Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com. Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu. Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, iesakām izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Turklāt, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, vietne tiek rādīta bez stiliem un JavaScript.
Vienlaikus parāda trīs slaidu karuseli. Izmantojiet pogas Iepriekšējais un Nākamais, lai vienlaikus pārvietotos starp trim slaidiem, vai arī izmantojiet slīdņa pogas galā, lai vienlaikus pārvietotos starp trim slaidiem.
Saldūdens vidē bieži novēro paātrinātu oglekļa un nerūsējošā tērauda koroziju. Šeit tika veikts 22 mēnešu ilgs saldūdens tvertnes niršanas pētījums, izmantojot deviņas tērauda markas. Paātrināta korozija tika novērota oglekļa un hroma tēraudā un čugunā, savukārt nerūsējošajā tēraudā redzama korozija netika novērota pat pēc 22 mēnešiem. Mikrobu kopienas analīze parādīja, ka vispārējās korozijas laikā Fe(II) oksidējošās baktērijas bija bagātinātas agrīnā korozijas stadijā, Fe(III) reducējošās baktērijas - korozijas attīstības stadijā un sulfātu reducējošās baktērijas - korozijas stadijā un produkta korozijas pēdējā stadijā. Turpretī Beggiatocaea baktērijas bija īpaši daudz tēraudā ar 9% Cr, kas bija pakļauts lokalizētai korozijai. Arī šis mikrobu kopienu sastāvs atšķīrās no tā, kas bija ūdens un grunts nogulumu paraugos. Tādējādi, korozijai progresējot, mikrobu kopiena piedzīvo dramatiskas izmaiņas, un no dzelzs atkarīgais mikrobu enerģijas metabolisms rada vidi, kas var bagātināt citus mikroorganismus.
Metāli var nolietoties un korodēt dažādu fizikālu un ķīmisku vides faktoru, piemēram, pH, temperatūras un jonu koncentrācijas, ietekmē. Skābs stāvoklis, augsta temperatūra un hlorīdu koncentrācija īpaši ietekmē metālu koroziju1,2,3. Mikroorganismi dabiskā un mākslīgā vidē bieži ietekmē metālu nodilumu un koroziju, kas izpaužas kā mikrobiālā korozija (MIK)4,5,6,7,8. MIK bieži ir atrodams tādās vidēs kā iekštelpu caurules un uzglabāšanas tvertnes, metāla plaisās un augsnē, kur tas parādās pēkšņi un strauji attīstās. Tāpēc MIK uzraudzība un agrīna noteikšana ir ļoti sarežģīta, tāpēc MIK analīze parasti tiek veikta pēc korozijas. Ir ziņots par daudziem MIK gadījumu pētījumiem, kuros sulfātu reducējošās baktērijas (SRB) bieži tika atrastas korozijas produktos9,10,11,12,13. Tomēr joprojām nav skaidrs, vai SRB veicina korozijas sākšanos, jo to noteikšana balstās uz pēckorozijas analīzi.
Nesen papildus jodu oksidējošām baktērijām21 ir ziņots par dažādiem dzelzi noārdošiem mikroorganismiem, piemēram, dzelzi noārdošo SRB14, metanogēniem15,16,17, nitrātus reducējošām baktērijām18, dzelzi oksidējošām baktērijām19 un acetogēniem20. Anaerobos vai mikroaerobos laboratorijas apstākļos lielākā daļa no tiem korodē nulles valento dzelzi un oglekļa tēraudu. Turklāt to korozijas mehānismi liecina, ka dzelzi korozīvie metanogēni un SRB veicina koroziju, iegūstot elektronus no nulles valentā dzelzs, izmantojot attiecīgi ekstracelulāras hidrogenāzes un daudzhēmu citohromus22,23. MIK tiek iedalīti divos veidos: (i) ķīmiskā MIK (CMIC), kas ir netieša korozija, ko izraisa mikrobiāli ražotas sugas, un (ii) elektriskā MIK (EMIC), kas ir tieša korozija, samazinot metāla elektronu daudzumu24. EMIC, ko veicina ekstracelulārā elektronu pārnese (EET), ir ļoti interesanta, jo mikroorganismi ar EET īpašībām izraisa ātrāku koroziju nekā mikroorganismi, kas nav EET. Lai gan CMIC ātrumu ierobežojošā reakcija anaerobos apstākļos ir H2 producēšana, izmantojot protonu reducēšanu (H+), EMIC notiek, izmantojot EET metabolismu, kas nav atkarīgs no H2 producēšanas. EET mehānisms dažādos mikroorganismos ir saistīts ar mikrobiālās šūnu degvielas veiktspēju un elektrobiosintēzi25,26,27,28,29. Tā kā šo kodīgo mikroorganismu kultivēšanas apstākļi atšķiras no dabiskajā vidē esošajiem apstākļiem, nav skaidrs, vai šie novērotie mikrobiālās korozijas procesi atspoguļo koroziju praksē. Tāpēc ir grūti novērot MIK mehānismu, ko šie kodīgie mikroorganismi inducē dabiskajā vidē.
DNS sekvencēšanas tehnoloģijas attīstība ir veicinājusi mikrobu kopienu detaļu izpēti dabiskā un mākslīgā vidē, piemēram, mikrobu ekoloģijas jomā ir izmantota mikrobu profilēšana, kuras pamatā ir 16S rRNS gēna secība, izmantojot jaunās paaudzes sekvencētājus30,31.,32. Ir publicēti daudzi MIC pētījumi, kuros ir detalizēti aprakstītas mikrobu kopienas augsnes un jūras vidē13,33,34,35,36. Papildus SRB ir ziņots arī par Fe(II) oksidējošo (FeOB) un nitrificējošo baktēriju bagātināšanos korozijas paraugos, piemēram, FeOB, piemēram, Gallionella spp. un Dechloromonas spp., un nitrificējošo baktēriju, piemēram, Nitrospira spp., oglekli un varu saturošos tēraudos augsnes vidē33. Līdzīgi jūras vidē vairākas nedēļas uz oglekļa tērauda ir novērota strauja dzelzi oksidējošo baktēriju, kas pieder pie Zetaproteobacteria un Betaproteobacteria klasēm, kolonizācija36. Šie dati norāda uz šo mikroorganismu ieguldījumu korozijā. Tomēr daudzos pētījumos ilgums un eksperimentālās grupas ir ierobežotas, un par mikrobu kopienu dinamiku korozijas laikā ir maz zināms.
Šeit mēs pētām oglekļa tērauda, ​​hroma tērauda, ​​nerūsējošā tērauda un čuguna minimālās inhibējošās koncentrācijas (MIK), izmantojot iegremdēšanas pētījumus aerobā saldūdens vidē ar MIK notikumu vēsturi. Paraugi tika ņemti 1, 3, 6, 14 un 22 mēnešos, un tika pētīts katra metāla un mikrobiālā komponenta korozijas ātrums. Mūsu rezultāti sniedz ieskatu mikrobu kopienu ilgtermiņa dinamikā korozijas laikā.
Kā parādīts 1. tabulā, šajā pētījumā tika izmantoti deviņi metāli. Desmit katra materiāla paraugi tika iegremdēti saldūdens baseinā. Tehniskā ūdens kvalitāte ir šāda: 30 ppm Cl⁻, 20 mS m⁻¹, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, duļķainība 1 ppm un pH 7,4. Izšķīdušā skābekļa (DO) koncentrācija paraugu ņemšanas režģa apakšā bija aptuveni 8,2 ppm, un ūdens temperatūra sezonāli svārstījās no 9 līdz 23 °C.
Kā parādīts 1. attēlā, pēc 1 mēneša iegremdēšanas ASTM A283, ASTM A109 Condition #4/5, ASTM A179 un ASTM A395 čuguna vidē uz oglekļa tērauda virsmas tika novēroti brūni korozijas produkti vispārējas korozijas veidā. Šo paraugu svara zudums laika gaitā palielinājās (1. papildtabula), un korozijas ātrums bija 0,13–0,16 mm gadā (2. att.). Līdzīgi vispārēja korozija ir novērota tēraudā ar zemu Cr saturu (1% un 2,25%) ar korozijas ātrumu aptuveni 0,13 mm/gadā (1. un 2. attēls). Turpretī tēraudam ar 9% Cr ir novērojama lokalizēta korozija, kas rodas blīvju veidotajās spraugās. Šī parauga korozijas ātrums ir aptuveni 0,02 mm/gadā, kas ir ievērojami zemāks nekā tēraudam ar vispārēju koroziju. Turpretī 304. un 316. tipa nerūsējošajiem tēraudiem nav redzamas korozijas, un to aprēķinātais korozijas ātrums ir <0,001 mm y−1. Turpretī 304. un 316. tipa nerūsējošajiem tēraudiem nav redzamas korozijas, un to aprēķinātais paātrinājuma ātrums ir <0,001 mm y−1. Напротив, нержавеющие стали типов 304 и 316 не проявляют видимой коррозии, при этом расчетьикорстали типов <0,001 мм/год. Turpretī 304. un 316. tipa nerūsējošajiem tēraudiem nav redzamas korozijas, un to paredzamais korozijas ātrums ir <0,001 mm/gadā.相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速率<0.011 mm相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速率<0.011 mm Напротив, нержавеющие стали типа 304 и -316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростью корммо. скоростью <0,0гози1. Turpretī 304. un 316. tipa nerūsējošajiem tēraudiem nebija redzamas korozijas, un to projektētais korozijas ātrums bija <0,001 mm/gadā.
Attēlā redzami katra parauga makroskopiskie attēli (augstums 50 mm × platums 20 mm) pirms un pēc atkaļķošanas. 1 metrs, 1 mēnesis; 3 metri, 3 mēneši; 6 metri, 6 mēneši; 14 metri, 14 mēneši; 22 metri, 22 mēneši; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stāvoklis 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, tērauds 1% Cr; 3C tērauds, 2,25% Cr tērauds; tērauds 9C, tērauds 9% Cr; S6, 316 nerūsējošais tērauds; S8, 304. tipa nerūsējošais tērauds.
Korozijas ātrums tika aprēķināts, izmantojot svara zudumu un iegremdēšanas laiku. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, rūdīts 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, tērauds 1% Cr, 3 C, tērauds 2,25% Cr, 9 C, tērauds 9% Cr, S6, 316. tipa nerūsējošais tērauds; S8, 304. tipa nerūsējošais tērauds.
1. attēlā redzams arī, ka oglekļa tērauda, ​​zema hroma satura tērauda un čuguna korozijas produkti turpina attīstīties pēc 3 mēnešu iegremdēšanas. Kopējais korozijas ātrums pakāpeniski samazinājās līdz 0,07–0,08 mm/gadā pēc 22 mēnešiem (2. attēls). Turklāt 2,25% hroma tērauda korozijas ātrums bija nedaudz zemāks nekā citiem korodējušiem paraugiem, kas norāda, ka hroms var kavēt koroziju. Papildus vispārējai korozijai saskaņā ar ASTM A179 pēc 22 mēnešiem tika novērota lokalizēta korozija ar korozijas dziļumu aptuveni 700 µm (3. attēls). Lokālais korozijas ātrums, kas aprēķināts, izmantojot korozijas dziļumu un iegremdēšanas laiku, ir 0,38 mm/gadā, kas ir aptuveni 5 reizes ātrāk nekā vispārējais korozijas ātrums. ASTM A395 sakausējuma korozijas ātrumu var novērtēt par zemu, jo korozijas produkti pilnībā nenoņem kaļķakmeni pēc 14 vai 22 mēnešu iegremdēšanas ūdenī. Tomēr atšķirībai jābūt minimālai. Turklāt korodējušajā zema hroma satura tēraudā tika novērotas daudzas mazas bedres.
ASTM A179 un 9% Cr tērauda pilns attēls (mēroga josla: 10 mm) un lokalizētā korozija (mēroga josla: 500 µm) maksimālā dziļumā, izmantojot 3D skata lāzermikroskopu. Sarkanie apļi pilnajā attēlā norāda izmērīto lokalizēto koroziju. 9% Cr tērauda pilns skats no otras puses ir parādīts 1. attēlā.
Kā parādīts 2. attēlā, tēraudam ar 9% Cr 3–14 mēnešu laikā korozija netika novērota, un korozijas ātrums bija praktiski nulle. Tomēr pēc 22 mēnešiem tika novērota lokalizēta korozija (3. attēls) ar korozijas ātrumu 0,04 mm/gadā, kas aprēķināts, izmantojot svara zudumu. Maksimālais lokalizētās korozijas dziļums ir 1260 µm, un lokalizētais korozijas ātrums, kas aprēķināts, izmantojot korozijas dziļumu un iegremdēšanas laiku (22 mēneši), ir 0,68 mm/gadā. Tā kā precīzs korozijas sākuma punkts nav zināms, korozijas ātrums var būt lielāks.
Turpretī uz nerūsējošā tērauda netika novērota redzama korozija pat pēc 22 mēnešu iegremdēšanas. Lai gan pirms atkaļķošanas uz virsmas tika novērotas dažas brūnas daļiņas (1. att.), tās bija vāji pielipušas un nebija korozijas produkti. Tā kā metāls atkal parādās uz nerūsējošā tērauda virsmas pēc atkaļķošanas, korozijas līmenis praktiski ir nulle.
Lai izprastu mikrobu kopienu atšķirības un dinamiku laika gaitā korozijas produktos un bioplēvēs uz metāla virsmām, ūdenī un nogulumos, ir veikta amplikonu sekvencēšana. Kopumā tika saņemti 4 160 012 nolasījumi ar diapazonu no 31 328 līdz 124 183 nolasījumiem.
No ūdens ņemšanas vietām un dīķiem ņemto ūdens paraugu Šenona indeksi svārstījās no 5,47 līdz 7,45 (4.a att.). Tā kā kā rūpniecisko ūdeni izmanto attīrītu upes ūdeni, mikrobu kopiena var mainīties sezonāli. Turpretī dibena nogulumu paraugu Šenona indekss bija aptuveni 9, kas ir ievērojami augstāks nekā ūdens paraugiem. Līdzīgi ūdens paraugiem bija zemāki aprēķinātie Chao1 indeksi un novērotās operacionālās taksonomiskās vienības (OTU) nekā nogulumu paraugiem (4.b, c att.). Šīs atšķirības ir statistiski nozīmīgas (Tukey-Kramera tests; p-vērtības < 0, 01, 4.d att.), kas norāda, ka nogulumu paraugos esošās mikrobu kopienas ir sarežģītākas nekā ūdens paraugos. Šīs atšķirības ir statistiski nozīmīgas (Tukey-Kramera tests; p-vērtības < 0,01, 4.d att.), kas norāda, ka nogulumu paraugos esošās mikrobu kopienas ir sarežģītākas nekā ūdens paraugos. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает на на то, икекирото на то, сообщества в образцах донных отложений более сложны, чем в образцах воды. Šīs atšķirības ir statistiski nozīmīgas (Tukey-Kramera tests; p vērtības <0,01, 4.d att.), kas norāda, ka mikrobu kopienas nogulumu paraugos ir sarežģītākas nekā ūdens paraugos.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） 表明 沉积物样 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. Šīs atšķirības bija statistiski nozīmīgas (Tukey-Kramera tests; p-vērtība <0,01, 4.d att.), kas liecina, ka mikrobu kopienas nogulumu paraugos bija sarežģītākas nekā ūdens paraugos.Tā kā pārplūdes baseina ūdens nepārtraukti atjaunojas un nogulumi nosēžas baseina dibenā bez mehāniskiem traucējumiem, šai mikrobu daudzveidības atšķirībai vajadzētu atspoguļot baseina ekosistēmu.
a Šenona indekss, b Novērotā operacionālā taksonomiskā vienība (OTU) un c Chao1 uzņemšanas indekss (n=6) un baseins (n=5). Ūdens, nogulumi (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) un 9% (9 C: n = 5) Cr tēraudi, kā arī 316. tipa (S6: n = 5) un -304 (S8: n = 5) nerūsējošie tēraudi ir attēloti kā kastes formas un ūsu diagrammas. d Šenona un Chao1 indeksu p-vērtības, kas iegūtas, izmantojot ANOVA un Tukey-Kramera daudzkārtējo salīdzināšanas testus. Sarkanie foni apzīmē pārus ar p-vērtībām < 0,05. Sarkanie foni apzīmē pārus ar p-vērtībām < 0,05. Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. Sarkans fons apzīmē pārus ar p-vērtībām < 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. Sarkans fons apzīmē pārus ar p-vērtībām <0,05.Līnija lodziņa vidū, lodziņa augšdaļa un apakšdaļa, kā arī ūsas attēlo attiecīgi mediānu, 25. un 75. procentīles, kā arī minimālās un maksimālās vērtības.
Šenona indeksi oglekļa tēraudam, zema hroma tēraudam un čugunam bija līdzīgi ūdens paraugu indeksi (4.a att.). Turpretī nerūsējošā tērauda paraugu Šenona indeksi ir ievērojami augstāki nekā korodētajiem tēraudiem (p-vērtības < 0,05, 4.d att.) un līdzīgi nogulumu rādītājiem. Turpretī nerūsējošā tērauda paraugu Šenona indeksi ir ievērojami augstāki nekā korodētajiem tēraudiem (p-vērtības < 0,05, 4.d att.) un līdzīgi nogulumu rādītājiem. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у p., корродированных5, рис. 4d), un аналогичны индексам отложений. Turpretī nerūsējošā tērauda paraugu Šenona indeksi ir ievērojami augstāki nekā korodētiem tēraudiem (p-vērtības < 0,05, 4.d att.) un ir līdzīgi nogulšņu indeksiem.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 корродированниной <, корродированной, 0 корродированной рис. 4d), как и у отложений. Turpretī nerūsējošā tērauda paraugu Šenona indekss bija ievērojami augstāks nekā korodētajam tēraudam (p vērtība < 0,05, 4.d att.), tāpat kā nogulsnes.Turpretī tēraudiem ar 9% Cr Šenona indekss svārstījās no 6,95 līdz 9,65. Šīs vērtības nekorodējušos paraugos pēc 1 un 3 mēnešiem bija daudz augstākas nekā korodējušos paraugos pēc 6, 14 un 22 mēnešiem (4.a att.). Turklāt 9% Cr tēraudu Chao1 indeksi un novērotās OTU ir augstākas nekā korodējušajiem un ūdens paraugiem un zemākas nekā nekorodējušajiem un nogulumu paraugiem (4.b, c att.), un atšķirības ir statistiski nozīmīgas (p-vērtības < 0,01, 4.d att.). Turklāt 9% Cr tēraudu Chao1 indeksi un novērotās OTU ir augstāki nekā korodējušajiem un ūdens paraugiem un zemāki nekā nekorodējušajiem un nogulumu paraugiem (4.b, c att.), un atšķirības ir statistiski nozīmīgas (p-vērtības < 0,01, 4.d att.).Turklāt tēraudiem ar 9% Cr Chao1 un novērotais OTU ir augstāks nekā korodētiem un ūdens paraugiem un zemāks nekā nekorodētiem un nogulumiežu paraugiem (4.b, c att.), un atšķirības ir statistiski nozīmīgas.(p-значения <0,01, рис. 4d). (p-vērtības <0,01, 4.d att.).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 栌蚀 咢 咢 和 腐蚀沉积物 （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 и наблюдаемые OTU стали с содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных и хховодаемые и хвоводаемые ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значе-зна,1,0, рис. 4г). Turklāt 9% Cr tērauda Chao1 indekss un novērotā OTU bija augstāki nekā korodētiem un ūdens paraugiem un zemāki nekā nekorodētiem un nogulumiežu paraugiem (4.b, c att.), un atšķirība bija statistiski nozīmīga (p-vērtība < 0,01, 4.d att.).Šie rezultāti liecina, ka korozijas produktu mikrobu daudzveidība ir mazāka nekā bioplēvēs uz nekorodējušiem metāliem.
5.a attēlā redzams galveno koordinātu analīzes (PCoA) grafiks, kas balstīts uz UniFrac nesvērto attālumu visiem paraugiem, un tajā novēroti trīs galvenie klasteri. Mikrobu kopienas ūdens paraugos būtiski atšķīrās no citām kopienām. Mikrobu kopienas nogulumos ietvēra arī nerūsējošā tērauda kopienas, savukārt tās bija plaši izplatītas korozijas paraugos. Turpretī tērauda ar 9% Cr karte ir sadalīta nekorodējušos un korodējušos klasteros. Līdz ar to mikrobu kopienas uz metāla virsmām un korozijas produktiem būtiski atšķiras no tām, kas atrodas ūdenī.
Galveno koordinātu analīzes (PCoA) grafiks, kas balstīts uz nesvērtiem UniFrac attālumiem visos paraugos (a), ūdenī (b) un metālos (c). Apļi iezīmē katru klasteru. Trajektorijas attēlo līnijas, kas savieno paraugu ņemšanas periodus sērijās. 1 metrs, 1 mēnesis; 3 metri, 3 mēneši; 6 metri, 6 mēneši; 14 metri, 14 mēneši; 22 metri, 22 mēneši; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stāvoklis 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, tērauds 1% Cr; 3C tērauds, 2,25% Cr tērauds; tērauds 9C, tērauds 9% Cr; S6, 316 nerūsējošais tērauds; S8, 304. tipa nerūsējošais tērauds.
Hronoloģiskā secībā sakārtoti ūdens paraugu PCoA grafiki bija apļveida izkārtojumā (5.b att.). Šī cikla pāreja var atspoguļot sezonālās izmaiņas.
Turklāt metāla paraugu PCoA diagrammās tika novēroti tikai divi klasteri (korodējuši un nekorodējuši), kur (izņemot 9% hroma tēraudu) tika novērota arī mikrobu kopienas nobīde no 1 līdz 22 mēnešiem (5.c att.). Turklāt, tā kā pārejas korodējušos paraugos bija lielākas nekā nekorodējušos paraugos, pastāvēja korelācija starp mikrobu kopienu izmaiņām un korozijas progresēšanu. Tērauda paraugos ar 9% Cr tika atklāti divu veidu mikrobu kopienas: punkti 1 un 6 mēnešu laikā, kas atradās nerūsējošā tērauda tuvumā, un citi (3, 14 un 22 mēnešu laikā), kas atradās punktos tuvu korodējušajam tēraudam. 1 mēneša laikā un DNS ekstrakcijai izmantotie paraugi 6 mēnešu laikā nebija korodējuši, savukārt paraugi 3, 14 un 22 mēnešu laikā bija korodējuši (1. papildattēls). Tāpēc mikrobu kopienas korodējušos paraugos atšķīrās no tām, kas bija ūdenī, nogulumos un nekorodējušos paraugos, un mainījās, korozijai progresējot.
Galvenie ūdens paraugos novērotie mikrobu kopienu veidi bija proteobaktērijas (30,1–73,5%), bakteroidetes (6,3–48,6%), planktomicetotas (0,4–19,6%) un aktinobaktērijas (0–17,7%), to relatīvais daudzums dažādos paraugos atšķīrās (6. att.), piemēram, bakteroidetes relatīvais daudzums dīķa ūdenī bija lielāks nekā dabā iegūtā ūdenī. Šo atšķirību var ietekmēt ūdens uzturēšanās laiks pārplūdes tvertnē. Šie veidi tika novēroti arī dibena nogulumu paraugos, taču to relatīvais daudzums būtiski atšķīrās no ūdens paraugu daudzuma. Turklāt acidobacteriota (8,7–13,0%), hlorofleksi (8,1–10,2%), nitrospirota (4,2–4,4%) un desulfobaktēriju (1,5–4,4%) relatīvais saturs bija lielāks nekā ūdens paraugos. Tā kā gandrīz visas desulfobaktēriju sugas ir SRB37, nogulumu videi jābūt anaerobai. Lai gan Desulfobacterota varētu ietekmēt koroziju, riskam vajadzētu būt ārkārtīgi zemam, jo ​​to relatīvais daudzums baseina ūdenī ir <0,04%. Lai gan Desulfobacterota varētu ietekmēt koroziju, riskam vajadzētu būt ārkārtīgi zemam, jo ​​to relatīvais daudzums baseina ūdenī ir <0,04%. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку ихверельножносих воде бассейна составляет <0,04%. Lai gan Desulfobacterota var ietekmēt koroziju, riskam vajadzētu būt ārkārtīgi zemam, jo ​​to relatīvais daudzums baseina ūdenī ir <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%的盠. <0,04 %. Хотя тип Desulfobacillus может влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительное сожодельное бассейна составляет <0,04%. Lai gan Desulfobacillus veids var ietekmēt koroziju, riskam vajadzētu būt ārkārtīgi zemam, jo ​​to relatīvais daudzums baseina ūdenī ir <0,04%.
RW un Air attiecīgi apzīmē ūdens paraugus no ūdens ņemšanas vietas un baseina. Sediment-C, -E, -W ir nogulumu paraugi, kas ņemti no baseina dibena centra, kā arī no austrumu un rietumu pusēm. 1 metrs, 1 mēnesis; 3 metri, 3 mēneši; 6 metri, 6 mēneši; 14 metri, 14 mēneši; 22 metri, 22 mēneši; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stāvoklis 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, tērauds 1% Cr; 3C tērauds, 2,25% Cr tērauds; tērauds 9C, tērauds 9% Cr; S6, 316 nerūsējošais tērauds; S8, 304. tipa nerūsējošais tērauds.
Ģints līmenī visos gadalaikos tika novērota nedaudz lielāka (6–19%) neklasificētu baktēriju, kas pieder pie Trichomonadaceae dzimtas, kā arī Neosphingosine, Pseudomonas un Flavobacterium, proporcija. Kā mazāk svarīgas galvenās komponentes to īpatsvars mainās (1. att.). . 7a un b). Pietekās Flavobacterium, Pseudovibrio un Rhodoferrobacter relatīvais daudzums bija lielāks tikai ziemā. Līdzīgi baseina ziemas ūdenī tika novērots lielāks Pseudovibrio un Flavobacterium saturs. Tādējādi mikrobu kopienas ūdens paraugos mainījās atkarībā no gadalaika, bet pētījuma periodā krasas izmaiņas netika veiktas.
a Ieplūdes ūdens, b Peldbaseina ūdens, c ASTM A283, d ASTM A109 temperatūra #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr un i 9% Cr tērauds, j Type-316 un nerūsējošais tērauds K-304.
Visos paraugos galvenās sastāvdaļas bija proteobaktērijas, bet to relatīvais daudzums korodējušajos paraugos samazinājās, korozijai progresējot (6. att.). Paraugos ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 un 1% un 2,25% Cr proteobaktēriju relatīvais daudzums samazinājās no 89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8%, 83,8% ir attiecīgi 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% un 31,3%. Turpretī Desulfobacterota relatīvais daudzums pakāpeniski palielinās no <0,1% līdz 12,5–45,9%, korozijai progresējot. Turpretī Desulfobacterota relatīvais daudzums pakāpeniski palielinās no <0,1% līdz 12,5–45,9%, korozijai progresējot. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере разврозия. Turpretī Desulfobacterota relatīvais daudzums pakāpeniski palielinās no <0,1% līdz 12,5–45,9%, korozijai progresējot.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 раковрития. Turpretī Desulfobacillus relatīvais daudzums pakāpeniski palielinājās no <0, 1% līdz 12, 5–45, 9%, korozijai progresējot.Tādējādi, korozijai progresējot, Proteobactereira tika aizstāta ar Desulfobacterota.
Turpretī bioplēvēs uz nekorodēta nerūsējošā tērauda bija vienādas dažādu baktēriju proporcijas. Proteobaktērijas (29,4–34,1%), Planctomycetota (11,7–18,8%), Nitrospirota (2,9–20,9%), Acidobacteriota (8,6–18,8%), Bacteroidota (3,1–9,2%) un Chloroflexi (2,1–8,8%). Tika konstatēts, ka Nitrospirota īpatsvars nerūsējošā tērauda paraugos pakāpeniski palielinājās (6. att.). Šīs attiecības ir līdzīgas tām, kas ir nogulumu paraugos, kas atbilst PCoA diagrammai, kas parādīta 5.a attēlā.
Tērauda paraugos, kas satur 9% Cr, tika novērotas divu veidu mikrobu kopienas: 1 mēneša un 6 mēnešu mikrobu kopienas bija līdzīgas tām, kas bija grunts nogulumu paraugos, savukārt proteobaktēriju īpatsvars 3., 14. un 22. korozijas paraugā ievērojami palielinājās. Turklāt šīs divas mikrobu kopienas 9% Cr tērauda paraugos atbilda sadalītiem klasteriem PCoA diagrammā, kas parādīta 5.c attēlā.
Ģints līmenī tika novēroti> 2000 OTU, kas satur nepiešķirtas baktērijas un arhajas. Ģints līmenī tika novēroti> 2000 OTU, kas satur nepiešķirtas baktērijas un arhajas.Ģints līmenī ir novēroti vairāk nekā 2000 OTU, kas satur neidentificētas baktērijas un arhejas.Ģints līmenī ir novērotas vairāk nekā 2000 OTU, kas satur neprecizētas baktērijas un arhejas. No tām mēs koncentrējāmies uz 10 OTU ar augstu populāciju katrā paraugā. Tas aptver 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% un 21,8–45,1% ASTM A179, ASTM A109 Temp Nr. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1%, 2,25% un 9% Cr tēraudu un 316. un -304. tipa nerūsējošo tēraudu.
Korozijas paraugos, piemēram, ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 un tēraudos ar 1% un 2,25% Cr, ir novērots relatīvi augsts dehlorētu monolītu saturs ar Fe(II) oksidējošām īpašībām. Dechloromonas īpatsvars laika gaitā samazinājās, kas atbilda proteobaktēriju samazinājumam (6. att.). Turklāt Dechloromonas īpatsvars nekorodējušu paraugu bioplēvēs ir <1%. Turklāt Dechloromonas īpatsvars nekorodējušu paraugu bioplēvēs ir <1%. Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Turklāt Dechloromonas īpatsvars bioplēvēs uz nekorodējušiem paraugiem ir <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%. Turklāt nekorodētu paraugu bioplēvē Dechloromonas īpatsvars bija <1%.Tāpēc starp korozijas produktiem Dechloromonas ir ievērojami bagātināts agrīnā korozijas stadijā.
Turpretī ASTM A179, ASTM A109 rūdītajā #4/5, ASTM A179, ASTM A395 un tēraudos ar 1% un 2,25% Cr SRB Desulfovibrio sugu īpatsvars beidzot palielinājās pēc 14 un 22 mēnešiem (7.c–h att.). Desulfovibrio bija ļoti zems vai netika konstatēts korozijas sākumposmā, ūdens paraugos (7.a, b att.) un nekorodētās bioplēvēs (7.j, j att.). Tas stingri norāda, ka Desulfovibrio dod priekšroku videi, kurā veidojas korozijas produkti, lai gan tie neietekmē koroziju agrīnās korozijas stadijās.
Fe(III) reducējošās baktērijas (RRB), piemēram, Geobacter un Geothrix, tika atrastas korozijas produktos korozijas vidējā stadijā (6 un 14 mēneši), bet vēlīno (22 mēneši) korozijas stadiju īpatsvars tajās ir lielāks. Salīdzinoši zems (7.c att., eh). Sideroxydans ģints ar Fe(II) oksidācijas īpašībām uzrādīja līdzīgu uzvedību (7.f att.), tāpēc FeOB, IRB un SRB īpatsvars bija lielāks tikai korodētajos paraugos. Tas stingri norāda, ka izmaiņas šajās mikrobu kopienās ir saistītas ar korozijas progresēšanu.
Tēraudā ar 9% Cr, kas bija korodējis pēc 3, 14 un 22 mēnešiem, tika novērota lielāka Beggiatoacea dzimtas pārstāvju proporcija (8,5–19,6%), kuriem var būt sēra oksidējošas īpašības, un tika novēroti sideroksidāni (8,4–13,7%) (1. att.). 7i) Turklāt pēc 3 un 14 mēnešiem lielākā skaitā (3,4% un 8,8%) tika atrasta sēra oksidējoša baktērija (SOB). Turpretī 6 mēnešus vecos nekorodētos paraugos tika novērotas nitrātus reducējošas baktērijas Nitrospira (12,9%). Palielināta Nitrospira proporcija tika novērota arī bioplēvēs uz nerūsējošā tērauda pēc iegremdēšanas (7.j,k att.). Tādējādi 1 un 6 mēnešus vecu nekorodētu 9% Cr tēraudu mikrobu kopienas bija līdzīgas tām, kas atrodas nerūsējošā tērauda bioplēvēs. Turklāt 9% Cr tērauda mikrobu kopienas, kas korodēja 3, 14 un 22 mēnešu laikā, atšķīrās no oglekļa un zema hroma satura tēraudu un čuguna korozijas produktiem.
Saldūdenī korozijas attīstība parasti notiek lēnāk nekā jūras ūdenī, jo hlorīda jonu koncentrācija ietekmē metāla koroziju. Tomēr daži nerūsējošie tēraudi var korodēt saldūdens vidē38,39. Turklāt sākotnēji tika aizdomas par minimālo inhibīciju (MIC), jo šajā pētījumā izmantotajā saldūdens baseinā iepriekš bija novērots korodējis materiāls. Ilgtermiņa iegremdēšanas pētījumos tika novērotas dažādas korozijas formas, trīs veidu mikrobu kopienas un izmaiņas mikrobu kopienās korozijas produktos.
Šajā pētījumā izmantotā saldūdens vide ir slēgta tvertne tehniskajam ūdenim, kas ņemts no upes ar relatīvi stabilu ķīmisko sastāvu un sezonālām ūdens temperatūras izmaiņām no 9 līdz 23 °C. Tādēļ sezonālās svārstības mikrobu kopienās ūdens paraugos var būt saistītas ar temperatūras izmaiņām. Turklāt mikrobu kopiena baseina ūdenī nedaudz atšķīrās no ieplūdes ūdenī esošās (5.b att.). Baseina ūdens pastāvīgi tiek nomainīts pārplūdes dēļ. Līdz ar to DO saglabājās ~8,2 ppm līmenī pat vidējā dziļumā starp baseina virsmu un dibenu. Gluži pretēji, nogulumu videi jābūt anaerobai, jo tie nosēžas un paliek rezervuāra dibenā, un arī mikrobu florai tajos (piemēram, CRP) vajadzētu atšķirties no mikrobu floras ūdenī (6. att.). Tā kā baseina kuponi atradās tālāk no nogulumiem, tie tika pakļauti saldūdenim tikai iegremdēšanas pētījumu laikā aerobos apstākļos.
Saldūdens vidē oglekļa tēraudam, zema hroma tēraudam un čugunam (1. attēls) rodas vispārēja korozija, jo šie materiāli nav izturīgi pret koroziju. Tomēr abiotisko saldūdens apstākļu korozijas ātrums (0,13 mm gadā) bija augstāks nekā iepriekšējos pētījumos40 (0,04 mm gadā) un bija salīdzināms ar korozijas ātrumu (0,02–0,76 mm gadā) mikroorganismu klātbūtnē1) Līdzīgi kā saldūdens apstākļos40,41,42. Šis paātrinātais korozijas ātrums ir raksturīgs minimāli inerces (MIC) rādītājiem.
Turklāt pēc 22 mēnešu iegremdēšanas vairākos metālos zem korozijas produktiem tika novērota lokalizēta korozija (3. att.). Jo īpaši lokalizētās korozijas ātrums, kas novērots ASTM A179 standartā, ir aptuveni piecas reizes lielāks nekā vispārējā korozija. Šī neparastā korozijas forma un paātrinātais korozijas ātrums ir novērots arī korozijā, kas notiek uz tā paša objekta. Tādējādi šajā pētījumā veiktā iegremdēšana atspoguļo koroziju praksē.
No pētītajiem metāliem 9% Cr tēraudam bija visnopietnākā korozija, kuras korozijas dziļums bija >1,2 mm, kas, visticamāk, ir minimālā korozijas robeža (MIC) paātrinātās korozijas un anomālās korozijas formas dēļ. No pētītajiem metāliem 9% Cr tēraudam bija visnopietnākā korozija, kuras korozijas dziļums bija >1,2 mm, kas, visticamāk, ir minimālā korozijas robeža (MIC) paātrinātās korozijas un anomālās korozijas formas dēļ. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозии> 1,2 мероято, ном, вероято является МИК из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. No pārbaudītajiem metāliem tēraudam ar 9% Cr saturu bija visnopietnākā korozija ar korozijas dziļumu >1,2 mm, kas, iespējams, ir minimālā korozijas koncentrācija (MIK) paātrinātas korozijas un anomālas korozijas formas dēļ.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 ускоренных un аномальных форм коррозии. No pētītajiem metāliem visstiprāk korodēja tērauds ar 9% Cr, kura korozijas dziļums bija >1,2 mm, visticamāk, minimālā korozijas koncentrācija (MIK) paātrinātu un anomālu korozijas formu dēļ.Tā kā augstas temperatūras pielietojumos tiek izmantots 9% Cr tērauds, tā korozijas uzvedība ir pētīta iepriekš43,44, bet iepriekš nav ziņots par šī metāla minimālo piesārņojuma koncentrāciju (MIC). Tā kā daudzi mikroorganismi, izņemot hipertermofilus, ir neaktīvi augstas temperatūras vidē (>100 °C), šādos gadījumos minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIC) 9% Cr tēraudam var ignorēt. Tā kā daudzi mikroorganismi, izņemot hipertermofilus, ir neaktīvi augstas temperatūras vidē (>100 °C), šādos gadījumos minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIC) 9% Cr tēraudam var ignorēt. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной (>ККИК среде) стали с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. Tā kā daudzi mikroorganismi, izņemot hipertermofilus, ir neaktīvi augstas temperatūras vidē (>100°C), šādos gadījumos tērauda ar 9% Cr minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIC) var ignorēt.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 (С>0Па °КСремпературных), в стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. Tā kā daudzi mikroorganismi, izņemot hipertermofilus, neuzrāda aktivitāti augstas temperatūras vidē (>100 °C), šajā gadījumā minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIK) tēraudā ar 9% Cr var ignorēt.Tomēr, ja vidējas temperatūras vidē tiek izmantots 9% Cr tērauds, jāveic dažādi pasākumi, lai samazinātu minimālo inerciālo koncentrāciju (MIC).
Papildus paātrinātai korozijai (5.–7. att.) nekorodējuša materiāla nogulsnēs un korozijas produktos bioplēvēs, salīdzinot ar ūdeni, tika novērotas dažādas mikrobu kopienas un to izmaiņas, kas stingri norāda, ka šī korozija ir mikrofona korozija. Ramirez et al.13 ziņo par trīspakāpju pāreju (FeOB => SRB/IRB = > SOB) jūras mikrobu ekosistēmā 6 mēnešu laikā, kur sekundāri bagātinātā SRB radītais sērūdeņradis var galu galā veicināt SOB bagātināšanos. Ramirez et al.13 ziņo par trīspakāpju pāreju (FeOB => SRB/IRB => SOB) jūras mikrobu ekosistēmā 6 mēnešu laikā, kad sekundāri bagātinātā SRB radītais sērūdeņradis var beidzot veicināt SOB bagātināšanos. Ramirez et al.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6мескога сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez et al.13 ziņo par trīspakāpju pāreju (FeOB => SRB/IRB => SOB) jūras mikrobu ekosistēmā 6 mēnešu laikā, kur SRB sekundārās bagātināšanas rezultātā radušais sērūdeņradis beidzot var veicināt SOB bagātināšanu. Ramirez 等人13 报告了一个超过6 个月的海洋微生物生态系统中的三步转变(SRB/IRB =>) SOB)，其中二次富集SRB 产生的硫化氢可能最终有助于SOB 的富集。Ramirez 等 人 13 报告 了 个 超过 超过 6 个 月 海洋 微生物 生态 系统 中 的 个 报 的 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 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 текоробщили в текором, 6. сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итоге способствовать Apstiprinājums SOB. Ramirez et al.13 ziņoja par trīspakāpju pāreju (FeOB => SRB/IRB => SOB) jūras mikrobu ekosistēmā 6 mēnešu laikā, kurā SRB sekundārās bagātināšanas rezultātā iegūtais sērūdeņradis var galu galā veicināt SOB bagātināšanos.Makbets un Emersons36 ziņoja par primāro bagātināšanos FeOB. Līdzīgi šajā pētījumā tiek novērota FeOB bagātināšanās agrīnajā korozijas fāzē, bet mikrobu izmaiņas, kas novērotas korozijas progresēšanas gaitā oglekļa, 1% un 2,25% Cr tēraudā un čugunā 22 mēnešu laikā, ir FeOB => IRB = > SRB (7. un 8. att.). Līdzīgi šajā pētījumā tiek novērota FeOB bagātināšanās agrīnajā korozijas fāzē, bet mikrobu izmaiņas, kas novērotas oglekļa, 1% un 2,25% Cr tēraudā un čugunā 22 mēnešu laikā, progresējot korozijai, ir FeOB => IRB => SRB (7. un 8. att.). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные исследовании коррозии, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, представля собой FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 и 8). Līdzīgi šajā pētījumā tiek novērota FeOB bagātināšanās agrīnā korozijas stadijā, bet mikrobiālās izmaiņas, korozijai progresējot, kas novērotas oglekļa, 1% un 2,25% Cr tēraudā un čugunā 22 mēnešu laikā, ir FeOB => IRB => SRB (7. un 8. attēls).同样，在本研究中观察到早期腐蚀阶段FeOB 的富集，但在碳和1% 和和2,25% 以臿觢2,25% Cr 钢2.个月的铸铁中观察到的微生物随着腐蚀的进展而变化是FeOB => IRB => SRB（图7 和8Ｏ同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 颳 和 和 颿 和 觌 蒌 2% 2% 22 个 的 铸铁 中 到 的 微生物 腐蚀 的 进展 而 变化 FEOB => IRB => SRB（图7和8）。 Аналогичным образом, в этом исследовании наблюдалось обогащение FeOB на ранних стадиях коррозии, но микробразгиоледовании наблюдалось обогащение FeOB на ранних стадиях коррозии, но микробразом изменения, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, бырили Fe.8.7. Līdzīgi šajā pētījumā tika novērota FeOB bagātināšanās agrīnās korozijas stadijās, bet 22 mēnešu laikā oglekļa, 1% un 2,25% Cr tēraudā un čugunā novērotās mikrobioloģiskās izmaiņas bija FeOB => IRB => SRB (7. un 8. att.).SRB var viegli uzkrāties jūras ūdens vidē augstas sulfātu jonu koncentrācijas dēļ, bet to bagātināšanos saldūdens vidē aizkavē zema sulfātu jonu koncentrācija. Bieži ir ziņots par SRB bagātināšanos jūras ūdenī10,12,45.
a Organiskais ogleklis un slāpeklis, izmantojot Fe(II) atkarīgu enerģijas metabolismu, dzelzs oksīds (sarkanās [Dechloromonas sp.] un zaļās [Sideroxydans sp.] šūnas) un Fe(III) reducējošās baktērijas (pelēkās šūnas [Geothrix sp. un Geobacter sp.]) agrīnā korozijas stadijā, pēc tam anaerobās sulfātu reducējošās baktērijas (SRP) un heterotrofiskie mikroorganismi bagātina korozijas nobriedušo stadiju, patērējot uzkrāto organisko vielu. b Izmaiņas mikrobu kopienās uz korozijizturīgiem metāliem. Violetās, zilās, dzeltenās un baltās šūnas pārstāv baktērijas no attiecīgi Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea un citām dzimtām.
Attiecībā uz izmaiņām mikrobu kopienā un iespējamo SRB bagātināšanos, FeOB ir kritiski svarīgs korozijas sākumposmā, un Dechloromonas var iegūt savu augšanas enerģiju no Fe(II) oksidācijas. Mikroorganismi var izdzīvot vidē, kas satur mikroelementus, bet tie neaugs eksponenciāli. Tomēr šajā pētījumā izmantotais niršanas baseins ir pārplūdes baseins ar pieplūdi 20 m3/h, kas nepārtraukti piegādā mikroelementus, kas satur neorganiskos jonus. Korozijas sākumposmā no oglekļa tērauda un čuguna izdalās dzelzs joni, un FeOB (piemēram, Dechloromonas) tos izmanto kā enerģijas avotu. Šūnu augšanai nepieciešamais oglekļa, fosfāta un slāpekļa daudzums tehnoloģiskajā ūdenī ir jābūt organisko un neorganisko vielu veidā. Tāpēc šajā saldūdens vidē FeOB sākotnēji tiek bagātināts uz metāla virsmām, piemēram, oglekļa tērauda un čuguna. Pēc tam IRB var augt un izmantot organiskās vielas un dzelzs oksīdus kā enerģijas avotus un terminālos elektronu akceptorus. Nobriedušos korozijas produktos FeOB un IRB metabolisma dēļ jārada anaerobi apstākļi, kas bagātināti ar slāpekli. Tāpēc SRB var ātri augt un aizstāt FeOB un IRB (8.a att.).
Nesen Tangs un līdzautori ziņoja par nerūsējošā tērauda koroziju, ko saldūdens vidē izraisa Geobacter ferroreducens tiešas elektronu pārneses dēļ no dzelzs uz mikrobiem46. Ņemot vērā EMIC, mikroorganismu ar EET īpašībām ieguldījums ir kritisks. SRB, FeOB un IRB ir galvenās mikrobu sugas korozijas produktos šajā pētījumā, kuriem vajadzētu būt EET īpašībām. Tādēļ šie elektroķīmiski aktīvie mikroorganismi var veicināt koroziju caur EET, un to kopienas sastāvs mainās dažādu jonu sugu ietekmē, veidojoties korozijas produktiem. Turpretī mikrobu kopiena tēraudā ar 9% Cr atšķīrās no citiem tēraudiem (8.b att.). Pēc 14 mēnešiem papildus bagātināšanai ar FeOB tika bagātināti arī tādi mikroorganismi kā Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea un Thiomonas (7.i att.). Šīs izmaiņas ievērojami atšķiras no citiem korozīviem materiāliem, piemēram, oglekļa tērauda, ​​izmaiņām, un tās var ietekmēt korozijas laikā izšķīdušie hroma bagātie joni. Jāatzīmē, ka Thiomonas piemīt ne tikai sēra oksidējošas īpašības, bet arī Fe(II) oksidējošas īpašības, EET sistēma un smago metālu tolerance48,49. Tās var tikt bagātinātas, pateicoties Fe(II) oksidatīvajai aktivitātei un/vai tiešam metālu elektronu patēriņam. Iepriekšējā pētījumā, izmantojot pārtrauktu bioplēves uzraudzības sistēmu, bioplēvēs uz Cu tika novērota relatīvi augsta Beggiatoacea koncentrācija, kas liecina, ka šīs baktērijas var būt izturīgas pret toksiskiem metāliem, piemēram, Cu un Cr. Tomēr enerģijas avots, kas Beggiatoacea nepieciešams augšanai šajā vidē, nav zināms.
Šajā pētījumā ziņots par izmaiņām mikrobu kopienās korozijas laikā saldūdens vidē. Vienā un tajā pašā vidē mikrobu kopienas atšķīrās pēc metāla veida. Turklāt mūsu rezultāti apstiprina FeOB nozīmi korozijas sākumposmā, jo no dzelzs atkarīgais mikrobu enerģijas metabolisms veicina barības vielām bagātas vides veidošanos, ko veicina citi mikroorganismi, piemēram, SRB. Lai samazinātu minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIK) saldūdens vidē, ir jāierobežo FeOB un IRB bagātināšana.
Šajā pētījumā tika izmantoti deviņi metāli un apstrādāti 50 × 20 × 1–5 mm blokos (ASTM 395 tērauda un 1%, 2,25% un 9% Cr biezums: 5 mm; ASTM A283 un ASTM A179 biezums: 3 mm). mm; ASTM A109 Temper 4/5 un Type 304 un 316 nerūsējošais tērauds, biezums: 1 mm), ar diviem 4 mm caurumiem. Hroma tēraudi tika pulēti ar smilšpapīru, bet citi metāli tika pulēti ar 600 graudu smilšpapīru pirms iegremdēšanas. Visi paraugi tika apstrādāti ar ultraskaņu ar 99,5% etanolu, žāvēti un nosvērti. Desmit katra metāla paraugi tika izmantoti korozijas ātruma aprēķināšanai un mikrobioma analīzei. Katrs paraugs tika fiksēts kāpņu veidā ar PTFE stieņiem un starplikām (φ 5 × 30 mm, 2. papildattēls).
Baseina tilpums ir 1100 kubikmetri, bet dziļums – aptuveni 4 metri. Ūdens pieplūde bija 20 m3 h-1, pārplūde tika izlaista, un ūdens kvalitāte sezonāli nesvārstījās (3. papildattēls). Paraugu kāpnes tiek nolaistas uz 3 m garas tērauda stieples, kas piekārta tvertnes vidū. Divas kāpņu pāri tika izņemti no baseina 1, 3, 6, 14 un 22 mēnešos. Paraugi no vienām kāpnēm tika izmantoti svara zuduma mērīšanai un korozijas ātruma aprēķināšanai, savukārt paraugi no citām kāpnēm tika izmantoti mikrobioma analīzei. Izšķīdušā skābekļa daudzums iegremdēšanas tvertnē tika mērīts virsmas un apakšas tuvumā, kā arī vidū, izmantojot izšķīdušā skābekļa sensoru (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, ASV).
Korozijas produkti un bioplēves uz paraugiem tika noņemtas, nokasot ar plastmasas skrāpi vai noslaukot ar vates tamponu, un pēc tam notīrītas 99,5% etanolā, izmantojot ultraskaņas vannu. Pēc tam paraugi tika iegremdēti Klārka šķīdumā saskaņā ar ASTM G1-0351. Pēc žāvēšanas visi paraugi tika nosvērti. Katra parauga korozijas ātrumu (mm/gadā) aprēķina, izmantojot šādu formulu:
kur K ir konstante (8,76 × 104), T ir ekspozīcijas laiks (h), A ir kopējā virsmas platība (cm2), W ir masas zudums (g), D ir blīvums (g cm–3).
Pēc paraugu svēršanas, izmantojot 3D mērīšanas lāzermikroskopu (LEXT OLS4000, Olympus, Tokija, Japāna), tika iegūti vairāku paraugu 3D attēli.