Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. U gebruikt een browserversie met beperkte CSS-ondersteuning. Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te blijven garanderen, tonen we de site bovendien zonder stijlen en JavaScript.
Toont een carrousel met drie dia's tegelijk. Gebruik de knoppen Vorige en Volgende om door drie dia's tegelijk te bladeren, of gebruik de schuifregelaars aan het einde om door drie dia's tegelijk te bladeren.
In zoetwateromgevingen wordt vaak versnelde corrosie van koolstof- en roestvrij staal waargenomen. Hier werd een 22 maanden durende duikstudie in een zoetwatertank uitgevoerd met negen verschillende staalsoorten. Versnelde corrosie werd waargenomen in koolstof- en chroomstaal en gietijzer, terwijl in roestvrij staal zelfs na 22 maanden geen zichtbare corrosie werd waargenomen. Een analyse van de microbiële gemeenschap toonde aan dat tijdens algemene corrosie Fe(II)-oxiderende bacteriën in de vroege fase van corrosie werden verrijkt, Fe(III)-reducerende bacteriën in de fase van corrosieontwikkeling en sulfaatreducerende bacteriën in de eindfase van de corrosie. Daarentegen waren Beggiatocaea-bacteriën bijzonder talrijk in staal met 9% Cr dat onderhevig was aan gelokaliseerde corrosie. Deze samenstellingen van microbiële gemeenschappen verschilden ook van die in water- en bodemsedimentmonsters. Naarmate de corrosie voortschrijdt, ondergaat de microbiële gemeenschap dus dramatische veranderingen en creëert het ijzerafhankelijke microbiële energiemetabolisme een omgeving die andere micro-organismen kan verrijken.
Metalen kunnen verslechteren en corroderen als gevolg van diverse fysische en chemische omgevingsfactoren zoals pH, temperatuur en ionenconcentratie. Zure omstandigheden, hoge temperaturen en chlorideconcentraties hebben met name invloed op de corrosie van metalen1,2,3. Micro-organismen in natuurlijke en gebouwde omgevingen beïnvloeden vaak de slijtage en corrosie van metalen, een gedrag dat zich uit in microbiële corrosie (MIC)4,5,6,7,8. MIC wordt vaak aangetroffen in omgevingen zoals leidingen en opslagtanks binnenshuis, in metalen spleten en in de bodem, waar het plotseling verschijnt en zich snel ontwikkelt. Daarom is monitoring en vroege detectie van MIC's erg moeilijk, waardoor MIC-analyse meestal na corrosie wordt uitgevoerd. Er zijn talrijke casestudies over MIC gepubliceerd waarin sulfaatreducerende bacteriën (SRB) vaak werden aangetroffen in corrosieproducten9,10,11,12,13. Het blijft echter onduidelijk of SRB's bijdragen aan het ontstaan ​​van corrosie, aangezien hun detectie gebaseerd is op analyse na corrosie.
Naast jodiumoxiderende bacteriën21 zijn er recentelijk diverse ijzerafbrekende micro-organismen beschreven, zoals ijzerafbrekende sulfaatreducerende bacteriën (SRB)14, methanogenen15,16,17, nitraatreducerende bacteriën18, ijzeroxiderende bacteriën19 en acetogenen20. Onder anaerobe of microaerobe laboratoriumomstandigheden corroderen de meeste van deze micro-organismen nulwaardig ijzer en koolstofstaal. Bovendien suggereren hun corrosiemechanismen dat ijzercorrosieve methanogenen en SRB's corrosie bevorderen door elektronen te oogsten van nulwaardig ijzer met behulp van respectievelijk extracellulaire hydrogenasen en multiheemcytochromen22,23. MIC's worden onderverdeeld in twee typen: (i) chemische MIC (CMIC), indirecte corrosie door microbieel geproduceerde soorten, en (ii) elektrische MIC (EMIC), directe corrosie door elektronendepletie van het metaal24. EMIC, gefaciliteerd door extracellulaire elektronentransfer (EET), is van groot belang omdat micro-organismen met EET-eigenschappen snellere corrosie veroorzaken dan micro-organismen zonder EET. Terwijl de snelheidsbeperkende respons van CMIC onder anaerobe omstandigheden de productie van H2 via protonreductie (H+) is, verloopt EMIC via EET-metabolisme, dat onafhankelijk is van H2-productie. Het mechanisme van EET in verschillende micro-organismen is gerelateerd aan de prestaties van microbiële cellulaire brandstof en elektrobiosynthese25,26,27,28,29. Omdat de kweekomstandigheden voor deze corrosieve micro-organismen verschillen van die in de natuurlijke omgeving, is het niet duidelijk of deze waargenomen microbiële corrosieprocessen corrosie in de praktijk weerspiegelen. Daarom is het moeilijk om het MIC-mechanisme dat door deze corrosieve micro-organismen in de natuurlijke omgeving wordt geïnduceerd, te observeren.
De ontwikkeling van DNA-sequencingtechnologie heeft het mogelijk gemaakt om de details van microbiële gemeenschappen in natuurlijke en kunstmatige omgevingen te bestuderen. Zo wordt bijvoorbeeld microbiële profilering op basis van de 16S rRNA-gensequentie met behulp van sequencers van de nieuwe generatie gebruikt in de microbiële ecologie30,31,32. Er zijn talloze MIC-studies gepubliceerd die de microbiële gemeenschappen in bodem- en mariene omgevingen gedetailleerd beschrijven13,33,34,35,36. Naast sulfaatreducerende bacteriën (SRB) is ook een verrijking van ijzeroxiderende (FeOB) en nitrificerende bacteriën in corrosiemonsters gerapporteerd, bijvoorbeeld FeOB zoals Gallionella spp. en Dechloromonas spp., en nitrificerende bacteriën zoals Nitrospira spp., in koolstof- en koperhoudend staal in bodemmedia33. Op vergelijkbare wijze is in de mariene omgeving een snelle kolonisatie van ijzeroxiderende bacteriën behorende tot de klassen Zetaproteobacteria en Betaproteobacteria gedurende enkele weken op koolstofstaal waargenomen36. Deze gegevens wijzen op de bijdrage van deze micro-organismen aan corrosie. In veel studies zijn de duur en de experimentele groepen echter beperkt, en is er weinig bekend over de dynamiek van microbiële gemeenschappen tijdens corrosie.
In dit onderzoek bestuderen we de microbiële corrosie (MIC) van koolstofstaal, chroomstaal, roestvrij staal en gietijzer met behulp van onderdompelingsstudies in een aerobe zoetwateromgeving met een geschiedenis van MIC-gebeurtenissen. Er werden monsters genomen na 1, 3, 6, 14 en 22 maanden en de corrosiesnelheid van elk metaal en de microbiële component werd onderzocht. Onze resultaten bieden inzicht in de dynamiek van microbiële gemeenschappen op de lange termijn tijdens corrosie.
Zoals weergegeven in Tabel 1 werden negen metalen gebruikt in dit onderzoek. Tien monsters van elk materiaal werden ondergedompeld in een bak met zoet water. De kwaliteit van het proceswater was als volgt: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, troebelheid 1 ppm en pH 7,4. De concentratie opgeloste zuurstof (DO) aan de onderkant van de bemonsteringsladder was ongeveer 8,2 ppm en de watertemperatuur varieerde seizoensgebonden van 9 tot 23 °C.
Zoals weergegeven in Figuur 1, werden na 1 maand onderdompeling in ASTM A283, ASTM A109 Condition #4/5, ASTM A179 en ASTM A395 gietijzeren omgevingen bruine corrosieproducten waargenomen op het koolstofstalen oppervlak in de vorm van gegeneraliseerde corrosie. Het gewichtsverlies van deze monsters nam toe met de tijd (Aanvullende Tabel 1) en de corrosiesnelheid bedroeg 0,13–0,16 mm per jaar (Figuur 2). Vergelijkbare gegeneraliseerde corrosie werd waargenomen in staal met een laag Cr-gehalte (1% en 2,25%) met een corrosiesnelheid van ongeveer 0,13 mm/jaar (Figuren 1 en 2). Daarentegen vertoont staal met 9% Cr gelokaliseerde corrosie die optreedt in spleten gevormd door pakkingen. De corrosiesnelheid van dit monster is ongeveer 0,02 mm/jaar, wat aanzienlijk lager is dan die van staal met gegeneraliseerde corrosie. Daarentegen vertonen roestvrijstalen typen 304 en 316 geen zichtbare corrosie, met geschatte corrosiesnelheden van <0,001 mm y−1. Daarentegen vertonen roestvrijstalen typen 304 en 316 geen zichtbare corrosie, met geschatte versnellingspercentages van <0,001 mm y−1. Als u de 304 en 316 niet in uw woning kunt plaatsen, kunt u deze optie gebruiken скорость коррозии составляет <0,001 мм/год. Daarentegen vertonen roestvrij staal van de typen 304 en 316 geen zichtbare corrosie, met een geschatte corrosiesnelheid van <0,001 mm/jaar.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−1。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−1。 U kunt de waarde 304 en -316 niet gebruiken met een kredietkaart коррозии <0,001 мм/год. Daarentegen vertoonden roestvrijstalen typen 304 en 316 geen zichtbare corrosie, met een ontwerpcorrosiesnelheid van <0,001 mm/jaar.
De afbeeldingen tonen macroscopische beelden van elk monster (hoogte 50 mm × breedte 20 mm) vóór en na ontkalking. 1 meter, 1 maand; 3 meter, 3 maanden; 6 meter, 6 maanden; 14 meter, 14 maanden; 22 meter, 22 maanden; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, conditie 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, staal 1% Cr; 3C, staal 2,25% Cr; staal 9C, staal 9% Cr; S6, roestvrij staal 316; S8, roestvrij staal type 304.
De corrosiesnelheid werd berekend aan de hand van gewichtsverlies en onderdompelingstijd. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, gehard 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, staal 1% Cr, 3 C, staal 2,25% Cr, 9 C, staal 9% Cr, S6, roestvast staal type 316; S8, roestvast staal type 304.
Figuur 1 laat ook zien dat corrosieproducten van koolstofstaal, laagchroomstaal en gietijzer zich verder ontwikkelen na onderdompeling gedurende 3 maanden. De algehele corrosiesnelheid nam geleidelijk af tot 0,07 ~ 0,08 mm/jaar na 22 maanden (Figuur 2). Bovendien was de corrosiesnelheid van 2,25% Cr-staal iets lager dan die van andere gecorrodeerde monsters, wat aangeeft dat Cr corrosie kan remmen. Naast algemene corrosie werd volgens ASTM A179 na 22 maanden gelokaliseerde corrosie waargenomen met een corrosiediepte van ongeveer 700 µm (Figuur 3). De lokale corrosiesnelheid, berekend aan de hand van de corrosiediepte en de onderdompelingstijd, bedraagt ​​0,38 mm/jaar, wat ongeveer 5 keer sneller is dan algemene corrosie. De corrosiesnelheid van ASTM A395-legering kan worden onderschat, omdat corrosieproducten de aanslag na 14 of 22 maanden onderdompeling in water niet volledig verwijderen. Het verschil zal echter minimaal zijn. Daarnaast werden veel kleine putjes waargenomen in het gecorrodeerde laagchroomstaal.
Volledig beeld (schaalstreep: 10 mm) en gelokaliseerde corrosie (schaalstreep: 500 µm) van ASTM A179 en 9% Cr-staal op maximale diepte met behulp van een 3D-lasermicroscoop. De rode cirkels in het volledige beeld geven de gemeten gelokaliseerde corrosie aan. Een volledig beeld van de achterzijde van het 9% Cr-staal is weergegeven in Figuur 1.
Zoals weergegeven in figuur 2, werd bij staal met 9% Cr gedurende 3-14 maanden geen corrosie waargenomen en was de corrosiesnelheid praktisch nul. Na 22 maanden werd echter gelokaliseerde corrosie waargenomen (figuur 3) met een corrosiesnelheid van 0,04 mm/jaar, berekend op basis van gewichtsverlies. De maximale diepte van de gelokaliseerde corrosie bedraagt ​​1260 µm en de geschatte corrosiesnelheid op basis van de corrosiediepte en de onderdompelingstijd (22 maanden) is 0,68 mm/jaar. Omdat het exacte moment waarop de corrosie begint niet bekend is, kan de werkelijke corrosiesnelheid hoger liggen.
Daarentegen werd er zelfs na 22 maanden onderdompeling geen zichtbare corrosie op roestvrij staal waargenomen. Hoewel er vóór het ontkalken enkele bruine deeltjes op het oppervlak werden gezien (fig. 1), waren deze zwak gehecht en geen corrosieproducten. Omdat het metaal na het verwijderen van de aanslag weer aan het oppervlak van het roestvrij staal verschijnt, is de corrosiesnelheid praktisch nul.
Ampliconsequencing is uitgevoerd om de verschillen en dynamiek van microbiële gemeenschappen in corrosieproducten en biofilms op metalen oppervlakken, in water en sedimenten in de loop van de tijd te begrijpen. In totaal werden 4.160.012 reads ontvangen, met een bereik van 31.328 tot 124.183 reads.
De Shannon-indices van watermonsters genomen uit waterinlaten en vijvers varieerden van 5,47 tot 7,45 (Fig. 4a). Omdat gezuiverd rivierwater als industrieel water wordt gebruikt, kan de microbiële gemeenschap seizoensgebonden veranderen. De Shannon-index van bodemsedimentmonsters was daarentegen ongeveer 9, wat significant hoger is dan die van de watermonsters. Evenzo hadden watermonsters lagere berekende Chao1-indices en waargenomen operationele taxonomische eenheden (OTU's) dan sedimentmonsters (Fig. 4b, c). Deze verschillen zijn statistisch significant (Tukey-Kramer-test; p-waarden < 0,01, figuur 4d), wat erop wijst dat de microbiële gemeenschappen in de sedimentmonsters complexer zijn dan die in de watermonsters. Deze verschillen zijn statistisch significant (Tukey-Kramer-test; p-waarden < 0,01, figuur 4d), wat erop wijst dat de microbiële gemeenschappen in de sedimentmonsters complexer zijn dan die in de watermonsters. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что als u dit wilt, kunt u het beste in Als u dit wilt doen, kunt u dit in de juiste stand doen. Deze verschillen zijn statistisch significant (Tukey-Kramer-test; p-waarden < 0,01, figuur 4d), wat erop wijst dat de microbiële gemeenschappen in sedimentmonsters complexer zijn dan in watermonsters.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 沉积物样本 中 的 微生物中中的群落更。。。。。。。。。 Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), het is een goed idee om dit te doen Als u een van de volgende zaken wilt doen, kunt u dit in uw huis doen. Deze verschillen waren statistisch significant (Tukey-Kramer-test; p-waarde <0,01, figuur 4d), wat erop wijst dat de microbiële gemeenschappen in sedimentmonsters complexer waren dan in watermonsters.Omdat het water in het overloopbekken voortdurend wordt ververst en sedimenten zonder mechanische verstoring naar de bodem van het bekken zakken, zou dit verschil in microbiële diversiteit het ecosysteem in het bekken moeten weerspiegelen.
a Shannon-index, b Waargenomen operationele taxonomische eenheid (OTU), en c Chao1-opname-index (n=6) en bekken (n=5) Water, sediment (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) en 9% (9 C: n = 5) Cr-staal, evenals roestvrij staal type 316 (S6: n = 5) en -304 (S8: n = 5) worden weergegeven als boxplots en whiskerdiagrammen. d p-waarden voor de Shannon- en Chao1-indices verkregen met behulp van ANOVA en Tukey-Kramer meervoudige vergelijkingstesten. De rode achtergronden geven paren weer met p-waarden < 0,05. De rode achtergronden geven paren weer met p-waarden < 0,05. De gemiddelde waarde is p <0,05. Rode achtergronden geven paren weer met p-waarden < 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。 Gebruik een waarde met een p-waarde <0,05. Rode achtergronden geven paren weer met p-waarden <0,05.De lijn in het midden van de box, de boven- en onderkant van de box en de snorharen vertegenwoordigen respectievelijk de mediaan, het 25e en 75e percentiel, en de minimum- en maximumwaarden.
De Shannon-indices voor koolstofstaal, laagchroomstaal en gietijzer waren vergelijkbaar met die voor watermonsters (Fig. 4a). Daarentegen zijn de Shannon-indices van de roestvrijstalen monsters significant hoger dan die van de gecorrodeerde staalsoorten (p-waarden < 0,05, figuur 4d) en vergelijkbaar met die van de sedimenten. Daarentegen zijn de Shannon-indices van de roestvrijstalen monsters significant hoger dan die van de gecorrodeerde staalsoorten (p-waarden < 0,05, figuur 4d) en vergelijkbaar met die van de sedimenten. Als u een probleem heeft met het gebruik van een product, dan is dat het geval корродированных сталей (значения p <0,05, рис. 4d), en аналогичны индексам отложений. Daarentegen zijn de Shannon-indices van roestvrijstalen monsters significant hoger dan die van gecorrodeerd staal (p-waarden < 0,05, figuur 4d) en vergelijkbaar met de afzettingsindices.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 Als u een probleem heeft met uw bedrijf, dan is dit het geval корродированной стали (значение p <0,05, рис. 4d), как en у отложений. Daarentegen was de Shannon-index van de roestvrijstalen monsters significant hoger dan die van het gecorrodeerde staal (p-waarde < 0,05, figuur 4d), evenals de afzetting.Daarentegen varieerde de Shannon-index voor staal met 9% Cr van 6,95 tot 9,65. Deze waarden waren veel hoger in niet-gecorrodeerde monsters na 1 en 3 maanden dan in gecorrodeerde monsters na 6, 14 en 22 maanden (Fig. 4a). Bovendien zijn de Chao1-indices en de waargenomen OTU's van de 9% Cr-stalen hoger dan die van de gecorrodeerde en watermonsters en lager dan die van de niet-gecorrodeerde en sedimentmonsters (Fig. 4b, c), en de verschillen zijn statistisch significant (p-waarden < 0,01, Fig. 4d). Bovendien zijn de Chao1-indices en de waargenomen OTU's van de 9% Cr-stalen hoger dan die van de gecorrodeerde en watermonsters en lager dan die van de niet-gecorrodeerde en sedimentmonsters (Fig. 4b, c), en de verschillen zijn statistisch significant (p-waarden < 0,01, Fig. 4d).Bovendien zijn de Chao1-waarde en de waargenomen OTU-waarden van staal met 9% Cr hoger dan die van gecorrodeerde en waterige monsters en lager dan die van niet-gecorrodeerde en sedimentaire monsters (Fig. 4b, c), en de verschillen zijn statistisch significant.(p-значения <0,01, рис. 4d). (p-waarden <0,01, figuur 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 腐蚀 样品 和 沉积物(图 图 4b, c) 差异 统计学 意义 (p 值 <0,01 图 图 图 图 图 图 图 图 , , , , , , ， ， ， ， 4d). Waar het om gaat, is Chao1 en OTU met een percentage van 9% Cr, dat is goed корродированных en водных образцов, en ниже, чем у некорродированных en осадочных образцов (рис. 4b,c), азница была статистически значимой (p- значение < 0,01, рис. Bovendien waren de Chao1-index en de waargenomen OTU van 9% Cr-staal hoger dan die van gecorrodeerde en waterige monsters en lager dan die van niet-gecorrodeerde en sedimentaire monsters (Fig. 4b,c), en het verschil was statistisch significant (p-waarde < 0,01, Fig. 4d).Deze resultaten wijzen erop dat de microbiële diversiteit in corrosieproducten lager is dan in biofilms op niet-gecorrodeerde metalen.
Figuur 5a toont een PCoA-plot (Principal Coordinate Analysis) gebaseerd op de ongewogen UniFrac-afstand voor alle monsters, met drie belangrijke clusters. De microbiële gemeenschappen in watermonsters verschilden significant van andere gemeenschappen. De microbiële gemeenschappen in de sedimenten omvatten ook roestvrijstaalgemeenschappen, terwijl deze wijdverspreid waren in de corrosiemonsters. Daarentegen is de kaart van staal met 9% Cr verdeeld in niet-gecorrodeerde en gecorrodeerde clusters. Bijgevolg verschillen de microbiële gemeenschappen op metaaloppervlakken en corrosieproducten significant van die in water.
Hoofdcoördinatenanalyse (PCoA) plot gebaseerd op ongewogen UniFrac-afstanden in alle monsters (a), water (b) en metalen (c). Cirkels markeren elk cluster. De trajecten worden weergegeven door lijnen die de bemonsteringsperioden in serie verbinden. 1 meter, 1 maand; 3 meter, 3 maanden; 6 meter, 6 maanden; 14 meter, 14 maanden; 22 meter, 22 maanden; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, conditie 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, staal 1% Cr; 3C staal, 2,25% Cr staal; staal 9C, staal 9% Cr; S6, 316 roestvrij staal; S8, type 304 roestvrij staal.
Wanneer de PCoA-plots van de watermonsters in chronologische volgorde werden geplaatst, vormden ze een cirkel (Fig. 5b). Deze cyclusovergang weerspiegelt mogelijk seizoensgebonden veranderingen.
Bovendien werden op de PCoA-plots van de metaalmonsters slechts twee clusters (gecorrodeerd en niet-gecorrodeerd) waargenomen, waarbij (met uitzondering van 9% chroomstaal) ook een verschuiving van de microbiële gemeenschap tussen 1 en 22 maanden werd geconstateerd (Fig. 5c). Omdat de veranderingen in de gecorrodeerde monsters groter waren dan in de niet-gecorrodeerde monsters, was er een correlatie tussen veranderingen in de microbiële gemeenschappen en de voortgang van de corrosie. In staalmonsters met 9% Cr werden twee typen microbiële gemeenschappen aangetroffen: punten op 1 en 6 maanden, gelegen nabij roestvrij staal, en andere (3, 14 en 22 maanden), gelegen nabij gecorrodeerd staal. De monsters van 1 maand en de coupons die werden gebruikt voor DNA-extractie na 6 maanden waren niet gecorrodeerd, terwijl de coupons van 3, 14 en 22 maanden wel gecorrodeerd waren (Aanvullende figuur 1). De microbiële gemeenschappen in gecorrodeerde monsters verschilden daarom van die in water, sediment en niet-gecorrodeerde monsters, en veranderden naarmate de corrosie voortschreed.
De belangrijkste typen microbiële gemeenschappen die in watermonsters werden waargenomen, waren Proteobacteria (30,1–73,5%), Bacteroidetes (6,3–48,6%), Planctomycetota (0,4–19,6%) en Actinobacteria (0–17,7%). Hun relatieve abundantie varieerde van monster tot monster (Fig. 6). Zo was de relatieve abundantie van Bacteroidetes in vijverwater hoger dan in het gezuiverde water. Dit verschil kan worden beïnvloed door de verblijftijd van het water in de overlooptank. Deze typen werden ook waargenomen in bodemsedimentmonsters, maar hun relatieve abundantie verschilde significant van die in watermonsters. Daarnaast was het relatieve gehalte aan Acidobacteriota (8,7–13,0%), Chloroflexi (8,1–10,2%), Nitrospirota (4,2–4,4%) en Desulfobacterota (1,5–4,4%) hoger dan in watermonsters. Aangezien vrijwel alle Desulfobacterota-soorten SRB37 zijn, moet het milieu in het sediment anaëroob zijn. Hoewel Desulfobacterota mogelijk corrosie kunnen beïnvloeden, is het risico naar verwachting zeer laag, omdat hun relatieve aantallen in het zwembadwater <0,04% bedragen. Hoewel Desulfobacterota mogelijk corrosie kunnen beïnvloeden, is het risico naar verwachting zeer laag, omdat hun relatieve aantallen in het zwembadwater <0,04% bedragen. Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку en wat u in uw huis kunt doen составляет <0,04%. Hoewel Desulfobacterota mogelijk corrosie kunnen veroorzaken, is het risico naar verwachting zeer laag, aangezien hun relatieve aanwezigheid in zwembadwater <0,04% bedraagt.Minder dan 0,04%. <0,04%. Desulfobacillus heeft een sterke invloed op de werking van het lichaam, of op andere manieren относительное содержание in воде бассейна составляет <0,04%. Hoewel het Desulfobacillus-type corrosie kan beïnvloeden, is het risico naar verwachting zeer laag, aangezien hun relatieve abundantie in zwembadwater <0,04% bedraagt.
RW en Air vertegenwoordigen respectievelijk watermonsters uit de waterinlaat en het bassin. Sediment-C, -E, -W zijn sedimentmonsters genomen uit het midden van de bodem van het bassin, evenals van de oost- en westzijde. 1 meter, 1 maand; 3 meter, 3 maanden; 6 meter, 6 maanden; 14 meter, 14 maanden; 22 meter, 22 maanden; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, conditie 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, staal 1% Cr; 3C, staal 2,25% Cr; staal 9C, staal 9% Cr; S6, roestvrij staal 316; S8, roestvrij staal type 304.
Op genusniveau werd in alle seizoenen een iets hoger aandeel (6–19%) ongeclassificeerde bacteriën van de familie Trichomonadaceae waargenomen, evenals Neosphingosine, Pseudomonas en Flavobacterium. Als kleinere hoofdbestanddelen variëren hun aandelen (Fig. 1, 7a en b). In de zijrivieren was de relatieve abundantie van Flavobacterium, Pseudovibrio en Rhodoferrobacter alleen in de winter hoger. Evenzo werd een hoger gehalte aan Pseudovibrio en Flavobacterium waargenomen in het winterwater van het stroomgebied. De microbiële gemeenschappen in de watermonsters varieerden dus afhankelijk van het seizoen, maar ondergingen geen drastische veranderingen gedurende de onderzoeksperiode.
a Inlaatwater, b Zwembadwater, c ASTM A283, d ASTM A109 temperatuur #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr en i 9% Cr staal, j Type-316 en roestvrij staal K-304.
Proteobacteriën vormden de belangrijkste bestanddelen in alle monsters, maar hun relatieve abundantie in de gecorrodeerde monsters nam af naarmate de corrosie voortschreed (Fig. 6). In de monsters ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 en 1% en 2,25% Cr daalde de relatieve abundantie van proteobacteriën van respectievelijk 89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8% en 83,8% naar 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% en 31,3%. Daarentegen neemt de relatieve abundantie van Desulfobacterota geleidelijk toe van <0,1% tot 12,5–45,9% naarmate de corrosie voortschrijdt. Daarentegen neemt de relatieve abundantie van Desulfobacterota geleidelijk toe van <0,1% tot 12,5–45,9% naarmate de corrosie voortschrijdt. Desulfobacterota kunnen zich ontwikkelen tot <0,1% tot 12,5–45,9% развития коррозии. Daarentegen neemt de relatieve abundantie van Desulfobacterota geleidelijk toe van <0,1% tot 12,5–45,9% naarmate de corrosie voortschrijdt.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%。Minder dan 0,1% Desulfobacillus heeft een gemiddelde waarde van <0,1% tot 12,5–45,9% tot nu toe развития коррозии. Daarentegen nam de relatieve hoeveelheid Desulfobacillus geleidelijk toe van <0,1% tot 12,5–45,9% naarmate de corrosie voortschreed.Zo werd, naarmate de corrosie voortschreed, Proteobactereira vervangen door Desulfobacterota.
Daarentegen bevatten biofilms op niet-gecorrodeerd roestvrij staal dezelfde verhoudingen van verschillende bacteriën. 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%) en Chloroflexi (2,1–8,8%). Er werd vastgesteld dat het aandeel Nitrospirota in de roestvrijstalen monsters geleidelijk toenam (Fig. 6). Deze verhoudingen zijn vergelijkbaar met die in sedimentmonsters, wat overeenkomt met de PCoA-grafiek in Fig. 5a.
In staalmonsters met 9% Cr werden twee soorten microbiële gemeenschappen waargenomen: de microbiële gemeenschappen na 1 en 6 maanden waren vergelijkbaar met die in bodemsedimentmonsters, terwijl het aandeel proteobacteriën in corrosiemonsters na 3, 14 en 22 maanden significant toenam. Bovendien correspondeerden deze twee microbiële gemeenschappen in de staalmonsters met 9% Cr met gesplitste clusters in de PCoA-grafiek weergegeven in figuur 5c.
Op genusniveau werden >2000 OTU's waargenomen, waaronder niet-toegewezen bacteriën en archaea. Op genusniveau werden >2000 OTU's waargenomen, waaronder niet-toegewezen bacteriën en archaea.Op genusniveau zijn meer dan 2000 OTU's waargenomen die onbekende bacteriën en archaea bevatten.Op genusniveau zijn meer dan 2000 OTU's waargenomen, waaronder niet-gespecificeerde bacteriën en archaea. We hebben ons gericht op 10 OTU's met een hoge populatie in elk monster. Dit omvat 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% en 21,8-45,1% in respectievelijk ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1%, 2,25% en 9% Cr-staal en roestvrij staal van type 316 en 304.
In corrosiemonsters zoals ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 en staal met 1% en 2,25% Cr is een relatief hoog gehalte aan gedechloreerde monolieten met Fe(II)-oxiderende eigenschappen waargenomen in de vroege fase van corrosie (1 maand en 3 maanden, Fig. 7c-h). Het aandeel Dechloromonas nam in de loop van de tijd af, wat overeenkwam met de afname van Proteobacteria (Fig. 6). Bovendien bedraagt ​​het aandeel Dechloromonas in de biofilms op de niet-gecorrodeerde monsters <1%. Bovendien bedraagt ​​het aandeel Dechloromonas in de biofilms op de niet-gecorrodeerde monsters <1%. Waar het om gaat, is dat Dechloromonas in een laag percentage van <1% zit. Bovendien bedraagt ​​het aandeel Dechloromonas in biofilms op niet-gecorrodeerde exemplaren <1%.Minder dan 1%.Minder dan 1% Waar het om gaat, is dat Dechloromonas in een laag percentage van <1% zit. Bovendien bedroeg het aandeel Dechloromonas in de biofilm van niet-aangetaste exemplaren <1%.Daarom is Dechloromonas, een van de corrosieproducten, in een vroeg stadium aanzienlijk verrijkt.
Daarentegen nam in ASTM A179, ASTM A109 getemperd #4/5, ASTM A179, ASTM A395 en staalsoorten met 1% en 2,25% Cr het aandeel SRB Desulfovibrio-soorten pas na 14 en 22 maanden toe (Fig. 7c–h). Desulfovibrio was in de beginfase van corrosie zeer laag of niet aantoonbaar, zowel in watermonsters (Fig. 7a, b) als in niet-gecorrodeerde biofilms (Fig. 7j, j). Dit suggereert sterk dat Desulfovibrio de voorkeur geeft aan de omgeving van de gevormde corrosieproducten, hoewel deze in de beginfase van corrosie geen invloed hebben.
IJzer(III)-reducerende bacteriën (RRB), zoals Geobacter en Geothrix, werden aangetroffen in corrosieproducten in de middenstadia van corrosie (6 en 14 maanden), maar hun aandeel was relatief laag in de latere stadia (22 maanden) van corrosie (Fig. 7c, eh). Het geslacht Sideroxydans met ijzer(II)-oxiderende eigenschappen vertoonde een vergelijkbaar gedrag (Fig. 7f), waardoor het aandeel van FeOB, IRB en SRB alleen hoger was in de gecorrodeerde monsters. Dit suggereert sterk dat veranderingen in deze microbiële gemeenschappen samenhangen met de voortgang van de corrosie.
In staal met 9% Cr dat na 3, 14 en 22 maanden was gecorrodeerd, werd een hoger aandeel leden van de Beggiatoacea-familie (8,5–19,6%) waargenomen, die zwaveloxiderende eigenschappen kunnen vertonen, en werden sideroxidans waargenomen (8,4–13,7%) (Fig. 1). 7i) Daarnaast werd Thiomonas, een zwaveloxiderende bacterie (SOB), in hogere aantallen aangetroffen (3,4% en 8,8%) na 3 en 14 maanden. Daarentegen werden nitraatreducerende bacteriën van het geslacht Nitrospira (12,9%) waargenomen in 6 maanden oude, niet-gecorrodeerde monsters. Een verhoogd aandeel Nitrospira werd ook waargenomen in biofilms op roestvrij staal na onderdompeling (Fig. 7j,k). De microbiële gemeenschappen van 1 en 6 maanden oud, niet-gecorrodeerd staal met 9% Cr waren dus vergelijkbaar met die in biofilms op roestvrij staal. Bovendien verschilden de microbiële gemeenschappen van 9% Cr-staal dat na 3, 14 en 22 maanden was gecorrodeerd van de corrosieproducten van koolstofstaal, laagchroomstaal en gietijzer.
Corrosie ontwikkelt zich doorgaans langzamer in zoet water dan in zeewater, omdat de concentratie chloride-ionen de corrosie van het metaal beïnvloedt. Sommige roestvrijstalen kunnen echter wel corroderen in zoetwateromgevingen38,39. Bovendien werd MIC aanvankelijk vermoed, omdat er eerder gecorrodeerd materiaal was waargenomen in het zoetwaterbad dat in dit onderzoek werd gebruikt. In langdurige onderdompelingsstudies werden verschillende vormen van corrosie, drie typen microbiële gemeenschappen en een verandering in de microbiële gemeenschappen in corrosieproducten waargenomen.
Het zoetwatermedium dat in dit onderzoek is gebruikt, is een gesloten tank voor technisch water afkomstig uit een rivier met een relatief stabiele chemische samenstelling en een seizoensgebonden temperatuurschommeling van 9 tot 23 °C. Seizoensgebonden schommelingen in de microbiële gemeenschappen in watermonsters kunnen daarom verband houden met temperatuurschommelingen. Bovendien verschilde de microbiële gemeenschap in het bassinwater enigszins van die in het inlaatwater (Fig. 5b). Het water in het bassin wordt constant ververst door overloop. Daardoor bleef de opgeloste zuurstof (DO) op ongeveer 8,2 ppm, zelfs op tussenliggende diepten tussen het oppervlak van het bassin en de bodem. Daarentegen zou het sedimentmilieu anaëroob moeten zijn, aangezien het bezinkt en op de bodem van het reservoir blijft liggen, en de microbiële flora daarin (zoals CRP) zou ook moeten verschillen van de microbiële flora in het water (Fig. 6). Omdat de coupons in het bassin verder van het sediment verwijderd waren, werden ze tijdens de immersiestudies alleen blootgesteld aan zoet water onder aerobe omstandigheden.
In zoetwateromgevingen treedt algemene corrosie op in koolstofstaal, laagchroomstaal en gietijzer (Figuur 1), omdat deze materialen niet corrosiebestendig zijn. De corrosiesnelheid (0,13 mm jr⁻¹) onder abiotische zoetwateromstandigheden was echter hoger dan in eerdere studies⁴⁰ (0,04 mm jr⁻¹) en vergelijkbaar met de corrosiesnelheid (0,02–0,76 mm jr⁻¹) in aanwezigheid van micro-organismen 1) Vergelijkbaar met zoetwateromstandigheden⁴⁰,⁴¹,⁴². Deze versnelde corrosiesnelheid is een kenmerk van MIC.
Bovendien werd na 22 maanden onderdompeling gelokaliseerde corrosie waargenomen in verschillende metalen onder de corrosieproducten (Fig. 3). Met name de gelokaliseerde corrosiesnelheid die werd waargenomen bij ASTM A179 is ongeveer vijf keer sneller dan de algemene corrosie. Deze ongebruikelijke vorm van corrosie en de versnelde corrosiesnelheid zijn ook waargenomen bij corrosie op hetzelfde object. De in dit onderzoek uitgevoerde onderdompeling weerspiegelt dus corrosie in de praktijk.
Van de onderzochte metalen vertoonde 9% Cr-staal de ernstigste corrosie, met een corrosiediepte van >1,2 mm. Dit is waarschijnlijk MIC (microbieel geïnduceerde corrosie) vanwege de versnelde corrosie en de abnormale vorm van corrosie. Van de onderzochte metalen vertoonde 9% Cr-staal de ernstigste corrosie, met een corrosiediepte van >1,2 mm. Dit is waarschijnlijk MIC (microbieel geïnduceerde corrosie) vanwege de versnelde corrosie en de abnormale vorm van corrosie. De kredietwaardigheid van 9% Cr is lager dan die van de kredietinstelling коррозии> 1,2 мм, что, вероятно, является МИК of u kunt uw creditcards en andere creditcards gebruiken. Van de onderzochte metalen vertoonde staal met 9% chroom de ernstigste corrosie met een corrosiediepte van meer dan 1,2 mm. Dit is waarschijnlijk MIC (microbieel geïnduceerde corrosie) als gevolg van versnelde corrosie en een abnormale vorm van corrosie.1,2 mm, 由于加速腐蚀和异常腐蚀形式,很可能是MIC。在所研的金属中,9% Cr Het gebruik van een krediet met een Cr-waarde van 9%, met een hoge kredietwaardigheid >1,2 мм, скорее всего, МИК из-за ускоренных en аномальных форм коррозии. Van de onderzochte metalen vertoonde staal met 9% chroom de ernstigste corrosie, met een corrosiediepte van >1,2 mm, waarschijnlijk MIC als gevolg van versnelde en afwijkende vormen van corrosie.Omdat 9% Cr-staal wordt gebruikt in toepassingen bij hoge temperaturen, is het corrosiegedrag ervan al eerder onderzocht43,44, maar er is nog geen MIC voor dit metaal gerapporteerd. Omdat talrijke micro-organismen, met uitzondering van hyperthermofielen, inactief zijn bij hoge temperaturen (>100 °C), kan MIC in 9% Cr-staal in dergelijke gevallen worden genegeerd. Omdat talrijke micro-organismen, met uitzondering van hyperthermofielen, inactief zijn bij hoge temperaturen (>100 °C), kan MIC in 9% Cr-staal in dergelijke gevallen worden genegeerd. Als u een product wilt kopen, kunt u het beste kiezen voor temperatuur (>100 °С), met een temperatuur van 9% Cr in de temperatuur Het is niet mogelijk om dit te doen. Omdat veel micro-organismen, met uitzondering van hyperthermofielen, inactief zijn bij hoge temperaturen (>100 °C), kan de MIC in staal met 9% chroom in dergelijke gevallen worden verwaarloosd.嗜热菌外,许多微生物在高温环境(>100 °C)因此在这种情况下可以忽略9% Cr 钢中的MIC。 9% Cr 颃(>100 °C) Als u een probleem heeft met het gebruik van een product, kunt u dit niet doen temperatuur (>100 °С), met een temperatuur van 9% Cr in Het is niet mogelijk om dit te doen. Aangezien veel micro-organismen, met uitzondering van hyperthermofielen, geen activiteit vertonen in omgevingen met hoge temperaturen (>100 °C), kan de MIC in staal met 9% Cr in dit geval worden verwaarloosd.Wanneer echter 9% Cr-staal wordt gebruikt in een omgeving met gemiddelde temperaturen, moeten verschillende maatregelen worden genomen om de MIC te verminderen.
In afzettingen van niet-gecorrodeerd materiaal en in corrosieproducten in biofilms werden, in vergelijking met water, diverse microbiële gemeenschappen en hun veranderingen waargenomen, naast versnelde corrosie (fig. 5-7), wat sterk suggereert dat deze corrosie een microscoop is. Ramirez et al.13 rapporteren een driestapsovergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) in een marien microbieel ecosysteem gedurende 6 maanden, waarbij waterstofsulfide geproduceerd door secundair verrijkte SRB uiteindelijk kan bijdragen aan de verrijking van SOB. Ramirez et al.13 rapporteren een driestapsovergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) in een marien microbieel ecosysteem gedurende 6 maanden, waarbij waterstofsulfide geproduceerd door secundair verrijkte SRB uiteindelijk kan bijdragen aan de verrijking van SOB. Ramirez et al.13 hebben een onderzoek ingesteld (FeOB => SRB/IRB => SOB) in een poging 6 месяцев, когда сероводород, образующийся при U kunt de SRB gebruiken om SOB te gebruiken. Ramirez et al.13 rapporteren een driestapsovergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) in het mariene microbiële ecosysteem over een periode van 6 maanden, waarbij waterstofsulfide, gegenereerd door secundaire verrijking van SRB, uiteindelijk kan bijdragen aan de verrijking van 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 is 13 jaar oud en 6 jaar oud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) Dit is het geval 可能 最终 有助于 snik 的富集。 Ramirez et al.13 hebben een onderzoek ingesteld (FeOB => SRB/IRB => SOB) in een poging om течение 6 maanden, in котором сероводород, over de SRB, naar het buitenland SOB. Ramirez et al.13 rapporteerden een driestapsovergang (FeOB => SRB/IRB => SOB) in het mariene microbiële ecosysteem over een periode van 6 maanden, waarbij waterstofsulfide geproduceerd door secundaire verrijking van SRB uiteindelijk kan bijdragen aan de verrijking van SOB.McBeth en Emerson36 rapporteerden primaire verrijking in FeOB. Op vergelijkbare wijze wordt in deze studie een verrijking van FeOB waargenomen tijdens de vroege corrosiefase, maar de microbiële veranderingen die met de voortschrijdende corrosie in de koolstofstalen en de 1% en 2,25% Cr-stalen en het gietijzer gedurende 22 maanden zijn waargenomen, zijn FeOB => IRB => SRB (figuren 7 en 8). Op vergelijkbare wijze wordt in deze studie een verrijking van FeOB waargenomen tijdens de vroege corrosiefase, maar de microbiële veranderingen die met de voortschrijdende corrosie in de koolstofstalen en de 1% en 2,25% Cr-stalen en het gietijzer gedurende 22 maanden worden waargenomen, zijn FeOB => IRB => SRB (figuren 7 en 8). Als u een FeOB-bedrijf op uw kredietkaart wilt, dan Meer informatie met een waarde van 1% en 2,25% Cr-schuld en een waarde van 22 maanden, представляют собой FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 en 8). Op vergelijkbare wijze wordt in deze studie een verrijking van FeOB in een vroeg stadium van corrosie waargenomen, maar de microbiële veranderingen naarmate de corrosie voortschrijdt, zoals waargenomen in koolstofstaal en staal met 1% en 2,25% chroom en gietijzer gedurende 22 maanden, zijn FeOB => IRB => SRB (figuren 7 en 8).FeOB 的富集,但在碳和1% 和2,25% Cr 钢以及超过22 FeOB => IRB => SRB (图7 和8)。同样, 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集, 但 碳 和 和 1% 和 2,25% Cr 钢 超过22 个 的 铸铁 中 到 的 微生物 腐蚀 的 进展 而 变化 FEOB => IRB => SRB（图7和8）。 Als u een FeOB wilt gebruiken, kunt u deze op de juiste manier gebruiken коррозии, но микробиологические изменения, наблюдаемые in углеродистых en 1% en 2,25% Cr сталях en чугуне in 22 maanden, были FeOB => IRB => SRB (рис. 7 en 8). Op vergelijkbare wijze werd in deze studie een verrijking van FeOB in de vroege stadia van corrosie waargenomen, maar de microbiologische veranderingen die gedurende 22 maanden werden waargenomen in koolstofstaal en staal met 1% en 2,25% chroom, en in gietijzer, waren FeOB => IRB => SRB (fig. 7 en 8).SRB's kunnen zich gemakkelijk ophopen in zeewateromgevingen vanwege de hoge concentraties sulfaat-ionen, maar hun verrijking in zoetwateromgevingen wordt vertraagd door de lage concentraties sulfaat-ionen. Verrijking van SRB's in zeewater is al vaak gerapporteerd10,12,45.
a Organische koolstof en stikstof via Fe(II)-afhankelijk energiemetabolisme van ijzeroxide (rode [Dechloromonas sp.] en groene [Sideroxydans sp.] cellen) en Fe(III)-reducerende bacteriën (grijze cellen [Geothrix sp. en Geobacter sp.]) in een vroeg stadium van corrosie, waarna anaërobe sulfaatreducerende bacteriën (SRP) en heterotrofe micro-organismen het gevorderde corrosiestadium verrijken door de geaccumuleerde organische stof te consumeren. b Veranderingen in microbiële gemeenschappen op corrosiebestendige metalen. Violette, blauwe, gele en witte cellen vertegenwoordigen respectievelijk bacteriën uit de families Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea en andere.
Met betrekking tot veranderingen in de microbiële gemeenschap en mogelijke verrijking van sulfaatreducerende bacteriën (SRB), is FeOB cruciaal in de vroege fase van corrosie, en kan Dechloromonas zijn groei-energie verkrijgen uit de oxidatie van Fe(II). Micro-organismen kunnen overleven in media die sporenelementen bevatten, maar ze zullen niet exponentieel groeien. Het in deze studie gebruikte dompelbad is echter een overloopbekken met een instroom van 20 m³/u, dat continu sporenelementen met anorganische ionen aanvoert. In de vroege stadia van corrosie komen ferro-ionen vrij uit koolstofstaal en gietijzer, en FeOB's (zoals Dechloromonas) gebruiken deze als energiebron. Sporen van koolstof, fosfaat en stikstof die nodig zijn voor celgroei, moeten in het proceswater aanwezig zijn in de vorm van organische en anorganische stoffen. Daarom wordt in deze zoetwateromgeving FeOB aanvankelijk verrijkt op metalen oppervlakken zoals koolstofstaal en gietijzer. Vervolgens kunnen sulfaatreducerende bacteriën (IRB's) groeien en organisch materiaal en ijzeroxiden gebruiken als respectievelijk energiebronnen en terminale elektronenacceptoren. In volwassen corrosieproducten ontstaan ​​anaerobe, stikstofrijke omstandigheden als gevolg van het metabolisme van FeOB en IRB. Daardoor kunnen SRB snel groeien en FeOB en IRB vervangen (Fig. 8a).
Onlangs rapporteerden Tang et al. corrosie van roestvrij staal door Geobacter ferroreducens in zoetwateromgevingen als gevolg van directe elektronenoverdracht van ijzer naar microben46. Gezien EMIC is de bijdrage van micro-organismen met EET-eigenschappen cruciaal. SRB, FeOB en IRB zijn de belangrijkste microbiële soorten in de corrosieproducten in deze studie, die EET-eigenschappen zouden moeten bezitten. Daarom kunnen deze elektrochemisch actieve micro-organismen bijdragen aan corrosie via EET, en de samenstelling van hun gemeenschap verandert onder invloed van verschillende ionensoorten naarmate corrosieproducten worden gevormd. Daarentegen verschilde de microbiële gemeenschap in staal met 9% Cr van die in andere staalsoorten (Fig. 8b). Na 14 maanden was er, naast een verrijking met FeOB, ook een verrijking met Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea en Thiomonas (Fig. 7i). Deze verandering is duidelijk anders dan die van andere corrosieve materialen, zoals koolstofstaal, en kan worden beïnvloed door chroomrijke ionen die tijdens de corrosie oplossen. Opvallend is dat Thiomonas niet alleen zwaveloxiderende eigenschappen bezit, maar ook Fe(II)-oxiderende eigenschappen, een EET-systeem en tolerantie voor zware metalen48,49. Ze kunnen verrijkt worden door de oxiderende activiteit van Fe(II) en/of directe consumptie van metaalelektronen. In een eerder onderzoek werd een relatief hoge abundantie van Beggiatoacea waargenomen in biofilms op Cu met behulp van een discontinu biofilmmonitoringsysteem, wat suggereert dat deze bacteriën resistent kunnen zijn tegen toxische metalen zoals Cu en Cr. De energiebron die Beggiatoacea nodig heeft om in deze omgeving te groeien, is echter onbekend.
Deze studie beschrijft veranderingen in microbiële gemeenschappen tijdens corrosie in zoetwateromgevingen. In dezelfde omgeving verschilden de microbiële gemeenschappen afhankelijk van het type metaal. Bovendien bevestigen onze resultaten het belang van FeOB in de vroege stadia van corrosie, aangezien het ijzerafhankelijke microbiële energiemetabolisme de vorming van een voedingsrijke omgeving bevordert die gunstig is voor andere micro-organismen zoals SRB. Om MIC in zoetwateromgevingen te verminderen, moet de verrijking van FeOB en IRB worden beperkt.
In dit onderzoek werden negen metalen gebruikt, die werden verwerkt tot blokken van 50 × 20 × 1–5 mm (dikte voor ASTM 395 staal en 1%, 2,25% en 9% Cr: 5 mm; dikte voor ASTM A283 en ASTM A179: 3 mm). Ook werden ASTM A109 Temper 4/5 en roestvrij staal type 304 en 316 gebruikt, met twee gaten van 4 mm. Chroomstaal werd gepolijst met schuurpapier en de andere metalen met schuurpapier met korrelgrootte 600 vóór het onderdompelen. Alle monsters werden ultrasoon gereinigd met 99,5% ethanol, gedroogd en gewogen. Tien monsters van elk metaal werden gebruikt voor de berekening van de corrosiesnelheid en de microbioomanalyse. Elk monster werd in een ladderstructuur bevestigd met PTFE-staven en afstandhouders (φ 5 × 30 mm, zie Aanvullende Figuur 2).
Het bassin heeft een volume van 1100 kubieke meter en een diepte van ongeveer 4 meter. De wateraanvoer bedroeg 20 m³ h⁻¹, de overloop werd geloosd en de waterkwaliteit fluctueerde niet per seizoen (aanvullende figuur 3). De monsterladder werd neergelaten op een 3 meter lange stalen draad die in het midden van het bassin was opgehangen. Twee sets ladders werden na 1, 3, 6, 14 en 22 maanden uit het bassin verwijderd. Monsters van de ene ladder werden gebruikt om gewichtsverlies te meten en corrosiesnelheden te berekenen, terwijl monsters van de andere ladder werden gebruikt voor microbioomanalyse. Het opgeloste zuurstofgehalte in het immersiebassin werd gemeten nabij het oppervlak en de bodem, evenals in het midden, met behulp van een zuurstofsensor (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, VS).
Corrosieproducten en biofilms op de monsters werden verwijderd door te schrapen met een plastic schraper of af te vegen met een wattenstaafje, en vervolgens gereinigd in 99,5% ethanol met behulp van een ultrasoon bad. De monsters werden vervolgens ondergedompeld in Clark's oplossing volgens ASTM G1-0351. Alle monsters werden gewogen nadat het drogen was voltooid. Bereken de corrosiesnelheid (mm/jaar) voor elk monster met behulp van de volgende formule:
waarbij K een constante is (8,76 × 10⁴), T de blootstellingstijd is (h), A het totale oppervlak is (cm²), W het massaverlies is (g), en D de dichtheid is (g cm⁻³).
Na het wegen van de monsters werden 3D-beelden van verschillende monsters verkregen met behulp van een 3D-lasermicroscoop (LEXT OLS4000, Olympus, Tokio, Japan).