Ви благодариме што ја посетивте Nature.com. Користите верзија на прелистувач со ограничена CSS поддршка. За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer). Дополнително, за да обезбедиме континуирана поддршка, ја прикажуваме страницата без стилови и JavaScript.
Прикажува вртелешка од три слајдови одеднаш. Користете ги копчињата „Претходно“ и „Следно“ за да се движите низ три слајдови одеднаш или користете ги лизгачките копчиња на крајот за да се движите низ три слајдови одеднаш.
Во слатководни средини, често се забележува забрзана корозија на јаглеродни и нерѓосувачки челици. Тука е спроведена 22-месечна студија за нуркање во резервоари за слатка вода со употреба на девет степени на челик. Забрзана корозија е забележана кај јаглеродни и хромирани челици и леано железо, додека кај нерѓосувачкиот челик не е забележана видлива корозија дури ни по 22 месеци. Анализата на микробната заедница покажа дека за време на општата корозија, бактериите што оксидираат Fe(II) се збогатени во раната фаза на корозија, бактериите што редуцираат Fe(III) во фазата на развој на корозија и бактериите што редуцираат сулфати во фазата на корозија во последната фаза од корозијата на производот. Напротив, бактериите Beggiatocaea беа особено бројни во челикот со 9% Cr подложен на локализирана корозија. Овие состави на микробни заедници се разликуваа и од оние во примероците од вода и дно на седиментот. Така, како што напредува корозијата, микробната заедница претрпува драматични промени, а метаболизмот на енергијата на микробите зависни од железо создава средина што може да збогати други микроорганизми.
Металите можат да се влошат и да кородираат поради различни физички и хемиски фактори на животната средина, како што се pH вредноста, температурата и концентрацијата на јони. Киселите услови, високите температури и концентрациите на хлориди особено влијаат на корозијата на металите1,2,3. Микроорганизмите во природните и изградените средини често влијаат на абењето и корозијата на металите, однесување изразено во микробна корозија (MIC)4,5,6,7,8. MIC често се наоѓа во средини како што се внатрешни цевки и резервоари за складирање, во метални пукнатини и во почвата, каде што се појавува ненадејно и брзо се развива. Затоа, следењето и раното откривање на MIC е многу тешко, па затоа анализата на MIC обично се спроведува по корозијата. Објавени се бројни студии на случаи на MIC во кои бактериите што редуцираат сулфати (SRB) често се наоѓаат во производите од корозија9,10,11,12,13. Сепак, останува нејасно дали SRB придонесуваат за иницирање на корозија, бидејќи нивното откривање се базира на посткорозивна анализа.
Неодамна, покрај бактериите што оксидираат јод21, пријавени се и разни микроорганизми што го разградуваат железото, како што се SRB14 што го разградуваат железото, метаногените15,16,17, бактериите што го намалуваат нитратот18, бактериите што го оксидираат железото19 и ацетогените20. Под анаеробни или микроаеробни лабораториски услови, повеќето од нив кородираат нултовалентно железо и јаглероден челик. Покрај тоа, нивните механизми на корозија сугерираат дека метаногените и SRB што го корозивираат железото ја поттикнуваат корозијата со собирање електрони од нултовалентно железо користејќи екстрацелуларни хидрогенази и мултихем цитохроми, соодветно22,23. MIC се поделени на два вида: (i) хемиска MIC (CMIC), што е индиректна корозија од микробиолошки произведени видови, и (ii) електрична MIC (EMIC), што е директна корозија со осиромашување на електроните на металот24. EMIC олеснет со екстрацелуларен пренос на електрони (EET) е од голем интерес бидејќи микроорганизмите со EET својства предизвикуваат побрза корозија од микроорганизмите што не се EET. Додека ограничувачкиот одговор на брзината на CMIC под анаеробни услови е производство на H2 преку редукција на протони (H+), EMIC се одвива преку метаболизам на EET, кој е независен од производството на H2. Механизмот на EET кај различни микроорганизми е поврзан со перформансите на микробното клеточно гориво и електробиосинтезата25,26,27,28,29. Бидејќи условите за култура на овие корозивни микроорганизми се разликуваат од оние во природната средина, не е јасно дали овие набљудувани процеси на микробна корозија ја одразуваат корозијата во пракса. Затоа, тешко е да се набљудува механизмот на MIC предизвикан од овие корозивни микроорганизми во природната средина.
Развојот на технологијата за секвенционирање на ДНК го олесни проучувањето на деталите на микробните заедници во природни и вештачки средини, на пример, микробното профилирање врз основа на секвенцата на генот 16S rRNA со употреба на секвенцери од нова генерација е користено во областа на микробната екологија30,31.,32. Објавени се бројни MIC студии кои детално ги опишале микробните заедници во почвата и морските средини13,33,34,35,36. Покрај SRB, пријавено е и збогатување со Fe(II)-оксидирачки (FeOB) и нитрифицирачки бактерии во примероци од корозија, на пр. FeOB, како што се Gallionella spp. и Dechloromonas spp., и нитрифицирачки бактерии, како што е Nitrospira, spp., во јаглеродни и бакарни челици во почвени медиуми33. Слично на тоа, во морската средина, брза колонизација на бактерии кои оксидираат железо и припаѓаат на класите Zetaproteobacteria и Betaproteobacteria е забележана неколку недели на јаглероден челик36. Овие податоци укажуваат на придонесот на овие микроорганизми кон корозијата. Сепак, во многу студии, времетраењето и експерименталните групи се ограничени, а малку се знае за динамиката на микробните заедници за време на корозијата.
Тука, ги истражуваме минималните внатрешни споеви (МИС) на јаглероден челик, хромиран челик, не'рѓосувачки челик и леано железо користејќи студии за потопување во аеробна слатководна средина со историја на настани на МИС. Примероците беа земени на 1, 3, 6, 14 и 22 месеци и беше проучена стапката на корозија на секој метал и микробна компонента. Нашите резултати даваат увид во долгорочната динамика на микробните заедници за време на корозијата.
Како што е прикажано во Табела 1, во оваа студија беа користени девет метали. Десет примероци од секој материјал беа потопени во базен со свежа вода. Квалитетот на водата за обработка е како што следува: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, заматеност 1 ppm и pH 7,4. Концентрацијата на растворен кислород (DO) на дното од скалата за земање примероци беше приближно 8,2 ppm, а температурата на водата се движеше од 9 до 23°C сезонски.
Како што е прикажано на Слика 1, по 1 месец потопување во средини од леано железо ASTM A283, ASTM A109 Condition #4/5, ASTM A179 и ASTM A395, на површината на јаглероден челик беа забележани кафеави производи од корозија во форма на генерализирана корозија. Губењето на тежината на овие примероци се зголеми со текот на времето (Дополнителна табела 1), а стапката на корозија беше 0,13–0,16 mm годишно (Слика 2). Слично на тоа, општа корозија е забележана кај челици со ниска содржина на Cr (1% и 2,25%) со стапка на корозија од околу 0,13 mm/год. (Слики 1 и 2). Спротивно на тоа, челикот со 9% Cr покажува локализирана корозија што се јавува во празнините формирани од дихтунзи. Стапката на корозија на овој примерок е околу 0,02 mm/год., што е значително пониско од она на челикот со општа корозија. Спротивно на тоа, не'рѓосувачките челици тип-304 и -316 не покажуваат видлива корозија, со проценети стапки на корозија од <0,001 mm y−1. Спротивно на тоа, не'рѓосувачките челици тип-304 и -316 не покажуваат видлива корозија, со проценети стапки на забрзување од <0,001 mm y−1. Напротив, нержавеющие стали типови 304 и 316 не се пројавляют видимой коррозии, при этом расчетная скорость коррозии составляет <0,001 мм/год. Спротивно на тоа, нерѓосувачките челици од типовите 304 и 316 не покажуваат видлива корозија, со проценета стапка на корозија од <0,001 mm/год.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<0,01 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<0,01 mm Напротив, нержавеющие стали типа 304 и -316 не покажуваат видливи коррозии со расчетной скоростью коррозии <0,001 мм/год. Спротивно на тоа, нерѓосувачките челици од типот 304 и -316 не покажаа видлива корозија со проектна стапка на корозија од <0,001 mm/год.
Прикажани се макроскопски слики од секој примерок (висина 50 mm × ширина 20 mm) пред и по отстранувањето на бигорот. 1 метар, 1 месец; 3 метри, 3 месеци; 6 метри, 6 месеци; 14 метри, 14 месеци; 22 метри, 22 месеци; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, состојба 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, челик 1% Cr; 3C челик, 2,25% Cr челик; челик 9C, челик 9% Cr; S6, нерѓосувачки челик 316; S8, нерѓосувачки челик тип 304.
Стапката на корозија беше пресметана со користење на губење на тежина и време на потопување. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, стврднат 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, челик 1% Cr, 3 C, челик 2,25% Cr, 9 C, челик 9% Cr, S6, не'рѓосувачки челик тип 316; S8, не'рѓосувачки челик тип 304.
На сл. 1 исто така се покажува дека производите од корозија на јаглероден челик, челик со ниска содржина на Cr и леано железо се развиваат понатаму по потопување во вода во тек на 3 месеци. Вкупната стапка на корозија постепено се намалувала на 0,07 ~ 0,08 mm/год. по 22 месеци (Слика 2). Покрај тоа, стапката на корозија на челик со 2,25% Cr била малку пониска од другите кородирани примероци, што укажува дека Cr може да ја инхибира корозијата. Покрај општата корозија, според ASTM A179, локализирана корозија е забележана по 22 месеци со длабочина на корозија од околу 700 µm (Сл. 3). Локалната стапка на корозија, пресметана со користење на длабочината на корозија и времето на потопување, е 0,38 mm/год., што е околу 5 пати побрзо од општата корозија. Стапката на корозија на легурата ASTM A395 може да се потцени бидејќи производите од корозија не го отстрануваат целосно бигорот по 14 или 22 месеци потопување во вода. Сепак, разликата треба да биде минимална. Покрај тоа, многу мали јами се забележани кај кородираниот челик со ниска содржина на хром.
Целосна слика (скала: 10 mm) и локализирана корозија (скала: 500 µm) на ASTM A179 и челик со 9% Cr на максимална длабочина со употреба на 3D ласерски микроскоп за гледање. Црвените кругови на целосната слика ја означуваат измерената локализирана корозија. Целосен поглед на челикот со 9% Cr од задната страна е прикажан на Слика 1.
Како што е прикажано на сл. 2, за челик со 9% Cr, не е забележана корозија во рок од 3-14 месеци, а стапката на корозија била практично нула. Сепак, локализирана корозија е забележана по 22 месеци (Слика 3) со стапка на корозија од 0,04 mm/год. пресметана со користење на губење на тежина. Максималната длабочина на локализирана корозија е 1260 µm, а стапката на локализирана корозија проценета со користење на длабочината на корозија и времето на потопување (22 месеци) е 0,68 mm/год. Бидејќи точната точка во која започнува корозијата не е позната, стапката на корозија може да биде поголема.
Спротивно на тоа, не е забележана видлива корозија на не'рѓосувачкиот челик дури ни по 22 месеци потопување. Иако на површината пред отстранувањето на бигорот биле забележани неколку кафеави честички (сл. 1), тие биле слабо прицврстени и не биле производи на корозија. Бидејќи металот повторно се појавува на површината од не'рѓосувачки челик откако ќе се отстрани бигорот, стапката на корозија е практично нула.
Секвенционирањето со ампликони е извршено за да се разберат разликите и динамиката на микробните заедници со текот на времето во производите на корозија и биофилмовите на метални површини, во водата и седиментите. Вкупно се примени 4.160.012 отчитувања, со опсег од 31.328 до 124.183 отчитувања.
Шеноновиот индекс на примероци од вода земени од зафати и езерца се движеше од 5,47 до 7,45 (Сл. 4а). Бидејќи регенерираната речна вода се користи како индустриска вода, микробната заедница може да се менува сезонски. Спротивно на тоа, Шеноновиот индекс на примероците од долниот седимент беше околу 9, што е значително повисоко од оној на примероците од вода. Слично на тоа, примероците од вода имаа пониски пресметани Chao1 индекси и набљудувани оперативни таксономски единици (OTU) од примероците од седимент (Сл. 4б, в). Овие разлики се статистички значајни (Тест на Туки-Крамер; p-вредности < 0,01, Сл. 4d), што укажува дека микробните заедници во примероците од седимент се посложени од оние во примероците од вода. Овие разлики се статистички значајни (Туки-Крамер тест; p-вредности < 0,01, Сл. 4d), што укажува дека микробните заедници во примероците од седимент се посложени од оние во примероците од вода. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), што указывает на то, что микробные сообщества в образцах донных отложений более сломыхны, Овие разлики се статистички значајни (Туки-Крамер тест; p вредности <0,01, Сл. 4d), што укажува дека микробните заедници во примероците од седимент се посложени отколку во примероците од вода.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天这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ； p 值 <0,01 ， 图 4d） 表明 沉积物渷中 中 的 群落更……….. Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), што позволяет предположить, что микробные сообщества во образцах донных отлеми,чесложных болеми, были воды. Овие разлики беа статистички значајни (Туки-Крамер тест; p-вредност <0,01, Сл. 4d), што укажува дека микробните заедници во примероците од седимент се посложени отколку во примероците од вода.Бидејќи водата во преливниот слив постојано се обновува и седиментите се таложат на дното на сливот без механичко нарушување, оваа разлика во микробната разновидност треба да го одразува екосистемот во сливот.
a Шенонов индекс, b Набљудувана оперативна таксономска единица (OTU) и c Индекс на апсорпција на Chao1 (n=6) и слив (n=5) Вода, седимент (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% (1 C: n=5), 2,25% (3 C: n = 5) и 9% (9 C: n = 5) Cr-челици, како и нерѓосувачки челици тип 316 (S6: n = 5) и -304 (S8: n = 5) се прикажани како графикони во облик на кутија и мустаќи. d p-вредности за Шенонов и Chao1 индексите добиени со користење на ANOVA и повеќекратни споредбени тестови на Туки-Крамер. Црвените позадини претставуваат парови со p-вредности < 0,05. Црвените позадини претставуваат парови со p-вредности < 0,05. Красные фоны представува пары со значајни стр <0,05. Црвените позадини претставуваат парови со p-вредности < 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 представува пары со p-значениями <0,05. Црвените позадини претставуваат парови со p-вредности <0,05.Линијата во средината на кутијата, горниот и долниот дел од кутијата и мустаќите ги претставуваат средната, 25-тиот и 75-тиот перцентил, како и минималните и максималните вредности, соодветно.
Шеноновиот индекс за јаглероден челик, челик со ниска содржина на хром и леано железо беа слични на оние за примероците од вода (Сл. 4а). Спротивно на тоа, Шеноновите индекси на примероците од не'рѓосувачки челик се значително повисоки од оние на кородираните челици (p-вредности < 0,05, Сл. 4d) и слични на оние на седиментите. Спротивно на тоа, Шеноновите индекси на примероците од не'рѓосувачки челик се значително повисоки од оние на кородираните челици (p-вредности < 0,05, Сл. 4d) и слични на оние на седиментите. Напротив, индекси Шенона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у корродированных сталей (значения p <0,05, рис. 4d), и аналоген индексам отложени. Спротивно на тоа, Шеноновите индекси на примероците од не'рѓосувачки челик се значително повисоки од оние на кородираните челици (p-вредности < 0,05, Сл. 4d) и се слични на индексите на таложење.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; 4 ден.，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, 4 ден.，与沉积物〸 Напротив, индекс Шенона образцов из нержавеющей стали был значительно выше, чем у корродированной стали (значение p <0,05, рис. 4d), како и у отложений. Спротивно на тоа, Шеноновиот индекс на примероците од не'рѓосувачки челик беше значително повисок од оној на кородираниот челик (p вредност < 0,05, Сл. 4d), како и наслагата.Спротивно на тоа, Шеноновиот индекс за челици со 9% Cr се движеше од 6,95 до 9,65. Овие вредности беа многу повисоки кај некородирани примероци на 1 и 3 месеци отколку кај кородирани примероци на 6, 14 и 22 месеци (Сл. 4а). Понатаму, индексите Chao1 и набљудуваните OTU на челиците со 9% Cr се повисоки од оние на кородираните и водените примероци и пониски од оние на некородираните и седиментните примероци (Сл. 4б, в), а разликите се статистички значајни (p-вредности < 0,01, Сл. 4д). Понатаму, индексите Chao1 и набљудуваните OTU на челиците со 9% Cr се повисоки од оние на кородираните и водените примероци и пониски од оние на некородираните и седиментните примероци (Сл. 4б, в), а разликите се статистички значајни (p-вредности < 0,01, Сл. 4д).Покрај тоа, Chao1 и набљудуваната OTU на челици со 9% Cr се повисоки од оние на кородираните и водните примероци и пониски од оние на некородираните и седиментните примероци (Сл. 4б, в), а разликите се статистички значајни.(p-значения <0,01, рис. 4г). (p-вредности <0,01, Сл. 4d).此外，9% Cr 钢的Chao1 指数和观察到的OTU高于腐蚀样品和水样，低于未腐蚀样品和沉积物样品 (图4b，c），差异具有统计学意义（p值< 0,01, 图4d）.此外 ， 9% CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 水样 ， 低于 腐蓚沉积物 （图 图 4b ， c） 差异 统计学 意义 (p 值 <0,01 图 图 图 图 图 图 弌 图, , , , 4d). Кроме того, индекс Chao1 и наблюдаемые OTU стали со содержанием 9 % Cr были повеќе, чем у корродированных и водных образцов, и ниже, чем у некорродированных и осадочных статии а4b,c. (p- значение < 0,01, рис. 4г). Дополнително, индексот Chao1 и набљудуваната OTU на челик со 9% Cr беа повисоки од оние на кородираните и водните примероци и пониски од оние на некородираните и седиментните примероци (Сл. 4б, в), а разликата беше статистички значајна (p-вредност < 0,01, Сл. 4д).Овие резултати покажуваат дека микробната разновидност во производите на корозија е помала отколку во биофилмовите на некородирани метали.
На сл. 5а е прикажан графикон со анализа на главни координати (PCoA) базиран на непондерирано растојание на UniFrac за сите примероци, со забележани три главни кластери. Микробните заедници во примероците од вода беа значително различни од другите заедници. Микробните заедници во седиментите вклучуваа и заедници од не'рѓосувачки челик, додека тие беа широко распространети во примероците од корозија. Спротивно на тоа, мапата на челик со 9% Cr е поделена на некородирани и кородирани кластери. Следствено, микробните заедници на метални површини и производите од корозија се значително различни од оние во водата.
График на анализа на главни координати (PCoA) врз основа на непондерирани UniFrac растојанија во сите примероци (a), вода (b) и метали (c). Круговите го означуваат секој кластер. Траекторите се претставени со линии што ги поврзуваат периодите на земање примероци во серија. 1 метар, 1 месец; 3 метри, 3 месеци; 6 метри, 6 месеци; 14 метри, 14 месеци; 22 метри, 22 месеци; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, состојба 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, челик 1% Cr; 3C челик, 2,25% Cr челик; челик 9C, челик 9% Cr; S6, нерѓосувачки челик 316; S8, нерѓосувачки челик тип 304.
Кога беа подредени по хронолошки редослед, PCoA графиконите на примероците од вода беа во кружен распоред (сл. 5б). Оваа циклусна транзиција може да ги одразува сезонските промени.
Дополнително, на PCoA графиконите на метални примероци беа забележани само два кластера (кородирани и некородирани), каде што (со исклучок на челик со 9% хром) беше забележано и поместување на микробната заедница од 1 до 22 месеци (Сл. 5в). Дополнително, бидејќи транзициите кај кородираните примероци беа поголеми отколку кај некородираните примероци, постоеше корелација помеѓу промените во микробните заедници и прогресијата на корозијата. Кај челичните примероци со 9% Cr, беа откриени два типа на микробни заедници: точки на 1 и 6 месеци, лоцирани во близина на не'рѓосувачки челик, и други (3, 14 и 22 месеци), лоцирани во точки блиску до кородиран челик. 1 месец и купоните што се користеа за екстракција на ДНК на 6 месеци не беа кородирани, додека купоните на 3, 14 и 22 месеци беа кородирани (Дополнителна слика 1). Затоа, микробните заедници во кородираните примероци се разликуваа од оние во водата, седиментот и некородираните примероци и се менуваа како што напредуваше корозијата.
Главните типови на микробни заедници забележани во примероците од вода беа Proteobacteria (30,1–73,5%), Bacteroidetes (6,3–48,6%), Planctomycetota (0,4–19,6%) и Actinobacteria (0–17,7%), нивната релативна застапеност варираше од примерок до примерок (Сл. 6), на пример, релативната застапеност на Bacteroidetes во водата од езерцето беше поголема отколку во апстрактната вода. Оваа разлика може да биде под влијание на времето на престој на водата во преливниот резервоар. Овие типови беа забележани и во примероците од долниот седимент, но нивната релативна застапеност значително се разликуваше од онаа во примероците од вода. Покрај тоа, релативната содржина на Acidobacteriota (8,7–13,0%), Chloroflexi (8,1–10,2%), Nitrospirota (4,2–4,4%) и Desulfobacterota (1,5–4,4%) %) беше поголема отколку во примероците од вода. Бидејќи речиси сите видови Desulfobacterota се SRB37, средината во седиментот мора да биде анаеробна. Иако Desulfobacterota е можно да влијае на корозијата, ризикот треба да биде исклучително низок бидејќи нивните релативни застапености во водата во базенот се <0,04%. Иако Desulfobacterota е можно да влијае на корозијата, ризикот треба да биде исклучително низок бидејќи нивните релативни застапености во водата во базенот се <0,04%. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, ризикот мора да биде многу низким, поскольку и относительное содержание во водата бассейна сочинува <0,04%. Иако Desulfobacterota може да има ефект врз корозијата, ризикот треба да биде исклучително низок бидејќи нивната релативна застапеност во водата во базените е <0,04%.尽管脱硫杆菌门可能影响腐蚀，但风险应该极低，因为它们在池水中们在池水中繄%40. <0,04%. Високиот тип на Desulfobacillus може да биде коррозию, ризикот е да биде помал низким, поскольку и относительное содержание во водата бассейна составува <0,04%. Иако типот Desulfobacillus може да влијае на корозијата, ризикот треба да биде исклучително низок бидејќи нивната релативна застапеност во водата во базените е <0,04%.
RW и Air претставуваат примероци од вода од зафатот и базенот, соодветно. Седимент-C, -E, -W се примероци од седимент земени од центарот на дното на базенот, како и од источната и западната страна. 1 метар, 1 месец; 3 метри, 3 месеци; 6 метри, 6 месеци; 14 метри, 14 месеци; 22 метри, 22 месеци; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, состојба 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, челик 1% Cr; 3C челик, 2,25% Cr челик; челик 9C, челик 9% Cr; S6, нерѓосувачки челик 316; S8, нерѓосувачки челик тип 304.
На ниво на род, малку поголем дел (6–19%) на некласифицирани бактерии кои припаѓаат на семејството Trichomonadaceae, како и Neosphingosine, Pseudomonas и Flavobacterium, е забележан во сите сезони. Како помали главни компоненти, нивните удели варираат (Сл. 1). . 7a и b). Во притоките, релативната изобилство на Flavobacterium, Pseudovibrio и Rhodoferrobacter била поголема само во зима. Слично на тоа, поголема содржина на Pseudovibrio и Flavobacterium е забележана во зимската вода на сливот. Така, микробните заедници во примероците од вода варирале во зависност од сезоната, но не претрпеле драстични промени во текот на периодот на проучување.
a Влезна вода, b Вода од базен, c ASTM A283, d ASTM A109 температура #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr, и i 9% Cr челик, j Тип-316 и не'рѓосувачки челик K-304.
Протеобактериите беа главни состојки во сите примероци, но нивната релативна застапеност во кородираните примероци се намалуваше со напредокот на корозијата (Сл. 6). Во примероците ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 и 1% и 2,25% Cr, релативната застапеност на протеобактериите се намали од 89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8%, 83,8%, односно 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% и 31,3%, соодветно. Спротивно на тоа, релативните застапености на Desulfobacterota постепено се зголемуваат од <0,1% на 12,5–45,9% со прогресијата на корозијата. Спротивно на тоа, релативните застапености на Desulfobacterota постепено се зголемуваат од <0,1% на 12,5–45,9% со прогресијата на корозијата. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по малку развити корозии. Спротивно на тоа, релативната застапеност на Desulfobacterota постепено се зголемува од <0,1% на 12,5–45,9% како што напредува корозијата.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 малку развити корозии. Спротивно на тоа, релативната застапеност на Desulfobacillus постепено се зголемувала од <0,1% на 12,5–45,9% како што напредувала корозијата.Така, како што напредувала корозијата, Proteobactereira била заменета со Desulfobacterota.
Спротивно на тоа, биофилмовите на некородиран не'рѓосувачки челик содржеле исти пропорции на различни бактерии. Proteobacteria (29,4–34,1%), Planctomycetota (11,7–18,8%), Nitrospirota (2,9–20,9%), Acidobacteriota (8,6–18,8%), Bacteroidota (3,1–9,2%) и Chloroflexi (2,1–8,8%). Утврдено е дека пропорцијата на Nitrospirota во примероците од не'рѓосувачки челик постепено се зголемува (сл. 6). Овие пропорции се слични на оние во примероците од седимент, што одговара на PCoA графиконот прикажан на сл. 5а.
Во примероци од челик што содржат 9% Cr, беа забележани два вида микробни заедници: микробните заедници од 1 месец и 6 месеци беа слични на оние во примероците од долниот седимент, додека процентот на протеобактерии во примероците од корозија 3, 14 и 22 значително се зголеми. Покрај тоа, овие две микробни заедници во примероците од челик со 9% Cr одговараа на поделени кластери во PCoA графиконот прикажан на Слика 5в.
На ниво на род, беа забележани >2000 OTU што содржат неказнети бактерии и археи. На ниво на род, беа забележани >2000 OTU што содржат неказнети бактерии и археи.На ниво на род, забележани се над 2000 OTU кои содржат неидентификувани бактерии и археи.На ниво на род, забележани се над 2000 OTU кои содржат неспецифицирани бактерии и археи. Меѓу нив, се фокусиравме на 10 OTU со висока популација во секој примерок. Ова опфаќа 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% и 21,8-45,1% во ASTM A179. , ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1%, 2,25% и 9% Cr челици и нерѓосувачки челици тип 316 и -304.
Релативно висока содржина на дехлорирани монолити со оксидирачки својства на Fe(II) е забележана во примероци од корозија како што се ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 и челици со 1% и 2,25% Cr. рана фаза на корозија (1 месец и 3 месеци, Сл. 7c-h). Пропорцијата на Dechloromonas се намалувала со текот на времето, што одговара на намалувањето на Proteobacteria (Сл. 6). Понатаму, пропорциите на Dechloromonas во биофилмовите на некородираните примероци се <1%. Понатаму, пропорциите на Dechloromonas во биофилмовите на некородираните примероци се <1%. Кроме того, доля Dechloromonas в биоленках на некорродированных образцах составляет <1%. Покрај тоа, процентот на Dechloromonas во биофилмови на некородирани примероци е <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%. Покрај тоа, процентот на Dechloromonas во биофилмот на некородирани примероци беше <1%.Затоа, меѓу производите на корозија, дехлоромонас е значително збогатен во раната фаза на корозија.
Спротивно на тоа, кај ASTM A179, ASTM A109 темпериран #4/5, ASTM A179, ASTM A395 и челици со 1% и 2,25% Cr, процентот на видовите SRB Desulfovibrio конечно се зголемил по 14 и 22 месеци (Сл. 7c–h). Десулфофибрионот бил многу низок или не бил откриен во раните фази на корозија, во примероци од вода (Сл. 7a, b) и во некородирани биофилмови (Сл. 7j, j). Ова силно сугерира дека Desulfovibrio ја претпочита средината на формираните производи од корозија, иако тие не влијаат на корозијата во раните фази на корозија.
Бактериите што го намалуваат Fe(III) (RRB), како што се Geobacter и Geothrix, беа пронајдени во производите од корозија во средните фази на корозија (6 и 14 месеци), но процентот на доцните (22 месеци) фази на корозија е поголем кај нив, релативно низок (сл. 7c, eh). Родот Sideroxydans со својства на оксидација на Fe(II) покажа слично однесување (сл. 7f), па процентот на FeOB, IRB и SRB беше поголем само во кородираните примероци. Ова силно сугерира дека промените во овие микробни заедници се поврзани со прогресија на корозијата.
Кај челик со 9% Cr кородиран по 3, 14 и 22 месеци, забележан е поголем процент на членови на семејството Beggiatoacea (8,5–19,6%), кои можат да покажат својства на оксидирање на сулфур, а забележани се и сидероксидани (8,4–13,7%) (Сл. 1). ). 7i) Покрај тоа, Thiomonas, бактерија што оксидира сулфур (SOB), беше пронајдена во поголем број (3,4% и 8,8%) на 3 и 14 месеци. Спротивно на тоа, бактериите што редуцираат нитрати Nitrospira (12,9%) беа забележани во 6-месечни некородирани примероци. Зголемен процент на Nitrospira беше забележан и во биофилмови на не'рѓосувачки челик по потопување (Сл. 7j,k). Така, микробните заедници на 1- и 6-месечни некородирани челици со 9% Cr беа слични на оние во биофилмовите од не'рѓосувачки челик. Покрај тоа, микробните заедници на челик со 9% Cr кородирани на 3, 14 и 22 месеци се разликувале од производите на корозија на јаглеродни и нискохромни челици и леано железо.
Развојот на корозијата е обично побавен во слатководни отколку во морски води, бидејќи концентрацијата на хлоридни јони влијае на корозијата на металот. Сепак, некои не'рѓосувачки челици може да кородираат во слатководни средини38,39. Покрај тоа, првично беше осомничена MIC бидејќи претходно беше забележан кородиран материјал во базенот со слатководни води што се користеше во оваа студија. Во долгорочните студии со потопување, беа забележани различни форми на корозија, три вида микробни заедници и промена во микробните заедници во производите на корозија.
Слатководниот медиум што се користи во оваа студија е затворен резервоар за техничка вода земена од река со релативно стабилен хемиски состав и сезонска промена на температурата на водата што се движи од 9 до 23 °C. Затоа, сезонските флуктуации во микробните заедници во примероците од вода може да бидат поврзани со промени во температурата. Покрај тоа, микробната заедница во водата на базенот беше донекаде различна од онаа во влезната вода (сл. 5б). Водата во базенот постојано се заменува поради прелевање. Следствено, DO остана на ~8,2 ppm дури и на средни длабочини помеѓу површината на базенот и дното. Напротив, средината на седиментот треба да биде анаеробна, бидејќи се таложи и останува на дното на резервоарот, а микробната флора во него (како што е CRP) исто така треба да се разликува од микробната флора во водата (сл. 6). Бидејќи купоните во базенот беа подалеку од седиментите, тие беа изложени на свежа вода само за време на студиите за потопување под аеробни услови.
Општа корозија се јавува кај јаглероден челик, челик со ниска содржина на хром и леано железо во слатководни средини (Слика 1) бидејќи овие материјали не се отпорни на корозија. Сепак, стапката на корозија (0,13 mm yr-1) под абиотски слатководни услови беше поголема отколку во претходните студии40 (0,04 mm yr-1) и беше споредлива со стапката на корозија (0,02–0,76 mm yr-1) во присуство на микроорганизми1) Слично на слатководните услови40,41,42. Оваа забрзана стапка на корозија е карактеристика на MIC.
Покрај тоа, по 22 месеци потопување, кај неколку метали под производите на корозија е забележана локализирана корозија (сл. 3). Особено, локализираната стапка на корозија забележана во ASTM A179 е околу пет пати побрза од општата корозија. Оваа необична форма на корозија и забрзана стапка на корозија се забележани и кај корозијата што се јавува на истиот објект. Така, потопувањето извршено во оваа студија ја одразува корозијата во пракса.
Меѓу проучуваните метали, челикот со 9% Cr покажал најтешка корозија, со длабочина на корозија од >1,2 mm, што е веројатно минимална минимална вредност (MIC) поради забрзаната корозија и абнормалната форма на корозија. Меѓу проучуваните метали, челикот со 9% Cr покажал најтешка корозија, со длабочина на корозија од >1,2 mm, што е веројатно минимална минимална вредност (MIC) поради забрзаната корозија и абнормалната форма на корозија. Среди исследованных металлов сталь со 9% Cr показала наиболее сильную коррозию со глубиной коррозии> 1,2 мм, што, вероятно, является МИК из-за ускоренной коррозии и аномальной. Меѓу испитуваните метали, челикот со 9% Cr покажал најтешка корозија со длабочина на корозија >1,2 mm, што е веројатно минималната дозволена граница на влага (MIC) поради забрзана корозија и абнормална форма на корозија.在所研究的金属中，9% Cr 钢的腐蚀最为严重，腐蚀深度>1.2 mm，由于加速腐蚀和异常腐蚀形式，很可能是MIC.在所研究的金属中，9% Cr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь со 9% Cr, со глубиной коррозии >1,2 мм, скорее всего, МИК из-за ускоренных и аномални форми корозии. Меѓу проучуваните метали, челикот со 9% Cr кородирал најтешко, со длабочина на корозија од >1,2 mm, најверојатно MIC поради забрзани и аномални форми на корозија.Бидејќи челикот со 9% Cr се користи во апликации на високи температури, неговото однесување на корозија е претходно проучено43,44, но претходно не е пријавена никаква MIC за овој метал. Бидејќи бројни микроорганизми, освен хипертермофилите, се неактивни во средина со висока температура (>100 °C), MIC во 9% Cr челик може да се игнорира во такви случаи. Бидејќи бројни микроорганизми, освен хипертермофилите, се неактивни во средина со висока температура (>100 °C), MIC во 9% Cr челик може да се игнорира во такви случаи. Поскольку многу микроорганизми, за исклучен гипертермофилов, неактивны во високата температура во средината (>100 °С), МИК во стали со 9% Cr во таки случаях не може да се учи. Бидејќи многу микроорганизми, со исклучок на хипертермофилите, се неактивни во средина со висока температура (>100°C), MIC во челик со 9% Cr може да се игнорира во такви случаи.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 颃(>100 °C) Поскольку многу микроорганизми, кроме гипертермофилов, не пројавуваат активности во високиот емпературен средах (>100 °С), МПК во стали со 9% Cr во даном случае не може да се учи. Бидејќи многу микроорганизми, освен хипертермофилите, не покажуваат активност во средини со висока температура (>100 °C), MIC во челик со 9% Cr може да се игнорира во овој случај.Меѓутоа, кога се користи челик со 9% Cr во средина со средна температура, мора да се преземат различни мерки за намалување на MIC.
Различни микробни заедници и нивните промени беа забележани во наслаги од некородиран материјал и во производите на корозија во биофилмови во споредба со водата, покрај забрзаната корозија (Сл. 5-7), што силно сугерира дека оваа корозија е микрофон. Рамирез и сор.13 известуваат за 3-чекорна транзиција (FeOB => SRB/IRB = > SOB) во морски микробен екосистем во период од 6 месеци, при што водородниот сулфид произведен од секундарно збогатен SRB може конечно да придонесе за збогатување на SOB. Рамирез и сор.13 известуваат за транзиција во 3 чекори (FeOB => SRB/IRB => SOB) во морски микробен екосистем во период од 6 месеци, кога водород сулфидот произведен од секундарно збогатен SRB може конечно да придонесе за збогатување на SOB. Ramirez et al.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) во морскиот микробной экосистеме в течение 6 месеци, когда сероводород, образующийся на втор, моженично способствовать обогащению СОБ. Рамирез и сор.13 известуваат за тристепен премин (FeOB => SRB/IRB => SOB) во морскиот микробен екосистем во период од 6 месеци, каде што водородниот сулфид генериран од секундарното збогатување на SRB конечно може да придонесе за збогатување на SOB. Рамирез 等人13 报告了一个超过6 个月的海洋微生物生态系统中的三步转变(FeOB/IR =>S 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。Рамирез 等 人 13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s硫化氢 可能 最终 有助于 липање 的富集. Ramirez et al.13 сообщили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) во морскиот микробной экосистеме во течение 6 месеци, во котором сероводород, образующийся в резултант конечном итоге способствовать обогащению СОБ. Рамирез и сор.13 објавија тростепенска транзиција (FeOB => SRB/IRB => SOB) во морскиот микробен екосистем во период од 6 месеци, во кој водород сулфидот произведен од секундарното збогатување на SRB на крајот може да придонесе за збогатување на SOB.МекБет и Емерсон36 известија за примарно збогатување во FeOB. Слично на тоа, во оваа студија е забележано збогатување на FeOB за време на раната фаза на корозија, но микробните промени со прогресијата на корозијата забележани кај јаглеродните челици и челиците со 1% и 2,25% Cr и леаното железо во текот на 22 месеци се FeOB => IRB = > SRB (Сл. 7 и 8). Слично на тоа, во оваа студија е забележано збогатување на FeOB за време на раната фаза на корозија, но микробните промени со прогресијата на корозијата забележани кај јаглеродните челици и челиците со 1% и 2,25% Cr и леаното железо во текот на 22 месеци се FeOB => IRB => SRB (Сл. 7 и 8). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные изменения по мере прогрессирования коррозии, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% од Cr. месяцев, представляют собой FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 и 8). Слично на тоа, во оваа студија е забележано збогатување со FeOB во рана фаза на корозија, но микробните промени како што напредува корозијата, забележани кај јаглеродни челици и челици со 1% и 2,25% Cr и леано железо во текот на 22 месеци, се FeOB => IRB => SRB (Слики 7 и 8).同样，在本研究中观察到早期腐蚀阶段FeOB 的富集，但在碳和1% 和2,25% 西2,25% 襇2 钢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 咼同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 迶2% C 2.2% C 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） Аналогничен образом, в этом исследовании наблюдалось обогащение FeOB на ранних стадиях коррозии, но микробиологические изменения, наблюдаемые в углеродих и 1% и 2,25% Cr чув22 месечина и были FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8). Слично на тоа, во оваа студија беше забележано збогатување со FeOB во раните фази на корозија, но микробиолошките промени забележани кај јаглеродните челици и челиците со 1% и 2,25% Cr и леаното железо во текот на 22 месеци беа FeOB => IRB => SRB (Сл. 7 и 8).SRB можат лесно да се акумулираат во средини со морска вода поради високи концентрации на сулфатни јони, но нивното збогатување во слатководни средини е одложено од ниски концентрации на сулфатни јони. Збогатувањето на SRB во морска вода е често пријавувано10,12,45.
a Органски јаглерод и азот преку Fe(II)-зависен енергетски метаболизам железен оксид (црвени [Dechloromonas sp.] и зелени [Sideroxydans sp.] клетки) и Fe(III) редуцирачки бактерии (сиви клетки [Geothrix sp. и Geobacter sp.]) во рана фаза на корозија, потоа анаеробни бактерии кои редуцираат сулфати (SRP) и хетеротрофни микроорганизми ја збогатуваат зрелата фаза на корозија со консумирање на акумулираната органска материја. b Промени во микробните заедници на метали отпорни на корозија. Виолетовите, сините, жолтите и белите клетки претставуваат бактерии од семејствата Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea и други, соодветно.
Во однос на промените во микробната заедница и можното збогатување на SRB, FeOB е критичен во раната фаза на корозија, а Dechloromonas може да ја добие својата енергија за раст од оксидација на Fe(II). Микроорганизмите можат да преживеат во медиуми што содржат елементи во трагови, но нема да растат експоненцијално. Сепак, базенот за потопување што се користи во оваа студија е базен за прелевање, со прилив од 20 m3/h, кој континуирано снабдува елементи во трагови што содржат неоргански јони. Во раните фази на корозија, јоните на железо се ослободуваат од јаглероден челик и леано железо, а FeOBs (како што е Dechloromonas) ги користат како извор на енергија. Траги од јаглерод, фосфат и азот потребни за раст на клетките мора да бидат присутни во водата за обработка во форма на органски и неоргански супстанции. Затоа, во оваа слатководна средина, FeOB првично се збогатува на метални површини како што се јаглероден челик и леано железо. Последователно, IRBs можат да растат и да користат органска материја и железни оксиди како извори на енергија и терминални акцептори на електрони, соодветно. Кај зрели производи од корозија, треба да се создадат анаеробни услови збогатени со азот поради метаболизмот на FeOB и IRB. Затоа, SRB може брзо да расте и да ги замени FeOB и IRB (Сл. 8а).
Неодамна, Танг и сор. објавија корозија на не'рѓосувачки челик од Geobacter ferroreducens во слатководни средини поради директен пренос на електрони од железо до микроби46. Имајќи го предвид EMIC, придонесот на микроорганизмите со EET својства е клучен. SRB, FeOB и IRB се главните микробни видови во производите на корозија во оваа студија, кои треба да имаат EET карактеристики. Затоа, овие електрохемиски активни микроорганизми можат да придонесат за корозија преку EET, а составот на нивната заедница се менува под влијание на различни јонски видови како што се формираат производи на корозија. Напротив, микробната заедница во челик со 9% Cr се разликуваше од другите челици (Сл. 8б). По 14 месеци, покрај збогатувањето со FeOB, како што се Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea и Thiomonas беа исто така збогатени (Сл. 7i). Оваа промена е значително различна од онаа на други корозивни материјали, како што е јаглеродниот челик, и може да биде под влијание на јони богати со хром растворени за време на корозијата. Имено, Thiomonas има не само својства на оксидација на сулфур, туку и својства на оксидација на Fe(II), EET систем и толеранција на тешки метали48,49. Тие можат да бидат збогатени поради оксидативната активност на Fe(II) и/или директната потрошувачка на метални електрони. Во претходна студија, релативно голема количина на Beggiatoacea беше забележана во биофилмови на Cu со користење на систем за следење на дисконтинуиран биофилм, што сугерира дека овие бактерии може да бидат отпорни на токсични метали како што се Cu и Cr. Сепак, изворот на енергија потребен за раст на Beggiatoacea во оваа средина е непознат.
Оваа студија известува за промени во микробните заедници за време на корозија во слатководни средини. Во истата средина, микробните заедници се разликуваа по видот на металот. Покрај тоа, нашите резултати ја потврдуваат важноста на FeOB во раните фази на корозија, бидејќи метаболизмот на енергијата на микробите зависни од железо го промовира формирањето на средина богата со хранливи материи, фаворизирана од други микроорганизми како што е SRB. За да се намали MIC во слатководни средини, збогатувањето со FeOB и IRB мора да биде ограничено.
Во оваа студија беа користени девет метали и преработени во блокови од 50 × 20 × 1–5 mm (дебелина за челик ASTM 395 и 1%, 2,25% и 9% Cr: 5 mm; дебелина за ASTM A283 и ASTM A179: 3 mm). mm; ASTM A109 Temper 4/5 и нерѓосувачки челик тип 304 и 316, дебелина: 1 mm), со две дупки од 4 mm. Хром челиците беа полирани со шмиргла, а другите метали беа полирани со шмиргла со зрнеста хартија 600 пред потопување. Сите примероци беа соникирани со 99,5% етанол, сушени и измерени. Десет примероци од секој метал беа користени за пресметка на брзината на корозија и анализа на микробиомот. Секој примерок беше фиксиран во скалест начин со PTFE прачки и дистанцери (φ 5 × 30 mm, Дополнителна слика 2).
Базенот има волумен од 1100 кубни метри и длабочина од околу 4 метри. Приливот на вода бил 20 м3 час-1, преливот бил испуштен, а квалитетот на водата не варирал сезонски (Дополнителна слика 3). Скалата за земање примероци е спуштена на челична жица од 3 метри закачена во средината на резервоарот. Два сета скали се извадени од базенот на 1, 3, 6, 14 и 22 месеци. Примероците од една скала беа користени за мерење на губењето на тежината и пресметување на стапките на корозија, додека примероците од друга скала беа користени за анализа на микробиомот. Растворениот кислород во резервоарот за потопување беше мерен во близина на површината и дното, како и во средината, со помош на сензор за растворен кислород (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
Производите од корозија и биофилмовите на примероците беа отстранети со стружење со пластична стругалка или бришење со памук, а потоа исчистени во 99,5% етанол со помош на ултразвучна бања. Потоа, примероците беа потопени во Кларков раствор во согласност со ASTM G1-0351. Сите примероци беа измерени откако заврши сушењето. Пресметајте ја стапката на корозија (mm/год) за секој примерок користејќи ја следната формула:
каде што K е константа (8,76 × 104), T е време на експозиција (h), A е вкупна површина (cm2), W е губење на маса (g), D е густина (g cm–3).
По мерењето на примероците, беа добиени 3D слики од неколку примероци со помош на 3D мерен ласерски микроскоп (LEXT OLS4000, Олимпус, Токио, Јапонија).