Terima kasih kerana melayari Nature.com. Anda menggunakan versi pelayar dengan sokongan CSS yang terhad. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan anda menggunakan pelayar yang dikemas kini (atau melumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer). Di samping itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami memaparkan laman web tanpa gaya dan JavaScript.
Memaparkan karusel tiga slaid sekaligus. Gunakan butang Sebelumnya dan Seterusnya untuk bergerak melalui tiga slaid pada satu masa atau gunakan butang gelangsar di hujungnya untuk bergerak melalui tiga slaid pada satu masa.
Dalam persekitaran air tawar, kakisan dipercepatkan karbon dan keluli tahan karat sering diperhatikan. Satu kajian menyelam tangki air tawar selama 22 bulan telah dijalankan di sini menggunakan sembilan gred keluli. Kakisan dipercepatkan diperhatikan dalam keluli karbon dan kromium serta besi tuang, manakala dalam keluli tahan karat tiada kakisan yang kelihatan diperhatikan walaupun selepas 22 bulan. Analisis komuniti mikrob menunjukkan bahawa semasa kakisan umum, bakteria pengoksidaan Fe(II) diperkaya pada peringkat awal kakisan, bakteria pengurangan Fe(III), pada peringkat perkembangan kakisan, dan bakteria pengurangan sulfat, pada peringkat kakisan. pada peringkat akhir kakisan produk. Sebaliknya, bakteria Beggiatocaea sangat banyak dalam keluli dengan 9% Cr tertakluk kepada kakisan setempat. Komposisi komuniti mikrob ini juga berbeza daripada komposisi dalam sampel air dan sedimen dasar. Oleh itu, apabila kakisan berkembang, komuniti mikrob mengalami perubahan dramatik, dan metabolisme tenaga mikrob yang bergantung kepada besi mewujudkan persekitaran yang boleh memperkayakan mikroorganisma lain.
Logam boleh merosot dan berkarat disebabkan oleh pelbagai faktor persekitaran fizikal dan kimia seperti pH, suhu dan kepekatan ion. Keadaan berasid, suhu tinggi dan kepekatan klorida amat mempengaruhi kakisan logam1,2,3. Mikroorganisma dalam persekitaran semula jadi dan binaan sering mempengaruhi haus dan kakisan logam, satu tingkah laku yang dinyatakan dalam kakisan mikrob (MIC)4,5,6,7,8. MIC sering ditemui dalam persekitaran seperti paip dalaman dan tangki simpanan, di celah logam, dan di dalam tanah, di mana ia muncul secara tiba-tiba dan berkembang pesat. Oleh itu, pemantauan dan pengesanan awal MIC adalah sangat sukar, jadi analisis MIC biasanya dijalankan selepas kakisan. Banyak kajian kes MIC telah dilaporkan di mana bakteria pengurangan sulfat (SRB) kerap ditemui dalam produk kakisan9,10,11,12,13. Walau bagaimanapun, masih tidak jelas sama ada SRB menyumbang kepada permulaan kakisan, kerana pengesanannya adalah berdasarkan analisis pasca-karat.
Baru-baru ini, selain bakteria pengoksidaan iodin21, pelbagai mikroorganisma pengurai besi telah dilaporkan, seperti SRB14 pengurai besi, metanogen15,16,17, bakteria pengurangan nitrat18, bakteria pengoksidaan besi19 dan asetogen20. Di bawah keadaan makmal anaerobik atau mikroaerobik, kebanyakannya menghakis besi dan keluli karbon sifar-valen. Di samping itu, mekanisme kakisan mereka menunjukkan bahawa metanogen dan SRB yang menghakis besi menggalakkan kakisan dengan menuai elektron daripada besi nul-valen menggunakan hidrogenase ekstraselular dan sitokrom multiheme, masing-masing22,23. MIC dibahagikan kepada dua jenis: (i) MIC kimia (CMIC), iaitu kakisan tidak langsung oleh spesies yang dihasilkan secara mikrob, dan (ii) MIC elektrik (EMIC), iaitu kakisan langsung oleh penipisan elektron logam24. EMIC yang difasilitasi oleh pemindahan elektron ekstraselular (EET) sangat menarik kerana mikroorganisma dengan sifat EET menyebabkan kakisan lebih cepat daripada mikroorganisma bukan EET. Walaupun tindak balas pengehad kadar CMIC di bawah keadaan anaerobik adalah penghasilan H2 melalui pengurangan proton (H+), EMIC berlaku melalui metabolisme EET, yang tidak bergantung kepada penghasilan H2. Mekanisme EET dalam pelbagai mikroorganisma berkaitan dengan prestasi bahan api selular mikrob dan elektrobiosintesis25,26,27,28,29. Oleh kerana keadaan kultur untuk mikroorganisma menghakis ini berbeza daripada keadaan di persekitaran semula jadi, tidak jelas sama ada proses kakisan mikrob yang diperhatikan ini mencerminkan kakisan dalam amalan. Oleh itu, sukar untuk memerhatikan mekanisme MIC yang disebabkan oleh mikroorganisma menghakis ini dalam persekitaran semula jadi.
Perkembangan teknologi penjujukan DNA telah memudahkan kajian butiran komuniti mikrob dalam persekitaran semula jadi dan buatan, contohnya, pemprofilan mikrob berdasarkan jujukan gen rRNA 16S menggunakan penjujukan generasi baharu telah digunakan dalam bidang ekologi mikrob30,31.,32. Banyak kajian MIC telah diterbitkan yang telah memperincikan komuniti mikrob dalam persekitaran tanah dan marin13,33,34,35,36. Selain SRB, pengayaan dalam bakteria pengoksidaan Fe(II) (FeOB) dan nitrifikasi dalam sampel kakisan, contohnya FeOB, seperti Gallionella spp. dan Dechloromonas spp., dan bakteria nitrifikasi, seperti Nitrospira, juga telah dilaporkan. spp., dalam keluli karbon dan galas kuprum dalam media tanah33. Begitu juga, dalam persekitaran marin, penjajahan pesat bakteria pengoksidaan besi yang tergolong dalam kelas Zetaproteobacteria dan Betaproteobacteria telah diperhatikan selama beberapa minggu pada keluli karbon 36. Data ini menunjukkan sumbangan mikroorganisma ini kepada kakisan. Walau bagaimanapun, dalam banyak kajian, tempoh dan kumpulan eksperimen adalah terhad, dan sedikit yang diketahui tentang dinamik komuniti mikrob semasa kakisan.
Di sini, kami mengkaji MIC bagi keluli karbon, keluli kromium, keluli tahan karat dan besi tuang menggunakan kajian rendaman dalam persekitaran air tawar aerobik dengan sejarah peristiwa MIC. Sampel diambil pada 1, 3, 6, 14 dan 22 bulan dan kadar kakisan setiap komponen logam dan mikrob dikaji. Keputusan kami memberikan gambaran tentang dinamik jangka panjang komuniti mikrob semasa kakisan.
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, sembilan logam telah digunakan dalam kajian ini. Sepuluh sampel bagi setiap bahan telah direndam dalam kolam air tawar. Kualiti air proses adalah seperti berikut: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, kekeruhan 1 ppm dan pH 7.4. Kepekatan oksigen terlarut (DO) di bahagian bawah tangga persampelan adalah lebih kurang 8.2 ppm dan suhu air adalah antara 9 hingga 23°C mengikut musim.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, selepas 1 bulan rendaman dalam persekitaran besi tuang ASTM A283, ASTM A109 Keadaan #4/5, ASTM A179, dan ASTM A395, produk kakisan coklat diperhatikan pada permukaan keluli karbon dalam bentuk kakisan umum. Kehilangan berat spesimen ini meningkat dengan masa (Jadual Tambahan 1) dan kadar kakisan adalah 0.13–0.16 mm setahun (Rajah 2). Begitu juga, kakisan umum telah diperhatikan dalam keluli dengan kandungan Cr rendah (1% dan 2.25%) dengan kadar kakisan kira-kira 0.13 mm/tahun (Rajah 1 dan 2). Sebaliknya, keluli dengan 9% Cr mempamerkan kakisan setempat yang berlaku dalam jurang yang dibentuk oleh gasket. Kadar kakisan sampel ini adalah kira-kira 0.02 mm/tahun, yang jauh lebih rendah daripada keluli dengan kakisan umum. Sebaliknya, keluli tahan karat jenis-304 dan -316 tidak menunjukkan kakisan yang ketara, dengan anggaran kadar kakisan <0.001 mm y−1. Sebaliknya, keluli tahan karat jenis-304 dan -316 tidak menunjukkan kakisan yang ketara, dengan anggaran kadar pecutan <0.001 mm y−1. Напротив, нержавеющие стали типов 304 dan 316 не проявляют видимой коррозии, при этом расчетная скорозить корозить коррозии <01 мм/год. Sebaliknya, keluli tahan karat Jenis 304 dan 316 tidak menunjukkan kakisan yang ketara, dengan anggaran kadar kakisan <0.001 mm/tahun.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<0.001 mm y−。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<0.001 mm y−。 Напротив, нержавеющие стали типа 304 dan -316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростью коррозии коррозии <0,000 Sebaliknya, keluli tahan karat jenis 304 dan -316 tidak menunjukkan kakisan yang ketara dengan kadar kakisan reka bentuk <0.001 mm/tahun.
Imej makroskopik setiap sampel (tinggi 50 mm×lebar 20 mm) yang ditunjukkan sebelum dan selepas penyahkerakan. 1 meter, 1 bulan; 3 meter, 3 bulan; 6 meter, 6 bulan; 14 meter, 14 bulan; 22 meter, 22 bulan; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, keadaan 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, keluli 1% Cr; 3C keluli, 2.25% Cr keluli; keluli 9C, keluli 9% Cr; S6, keluli tahan karat 316; S8, keluli tahan karat jenis 304.
Kadar kakisan dikira menggunakan penurunan berat dan masa rendaman. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, dikeraskan 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, keluli 1% Cr, 3 C, keluli 2.25% Cr, 9 C, keluli 9% Cr, S6, keluli tahan karat jenis 316; S8, keluli tahan karat jenis 304.
Pada rajah 1 juga menunjukkan bahawa produk kakisan keluli karbon, keluli Cr rendah dan besi tuang berkembang lebih lanjut selepas rendaman selama 3 bulan. Kadar kakisan keseluruhan secara beransur-ansur menurun kepada 0.07 ~ 0.08 mm/tahun selepas 22 bulan (Rajah 2). Di samping itu, kadar kakisan keluli Cr 2.25% adalah sedikit lebih rendah daripada spesimen berkarat yang lain, menunjukkan bahawa Cr boleh menghalang kakisan. Selain kakisan umum, menurut ASTM A179, kakisan setempat diperhatikan selepas 22 bulan dengan kedalaman kakisan kira-kira 700 µm (Rajah 3). Kadar kakisan setempat, yang dikira menggunakan kedalaman kakisan dan masa rendaman, ialah 0.38 mm/tahun, iaitu kira-kira 5 kali lebih cepat daripada kakisan umum. Kadar kakisan aloi ASTM A395 boleh dipandang rendah kerana produk kakisan tidak menghilangkan kerak sepenuhnya selepas 14 atau 22 bulan rendaman air. Walau bagaimanapun, perbezaannya sepatutnya minimum. Di samping itu, banyak lubang kecil diperhatikan dalam keluli kromium rendah yang berkarat.
Imej penuh (bar skala: 10 mm) dan kakisan setempat (bar skala: 500 µm) keluli ASTM A179 dan 9% Cr pada kedalaman maksimum menggunakan mikroskop laser pandangan 3D. Bulatan merah dalam imej penuh menunjukkan kakisan setempat yang diukur. Pandangan penuh keluli 9% Cr dari bahagian belakang ditunjukkan dalam Rajah 1.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2, bagi keluli dengan 9% Cr, tiada kakisan diperhatikan dalam tempoh 3-14 bulan, dan kadar kakisan adalah hampir sifar. Walau bagaimanapun, kakisan setempat diperhatikan selepas 22 bulan (Rajah 3) dengan kadar kakisan 0.04 mm/tahun yang dikira menggunakan penurunan berat. Kedalaman kakisan setempat maksimum ialah 1260 µm dan kadar kakisan setempat yang dianggarkan menggunakan kedalaman kakisan dan masa rendaman (22 bulan) ialah 0.68 mm/tahun. Oleh kerana titik tepat di mana kakisan bermula tidak diketahui, kadar kakisan mungkin lebih tinggi.
Sebaliknya, tiada kakisan yang ketara diperhatikan pada keluli tahan karat walaupun selepas 22 bulan rendaman. Walaupun beberapa zarah coklat diperhatikan pada permukaan sebelum penyahkerakan (Rajah 1), ia lemah melekat dan bukan produk kakisan. Memandangkan logam muncul semula pada permukaan keluli tahan karat selepas kerak ditanggalkan, kadar kakisan adalah hampir sifar.
Penjujukan amplikon telah dijalankan untuk memahami perbezaan dan dinamik komuniti mikrob dari semasa ke semasa dalam produk kakisan dan biofilem pada permukaan logam, dalam air dan sedimen. Sebanyak 4,160,012 bacaan telah diterima, dengan julat 31,328 hingga 124,183 bacaan.
Indeks Shannon bagi sampel air yang diambil dari pengambilan air dan kolam adalah antara 5.47 hingga 7.45 (Rajah 4a). Memandangkan air sungai yang ditebus guna digunakan sebagai air perindustrian, komuniti mikrob boleh berubah mengikut musim. Sebaliknya, indeks Shannon bagi sampel sedimen dasar adalah kira-kira 9, yang jauh lebih tinggi daripada sampel air. Begitu juga, sampel air mempunyai indeks Chao1 yang dikira lebih rendah dan unit taksonomi operasi (OTU) yang diperhatikan berbanding sampel sedimen (Rajah 4b, c). Perbezaan ini adalah signifikan secara statistik (ujian Tukey-Kramer; nilai-p < 0.01, Rajah 4d), menunjukkan bahawa komuniti mikrob dalam sampel sedimen adalah lebih kompleks daripada komuniti dalam sampel air. Perbezaan ini adalah signifikan secara statistik (ujian Tukey-Kramer; nilai-p < 0.01, Rajah 4d), menunjukkan bahawa komuniti mikrob dalam sampel sedimen adalah lebih kompleks daripada komuniti dalam sampel air. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает на то, чобто микро образцах донных отложений более сложны, чем в образцах воды. Perbezaan ini adalah signifikan secara statistik (ujian Tukey-Kramer; nilai p <0.01, Rajah 4d), menunjukkan bahawa komuniti mikrob dalam sampel sedimen adalah lebih kompleks daripada dalam sampel air.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复杂。这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ； p 值 <0.01 ， 图 4d） 表明 沉积物明 沉积物样 的義物样 的羮中中 的 群落更。。。。。。。。 Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), что позволяет пимред, позволяет пимред сообщества в образцах донных отложений были более сложными, чем в образцах воды. Perbezaan ini adalah signifikan secara statistik (ujian Tukey-Kramer; nilai-p <0.01, Rajah 4d), menunjukkan bahawa komuniti mikrob dalam sampel sedimen adalah lebih kompleks daripada dalam sampel air.Oleh kerana air di lembangan limpahan sentiasa diperbaharui dan sedimen mendap ke dasar lembangan tanpa gangguan mekanikal, perbezaan kepelbagaian mikrob ini harus mencerminkan ekosistem di lembangan tersebut.
a Indeks Shannon, b Unit taksonomi operasi (OTU) yang diperhatikan, dan c Indeks serapan Chao1 (n=6) dan lembangan (n=5) Air, sedimen (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) dan 9% (9 C: n = 5) Keluli Cr, serta keluli tahan karat jenis 316 (S6: n = 5) dan -304 (S8: n = 5) ditunjukkan sebagai carta berbentuk kotak dan misai. d Nilai-p untuk indeks Shannon dan Chao1 yang diperoleh menggunakan ujian perbandingan berganda ANOVA dan Tukey-Kramer. Latar belakang merah mewakili pasangan dengan nilai-p < 0.05. Latar belakang merah mewakili pasangan dengan nilai-p < 0.05. Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. Latar belakang merah mewakili pasangan dengan nilai-p < 0.05.红色背景代表p 值< 0.05 的对。红色背景代表p 值< 0.05 的对。 Красные фоны представляют пары с p-значениями <0,05. Latar belakang merah mewakili pasangan dengan nilai-p <0.05.Garisan di tengah kotak, bahagian atas dan bawah kotak, dan misai masing-masing mewakili median, persentil ke-25 dan ke-75, serta nilai minimum dan maksimum.
Indeks Shannon untuk keluli karbon, keluli kromium rendah dan besi tuang adalah serupa dengan indeks untuk sampel air (Rajah 4a). Sebaliknya, indeks Shannon bagi sampel keluli tahan karat adalah jauh lebih tinggi daripada keluli yang berkarat (nilai-p < 0.05, Rajah 4d) dan serupa dengan sedimen. Sebaliknya, indeks Shannon bagi sampel keluli tahan karat adalah jauh lebih tinggi daripada keluli yang berkarat (nilai-p < 0.05, Rajah 4d) dan serupa dengan sedimen. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у корродированных сталей , 4 и аналогичны индексам отложений. Sebaliknya, indeks Shannon bagi spesimen keluli tahan karat adalah jauh lebih tinggi daripada keluli berkarat (nilai-p < 0.05, Rajah 4d) dan serupa dengan indeks mendapan.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4h），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，图与秋4d Напротив, индекс Шеннона образцов из нержавеющей стали был значительно выше, чем у корродированной стали был значительно выше, чем у корродированной стали, 4 значительно, чем у корродированной стали, 4 как и у отложений. Sebaliknya, indeks Shannon bagi spesimen keluli tahan karat adalah jauh lebih tinggi daripada keluli yang berkarat (nilai p < 0.05, Rajah 4d), begitu juga dengan mendapan.Sebaliknya, indeks Shannon untuk keluli dengan 9% Cr adalah antara 6.95 hingga 9.65. Nilai-nilai ini jauh lebih tinggi dalam spesimen yang tidak berkarat pada 1 dan 3 bulan berbanding spesimen yang berkarat pada 6, 14 dan 22 bulan (Rajah 4a). Tambahan pula, indeks Chao1 dan OTU yang diperhatikan bagi keluli 9% Cr adalah lebih tinggi daripada sampel berkarat dan air serta lebih rendah daripada sampel tidak berkarat dan sedimen (Rajah 4b, c), dan perbezaannya adalah signifikan secara statistik (nilai-p < 0.01, Rajah 4d). Tambahan pula, indeks Chao1 dan OTU yang diperhatikan bagi keluli 9% Cr adalah lebih tinggi daripada sampel berkarat dan air serta lebih rendah daripada sampel tidak berkarat dan sedimen (Rajah 4b, c), dan perbezaannya adalah signifikan secara statistik (nilai-p < 0.01, Rajah 4d).Di samping itu, Chao1 dan OTU yang diperhatikan bagi keluli dengan 9% Cr adalah lebih tinggi daripada sampel berkarat dan berair dan lebih rendah daripada sampel tidak berkarat dan sedimen (Rajah 4b, c), dan perbezaannya adalah signifikan secara statistik.(p-значения <0,01, рис. 4d). (nilai-p <0.01, Rajah 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），差异具有中具有物样品0.01，图4h）。此外 ， 9% CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 水样 ， 低于 腐蚀 样品图 4b ， c） 差异 统计学 意义 （p ‼ <0.01 图 图 图 图 图 图 图 图 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， Кроме того, индекс Chao1 и наблюдаемые OTU стали с содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных и вод,нижец и водраных чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значимой (p- значение, < 0,014г). Di samping itu, indeks Chao1 dan OTU yang diperhatikan bagi keluli 9% Cr adalah lebih tinggi daripada sampel berkarat dan berair dan lebih rendah daripada sampel tidak berkarat dan sedimen (Rajah 4b,c), dan perbezaannya adalah signifikan secara statistik (nilai-p < 0.01, Rajah 4d).Keputusan ini menunjukkan bahawa kepelbagaian mikrob dalam produk kakisan adalah lebih rendah berbanding biofilem pada logam yang tidak berkarat.
Pada rajah 5a, plot Analisis Koordinat Utama (PCoA) berdasarkan jarak tanpa pemberat UniFrac untuk semua sampel, dengan tiga kelompok utama diperhatikan. Komuniti mikrob dalam sampel air adalah berbeza dengan ketara daripada komuniti lain. Komuniti mikrob dalam sedimen juga termasuk komuniti keluli tahan karat, manakala ia tersebar luas dalam sampel kakisan. Sebaliknya, peta keluli dengan 9% Cr dibahagikan kepada kelompok tidak berkarat dan berkarat. Akibatnya, komuniti mikrob pada permukaan logam dan produk kakisan adalah berbeza dengan ketara daripada komuniti dalam air.
Plot analisis koordinat utama (PCoA) berdasarkan jarak UniFrac tanpa pemberat dalam semua sampel (a), air (b), dan logam (c). Bulatan menyerlahkan setiap gugusan. Trajektori diwakili oleh garisan yang menghubungkan tempoh persampelan secara bersiri. 1 meter, 1 bulan; 3 meter, 3 bulan; 6 meter, 6 bulan; 14 meter, 14 bulan; 22 meter, 22 bulan; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, keadaan 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, keluli 1% Cr; 3C keluli, keluli 2.25% Cr; keluli 9C, keluli 9% Cr; S6, keluli tahan karat 316; S8, keluli tahan karat jenis 304.
Apabila disusun mengikut susunan kronologi, plot PCoA sampel air berada dalam susunan bulat (Rajah 5b). Peralihan kitaran ini mungkin mencerminkan perubahan bermusim.
Di samping itu, hanya dua kelompok (berkarat dan tidak berkarat) diperhatikan pada plot PCoA sampel logam, di mana (kecuali keluli kromium 9%), peralihan komuniti mikrob dari 1 hingga 22 bulan juga diperhatikan (Rajah 5c). Di samping itu, memandangkan peralihan dalam sampel berkarat adalah lebih besar daripada sampel tidak berkarat, terdapat korelasi antara perubahan dalam komuniti mikrob dan perkembangan kakisan. Dalam sampel keluli dengan 9% Cr, dua jenis komuniti mikrob telah didedahkan: titik pada 1 dan 6 bulan, terletak berhampiran keluli tahan karat, dan lain-lain (3, 14, dan 22 bulan), terletak pada titik berhampiran keluli berkarat. 1 bulan dan kupon yang digunakan untuk pengekstrakan DNA pada 6 bulan tidak berkarat, manakala kupon pada 3, 14 dan 22 bulan berkarat (Rajah Tambahan 1). Oleh itu, komuniti mikrob dalam sampel berkarat berbeza daripada yang terdapat dalam sampel air, sedimen, dan tidak berkarat dan berubah apabila kakisan berkembang.
Jenis utama komuniti mikrob yang diperhatikan dalam sampel air ialah Proteobacteria (30.1–73.5%), Bacteroidetes (6.3–48.6%), Planctomycetota (0.4–19.6%) dan Actinobacteria (0 –17.7%), kelimpahan relatifnya berbeza-beza dari sampel ke sampel (Rajah 6), contohnya, kelimpahan relatif Bacteroidetes dalam air kolam adalah lebih tinggi daripada air abstrak. Perbezaan ini boleh dipengaruhi oleh masa kediaman air dalam tangki limpahan. Jenis-jenis ini juga diperhatikan dalam sampel sedimen dasar, tetapi kelimpahan relatifnya berbeza dengan ketara daripada sampel air. Di samping itu, kandungan relatif Acidobacteriota (8.7–13.0%), Chloroflexi (8.1–10.2%), Nitrospirota (4.2–4.4%) dan Desulfobacterota (1.5–4.4%) %) adalah lebih tinggi daripada sampel air. Oleh kerana hampir semua spesies Desulfobacterota adalah SRB37, persekitaran dalam sedimen mestilah anaerobik. Walaupun Desulfobacterota mungkin mempengaruhi kakisan, risikonya sepatutnya sangat rendah kerana kelimpahan relatifnya dalam air kolam adalah <0.04%. Walaupun Desulfobacterota mungkin mempengaruhi kakisan, risikonya sepatutnya sangat rendah kerana kelimpahan relatifnya dalam air kolam adalah <0.04%. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку их относилените воде бассейна составляет <0.04%. Walaupun Desulfobacterota mungkin mempunyai kesan terhadap kakisan, risikonya sepatutnya sangat rendah kerana kelimpahan relatifnya dalam air kolam adalah <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相对<0%。 <0.04%. Хотя тип Desulfobacillus может влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительное соде содебс составляет <0.04%. Walaupun jenis Desulfobacillus boleh mempengaruhi kakisan, risikonya sepatutnya sangat rendah kerana kelimpahan relatifnya dalam air kolam adalah <0.04%.
RW dan Udara masing-masing mewakili sampel air dari pengambilan air dan lembangan. Sedimen-C, -E, -W ialah sampel sedimen yang diambil dari tengah dasar lembangan, serta dari sisi timur dan barat. 1 meter, 1 bulan; 3 meter, 3 bulan; 6 meter, 6 bulan; 14 meter, 14 bulan; 22 meter, 22 bulan; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, keadaan 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, keluli 1% Cr; 3C keluli, keluli 2.25% Cr; keluli 9C, keluli 9% Cr; S6, keluli tahan karat 316; S8, keluli tahan karat jenis 304.
Pada peringkat genus, kadar bakteria tidak dikelaskan yang sedikit lebih tinggi (6–19%) yang tergolong dalam keluarga Trichomonadaceae, serta Neosphingosine, Pseudomonas, dan Flavobacterium, diperhatikan pada semua musim. Sebagai komponen utama kecil, bahagian mereka berbeza-beza (Rajah 1). . 7a dan b). Di anak sungai, kelimpahan relatif Flavobacterium, Pseudovibrio, dan Rhodoferrobacter hanya lebih tinggi pada musim sejuk. Begitu juga, kandungan Pseudovibrio dan Flavobacterium yang lebih tinggi diperhatikan di dalam air musim sejuk di lembangan tersebut. Oleh itu, komuniti mikrob dalam sampel air berbeza-beza bergantung pada musim, tetapi tidak mengalami perubahan drastik semasa tempoh kajian.
a Air pengambilan, b Air kolam renang, c ASTM A283, d ASTM A109 suhu #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2.25% Cr, dan i Keluli 9% Cr, j Jenis-316 dan keluli tahan karat K-304.
Proteobakteria merupakan juzuk utama dalam semua sampel, tetapi kelimpahan relatifnya dalam sampel yang berkarat berkurangan apabila kakisan berkembang (Rajah 6). Dalam sampel ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 dan 1% dan 2.25% Cr, kelimpahan relatif proteobakteria menurun daripada 89.1%, 85.9%, 89.6%, 79.5%, 84.8%. , 83.8% masing-masing adalah 43.3%, 52.2%, 50.0%, 41.9%, 33.8% dan 31.3%. Sebaliknya, kelimpahan relatif Desulfobacterota secara beransur-ansur meningkat daripada <0.1% kepada 12.5–45.9% dengan perkembangan kakisan. Sebaliknya, kelimpahan relatif Desulfobacterota secara beransur-ansur meningkat daripada <0.1% kepada 12.5–45.9% dengan perkembangan kakisan. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% kepada 12,5–45,9% daripada мере развроизиик. Sebaliknya, kelimpahan relatif Desulfobacterota secara beransur-ansur meningkat daripada <0.1% kepada 12.5–45.9% apabila kakisan semakin meningkat.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% kepada 12,5–45,9% по мере развизтия корророк Sebaliknya, kelimpahan relatif Desulfobacillus secara beransur-ansur meningkat daripada <0.1% kepada 12.5–45.9% apabila kakisan semakin meningkat.Oleh itu, apabila kakisan semakin meningkat, Proteobactereira telah digantikan oleh Desulfobacterota.
Sebaliknya, biofilm pada keluli tahan karat yang tidak berkarat mengandungi perkadaran bakteria yang berbeza yang sama. Proteobakteria (29.4–34.1%), Planctomycetota (11.7–18.8%), Nitrospirota (2.9–20.9%), Acidobacteriota (8.6–18.8%), Bacteroidota (3.1–9.2%) dan Chloroflexi (2.1–8.8%). Didapati bahawa perkadaran Nitrospirota dalam sampel keluli tahan karat meningkat secara beransur-ansur (Rajah 6). Nisbah ini adalah serupa dengan sampel sedimen, yang sepadan dengan plot PCoA yang ditunjukkan dalam Rajah 5a.
Dalam sampel keluli yang mengandungi 9% Cr, dua jenis komuniti mikrob telah diperhatikan: komuniti mikrob 1 bulan dan 6 bulan adalah serupa dengan yang terdapat dalam sampel sedimen dasar, manakala perkadaran proteobakteria dalam sampel kakisan 3, 14, dan 22 meningkat dengan ketara. bulan Di samping itu, kedua-dua komuniti mikrob dalam sampel keluli 9% Cr ini sepadan dengan kluster pecahan dalam plot PCoA yang ditunjukkan dalam Rajah 5c.
Pada peringkat genus, >2000 OTU yang mengandungi bakteria dan arkea yang tidak ditetapkan telah diperhatikan. Pada peringkat genus, >2000 OTU yang mengandungi bakteria dan arkea yang tidak ditetapkan telah diperhatikan.Pada peringkat genus, lebih 2000 OTU telah diperhatikan mengandungi bakteria dan arkea yang tidak dikenali.Pada peringkat genus, lebih 2000 OTU telah diperhatikan mengandungi bakteria dan arkea yang tidak ditentukan. Antaranya, kami memberi tumpuan kepada 10 OTU dengan populasi yang tinggi dalam setiap sampel. Ini merangkumi 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% dan 21.8-45.1% dalam ASTM A179. , ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, keluli Cr 1%, 2.25% dan 9% serta keluli tahan karat Jenis 316 dan -304.
Kandungan monolit terklorinasi yang agak tinggi dengan sifat pengoksidaan Fe(II) telah diperhatikan dalam sampel kakisan seperti ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 dan keluli dengan 1% dan 2.25% Cr. peringkat awal kakisan (1 bulan dan 3 bulan, Rajah 7c-h). Perkadaran Dekloromonas menurun dari semasa ke semasa, yang sepadan dengan penurunan Proteobakteria (Rajah 6). Tambahan pula, perkadaran Dechloromonas dalam biofilem pada sampel yang tidak berkarat adalah <1%. Tambahan pula, perkadaran Dechloromonas dalam biofilem pada sampel yang tidak berkarat adalah <1%. Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Di samping itu, kadar Dechloromonas dalam biofilm pada spesimen yang tidak berkarat adalah <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%. Di samping itu, perkadaran Dechloromonas dalam biofilm spesimen yang tidak berkarat adalah <1%.Oleh itu, antara produk kakisan, Dechloromonas diperkaya dengan ketara pada peringkat awal kakisan.
Sebaliknya, dalam ASTM A179, ASTM A109 tempered #4/5, ASTM A179, ASTM A395 dan keluli dengan 1% dan 2.25% Cr, perkadaran spesies SRB Desulfovibrio akhirnya meningkat selepas 14 dan 22 bulan (Rajah 7c–h). Desulfofibrion adalah sangat rendah atau tidak dikesan pada peringkat awal kakisan, dalam sampel air (Rajah 7a, b) dan dalam biofilem yang tidak berkarat (Rajah 7j, j). Ini menunjukkan dengan jelas bahawa Desulfovibrio lebih menyukai persekitaran produk kakisan yang terbentuk, walaupun ia tidak menjejaskan kakisan pada peringkat awal kakisan.
Bakteria pengurangan Fe(III) (RRB), seperti Geobacter dan Geothrix, ditemui dalam produk kakisan pada peringkat pertengahan kakisan (6 dan 14 bulan), tetapi perkadaran peringkat kakisan lewat (22 bulan) adalah lebih tinggi di dalamnya. agak rendah (Rajah 7c, eh). Genus Sideroxydans dengan sifat pengoksidaan Fe(II) menunjukkan tingkah laku yang serupa (Rajah 7f), jadi perkadaran FeOB, IRB dan SRB hanya lebih tinggi dalam sampel yang berkarat. Ini menunjukkan dengan jelas bahawa perubahan dalam komuniti mikrob ini dikaitkan dengan perkembangan kakisan.
Dalam keluli dengan 9% Cr berkarat selepas 3, 14 dan 22 bulan, kadar ahli keluarga Beggiatoacea yang lebih tinggi (8.5–19.6%) diperhatikan, yang boleh menunjukkan sifat pengoksidaan sulfur, dan sideroksidan diperhatikan (8.4–13.7%) (Rajah 1). ). 7i) Di samping itu, Thiomonas, bakteria pengoksidaan sulfur (SOB), ditemui dalam bilangan yang lebih tinggi (3.4% dan 8.8%) pada 3 dan 14 bulan. Sebaliknya, bakteria pengurangan nitrat Nitrospira (12.9%) diperhatikan dalam sampel tidak berkarat berusia 6 bulan. Kadar Nitrospira yang meningkat juga diperhatikan dalam biofilem pada keluli tahan karat selepas dicelup (Rajah 7j,k). Oleh itu, komuniti mikrob keluli 9% Cr tidak berkarat berusia 1 dan 6 bulan adalah serupa dengan yang terdapat dalam biofilem keluli tahan karat. Di samping itu, komuniti mikrob keluli 9% Cr yang terhakis pada 3, 14 dan 22 bulan berbeza daripada produk kakisan keluli karbon dan kromium rendah serta besi tuang.
Perkembangan kakisan biasanya lebih perlahan di dalam air tawar berbanding di dalam air laut kerana kepekatan ion klorida mempengaruhi kakisan logam. Walau bagaimanapun, sesetengah keluli tahan karat mungkin berkarat di persekitaran air tawar38,39. Di samping itu, MIC pada mulanya disyaki kerana bahan berkarat sebelum ini telah diperhatikan di dalam kolam air tawar yang digunakan dalam kajian ini. Dalam kajian rendaman jangka panjang, pelbagai bentuk kakisan, tiga jenis komuniti mikrob, dan perubahan dalam komuniti mikrob dalam produk kakisan telah diperhatikan.
Medium air tawar yang digunakan dalam kajian ini ialah tangki tertutup untuk air teknikal yang diambil dari sungai dengan komposisi kimia yang agak stabil dan perubahan suhu air bermusim antara 9 hingga 23 °C. Oleh itu, turun naik bermusim dalam komuniti mikrob dalam sampel air mungkin dikaitkan dengan perubahan suhu. Di samping itu, komuniti mikrob dalam air kolam agak berbeza daripada yang terdapat dalam air input (Rajah 5b). Air di dalam kolam sentiasa digantikan kerana limpahan. Akibatnya, DO kekal pada ~8.2 ppm walaupun pada kedalaman pertengahan antara permukaan lembangan dan dasar. Sebaliknya, persekitaran sedimen harus anaerobik, kerana ia mendap dan kekal di dasar takungan, dan flora mikrob di dalamnya (seperti CRP) juga harus berbeza daripada flora mikrob di dalam air (Rajah 6). Oleh kerana kupon di dalam kolam lebih jauh dari sedimen, ia hanya terdedah kepada air tawar semasa kajian rendaman di bawah keadaan aerobik.
Kakisan umum berlaku dalam keluli karbon, keluli kromium rendah dan besi tuang dalam persekitaran air tawar (Rajah 1) kerana bahan-bahan ini tidak tahan kakisan. Walau bagaimanapun, kadar kakisan (0.13 mm tahun-1) di bawah keadaan air tawar abiotik adalah lebih tinggi daripada kajian terdahulu40 (0.04 mm tahun-1) dan setanding dengan kadar kakisan (0.02–0.76 mm tahun-1) dengan kehadiran mikroorganisma 1) Serupa dengan keadaan air tawar40,41,42. Kadar kakisan yang dipercepatkan ini adalah ciri MIC.
Di samping itu, selepas 22 bulan rendaman, kakisan setempat diperhatikan dalam beberapa logam di bawah produk kakisan (Rajah 3). Khususnya, kadar kakisan setempat yang diperhatikan dalam ASTM A179 adalah kira-kira lima kali lebih cepat daripada kakisan umum. Bentuk kakisan yang luar biasa dan kadar kakisan yang dipercepatkan ini juga telah diperhatikan dalam kakisan yang berlaku pada objek yang sama. Oleh itu, rendaman yang dilakukan dalam kajian ini mencerminkan kakisan dalam amalan.
Antara logam yang dikaji, keluli 9% Cr menunjukkan kakisan yang paling teruk, dengan kedalaman kakisan >1.2 mm, yang berkemungkinan MIC kerana kakisan yang dipercepatkan dan bentuk kakisan yang tidak normal. Antara logam yang dikaji, keluli 9% Cr menunjukkan kakisan yang paling teruk, dengan kedalaman kakisan >1.2 mm, yang berkemungkinan MIC kerana kakisan yang dipercepatkan dan bentuk kakisan yang tidak normal. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозтои> 1,2 ми, 1,2 м, является МИК из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. Antara logam yang diperiksa, keluli dengan 9% Cr menunjukkan kakisan paling teruk dengan kedalaman kakisan >1.2 mm, yang mungkin merupakan MIC disebabkan oleh kakisan yang dipercepatkan dan bentuk kakisan yang tidak normal.在所研究的金属中，9% Cr 钢的腐蚀最为严重，腐蚀深度>1.2 mm，由于加速腐蚀和异常腐蚀形式，很可能是MIC。在所研究的金属中，9% Cr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% Cr, с глубиной коррозии >1,2 мм, скоре, скоре ускоренных и аномальных форм коррозии. Antara logam yang dikaji, keluli dengan 9% Cr paling teruk berkarat, dengan kedalaman kakisan >1.2 mm, kemungkinan besar MIC disebabkan oleh bentuk kakisan yang dipercepat dan anomali.Oleh kerana keluli 9% Cr digunakan dalam aplikasi suhu tinggi, sifat kakisannya telah dikaji sebelum ini43,44 tetapi tiada MIC telah dilaporkan sebelum ini untuk logam ini. Oleh kerana banyak mikroorganisma, kecuali hipertermofil, tidak aktif dalam persekitaran suhu tinggi (>100 °C), MIC dalam keluli 9% Cr mungkin diabaikan dalam kes sedemikian. Oleh kerana banyak mikroorganisma, kecuali hipertermofil, tidak aktif dalam persekitaran suhu tinggi (>100 °C), MIC dalam keluli 9% Cr mungkin diabaikan dalam kes sedemikian. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной серной серной люд, Слет 10ред ° С с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. Oleh kerana banyak mikroorganisma, kecuali hipertermofil, tidak aktif dalam persekitaran suhu tinggi (>100°C), MIC dalam keluli dengan 9% Cr boleh diabaikan dalam kes sedemikian.由于除超嗜热菌外，许多微生物在高温环境(>100 °C) 中不活跃，因此在这种情可% Cr 钢中的MIC。 9% Cr (>100 °C) Поскольку многие микроорганизмы, кроме гипертермофилов, не проявляют активности в высокотемператылов, не проявляют активности в высокотемператных , сурных , сурных , сурных в стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. Oleh kerana banyak mikroorganisma, kecuali hipertermofil, tidak menunjukkan aktiviti dalam persekitaran suhu tinggi (>100 °C), MIC dalam keluli dengan 9% Cr boleh diabaikan dalam kes ini.Walau bagaimanapun, apabila keluli 9% Cr digunakan dalam persekitaran suhu sederhana, pelbagai langkah mesti diambil untuk mengurangkan MIC.
Pelbagai komuniti mikrob dan perubahannya diperhatikan dalam mendapan bahan yang tidak berkarat dan dalam produk kakisan dalam biofilem berbanding air, selain kakisan yang dipercepatkan (Rajah 5-7), yang menunjukkan dengan jelas bahawa kakisan ini adalah mikrofon. Ramirez et al.13 melaporkan peralihan 3 langkah (FeOB => SRB/IRB = > SOB) dalam ekosistem mikrob marin selama lebih 6 bulan, di mana hidrogen sulfida yang dihasilkan oleh SRB yang diperkaya sekunder akhirnya boleh menyumbang kepada pengayaan SOB. Ramirez et al.13 melaporkan peralihan 3 langkah (FeOB => SRB/IRB => SOB) dalam ekosistem mikrob marin selama lebih 6 bulan, apabila hidrogen sulfida yang dihasilkan oleh SRB yang diperkaya sekunder akhirnya boleh menyumbang kepada pengayaan SOB. Ramirez et al.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 мескоц сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez et al.13 melaporkan peralihan tiga peringkat (FeOB => SRB/IRB => SOB) dalam ekosistem mikrob marin dalam tempoh 6 bulan, di mana hidrogen sulfida yang dihasilkan daripada pengayaan sekunder SRB akhirnya boleh menyumbang kepada pengayaan SOB. Ramirez 等人13 报告了一个超过6 个月的海洋微生物生态系统中的三步转变(FeOB => SRB/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 三 步華转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB) ， 其中 次 变 碔集可能 最终 有助于 sob 的富集。 Ramirez et al.13 сообщили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 меся сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итоге способствовать обог SOBще. Ramirez et al.13 melaporkan peralihan tiga langkah (FeOB => SRB/IRB => SOB) dalam ekosistem mikrob marin dalam tempoh 6 bulan, di mana hidrogen sulfida yang dihasilkan daripada pengayaan sekunder SRB akhirnya boleh menyumbang kepada pengayaan SOB.McBeth dan Emerson36 melaporkan pengayaan primer dalam FeOB. Begitu juga, pengayaan FeOB semasa fasa kakisan awal diperhatikan dalam kajian ini, tetapi perubahan mikrob dengan perkembangan kakisan yang diperhatikan dalam karbon dan keluli Cr 1% dan 2.25% dan besi tuang melebihi 22 mo ialah FeOB => IRB = > SRB (Rajah 7 dan 8). Begitu juga, pengayaan FeOB semasa fasa kakisan awal diperhatikan dalam kajian ini, tetapi perubahan mikrob dengan perkembangan kakisan yang diperhatikan dalam karbon dan keluli Cr 1% dan 2.25% dan besi tuang sepanjang 22 mo ialah FeOB => IRB => SRB (Rajah 7 dan 8). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные измронисрение измронение коррозии, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, представлобют = >Orb. dan 8). Begitu juga, dalam kajian ini, pengayaan FeOB pada peringkat awal kakisan diperhatikan, tetapi perubahan mikrob apabila kakisan berkembang, diperhatikan dalam karbon dan keluli Cr 1% dan 2.25% dan besi tuang selama 22 bulan, adalah FeOB => IRB => SRB (Rajah 7 dan 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% Cr 钢以及越越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 => LHDN => 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 1% 和 2 钢 远 2.25% Cr的 铸铁 中 到 的 微生物 腐蚀 的 进展 而 变化 FEOB => LHDN => SRB（图7和8）。 Аналогичным образом, в этом исследовании наблюдалось обогащение FeOB на ранних стадиях коррозии, tanpa микробимля наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2.25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, были FeOB => LHDN => SRB (contohnya 7). Begitu juga, pengayaan FeOB pada peringkat awal kakisan diperhatikan dalam kajian ini, tetapi perubahan mikrobiologi yang diperhatikan dalam karbon dan keluli Cr 1% dan 2.25% serta besi tuang selama 22 bulan adalah FeOB => IRB => SRB (Rajah 7 dan 8).SRB boleh terkumpul dengan mudah dalam persekitaran air laut disebabkan oleh kepekatan ion sulfat yang tinggi, tetapi pengayaannya dalam persekitaran air tawar ditangguhkan oleh kepekatan ion sulfat yang rendah. Pengayaan SRB dalam air laut telah kerap dilaporkan10,12,45.
a Karbon dan nitrogen organik melalui metabolisme tenaga yang bergantung kepada Fe(II) oksida besi (sel merah [Dechloromonas sp.] dan hijau [Sideroxydans sp.]) dan bakteria penurun Fe(III) (sel kelabu [Geothrix sp. dan Geobacter sp.]) pada peringkat awal kakisan, kemudian bakteria penurun sulfat anaerobik (SRP) dan mikroorganisma heterotrofik memperkayakan peringkat matang kakisan dengan memakan bahan organik yang terkumpul. b Perubahan dalam komuniti mikrob pada logam tahan kakisan. Sel ungu, biru, kuning dan putih mewakili bakteria daripada keluarga Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea dan lain-lain, masing-masing.
Berkenaan dengan perubahan dalam komuniti mikrob dan kemungkinan pengayaan SRB, FeOB adalah kritikal pada peringkat awal kakisan, dan Dechloromonas boleh mendapatkan tenaga pertumbuhannya daripada pengoksidaan Fe(II). Mikroorganisma boleh hidup dalam media yang mengandungi unsur surih, tetapi ia tidak akan tumbuh secara eksponen. Walau bagaimanapun, kolam terjun yang digunakan dalam kajian ini ialah lembangan limpahan, dengan aliran masuk 20 m3/j, yang secara berterusan membekalkan unsur surih yang mengandungi ion bukan organik. Pada peringkat awal kakisan, ion ferus dilepaskan daripada keluli karbon dan besi tuang, dan FeOB (seperti Dechloromonas) menggunakannya sebagai sumber tenaga. Jumlah surih karbon, fosfat dan nitrogen yang diperlukan untuk pertumbuhan sel mesti terdapat dalam air proses dalam bentuk bahan organik dan bukan organik. Oleh itu, dalam persekitaran air tawar ini, FeOB pada mulanya diperkaya pada permukaan logam seperti keluli karbon dan besi tuang. Seterusnya, IRB boleh tumbuh dan menggunakan bahan organik dan oksida besi masing-masing sebagai sumber tenaga dan penerima elektron terminal. Dalam produk kakisan matang, keadaan anaerobik yang diperkaya dengan nitrogen harus diwujudkan kerana metabolisme FeOB dan IRB. Oleh itu, SRB boleh berkembang pesat dan menggantikan FeOB dan IRB (Rajah 8a).
Baru-baru ini, Tang et al. melaporkan kakisan keluli tahan karat oleh Geobacter ferroreducens dalam persekitaran air tawar disebabkan oleh pemindahan elektron langsung dari besi ke mikrob46. Memandangkan EMIC, sumbangan mikroorganisma dengan sifat EET adalah kritikal. SRB, FeOB, dan IRB adalah spesies mikrob utama dalam produk kakisan dalam kajian ini, yang sepatutnya mempunyai ciri-ciri EET. Oleh itu, mikroorganisma yang aktif secara elektrokimia ini boleh menyumbang kepada kakisan melalui EET, dan komposisi komuniti mereka berubah di bawah pengaruh pelbagai spesies ionik apabila produk kakisan terbentuk. Sebaliknya, komuniti mikrob dalam keluli dengan 9% Cr berbeza daripada keluli lain (Rajah 8b). Selepas 14 bulan, selain pengayaan dengan FeOB, seperti Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea, dan Thiomonas juga diperkaya (Rajah 7i). Perubahan ini sangat berbeza daripada bahan menghakis lain, seperti keluli karbon, dan boleh dipengaruhi oleh ion kaya kromium yang terlarut semasa kakisan. Terutamanya, Thiomonas bukan sahaja mempunyai sifat pengoksidaan sulfur, tetapi juga sifat pengoksidaan Fe(II), sistem EET, dan toleransi logam berat48,49. Ia boleh diperkayakan kerana aktiviti pengoksidaan Fe(II) dan/atau penggunaan elektron logam secara langsung. Dalam kajian terdahulu, kelimpahan Beggiatoacea yang agak tinggi diperhatikan dalam biofilm pada Cu menggunakan sistem pemantauan biofilm tak berterusan, menunjukkan bahawa bakteria ini mungkin tahan terhadap logam toksik seperti Cu dan Cr. Walau bagaimanapun, sumber tenaga yang diperlukan oleh Beggiatoacea untuk tumbuh dalam persekitaran ini tidak diketahui.
Kajian ini melaporkan perubahan dalam komuniti mikrob semasa kakisan dalam persekitaran air tawar. Dalam persekitaran yang sama, komuniti mikrob berbeza dalam jenis logam. Di samping itu, keputusan kami mengesahkan kepentingan FeOB pada peringkat awal kakisan, kerana metabolisme tenaga mikrob yang bergantung kepada besi menggalakkan pembentukan persekitaran kaya nutrien yang disukai oleh mikroorganisma lain seperti SRB. Untuk mengurangkan MIC dalam persekitaran air tawar, pengayaan FeOB dan IRB mesti dihadkan.
Sembilan logam telah digunakan dalam kajian ini dan diproses menjadi blok bersaiz 50 × 20 × 1–5 mm (ketebalan untuk keluli ASTM 395 dan 1%, 2.25% dan 9% Cr: 5 mm; ketebalan untuk ASTM A283 dan ASTM A179: 3 mm). mm; ASTM A109 Temper 4/5 dan Keluli Tahan Karat Jenis 304 dan 316, ketebalan: 1mm), dengan dua lubang 4mm. Keluli kromium digilap dengan kertas pasir dan logam lain digilap dengan kertas pasir grit 600 sebelum dicelup. Semua sampel telah disonikasi dengan etanol 99.5%, dikeringkan dan ditimbang. Sepuluh sampel setiap logam telah digunakan untuk pengiraan kadar kakisan dan analisis mikrobiom. Setiap spesimen telah ditetapkan secara tangga dengan rod dan spacer PTFE (φ 5 × 30 mm, Rajah Tambahan 2).
Kolam ini mempunyai isipadu 1100 meter padu dan kedalaman kira-kira 4 meter. Aliran air masuk adalah 20 m3 h-1, limpahan telah dilepaskan, dan kualiti air tidak berubah-ubah mengikut musim (Rajah Tambahan 3). Tangga sampel diturunkan ke atas dawai keluli 3 m yang digantung di tengah tangki. Dua set tangga telah dikeluarkan dari kolam pada 1, 3, 6, 14 dan 22 bulan. Sampel dari satu tangga digunakan untuk mengukur penurunan berat dan mengira kadar kakisan, manakala sampel dari tangga lain digunakan untuk analisis mikrobiom. Oksigen terlarut dalam tangki rendaman diukur berhampiran permukaan dan dasar, serta di tengah, menggunakan sensor oksigen terlarut (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, Amerika Syarikat).
Produk kakisan dan biofilm pada sampel telah dibuang dengan mengikis menggunakan pengikis plastik atau mengelap dengan kapas, dan kemudian dibersihkan dalam etanol 99.5% menggunakan rendaman ultrasonik. Sampel kemudiannya direndam dalam larutan Clark mengikut ASTM G1-0351. Semua sampel ditimbang selepas pengeringan selesai. Kira kadar kakisan (mm/tahun) untuk setiap sampel menggunakan formula berikut:
dengan K ialah pemalar (8.76 × 104), T ialah masa pendedahan (j), A ialah jumlah luas permukaan (cm2), W ialah kehilangan jisim (g), D ialah ketumpatan (g cm–3).
Selepas menimbang sampel, imej 3D beberapa sampel diperoleh menggunakan mikroskop laser pengukur 3D (LEXT OLS4000, Olympus, Tokyo, Jepun).