 의존성 에너지 대사를 통해 산화철(붉은색 [Dechloromonas sp.] 및 녹색 [Sideroxydans sp.] 세포)과 Fe(III) 환원 세균(회색 세포 [Geothrix sp. 및 Geobacter sp.])이 유기 탄소와 질소를 생성하고, 부식 성숙 단계에서는 축적된 유기물을 소비하는 혐기성 황산염 환원 세균(SRP)과 종속영양 미생물이 풍부해집니다. b 내식성 금속 표면의 미생물 군집 변화. 보라색, 파란색, 노란색, 흰색 세포는 각각 Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea 등의 과에 속하는 세균을 나타냅니다.
미생물 군집의 변화 및 황산염 환원 세균(SRB)의 증식 가능성과 관련하여, 철 산화 세균(FeOB)은 부식 초기 단계에서 매우 중요하며, 데클로로모나스(Dechloromonas)는 철(II) 산화로부터 성장 에너지를 얻습니다. 미생물은 미량 원소를 함유한 배지에서도 생존할 수 있지만, 기하급수적으로 증식하지는 않습니다. 그러나 본 연구에 사용된 침전조는 유입량이 20 m³/h인 오버플로우조로, 무기 이온을 함유한 미량 원소가 지속적으로 공급됩니다. 부식 초기 단계에서 탄소강과 주철로부터 철 이온이 방출되고, 데클로로모나스와 같은 FeOB는 이를 에너지원으로 사용합니다. 세포 성장에 필요한 미량의 탄소, 인산염, 질소는 공정수 내에 유기물 및 무기물 형태로 존재해야 합니다. 따라서 이러한 담수 환경에서는 FeOB가 탄소강 및 주철과 같은 금속 표면에 초기에는 농축됩니다. 이후, 철 환원 세균(IRB)이 성장하여 유기물과 산화철을 각각 에너지원과 최종 전자 수용체로 이용할 수 있습니다. 성숙한 부식 생성물에서는 FeOB와 IRB의 대사 작용으로 인해 질소가 풍부한 혐기성 조건이 생성되어야 합니다. 따라서 SRB가 빠르게 성장하여 FeOB와 IRB를 대체할 수 있습니다(그림 8a).
최근 Tang et al.은 담수 환경에서 Geobacter ferroreducens에 의한 스테인리스강 부식이 철에서 미생물로의 직접적인 전자 전달 때문에 발생한다고 보고했습니다.46 EMIC를 고려할 때, EET 특성을 가진 미생물의 기여는 매우 중요합니다. 본 연구에서 부식 생성물의 주요 미생물 종은 SRB, FeOB, IRB이며, 이들은 EET 특성을 가져야 합니다. 따라서 이러한 전기화학적으로 활성인 미생물은 EET를 통해 부식에 기여할 수 있으며, 부식 생성물이 형성됨에 따라 다양한 이온 종의 영향으로 군집 구성이 변화합니다. 반면에 크롬 함량이 9%인 강철의 미생물 군집은 다른 강철과 달랐습니다(그림 8b). 14개월 후, FeOB가 풍부해졌을 뿐만 아니라 Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea, Thiomonas와 같은 미생물도 풍부해졌습니다(그림 7i). 이러한 변화는 탄소강과 같은 다른 부식성 재료와는 현저히 다르며, 부식 과정에서 용해된 크롬이 풍부한 이온의 영향을 받았을 가능성이 있습니다. 특히, Thiomonas는 황 산화 특성뿐만 아니라 Fe(II) 산화 특성, EET 시스템 및 중금속 내성도 가지고 있습니다.48,49 이들은 Fe(II) 산화 활성 및/또는 금속 전자의 직접 소비로 인해 증식될 수 있습니다. 이전 연구에서 불연속 생물막 모니터링 시스템을 사용하여 Cu 표면의 생물막에서 Beggiatoacea가 상대적으로 풍부하게 관찰되었는데, 이는 이 박테리아가 Cu 및 Cr과 같은 독성 금속에 내성을 가질 수 있음을 시사합니다. 그러나 Beggiatoacea가 이러한 환경에서 성장하는 데 필요한 에너지원은 알려져 있지 않습니다.
본 연구는 담수 환경에서 부식 과정 중 미생물 군집의 변화를 보고합니다. 동일한 환경에서도 금속 종류에 따라 미생물 군집의 구성이 달랐습니다. 또한, 본 연구 결과는 부식 초기 단계에서 철 산화 세균(FeOB)의 중요성을 확인시켜 줍니다. 철에 의존하는 미생물의 에너지 대사는 황산염 환원 세균(SRB)과 같은 다른 미생물이 번성하기에 적합한 영양분이 풍부한 환경을 조성하기 때문입니다. 담수 환경에서 미생물 부식(MIC)을 줄이기 위해서는 FeOB와 철 환원 세균(IRB)의 증식을 제한해야 합니다.
본 연구에서는 9가지 금속을 사용하였으며, 이 금속들을 50 × 20 × 1–5 mm 크기의 블록으로 가공하였다(ASTM 395 강 및 1%, 2.25%, 9% 크롬 함유 강: 두께 5 mm; ASTM A283 및 ASTM A179 강: 두께 3 mm; ASTM A109 템퍼 4/5 및 304, 316 스테인리스강: 두께 1 mm). 각 블록에는 4 mm 크기의 구멍 두 개가 뚫려 있었다. 크롬 함유 강은 사포로, 나머지 금속은 600방 사포로 연마한 후 침지하였다. 모든 시료는 99.5% 에탄올로 초음파 세척 후 건조하여 무게를 측정하였다. 각 금속별로 10개의 시료를 부식 속도 계산 및 미생물군 분석에 사용하였다. 각 시료는 PTFE 막대와 스페이서(φ 5 × 30 mm, 보충 그림 2)를 이용하여 사다리 형태로 고정하였다.
수조의 부피는 1100 세제곱미터이고 깊이는 약 4미터입니다. 물 유입량은 시간당 20 m³였고, 넘치는 물은 배출되었으며, 수질은 계절에 따라 변동하지 않았습니다(보충 그림 3). 시료 채취용 사다리는 수조 중앙에 매달린 3미터 길이의 강철 와이어 위로 내려집니다. 두 세트의 사다리를 1개월, 3개월, 6개월, 14개월, 22개월 간격으로 수조에서 제거했습니다. 한 사다리에서 채취한 시료는 무게 감소량을 측정하고 부식률을 계산하는 데 사용했고, 다른 사다리에서 채취한 시료는 미생물군 분석에 사용했습니다. 침지 수조의 표면, 바닥, 그리고 중앙 부분에서 용존 산소량을 용존 산소 센서(InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA)를 사용하여 측정했습니다.
시료에 형성된 부식 생성물과 바이오필름은 플라스틱 스크레이퍼로 긁어내거나 면봉으로 닦아낸 후, 초음파 세척기를 사용하여 99.5% 에탄올로 세척했습니다. 그런 다음 ASTM G1-0351 규격에 따라 클라크 용액에 시료를 담갔습니다. 모든 시료는 건조가 완료된 후 무게를 측정했습니다. 다음 공식을 사용하여 각 시료의 부식 속도(mm/년)를 계산하십시오.
여기서 K는 상수(8.76 × 10⁴), T는 노출 시간(h), A는 총 표면적(cm²), W는 질량 손실(g), D는 밀도(g cm⁻³)입니다.
시료의 무게를 측정한 후, 3D 측정 레이저 현미경(LEXT OLS4000, Olympus, 도쿄, 일본)을 사용하여 여러 시료의 3D 이미지를 얻었다.