Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu. Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Be to, siekdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir „JavaScript“.
Rodo trijų skaidrių karuselę vienu metu. Naudokite mygtukus „Ankstesnis“ ir „Kitas“, kad vienu metu pereitumėte per tris skaidres, arba naudokite slankiklio mygtukus gale, kad vienu metu pereitumėte per tris skaidres.
Gėlavandenėje aplinkoje dažnai stebima pagreitėjusi anglinio ir nerūdijančio plieno korozija. Čia buvo atliktas 22 mėnesių trukmės gėlavandenio rezervuaro nardymo tyrimas, naudojant devynias plieno rūšis. Pagreitinta korozija pastebėta angliniame ir chromuotame pliene bei ketuje, o nerūdijančiame pliene matomos korozijos nepastebėta net po 22 mėnesių. Mikrobų bendruomenės analizė parodė, kad bendrosios korozijos metu Fe(II) oksiduojančios bakterijos buvo praturtintos ankstyvoje korozijos stadijoje, Fe(III) redukuojančios bakterijos – korozijos vystymosi stadijoje, o sulfatus redukuojančios bakterijos – galutinėje gaminio korozijos stadijoje. Priešingai, Beggiatocaea bakterijų ypač daug buvo pliene su 9 % Cr, paveiktame lokalizuota korozija. Ši mikrobų bendruomenių sudėtis taip pat skyrėsi nuo vandens ir dugno nuosėdų mėginių sudėties. Taigi, korozijai progresuojant, mikrobų bendruomenė patiria didelių pokyčių, o nuo geležies priklausanti mikrobų energijos apykaita sukuria aplinką, kuri gali praturtinti kitus mikroorganizmus.
Metalai gali irti ir koroduoti dėl įvairių fizikinių ir cheminių aplinkos veiksnių, tokių kaip pH, temperatūra ir jonų koncentracija. Rūgštingos sąlygos, aukšta temperatūra ir chloridų koncentracija ypač veikia metalų koroziją1,2,3. Mikroorganizmai natūralioje ir pastatytoje aplinkoje dažnai daro įtaką metalų dilimui ir korozijai, o šis elgesys pasireiškia mikrobų korozija (MIK)4,5,6,7,8. MIK dažnai randama tokiose aplinkose kaip patalpų vamzdžiai ir rezervuarai, metaliniuose plyšiuose ir dirvožemyje, kur ji atsiranda staiga ir sparčiai vystosi. Todėl MIK stebėti ir anksti aptikti yra labai sunku, todėl MIK analizė paprastai atliekama po korozijos. Buvo pranešta apie daugybę MIK atvejų tyrimų, kuriuose sulfatų redukuojančių bakterijų (SRB) dažnai buvo randama korozijos produktuose9,10,11,12,13. Tačiau lieka neaišku, ar SRB prisideda prie korozijos pradžios, nes jų aptikimas grindžiamas po korozijos atlikta analize.
Pastaruoju metu, be jodą oksiduojančių bakterijų21, buvo pranešta apie įvairius geležį skaidančius mikroorganizmus, tokius kaip geležį skaidantys SRB14, metanogenai15,16,17, nitratus redukuojančios bakterijos18, geležį oksiduojančios bakterijos19 ir acetogenai20. Anaerobinėmis arba mikroaerobinėmis laboratorinėmis sąlygomis dauguma jų korozuoja nulinės valentės geležį ir anglinį plieną. Be to, jų korozijos mechanizmai rodo, kad geležį korozuojantys metanogenai ir SRB skatina koroziją, surinkdami elektronus iš nulinės valentės geležies, naudodami atitinkamai tarpląstelines hidrogenazes ir daugiaheminius citochromus22,23. MIK skirstomos į du tipus: (i) cheminė MIK (CMIC), kuri yra netiesioginė korozija, kurią sukelia mikrobų pagamintos rūšys, ir (ii) elektrinė MIK (EMIC), kuri yra tiesioginė korozija dėl metalo elektronų išeikvojimo24. EMIC, kurią palengvina tarpląstelinis elektronų perdavimas (EET), yra labai įdomi, nes mikroorganizmai, turintys EET savybių, sukelia greitesnę koroziją nei ne EET mikroorganizmai. Nors anaerobinėmis sąlygomis CMIC greitį ribojantis atsakas yra H2 gamyba protonų redukcijos (H+) būdu, EMIC vyksta per EET metabolizmą, kuris nepriklauso nuo H2 gamybos. EET mechanizmas įvairiuose mikroorganizmuose yra susijęs su mikrobų ląstelinio kuro veikimu ir elektrobiosinteze25,26,27,28,29. Kadangi šių korozinių mikroorganizmų kultūros sąlygos skiriasi nuo natūralios aplinkos, neaišku, ar šie stebimi mikrobinės korozijos procesai atspindi koroziją praktikoje. Todėl sunku stebėti šių korozinių mikroorganizmų sukeltą MIK mechanizmą natūralioje aplinkoje.
DNR sekoskaitos technologijos plėtra palengvino mikrobų bendrijų detalių tyrimą natūralioje ir dirbtinėje aplinkoje, pavyzdžiui, mikrobų ekologijos srityje buvo naudojamas mikrobų profiliavimas, pagrįstas 16S rRNR geno seka naudojant naujos kartos sekvenatorius30,31.,32. Paskelbta daugybė MIK tyrimų, kuriuose išsamiai aprašomos mikrobų bendrijos dirvožemio ir jūros aplinkoje13,33,34,35,36. Be SRB, anglies ir vario turinčiuose plienuose dirvožemio terpėje taip pat buvo pranešta apie Fe(II) oksiduojančių (FeOB) ir nitrifikuojančių bakterijų, pvz., FeOB, pvz., Gallionella spp. ir Dechloromonas spp., ir nitrifikuojančių bakterijų, pvz., Nitrospira spp., praturtėjimą korozijos mėginiuose33. Panašiai ir jūros aplinkoje kelias savaites ant anglinio plieno buvo stebima greita geležį oksiduojančių bakterijų, priklausančių Zetaproteobakterijų ir Betaproteobakterijų klasėms, kolonizacija36. Šie duomenys rodo šių mikroorganizmų indėlį į koroziją. Tačiau daugelyje tyrimų trukmė ir eksperimentinės grupės yra ribotos, o apie mikrobų bendrijų dinamiką korozijos metu žinoma mažai.
Šiame darbe nagrinėjame anglinio plieno, chromuoto plieno, nerūdijančio plieno ir ketaus minimalias slopinamąsias vertes (MSK), atlikdami panardinimo tyrimus aerobinėje gėlavandenėje aplinkoje, kurioje anksčiau buvo MSK įvykių. Mėginiai buvo imami po 1, 3, 6, 14 ir 22 mėnesių, ir buvo tiriamas kiekvieno metalo ir mikrobinio komponento korozijos greitis. Mūsų rezultatai suteikia įžvalgų apie ilgalaikę mikrobų bendrijų dinamiką korozijos metu.
Kaip parodyta 1 lentelėje, šiame tyrime buvo naudoti devyni metalai. Dešimt kiekvienos medžiagos mėginių buvo panardinti į gėlo vandens baseiną. Technologinio vandens kokybė tokia: 30 ppm Cl⁻, 20 mS m⁻¹, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, drumstumas 1 ppm ir pH 7,4. Ištirpusio deguonies (DO) koncentracija mėginių ėmimo kopėčios apačioje buvo maždaug 8,2 ppm, o vandens temperatūra sezoniškai svyravo nuo 9 iki 23 °C.
Kaip parodyta 1 paveiksle, po 1 mėnesio panardinimo į ASTM A283, ASTM A109 sąlygą Nr. 4/5, ASTM A179 ir ASTM A395 ketaus aplinką, ant anglinio plieno paviršiaus buvo pastebėti rudi korozijos produktai generalizuotos korozijos pavidalu. Šių bandinių svorio netekimas laikui bėgant didėjo (1 papildoma lentelė), o korozijos greitis buvo 0,13–0,16 mm per metus (2 pav.). Panašiai bendroji korozija pastebėta plienuose, kuriuose mažas Cr kiekis (1 % ir 2,25 %), o korozijos greitis yra apie 0,13 mm per metus (1 ir 2 pav.). Priešingai, plienas, kuriame yra 9 % Cr, pasižymi lokalizuota korozija, kuri atsiranda tarpiklių susidarančiuose tarpuose. Šio bandinio korozijos greitis yra apie 0,02 mm per metus, tai yra žymiai mažesnis nei plieno, kuriame yra bendroji korozija. Tuo tarpu 304 ir 316 tipo nerūdijantys plienai nerodo jokios matomos korozijos, o jų apskaičiuotas korozijos greitis yra <0,001 mm per metus. Tuo tarpu 304 ir 316 tipo nerūdijantys plienai nerodo jokios matomos korozijos, o jų apskaičiuotas pagreičio greitis yra <0,001 mm y−1. Напротив, нержавеющие стали типов 304 ir 316 не проявляют видимой коррозии, при этом расчетьикорстали расчетная скоростная <0,001 мм/год. Tuo tarpu 304 ir 316 tipų nerūdijantys plienai nerodo matomos korozijos, o apskaičiuotas korozijos greitis yra <0,001 mm/metus.相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速玂 mm<0–011 mm相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速玂 mm<0–011 mm Напротив, нержавеющие стали типа 304 и -316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростью скоростью <0,0геющие стали типа 304 и -316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростью Tuo tarpu 304 ir 316 tipo nerūdijantys plienai neparodė jokios matomos korozijos, o projektinis korozijos greitis buvo <0,001 mm/metus.
Pateikiami kiekvieno mėginio makroskopiniai vaizdai (aukštis 50 mm × plotis 20 mm) prieš ir po nukalkinimo. 1 metras, 1 mėnuo; 3 metrai, 3 mėnesiai; 6 metrai, 6 mėnesiai; 14 metrų, 14 mėnesių; 22 metrai, 22 mėnesiai; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, sąlyga 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, plienas 1 % Cr; 3C plienas, 2,25 % Cr plienas; plienas 9C, plienas 9 % Cr; S6, 316 nerūdijantis plienas; S8, 304 tipo nerūdijantis plienas.
Korozijos greitis buvo apskaičiuotas naudojant svorio kritimą ir panardinimo laiką. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, grūdintas 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, plienas 1 % Cr, 3 C, plienas 2,25 % Cr, 9 C, plienas 9 % Cr, S6, 316 tipo nerūdijantis plienas; S8, 304 tipo nerūdijantis plienas.
1 pav. taip pat parodyta, kad anglinio plieno, mažai chromo turinčio plieno ir ketaus korozijos produktai toliau vystosi po 3 mėnesių panardinimo. Bendras korozijos greitis palaipsniui sumažėjo iki 0,07–0,08 mm per metus po 22 mėnesių (2 pav.). Be to, 2,25 % chromo turinčio plieno korozijos greitis buvo šiek tiek mažesnis nei kitų koroduotų bandinių, o tai rodo, kad chromas gali slopinti koroziją. Be bendrosios korozijos, pagal ASTM A179, po 22 mėnesių buvo pastebėta lokalizuota korozija, kurios korozijos gylis siekė apie 700 µm (3 pav.). Vietinis korozijos greitis, apskaičiuotas pagal korozijos gylį ir panardinimo laiką, yra 0,38 mm per metus, tai yra maždaug 5 kartus greičiau nei bendras korozijos greitis. ASTM A395 lydinio korozijos greitis gali būti nepakankamai įvertintas, nes korozijos produktai nevisiškai pašalina nuosėdas po 14 ar 22 mėnesių panardinimo į vandenį. Tačiau skirtumas turėtų būti minimalus. Be to, koroduotame mažai chromo turinčiame pliene pastebėta daug mažų įdubimų.
Visas vaizdas (mastelio juosta: 10 mm) ir lokalizuota korozija (mastelio juosta: 500 µm) ASTM A179 ir 9 % chromo plieno maksimaliame gylyje, naudojant 3D lazerinį mikroskopą. Raudoni apskritimai visame vaizde rodo išmatuotą lokalizuotą koroziją. Visas 9 % chromo plieno vaizdas iš kitos pusės parodytas 1 paveiksle.
Kaip parodyta 2 pav., plienui su 9 % Cr per 3–14 mėnesių korozijos nepastebėta, o korozijos greitis praktiškai buvo nulinis. Tačiau po 22 mėnesių pastebėta lokalizuota korozija (3 pav.), kurios korozijos greitis, apskaičiuotas pagal svorio netekimą, buvo 0,04 mm/metus. Didžiausias lokalizuotos korozijos gylis yra 1260 µm, o lokalizuotas korozijos greitis, įvertintas pagal korozijos gylį ir panardinimo laiką (22 mėnesiai), yra 0,68 mm/metus. Kadangi tikslus korozijos pradžios taškas nežinomas, korozijos greitis gali būti didesnis.
Tuo tarpu net po 22 mėnesių panardinimo ant nerūdijančio plieno nebuvo pastebėta jokios matomos korozijos. Nors prieš nukalkinant paviršiuje buvo pastebėta keletas rudų dalelių (1 pav.), jos buvo silpnai prisitvirtinusios ir nebuvo korozijos produktai. Kadangi metalas vėl atsiranda ant nerūdijančio plieno paviršiaus pašalinus apnašas, korozijos greitis praktiškai lygus nuliui.
Amplikonų sekvenavimas buvo atliktas siekiant suprasti mikrobų bendrijų skirtumus ir dinamiką laikui bėgant korozijos produktuose ir bioplėvelėse ant metalinių paviršių, vandenyje ir nuosėdose. Iš viso gauta 4 160 012 nuskaitymų, kurių intervalas buvo nuo 31 328 iki 124 183.
Iš vandens įleidimo angų ir tvenkinių paimtų vandens mėginių Šenono indeksai svyravo nuo 5,47 iki 7,45 (4a pav.). Kadangi regeneruotas upių vanduo naudojamas kaip pramoninis vanduo, mikrobų bendrija gali kisti sezoniškai. Tuo tarpu dugno nuosėdų mėginių Šenono indeksas buvo apie 9, tai yra žymiai daugiau nei vandens mėginių. Panašiai vandens mėginiuose apskaičiuoti Chao1 indeksai ir stebimi operatyvūs taksonominiai vienetai (OTU) buvo mažesni nei nuosėdų mėginiuose (4b, c pav.). Šie skirtumai yra statistiškai reikšmingi (Tukey-Kramer testas; p reikšmės < 0, 01, 4d pav.), rodantys, kad nuosėdų mėginiuose esančios mikrobų bendruomenės yra sudėtingesnės nei vandens mėginiuose. Šie skirtumai yra statistiškai reikšmingi (Tukey-Kramer testas; p reikšmės < 0,01, 4d pav.), rodantys, kad nuosėdų mėginiuose esančios mikrobų bendruomenės yra sudėtingesnės nei vandens mėginiuose. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает на нато, сообщества в образцах донных отложений более сложны, чем в образцах воды. Šie skirtumai yra statistiškai reikšmingi (Tukey-Kramer testas; p reikšmės <0,01, 4d pav.), rodantys, kad nuosėdų mėginiuose esančios mikrobų bendrijos yra sudėtingesnės nei vandens mėginiuose.这些差异具有统计学意义（Tukey-Kramer 检验；p 值< 0.01，图4d），表明沉积物样本中的微生物群落比水样中的微生物群落更傍这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ； p 值 <0,01 ， 图 4d） 牭 焩 執朮 积物样 沉积物中 中 的 群落更。。。。。。。. Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), что потлволилимера что микробные сообщества в образцах донных отложений были более сложными, чем в образцах воды. Šie skirtumai buvo statistiškai reikšmingi (Tukey-Kramer testas; p reikšmė <0, 01, 4d pav.), o tai rodo, kad nuosėdų mėginiuose esančios mikrobų bendruomenės buvo sudėtingesnės nei vandens mėginiuose.Kadangi perpildymo baseino vanduo nuolat atsinaujina, o nuosėdos nusėda baseino dugne be mechaninių trikdžių, šis mikrobų įvairovės skirtumas turėtų atspindėti baseino ekosistemą.
a Šenono indeksas, b Stebimas operacinis taksonominis vienetas (OTU) ir c Chao1 pasisavinimo indeksas (n=6) ir baseinas (n=5). Vanduo, nuosėdos (n=3), ASTM A283 (S: n=5), ASTM A109 Temperatūra #4/5 (SP: n=5), ASTM A179 (B: n=5), ASTM A395 (FC: n=5), 1 % (1 C: n=5), 2,25 % (3 C: n = 5) ir 9 % (9 C: n = 5) Cr plienai, taip pat 316 tipo (S6: n = 5) ir -304 (S8: n = 5) nerūdijantys plienai pavaizduoti dėžutės formos ir ūso formos diagramomis. d Šenono ir Chao1 indeksų p reikšmės, gautos naudojant ANOVA ir Tukey-Kramer daugkartinių palyginimų testus. Raudonas fonas žymi poras, kurių p reikšmės yra < 0, 05. Raudonas fonas žymi poras, kurių p reikšmės yra < 0,05. Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. Raudonas fonas žymi poras, kurių p reikšmės < 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. Raudonas fonas žymi poras, kurių p reikšmės <0,05.Linija langelio viduryje, langelio viršuje ir apačioje bei ūsai atitinkamai žymi medianą, 25-ąjį ir 75-ąjį procentilius bei minimalią ir maksimalią vertes.
Anglinio plieno, mažai chromo turinčio plieno ir ketaus Šenono indeksai buvo panašūs į vandens mėginių indeksus (4a pav.). Priešingai, nerūdijančio plieno mėginių Šenono indeksai yra žymiai didesni nei korozijos paveiktų plienų (p reikšmės < 0,05, 4d pav.) ir panašūs į nuosėdų indeksus. Priešingai, nerūdijančio plieno mėginių Šenono indeksai yra žymiai didesni nei koroduotų plienų (p reikšmės < 0,05, 4d pav.) ir panašūs į nuosėdų indeksus. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у p., корродированнейх5, рис. 4d), ir аналогичны индексам отложений. Priešingai, nerūdijančio plieno bandinių Šenono indeksai yra žymiai didesni nei korozijos paveiktų plienų (p reikšmės < 0,05, 4d pav.) ir yra panašūs į nuosėdų indeksus.相比之下，不锈钢样品的香农指数明显高于腐蚀钢的香农指数（p 值< 0.05，图4d），与沉积物相似.相比之下，不锈钢样品的香农指数明显高于腐蚀钢的香农指数（p 值< 0.05，图4d），与沉积物〸 Напротив, индекс Шеннона образцов из нержавеющей стали был значительно выше, чем p у,0 корродированниной,0 корродированниной рис. 4d), как и у отложений. Priešingai, nerūdijančio plieno bandinių Šenono indeksas buvo žymiai didesnis nei korozijos paveikto plieno (p vertė < 0,05, 4d pav.), kaip ir nuosėdos.Tuo tarpu plienų su 9 % Cr Shannon indeksas svyravo nuo 6,95 iki 9,65. Šios vertės buvo daug didesnės nekorodavusiuose bandiniuose po 1 ir 3 mėnesių nei korodavusiuose bandiniuose po 6, 14 ir 22 mėnesių (4a pav.). Be to, 9 % Cr plienų Chao1 indeksai ir stebėti OTU yra didesni nei korozijos paveiktų ir vandens mėginių ir mažesni nei korozijos paveiktų ir nuosėdų mėginių (4b, c pav.), o skirtumai yra statistiškai reikšmingi (p reikšmės < 0,01, 4d pav.). Be to, 9 % Cr plienų Chao1 indeksai ir stebėti OTU yra didesni nei korozijos paveiktų ir vandens mėginių ir mažesni nei korozijos paveiktų ir nuosėdų mėginių (4b, c pav.), o skirtumai yra statistiškai reikšmingi (p reikšmės < 0,01, 4d pav.).Be to, plienų, turinčių 9 % Cr, Chao1 ir stebėtas OTU yra didesni nei korozijos paveiktų ir vandeninių mėginių ir mažesni nei korozijos paveiktų ir nuosėdinių mėginių (4b, c pav.), o skirtumai yra statistiškai reikšmingi.(p-значения <0,01, рис. 4d). (p reikšmės <0,01, 4d pav.).此外，9% Cr 钢的Chao1 指数和观察到的OTU高于腐蚀样品和水样，低于未腐蚀样品和沉积物样品（图4b，c），差异具有统计学意义（p值< 0,01，图4d）.此外 ， 9% CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 水样 ， 低亁 栌蚓 栌蚀沉积物 （图 图 4b ， c） 差异 统计学 意义 （p 值 <0.01 图 弼 囌 图 图 图； ,,,,,,, 4d.). Кроме того, индекс Chao1 ir наблюдаемые OTU стали с содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных и хововодных и хвоводаемые ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значе-зна,1,0, рис. 4г). Be to, 9 % Cr plieno Chao1 indeksas ir stebėtas OTU buvo didesni nei korozijos paveiktų ir vandeninių mėginių ir mažesni nei korozijos paveiktų ir nuosėdinių mėginių (4b, c pav.), o skirtumas buvo statistiškai reikšmingas (p reikšmė < 0,01, 4d pav.).Šie rezultatai rodo, kad korozijos produktuose mikrobų įvairovė yra mažesnė nei bioplėvelėse ant nekoroduotų metalų.
5a pav. parodytas pagrindinių koordinačių analizės (PCoA) grafikas, pagrįstas „UniFrac“ nesvertu atstumu visiems mėginiams, kuriame stebimi trys pagrindiniai klasteriai. Vandens mėginiuose esančios mikrobų bendrijos reikšmingai skyrėsi nuo kitų bendrijų. Nuosėdose esančiose mikrobų bendrijose taip pat buvo nerūdijančio plieno bendrijos, o korozijos mėginiuose jos buvo plačiai paplitusios. Priešingai, plieno su 9 % Cr žemėlapis yra padalintas į nekorodavusias ir koroduotas bendrijas. Todėl mikrobų bendrijos ant metalinių paviršių ir korozijos produktų reikšmingai skiriasi nuo esančių vandenyje.
Pagrindinės koordinatės analizės (PCoA) grafikas, pagrįstas nesvertais „UniFrac“ atstumais visuose mėginiuose (a), vandenyje (b) ir metaluose (c). Apskritimai paryškina kiekvieną klasterį. Trajektorijos pavaizduotos linijomis, jungiančiomis mėginių ėmimo laikotarpius nuosekliai. 1 metras – 1 mėnuo; 3 metrai – 3 mėnesiai; 6 metrai – 6 mėnesiai; 14 metrų – 14 mėnesių; 22 metrai – 22 mėnesiai; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, sąlyga 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, plienas 1 % Cr; 3C plienas, 2,25 % Cr plienas; plienas 9C, plienas 9 % Cr; S6, 316 nerūdijantis plienas; S8, 304 tipo nerūdijantis plienas.
Chronologine tvarka išdėstyti vandens mėginių PCoA grafikai buvo išdėstyti apskritimu (5b pav.). Šis ciklo perėjimas gali atspindėti sezoninius pokyčius.
Be to, metalo mėginių PCoA diagramose buvo pastebėti tik du klasteriai (sukoroduoti ir nesukoroduoti), kur (išskyrus 9 % chromo plieną) taip pat buvo pastebėtas mikrobų bendrijos poslinkis nuo 1 iki 22 mėnesių (5c pav.). Be to, kadangi perėjimai sukoroduotuose mėginiuose buvo didesni nei nesukoroduotuose mėginiuose, buvo nustatyta koreliacija tarp mikrobų bendrijų pokyčių ir korozijos progresavimo. Plieno mėginiuose su 9 % Cr buvo išskirtos dviejų tipų mikrobų bendrijos: taškai po 1 ir 6 mėnesių, esantys šalia nerūdijančio plieno, ir kiti (3, 14 ir 22 mėnesių), esantys šalia sukoroduoto plieno. 1 mėnesio ir 6 mėnesių DNR ekstrakcijai naudoti bandiniai nebuvo sukoroduoti, o 3, 14 ir 22 mėnesių bandiniai buvo sukoroduoti (1 papildomas paveikslas). Todėl sukoroduotų mėginių mikrobų bendrijos skyrėsi nuo vandens, nuosėdų ir nesukoroduotų mėginių bendrijų ir keitėsi korozijai progresuojant.
Pagrindiniai vandens mėginiuose pastebėti mikrobų bendrijų tipai buvo proteobakterijos (30,1–73,5 %), bakteroidetai (6,3–48,6 %), planktomicetotai (0,4–19,6 %) ir aktinobakterijos (0–17,7 %). Jų santykinis gausumas kiekviename mėginyje skyrėsi (6 pav.), pavyzdžiui, bakteroidetų santykinis gausumas tvenkinio vandenyje buvo didesnis nei išgaunamame vandenyje. Šį skirtumą gali įtakoti vandens buvimo perpildymo rezervuare laikas. Šie tipai taip pat buvo pastebėti dugno nuosėdų mėginiuose, tačiau jų santykinis gausumas reikšmingai skyrėsi nuo vandens mėginių. Be to, santykinis acidobakterijų (8,7–13,0 %), chlorofleksų (8,1–10,2 %), nitrospirotų (4,2–4,4 %) ir desulfobakterijų (1,5–4,4 %) kiekis buvo didesnis nei vandens mėginiuose. Kadangi beveik visos desulfobakterų rūšys yra SRB37, nuosėdų aplinka turi būti anaerobinė. Nors Desulfobacterota gali turėti įtakos korozijai, rizika turėtų būti itin maža, nes jų santykinis gausumas baseino vandenyje yra <0,04 %. Nors Desulfobacterota gali turėti įtakos korozijai, rizika turėtų būti itin maža, nes jų santykinis gausumas baseino vandenyje yra <0,04 %. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку их относит воде бассейна составляет <0,04%. Nors Desulfobacterota gali turėti įtakos korozijai, rizika turėtų būti itin maža, nes jų santykinis gausumas baseino vandenyje yra <0,04 %.尽管脱硫杆菌门可能影响腐蚀，但风险应该极低，因为它们在池水中的丅池水中的盠为它们在池水中的 0.0. <0,04 %. Хотя тип Desulfobacillus может влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительное соде бассейна составляет <0,04%. Nors Desulfobacillus tipas gali turėti įtakos korozijai, rizika turėtų būti itin maža, nes jų santykinis gausumas baseino vandenyje yra <0,04 %.
RW ir Air atitinkamai atitinka vandens mėginius iš vandens paėmimo vietos ir baseino. Sediment-C, -E, -W yra nuosėdų mėginiai, paimti iš baseino dugno centro, taip pat iš rytinės ir vakarinės pusių. 1 metras – 1 mėnuo; 3 metrai – 3 mėnesiai; 6 metrai – 6 mėnesiai; 14 metrų – 14 mėnesių; 22 metrai – 22 mėnesiai; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, sąlyga 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, plienas 1 % Cr; 3C plienas, 2,25 % Cr plienas; plienas 9C, plienas 9 % Cr; S6, 316 nerūdijantis plienas; S8, 304 tipo nerūdijantis plienas.
Genčių lygmeniu kiek didesnė (6–19 %) neklasifikuotų bakterijų, priklausančių Trichomonadaceae šeimai, taip pat Neosphingosine, Pseudomonas ir Flavobacterium dalis buvo stebima visais metų laikais. Kaip šalutiniai pagrindiniai komponentai, jų dalys svyruoja (1 pav.). . 7a ir b). Intakuose santykinis Flavobacterium, Pseudovibrio ir Rhodoferrobacter gausumas buvo didesnis tik žiemą. Panašiai ir žiemos baseino vandenyje pastebėtas didesnis Pseudovibrio ir Flavobacterium kiekis. Taigi, vandens mėginiuose esančios mikrobų bendrijos skyrėsi priklausomai nuo sezono, tačiau tyrimo laikotarpiu drastiškų pokyčių nepatyrė.
a Įleidžiamas vanduo, b Baseino vanduo, c ASTM A283, d ASTM A109 temperatūra #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1 % Cr, h 2,25 % Cr ir i 9 % Cr plienas, j Type-316 ir nerūdijantis plienas K-304.
Proteobakterijos buvo pagrindinės sudedamosios dalys visuose mėginiuose, tačiau jų santykinis gausumas korozijos paveiktuose mėginiuose mažėjo korozijai progresuojant (6 pav.). ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 mėginiuose su 1 % ir 2,25 % Cr santykinis proteobakterijų gausumas sumažėjo atitinkamai nuo 89,1 %, 85,9 %, 89,6 %, 79,5 %, 84,8 %, 83,8 %, 43,3 %, 52,2 %, 50,0 %, 41,9 %, 33,8 % ir 31,3 %. Priešingai, santykinis Desulfobacterota gausumas palaipsniui didėja nuo <0,1 % iki 12,5–45,9 %, korozijai progresuojant. Priešingai, santykinis Desulfobacterota gausumas palaipsniui didėja nuo <0,1 % iki 12,5–45,9 %, korozijai progresuojant. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере раковития. Priešingai, santykinis Desulfobacterota gausumas palaipsniui didėja nuo <0,1 % iki 12,5–45,9 %, korozijai progresuojant.相反，随着腐蚀的进展，脱硫杆菌的相对丰度从<0,1% 逐渐增加到12,5-45,9%。相反，随着腐蚀的进展，脱硫杆菌的相对丰度从<0,1 % Напротив, относительная численность Desulfobacillus постепенно увеличивалась с <0,1% до 12,5–45,9% по мере раковития. Priešingai, santykinis Desulfobacillus gausumas palaipsniui didėjo nuo <0, 1% iki 12, 5–45, 9%, korozijai progresuojant.Taigi, korozijai progresuojant, Proteobactereira buvo pakeista Desulfobacterota.
Tuo tarpu nekorodavusio nerūdijančio plieno bioplėvelėse buvo tokios pačios skirtingų bakterijų proporcijos. Proteobakterijos (29,4–34,1 %), Planctomycetota (11,7–18,8 %), Nitrospirota (2,9–20,9 %), Acidobacteriota (8,6–18,8 %), Bacteroidota (3,1–9,2 %) ir Chloroflexi (2,1–8,8 %). Nustatyta, kad Nitrospirota dalis nerūdijančio plieno mėginiuose palaipsniui didėjo (6 pav.). Šie santykiai yra panašūs į nuosėdų mėginiuose esančius santykius, kurie atitinka 5a pav. parodytą PCoA grafiką.
Plieno mėginiuose, kuriuose yra 9 % Cr, buvo pastebėtos dviejų tipų mikrobų bendrijos: 1 ir 6 mėnesių mikrobų bendrijos buvo panašios į dugno nuosėdų mėginiuose esančias, o proteobakterijų dalis 3, 14 ir 22 korozijos mėginiuose reikšmingai padidėjo. Be to, šios dvi mikrobų bendrijos 9 % Cr plieno mėginiuose atitiko suskaidytus klasterius PCoA diagramoje, parodytoje 5c pav.
Genties lygmeniu buvo pastebėta> 2000 OTU, turinčių nepriskirtų bakterijų ir archajų. Genties lygmeniu buvo pastebėta> 2000 OTU, turinčių nepriskirtų bakterijų ir archajų.Genties lygmeniu pastebėta daugiau nei 2000 OTU, kuriuose yra nenustatytų bakterijų ir archajų.Genties lygmeniu pastebėta daugiau nei 2000 OTU, kuriuose yra nenurodytų bakterijų ir archėjų. Iš jų daugiausia dėmesio skyrėme 10 OTU, kurių kiekviename mėginyje buvo didelė populiacija. Tai apima 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 % ir 21,8–45,1 % ASTM A179, ASTM A109 Temp Nr. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1 %, 2,25 % ir 9 % chromo turinčių plienų bei 316 ir 304 tipo nerūdijančio plieno.
Korozijos mėginiuose, tokiuose kaip ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 ir plienuose su 1 % ir 2,25 % Cr, pastebėtas santykinai didelis dechloruotų monolitų, turinčių Fe(II) oksidacinių savybių, kiekis ankstyvoje korozijos stadijoje (1 mėnuo ir 3 mėnesiai, 7c-h pav.). Dechloromonas dalis laikui bėgant mažėjo, o tai atitiko proteobakterijų sumažėjimą (6 pav.). Be to, Dechloromonas dalis nekoroduotų mėginių bioplėvelėse yra <1 %. Be to, Dechloromonas dalis nekoroduotų mėginių bioplėvelėse yra <1 %. Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Be to, „Dechloromonas“ dalis nekoroduotų mėginių bioplėvelėse yra <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%. Be to, Dechloromonas dalis nekorodavusių mėginių bioplėvelėje buvo <1 %.Todėl tarp korozijos produktų Dechloromonas yra žymiai praturtintas ankstyvoje korozijos stadijoje.
Tuo tarpu ASTM A179, ASTM A109 grūdinto #4/5, ASTM A179, ASTM A395 ir plienų su 1 % ir 2,25 % Cr atveju SRB Desulfovibrio rūšių dalis galiausiai padidėjo po 14 ir 22 mėnesių (7c–h pav.). Desulfovibrio buvo labai mažas arba jo visai nebuvo aptikta ankstyvosiose korozijos stadijose, vandens mėginiuose (7a, b pav.) ir nekorodavusiose bioplėvelėse (7j, j pav.). Tai rodo, kad Desulfovibrio teikia pirmenybę susidariusių korozijos produktų aplinkai, nors jie neturi įtakos korozijai ankstyvosiose korozijos stadijose.
Fe(III) redukuojančių bakterijų (RRB), tokių kaip Geobacter ir Geothrix, buvo rasta korozijos produktuose vidurinėse korozijos stadijose (6 ir 14 mėnesių), tačiau vėlyvųjų (22 mėnesių) korozijos stadijų dalis jose yra didesnė. Santykinai maža (7c pav., eh). Sideroxydans gentis, pasižyminti Fe(II) oksidacinėmis savybėmis, parodė panašų elgesį (7f pav.), todėl FeOB, IRB ir SRB dalis buvo didesnė tik koroduotuose mėginiuose. Tai rodo, kad šių mikrobų bendrijų pokyčiai yra susiję su korozijos progresavimu.
Pliene su 9 % Cr, korozijos paveiktame po 3, 14 ir 22 mėnesių, pastebėta didesnė Beggiatoacea šeimos narių dalis (8,5–19,6 %), kurie gali pasižymėti sieros oksidacinėmis savybėmis, ir sideroksidanų (8,4–13,7 %) (1 pav.). ). 7i) Be to, po 3 ir 14 mėnesių didesnis skaičius (3,4 % ir 8,8 %) rastas sierą oksiduojančios bakterijos Thiomonas. Tuo tarpu 6 mėnesių senumo nekorodavusiuose mėginiuose pastebėtos nitratus redukuojančios bakterijos Nitrospira (12,9 %). Padidėjusi Nitrospira dalis taip pat pastebėta bioplėvelėse ant nerūdijančio plieno po panardinimo (7j, k pav.). Taigi, 1 ir 6 mėnesių senumo nekorodavusių 9 % Cr plienų mikrobų bendruomenės buvo panašios į nerūdijančio plieno bioplėvelių mikrobų bendruomenes. Be to, 9 % chromo plieno, korodavusio per 3, 14 ir 22 mėnesius, mikrobų bendruomenės skyrėsi nuo anglies ir mažai chromo turinčių plienų bei ketaus korozijos produktų.
Gėlame vandenyje korozija paprastai vystosi lėčiau nei jūros vandenyje, nes chlorido jonų koncentracija turi įtakos metalo korozijai. Tačiau kai kurie nerūdijantys plienai gali koroduoti gėlame vandenyje38,39. Be to, iš pradžių buvo įtariama minimali slopinamoji koncentracija (MSK), nes šiame tyrime naudotame gėlame vandens baseine anksčiau buvo pastebėta korozinės medžiagos. Ilgalaikio panardinimo tyrimuose buvo pastebėtos įvairios korozijos formos, trijų tipų mikrobų bendrijos ir mikrobų bendrijų pokyčiai korozijos produktuose.
Šiame tyrime naudota gėlo vandens terpė yra uždaras rezervuaras techniniam vandeniui, paimtam iš upės, kurios cheminė sudėtis yra gana stabili, o vandens temperatūra sezoniškai kinta nuo 9 iki 23 °C. Todėl sezoniniai mikrobų bendrijų svyravimai vandens mėginiuose gali būti susiję su temperatūros pokyčiais. Be to, baseino vandens mikrobų bendrija šiek tiek skyrėsi nuo įtekančio vandens mikrobų bendrijos (5b pav.). Baseino vanduo nuolat keičiasi dėl perpildymo. Todėl ištirpusio deguonies kiekis išliko ~8,2 ppm net ir tarpiniuose gyliuose tarp baseino paviršiaus ir dugno. Priešingai, nuosėdų aplinka turėtų būti anaerobinė, nes jos nusėda ir lieka rezervuaro dugne, o jose esanti mikrobų flora (pvz., CRP) taip pat turėtų skirtis nuo vandenyje esančios mikrobų floros (6 pav.). Kadangi baseine esantys kuponai buvo toliau nuo nuosėdų, jie buvo veikiami gėlo vandens tik panardinimo tyrimų metu aerobinėmis sąlygomis.
Gėlavandenėje aplinkoje anglinio plieno, mažai chromo turinčio plieno ir ketaus korozija vyksta (1 pav.), nes šios medžiagos nėra atsparios korozijai. Tačiau abiotinėmis gėlavandenėmis sąlygomis korozijos greitis (0,13 mm per metus) buvo didesnis nei ankstesniuose tyrimuose40 (0,04 mm per metus) ir buvo panašus į korozijos greitį (0,02–0,76 mm per metus) esant mikroorganizmams1) Panašiai kaip gėlavandenėse sąlygose40,41,42. Šis pagreitėjęs korozijos greitis yra būdingas minimalus slopinamajam poveikiui (MIC).
Be to, po 22 mėnesių panardinimo keliuose metaluose po korozijos produktais buvo pastebėta lokalizuota korozija (3 pav.). Visų pirma, lokalizuotas korozijos greitis, stebimas ASTM A179 standarte, yra maždaug penkis kartus didesnis nei bendras korozijos greitis. Ši neįprasta korozijos forma ir pagreitėjęs korozijos greitis taip pat buvo pastebėti korozijos metu, vykstant tame pačiame objekte. Taigi, šiame tyrime atliktas panardinimas atspindi koroziją praktikoje.
Iš tirtų metalų 9 % Cr plienas pasižymėjo stipriausia korozija, kurios korozijos gylis siekė >1,2 mm, o tai greičiausiai atitinka minimalią korozijos koncentraciją (MIC) dėl pagreitėjusios korozijos ir nenormalios korozijos formos. Iš tirtų metalų 9 % Cr plienas pasižymėjo stipriausia korozija, kurios korozijos gylis siekė >1,2 mm, o tai greičiausiai atitinka minimalią korozijos koncentraciją (MIC) dėl pagreitėjusios korozijos ir nenormalios korozijos formos. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозии> 1,2 м, нот,, вероято является МИК из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. Iš tirtų metalų plienas su 9 % Cr parodė stipriausią koroziją, kurios korozijos gylis buvo >1,2 mm, o tai tikriausiai yra minimali slopinamoji koncentracija (MIC) dėl pagreitėjusios korozijos ir nenormalios korozijos formos.在所研究的金属中，9% Cr 钢的腐蚀最为严重，腐蚀深度>1,2 mm，由于加速腐蚀和异常腐蚀形式，很可能是MIC.在所研究的金属中，9 % Kr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% Cr, с глубиной коррозии >1,2 мм, скорее все-гоК, скорее ускоренных ir аномальных форм коррозии. Iš tirtų metalų labiausiai korodavo 9 % Cr turintis plienas, kurio korozijos gylis siekė >1,2 mm, greičiausiai dėl pagreitėjusių ir anomalių korozijos formų pasiekta minimali slopinamoji koncentracija (MIK).Kadangi 9 % Cr plienas naudojamas aukštoje temperatūroje, jo atsparumas korozijai buvo tirtas anksčiau43,44, tačiau anksčiau nebuvo pranešta apie šio metalo minimalią slopinamąją koncentraciją (MIC). Kadangi daugelis mikroorganizmų, išskyrus hipertermofilus, yra neaktyvūs aukštoje temperatūroje (> 100 °C), tokiais atvejais MIK 9 % Cr pliene galima ignoruoti. Kadangi daugelis mikroorganizmų, išskyrus hipertermofilus, yra neaktyvūs aukštoje temperatūroje (> 100 °C), tokiais atvejais MIK 9 % Cr pliene galima ignoruoti. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной (>10Мпературной среде) стали с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. Kadangi daugelis mikroorganizmų, išskyrus hipertermofilus, yra neaktyvūs aukštoje temperatūroje (> 100 °C), tokiais atvejais plieno su 9 % Cr minimalią slopinamąją koncentraciją (MSK) galima ignoruoti.由于除超嗜热菌外，许多微生物在高温环境 (>100 °C)中不活跃，因此在这种情况下可以忽略9% Cr 钢中的MIC. 9 % Cr temperatūra (>100 °C) Поскольку многие микроорганизмы, кроме гипертермофилов, не проявляют активности в высокотемпературных (СМдПературных), в стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. Kadangi daugelis mikroorganizmų, išskyrus hipertermofilus, nerodo aktyvumo aukštoje temperatūroje (> 100 °C), šiuo atveju plieno su 9 % Cr minimalią slopinamąją koncentraciją (MSK) galima ignoruoti.Tačiau, kai vidutinės temperatūros aplinkoje naudojamas 9 % Cr plienas, reikia imtis įvairių priemonių MIC sumažinimui.
Įvairios mikrobų bendruomenės ir jų pokyčiai buvo pastebėti nekorodavusios medžiagos nuosėdose ir korozijos produktuose bioplėvelėse, palyginti su vandeniu, be to, pagreitėjusi korozija (5-7 pav.), o tai rodo, kad ši korozija yra mikrofonas. Ramirez ir kt.13 aprašo 3 pakopų perėjimą (FeOB => SRB/IRB = > SOB) jūrų mikrobų ekosistemoje per 6 mėn., kai antrinio praturtinimo SRB metu susidaręs vandenilio sulfidas galiausiai gali prisidėti prie SOB praturtėjimo. Ramirez ir kt.13 aprašo 3 pakopų perėjimą (FeOB => SRB/IRB => SOB) jūrų mikrobų ekosistemoje per 6 mėn., kai antrinio praturtinimo SRB metu susidaręs vandenilio sulfidas gali galiausiai prisidėti prie SOB praturtėjimo. Ramirez et al.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez ir kt.13 aprašo trijų etapų perėjimą (FeOB => SRB/IRB => SOB) jūrų mikrobų ekosistemoje per 6 mėnesius, kai antrinio SRB sodrinimo metu susidaręs vandenilio sulfidas galiausiai gali prisidėti prie SOB sodrinimo. Ramirez 等人13 报告了一个超过6 个月的海洋微生物生态系统中的三步转变(SRB/IRB =>) SOB)，其中二次富集SRB 产生的硫化氢可能最终有助于SOB 的富集。Ramirez 等 人 13 报告 了 个 超过 超过 6 个 月 海洋 微生物 生态 系统 孭 的 三 中 的 丏转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB) ， 公両产生 硫化氢 可能 最终 有助于 sob 的富集. Ramirez et al.13 сообщили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной эковсистеме в текором, 6 сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итоге способствовать Apsauga SOB. Ramirez ir kt.13 pranešė apie trijų pakopų perėjimą (FeOB => SRB/IRB => SOB) jūrų mikrobų ekosistemoje per 6 mėnesius, kurio metu SRB antrinio sodrinimo metu susidaręs vandenilio sulfidas galiausiai gali prisidėti prie SOB sodrinimo.McBeth ir Emerson36 pranešė apie pirminį FeOB sodrinimą. Panašiai šiame tyrime stebimas FeOB sodrinimas ankstyvosios korozijos fazės metu, tačiau mikrobų pokyčiai, stebimi anglies, 1 % ir 2,25 % Cr plienuose ir ketuje per 22 mėn. progresuojant korozijai, yra tokie: FeOB => IRB = > SRB (7 ir 8 pav.). Panašiai šiame tyrime stebimas FeOB sodrinimas ankstyvosios korozijos fazės metu, tačiau mikrobų pokyčiai, stebimi anglies, 1 % ir 2,25 % Cr plienuose ir ketuje per 22 mėn. progresuojant korozijai, yra FeOB => IRB => SRB (7 ir 8 pav.). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные исследовании коррозии, наблюдаемые в углеродистых ir 1% ir 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, представлях собой FeOB => IRB = > SRB (7 ir 8). Panašiai šiame tyrime stebimas FeOB sodrinimas ankstyvoje korozijos stadijoje, tačiau mikrobiniai pokyčiai, stebimi anglies ir 1 % bei 2,25 % Cr plienuose ir ketuje per 22 mėnesius, vykstant korozijai, yra FeOB => IRB => SRB (7 ir 8 paveikslai).同样，在本研究中观察到早期腐蚀阶段FeOB 的富集，但在碳和1% 和和2,25% Cr 钢2,25% Cr 钢2.个月的铸铁中观察到的微生物随着腐蚀的进展而变化是FeOB => IRB => SRB（图7 和8同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 颳 和 和 颿 和 觌 观 和 观 和 1% 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 микробразокиоледовании изменения, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, бырили Fe.7 =>RBили Fe.8). Panašiai šiame tyrime buvo pastebėtas FeOB sodrinimas ankstyvosiose korozijos stadijose, tačiau anglies, 1 % ir 2,25 % Cr plienuose bei ketuje per 22 mėnesius pastebėti mikrobiologiniai pokyčiai buvo FeOB => IRB => SRB (7 ir 8 pav.).Dėl didelės sulfato jonų koncentracijos SRB gali lengvai kauptis jūros vandenyje, tačiau jų sodrėjimą gėlame vandenyje lėtina maža sulfato jonų koncentracija. Dažnai pranešama apie SRB sodrėjimą jūros vandenyje10,12,45.
a Organinė anglis ir azotas per Fe(II) priklausomą energijos metabolizmą geležies oksido (raudonosios [Dechloromonas sp.] ir žaliosios [Sideroxydans sp.] ląstelės) ir Fe(III) redukuojančios bakterijos (pilkosios ląstelės [Geothrix sp. ir Geobacter sp.]) ankstyvoje korozijos stadijoje, vėliau anaerobinės sulfatų redukuojančios bakterijos (SRP) ir heterotrofiniai mikroorganizmai praturtina brandžią korozijos stadiją, sunaudodami sukauptą organinę medžiagą. b Mikrobinių bendrijų pokyčiai ant korozijai atsparių metalų. Violetinės, mėlynos, geltonos ir baltos ląstelės atitinkamai atitinka bakterijas iš Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea ir kitų šeimų.
Kalbant apie mikrobų bendrijos pokyčius ir galimą SRB praturtėjimą, FeOB yra labai svarbus ankstyvoje korozijos stadijoje, o Dechloromonas gali gauti augimo energijos iš Fe(II) oksidacijos. Mikroorganizmai gali išgyventi terpėse, kuriose yra mikroelementų, tačiau jie neauga eksponentiškai. Tačiau šiame tyrime naudojamas panardinimo baseinas yra perpildymo baseinas, kurio įtekėjimo našumas yra 20 m3/h, kuris nuolat tiekia mikroelementus, kuriuose yra neorganinių jonų. Ankstyvosiose korozijos stadijose iš anglinio plieno ir ketaus išsiskiria geležies jonai, o FeOB (pvz., Dechloromonas) juos naudoja kaip energijos šaltinį. Ląstelių augimui reikalingi anglies, fosfato ir azoto pėdsakai turi būti technologiniame vandenyje organinių ir neorganinių medžiagų pavidalu. Todėl šioje gėlavandenėje aplinkoje FeOB iš pradžių praturtėja ant metalinių paviršių, tokių kaip anglinis plienas ir ketus. Vėliau IRB gali augti ir naudoti organines medžiagas bei geležies oksidus kaip energijos šaltinius ir galinius elektronų akceptorius. Subrendusiuose korozijos produktuose dėl FeOB ir IRB metabolizmo turėtų būti sukurtos anaerobinės sąlygos, praturtintos azotu. Todėl SRB gali greitai augti ir pakeisti FeOB ir IRB (8a pav.).
Neseniai Tang ir kt. pranešė apie nerūdijančio plieno koroziją, kurią gėlavandenėje aplinkoje sukelia Geobacter ferroreducens dėl tiesioginio elektronų perdavimo iš geležies į mikrobus46. Atsižvelgiant į EMIC, mikroorganizmų, turinčių EET savybių, indėlis yra labai svarbus. SRB, FeOB ir IRB yra pagrindinės mikrobų rūšys korozijos produktuose šiame tyrime, kurie turėtų turėti EET savybių. Todėl šie elektrochemiškai aktyvūs mikroorganizmai gali prisidėti prie korozijos per EET, o jų bendrijos sudėtis keičiasi veikiant įvairioms joninėms rūšims, susidarant korozijos produktams. Priešingai, mikrobų bendrija pliene su 9 % Cr skyrėsi nuo kitų plienų (8b pav.). Po 14 mėnesių, be praturtinimo FeOB, taip pat buvo praturtinti tokie mikroorganizmai kaip Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea ir Thiomonas (7i pav.). Šis pokytis smarkiai skiriasi nuo kitų korozinių medžiagų, tokių kaip anglinis plienas, pokyčio ir jį gali paveikti korozijos metu ištirpę chromo turtingi jonai. Pažymėtina, kad Thiomonas pasižymi ne tik sieros oksidacinėmis savybėmis, bet ir Fe(II) oksidacinėmis savybėmis, EET sistema ir atsparumu sunkiiesiems metalams48,49. Jos gali būti praturtintos dėl Fe(II) oksidacinio aktyvumo ir (arba) tiesioginio metalų elektronų suvartojimo. Ankstesniame tyrime, naudojant pertraukiamą bioplėvelės stebėjimo sistemą, bioplėvelėse ant Cu buvo pastebėtas santykinai didelis Beggiatoacea kiekis, o tai rodo, kad šios bakterijos gali būti atsparios toksiškiems metalams, tokiems kaip Cu ir Cr. Tačiau energijos šaltinis, reikalingas Beggiatoacea augimui šioje aplinkoje, nežinomas.
Šiame tyrime aprašomi mikrobų bendrijų pokyčiai korozijos metu gėlavandenėje aplinkoje. Toje pačioje aplinkoje mikrobų bendrijos skyrėsi metalo tipu. Be to, mūsų rezultatai patvirtina FeOB svarbą ankstyvosiose korozijos stadijose, nes nuo geležies priklausomas mikrobų energijos metabolizmas skatina maistinių medžiagų turtingos aplinkos, palankios kitiems mikroorganizmams, tokiems kaip SRB, susidarymą. Siekiant sumažinti minimalią slopinamąją koncentraciją (MSK) gėlavandenėje aplinkoje, reikia riboti FeOB ir IRB sodrinimą.
Šiame tyrime buvo panaudoti devyni metalai, apdoroti į 50 × 20 × 1–5 mm blokus (ASTM 395 plieno ir 1 %, 2,25 % ir 9 % Cr storis: 5 mm; ASTM A283 ir ASTM A179 storis: 3 mm). mm; ASTM A109 Temper 4/5 ir 304 bei 316 tipo nerūdijantis plienas, storis: 1 mm), su dviem 4 mm skylėmis. Chromo plienai buvo poliruoti švitriniu popieriumi, o kiti metalai – 600 grūdėtumo švitriniu popieriumi prieš panardinant. Visi mėginiai buvo apdoroti ultragarsu 99,5 % etanoliu, išdžiovinti ir pasverti. Dešimt kiekvieno metalo mėginių buvo panaudoti korozijos greičiui apskaičiuoti ir mikrobiomo analizei. Kiekvienas mėginys buvo kopėčių principu pritvirtintas PTFE strypais ir tarpikliais (φ 5 × 30 mm, papildomas 2 pav.).
Baseino tūris yra 1100 kubinių metrų, o gylis – apie 4 metrus. Vandens pritekėjimas buvo 20 m3 h-1, perpildymo vanduo buvo išleistas, o vandens kokybė sezoniškai nesvyravo (papildomas 3 pav.). Mėginių ėmimo kopėčios nuleidžiamos ant 3 m ilgio plieninės vielos, pakabintos rezervuaro viduryje. Du kopėčių rinkiniai buvo išimti iš baseino po 1, 3, 6, 14 ir 22 mėnesių. Vienų kopėčių mėginiai buvo panaudoti svorio kritimui matuoti ir korozijos greičiui apskaičiuoti, o kitų kopėčių mėginiai – mikrobiomo analizei. Ištirpusio deguonies kiekis panardinimo rezervuare buvo matuojamas šalia paviršiaus ir dugno, taip pat viduryje, naudojant ištirpusio deguonies jutiklį („InPro6860i“, „Mettler Toledo“, Kolumbas, Ohajas, JAV).
Korozijos produktai ir bioplėvelės nuo mėginių buvo pašalintos grandant plastikiniu grandikliu arba nuvalant vatos tamponu, o po to nuvalytos 99,5 % etanolyje ultragarso vonelėje. Tada mėginiai buvo panardinti į Clarko tirpalą pagal ASTM G1-0351. Visi mėginiai buvo pasverti po džiovinimo. Kiekvieno mėginio korozijos greitis (mm/metus) apskaičiuojamas pagal šią formulę:
kur K yra konstanta (8,76 × 104), T yra ekspozicijos laikas (h), A yra bendras paviršiaus plotas (cm2), W yra masės netekimas (g), D yra tankis (g cm–3).
Pasvėrus mėginius, naudojant 3D matavimo lazerinį mikroskopą („LEXT OLS4000“, „Olympus“, Tokijas, Japonija), buvo gauti kelių mėginių 3D vaizdai.