Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com. Używasz wersji przeglądarki z ograniczoną obsługą CSS. Aby uzyskać najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie z zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w programie Internet Explorer). Ponadto, aby zapewnić stałe wsparcie, wyświetlamy witrynę bez stylów i JavaScript.
Wyświetla karuzelę trzech slajdów na raz. Użyj przycisków Poprzedni i Następny, aby przejść przez trzy slajdy na raz, lub użyj przycisków suwaka na końcu, aby przejść przez trzy slajdy na raz.
W środowiskach słodkowodnych często obserwuje się przyspieszoną korozję stali węglowych i nierdzewnych. Przeprowadzono 22-miesięczne badanie nurkowania w zbiornikach słodkowodnych z użyciem dziewięciu gatunków stali. Przyspieszoną korozję zaobserwowano w stalach węglowych i chromowych oraz żeliwie, podczas gdy w stali nierdzewnej nie zaobserwowano widocznej korozji nawet po 22 miesiącach. Analiza społeczności mikrobiologicznej wykazała, że ​​podczas ogólnej korozji bakterie utleniające Fe(II) zostały wzbogacone na wczesnym etapie korozji, bakterie redukujące Fe(III) na etapie rozwoju korozji, a bakterie redukujące siarczany na etapie korozji. etapie w końcowym etapie korozji produktu. Z kolei bakterie Beggiatocaea były szczególnie liczne w stali z 9% Cr poddanej lokalnej korozji. Te składy społeczności mikrobiologicznych różniły się również od składów w próbkach wody i osadów dennych. Tak więc, w miarę postępu korozji, społeczność mikrobiologiczna ulega drastycznym zmianom, a zależny od żelaza metabolizm energetyczny mikroorganizmów tworzy środowisko, które może wzbogacić inne mikroorganizmy.
Metale mogą ulegać pogorszeniu i korozji z powodu różnych fizycznych i chemicznych czynników środowiskowych, takich jak pH, temperatura i stężenie jonów. Warunki kwaśne, wysokie temperatury i stężenia chlorków szczególnie wpływają na korozję metali1,2,3. Mikroorganizmy w środowisku naturalnym i zabudowanym często wpływają na zużycie i korozję metali, co wyraża się w korozji mikrobiologicznej (MIC)4,5,6,7,8. MIC często występuje w środowiskach takich jak rury wewnętrzne i zbiorniki magazynowe, w szczelinach metalowych i w glebie, gdzie pojawia się nagle i szybko się rozwija. Dlatego monitorowanie i wczesne wykrywanie MIC jest bardzo trudne, więc analiza MIC jest zwykle przeprowadzana po korozji. Zgłoszono liczne badania przypadków MIC, w których bakterie redukujące siarczany (SRB) często znajdowano w produktach korozji9,10,11,12,13. Jednak nadal nie jest jasne, czy SRB przyczyniają się do inicjacji korozji, ponieważ ich wykrywanie opiera się na analizie pokorozyjnej.
Ostatnio, oprócz bakterii utleniających jod21, odnotowano różne mikroorganizmy degradujące żelazo, takie jak degradujące żelazo SRB14, metanogeny15,16,17, bakterie redukujące azotany18, bakterie utleniające żelazo19 i acetogeny20. W warunkach laboratoryjnych beztlenowych lub mikroaerobowych większość z nich koroduje żelazo zerowartościowe i stal węglową. Ponadto ich mechanizmy korozji sugerują, że korozyjne żelazo metanogeny i SRB promują korozję poprzez zbieranie elektronów z żelaza zerowartościowego za pomocą odpowiednio pozakomórkowych hydrogenaz i wielohemowych cytochromów22,23. MIC dzielą się na dwa typy: (i) chemiczne MIC (CMIC), które jest pośrednią korozją przez gatunki wytwarzane przez mikroorganizmy, oraz (ii) elektryczne MIC (EMIC), które jest bezpośrednią korozją przez zubożenie elektronów metalu24. EMIC ułatwione przez pozakomórkowy transfer elektronów (EET) jest bardzo interesujące, ponieważ mikroorganizmy z właściwościami EET powodują szybszą korozję niż mikroorganizmy nie-EET. Podczas gdy odpowiedzią ograniczającą szybkość CMIC w warunkach beztlenowych jest produkcja H2 poprzez redukcję protonów (H+), EMIC przebiega poprzez metabolizm EET, który jest niezależny od produkcji H2. Mechanizm EET w różnych mikroorganizmach jest związany z wydajnością mikrobiologicznego paliwa komórkowego i elektrobiosyntezą25,26,27,28,29. Ponieważ warunki hodowli tych korozyjnych mikroorganizmów różnią się od warunków w środowisku naturalnym, nie jest jasne, czy te obserwowane procesy korozji mikrobiologicznej odzwierciedlają korozję w praktyce. Dlatego trudno jest zaobserwować mechanizm MIC indukowany przez te korozyjne mikroorganizmy w środowisku naturalnym.
Rozwój technologii sekwencjonowania DNA ułatwił badanie szczegółów społeczności mikrobiologicznych w środowiskach naturalnych i sztucznych, na przykład profilowanie mikrobiologiczne oparte na sekwencji genu 16S rRNA przy użyciu sekwencerów nowej generacji zostało wykorzystane w dziedzinie ekologii mikrobiologicznej30,31. ,32. Opublikowano liczne badania MIC, które szczegółowo opisały społeczności mikrobiologiczne w środowisku glebowym i morskim13,33,34,35,36. Oprócz SRB, odnotowano również wzbogacenie w bakterie utleniające Fe(II) (FeOB) i nitryfikujące w próbkach korozyjnych, np. FeOB, takie jak Gallionella spp. i Dechloromonas spp., oraz bakterie nitryfikujące, takie jak Nitrospira. spp., w stalach zawierających węgiel i miedź w środowisku glebowym33. Podobnie w środowisku morskim, szybką kolonizację bakterii utleniających żelazo należących do klas Zetaproteobacteria i Betaproteobacteria obserwowano przez kilka tygodni na stali węglowej36. Dane te wskazują na udział tych mikroorganizmów w korozji. Jednak w wielu badaniach czas trwania i grupy eksperymentalne są ograniczone, a dynamika społeczności mikrobiologicznych podczas korozji jest słabo poznana.
Tutaj badamy MIC stali węglowej, stali chromowej, stali nierdzewnej i żeliwa, wykorzystując badania zanurzeniowe w tlenowym środowisku słodkowodnym z historią zdarzeń MIC. Próbki pobrano po 1, 3, 6, 14 i 22 miesiącach, a szybkość korozji każdego metalu i składnika mikrobiologicznego została zbadana. Nasze wyniki dają wgląd w długoterminową dynamikę społeczności mikrobiologicznych podczas korozji.
Jak pokazano w Tabeli 1, w tym badaniu wykorzystano dziewięć metali. Dziesięć próbek każdego materiału zanurzono w basenie ze świeżą wodą. Jakość wody procesowej przedstawia się następująco: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, mętność 1 ppm i pH 7,4. Stężenie rozpuszczonego tlenu (DO) na dole drabiny próbkującej wynosiło około 8,2 ppm, a temperatura wody wahała się od 9 do 23°C sezonowo.
Jak pokazano na Rysunku 1, po 1 miesiącu zanurzenia w środowiskach żeliwa ASTM A283, ASTM A109 Condition #4/5, ASTM A179 i ASTM A395, na powierzchni stali węglowej zaobserwowano brązowe produkty korozji w postaci korozji uogólnionej. Utrata masy tych próbek wzrastała z czasem (Tabela uzupełniająca 1), a szybkość korozji wynosiła 0,13–0,16 mm na rok (Rys. 2). Podobnie, korozję ogólną obserwowano w stalach o niskiej zawartości Cr (1% i 2,25%) ze szybkością korozji około 0,13 mm/rok (Rysunki 1 i 2). Natomiast stal z 9% Cr wykazuje korozję lokalną, która występuje w szczelinach utworzonych przez uszczelki. Szybkość korozji tej próbki wynosi około 0,02 mm/rok, co jest znacznie niższe niż w przypadku stali z korozją ogólną. Natomiast stale nierdzewne typu 304 i 316 nie wykazują widocznej korozji, a szacowana szybkość korozji wynosi <0,001 mm y−1. W przeciwieństwie do tego stale nierdzewne typu 304 i 316 nie wykazują widocznej korozji, a szacowane współczynniki przyspieszenia wynoszą <0,001 mm y−1. Напротив, нержавеющие стали типов 304 i 316 не проявляют видимой коррозии, при этом расчетная скорость коррозии составляет <0,001 мм/год. W przeciwieństwie do nich stale nierdzewne typu 304 i 316 nie wykazują widocznej korozji, a szacowana szybkość korozji wynosi <0,001 mm/rok.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. Напротив, нержавеющие стали типа 304 i -316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростью коррозии <0,001 мм/год. Natomiast stale nierdzewne typu 304 i -316 nie wykazały widocznej korozji, przy projektowej szybkości korozji <0,001 mm/rok.
Przedstawiono makroskopowe obrazy każdej próbki (wysokość 50 mm × szerokość 20 mm) przed i po odkamienianiu. 1 metr, 1 miesiąc; 3 metry, 3 miesiące; 6 metrów, 6 miesięcy; 14 metrów, 14 miesięcy; 22 metry, 22 miesiące; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stan 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, stal 1% Cr; stal 3C, stal 2,25% Cr; stal 9C, stal 9% Cr; S6, stal nierdzewna 316; S8, stal nierdzewna typu 304.
Szybkość korozji obliczono na podstawie utraty masy i czasu zanurzenia. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, hartowane 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, stal 1% Cr, 3 C, stal 2,25% Cr, 9 C, stal 9% Cr, S6, stal nierdzewna typu 316; S8, stal nierdzewna typu 304.
Na rys. 1 pokazano również, że produkty korozji stali węglowej, stali nisko-chromowej i żeliwa rozwijają się dalej po zanurzeniu na 3 miesiące. Całkowita szybkość korozji stopniowo spadała do 0,07 ~ 0,08 mm/rok po 22 miesiącach (rys. 2). Ponadto szybkość korozji stali 2,25% Cr była nieznacznie niższa niż innych skorodowanych próbek, co wskazuje, że Cr może hamować korozję. Oprócz ogólnej korozji, zgodnie z normą ASTM A179, po 22 miesiącach zaobserwowano korozję lokalną o głębokości korozji około 700 µm (rys. 3). Lokalna szybkość korozji, obliczona na podstawie głębokości korozji i czasu zanurzenia, wynosi 0,38 mm/rok, co jest około 5 razy szybsze niż korozja ogólna. Szybkość korozji stopu ASTM A395 można niedoszacować, ponieważ produkty korozji nie usuwają całkowicie kamienia po 14 lub 22 miesiącach zanurzenia w wodzie. Jednak różnica powinna być minimalna. Ponadto w skorodowanej stali niskochromowej zaobserwowano wiele małych wżerów.
Pełny obraz (skala: 10 mm) i korozja lokalna (skala: 500 µm) stali ASTM A179 i 9% Cr na maksymalnej głębokości przy użyciu mikroskopu laserowego do oglądania w 3D. Czerwone kółka na pełnym obrazie wskazują zmierzoną korozję lokalną. Pełny widok stali 9% Cr od strony odwrotnej pokazano na rysunku 1.
Jak pokazano na rys. 2, w przypadku stali z 9% Cr, nie zaobserwowano korozji w ciągu 3-14 miesięcy, a szybkość korozji była praktycznie zerowa. Jednakże, lokalna korozja została zaobserwowana po 22 miesiącach (rysunek 3) ze szybkością korozji 0,04 mm/rok obliczoną przy użyciu utraty wagi. Maksymalna głębokość lokalnej korozji wynosi 1260 µm, a lokalna szybkość korozji oszacowana przy użyciu głębokości korozji i czasu zanurzenia (22 miesiące) wynosi 0,68 mm/rok. Ponieważ dokładny punkt, w którym rozpoczyna się korozja nie jest znany, szybkość korozji może być wyższa.
Natomiast nie zaobserwowano żadnej widocznej korozji na stali nierdzewnej nawet po 22 miesiącach zanurzenia. Chociaż kilka brązowych cząstek zaobserwowano na powierzchni przed odkamienianiem (rys. 1), były one słabo przyczepione i nie były produktami korozji. Ponieważ metal pojawia się ponownie na powierzchni stali nierdzewnej po usunięciu osadu, szybkość korozji jest praktycznie zerowa.
Sekwencjonowanie amplikonów zostało przeprowadzone w celu zrozumienia różnic i dynamiki społeczności mikrobiologicznych w czasie w produktach korozji i biofilmach na powierzchniach metali, w wodzie i osadach. Otrzymano łącznie 4 160 012 odczytów, z zakresem od 31 328 do 124 183 odczytów.
Indeksy Shannona próbek wody pobranych z ujęć wody i stawów wahały się od 5,47 do 7,45 (rys. 4a). Ponieważ odzyskana woda rzeczna jest wykorzystywana jako woda przemysłowa, społeczność mikrobiologiczna może zmieniać się sezonowo. Natomiast indeks Shannona próbek osadów dennych wynosił około 9, co jest wartością znacznie wyższą niż w przypadku próbek wody. Podobnie próbki wody miały niższe obliczone indeksy Chao1 i obserwowane operacyjne jednostki taksonomiczne (OTU) niż próbki osadów (rys. 4b, c). Różnice te są istotne statystycznie (test Tukeya-Kramera; wartości p < 0,01, rys. 4d), co wskazuje, że społeczności mikrobiologiczne w próbkach osadów są bardziej złożone niż te w próbkach wody. Różnice te są istotne statystycznie (test Tukeya-Kramera; wartości p < 0,01, rys. 4d), co wskazuje, że społeczności mikrobiologiczne w próbkach osadów są bardziej złożone niż te w próbkach wody. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает на то, что микробные сообщества в образцах донных отложений более сложны, чем в образцах воды. Różnice te są istotne statystycznie (test Tukeya-Kramera; wartości p < 0,01, rys. 4d), co wskazuje, że społeczności mikrobiologiczne w próbkach osadów są bardziej złożone niż w próbkach wody.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), что позволяет предположить, что микробные сообщества в образцах донных отложений были более сложными, чем в образцах воды. Różnice te były statystycznie istotne (test Tukeya-Kramera; wartość p <0,01, ryc. 4d), co sugeruje, że społeczności mikrobiologiczne w próbkach osadów były bardziej złożone niż w próbkach wody.Ponieważ woda w zbiorniku przelewowym stale się odnawia, a osady opadają na dno zbiornika bez żadnych zakłóceń mechanicznych, ta różnica w różnorodności mikroorganizmów powinna odzwierciedlać ekosystem zbiornika.
a indeks Shannona, b obserwowana operacyjna jednostka taksonomiczna (OTU), c indeks wychwytu Chao1 (n=6) i basen (n=5) Woda, osad (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) i 9% (9 C: n = 5) Stale chromowe, a także stale nierdzewne typu 316 (S6: n = 5) i -304 (S8: n = 5) są przedstawione jako wykresy pudełkowe i wąsowe. d wartości p dla indeksów Shannona i Chao1 uzyskane przy użyciu analizy wariancji i wielokrotnych testów porównawczych Tukeya-Kramera. Tła czerwone przedstawiają pary z wartościami p < 0,05. Tła czerwone przedstawiają pary z wartościami p < 0,05. Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. Tła czerwone oznaczają pary z wartościami 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. Tła czerwone oznaczają pary z wartościami p <0,05.Linia na środku pola, góra i dół pola oraz wąsy oznaczają odpowiednio medianę, 25. i 75. percentyl oraz wartości minimalną i maksymalną.
Wskaźniki Shannona dla stali węglowej, stali niskochromowej i żeliwa były podobne do wskaźników dla próbek wody (rys. 4a). Natomiast indeksy Shannona dla próbek stali nierdzewnej są znacząco wyższe niż dla stali skorodowanych (wartości p < 0,05, rys. 4d) i podobne do indeksów dla osadów. Natomiast indeksy Shannona dla próbek stali nierdzewnej są znacząco wyższe niż dla stali skorodowanych (wartości p < 0,05, rys. 4d) i podobne do indeksów dla osadów. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у корродированных сталей (значения p <0,05, рис. 4d), и analогичны индексам отложений. Natomiast indeksy Shannona dla próbek ze stali nierdzewnej są znacząco wyższe niż dla stali skorodowanych (wartości p < 0,05, rys. 4d) i przypominają indeksy osadów.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< 0,05，4d），与沉积物〸 Напротив, индекс Шеннона образцов из нержавеющей стали был значительно выше, чем у корродированной стали (значение p <0,05, рис. 4d), как и у odległy. Natomiast indeks Shannona próbek ze stali nierdzewnej był znacznie wyższy niż w przypadku stali skorodowanej (wartość p < 0,05, rys. 4d), podobnie jak osad.Natomiast indeks Shannona dla stali z 9% Cr wahał się od 6,95 do 9,65. Wartości te były znacznie wyższe w próbkach nieskorodowanych po 1 i 3 miesiącach niż w próbkach skorodowanych po 6, 14 i 22 miesiącach (rys. 4a). Co więcej, indeksy Chao1 i obserwowane jednostki OTU stali z 9% Cr są wyższe niż w przypadku próbek skorodowanych i wodnych, ale niższe niż w przypadku próbek nieskorodowanych i osadowych (rys. 4b, c), a różnice te są statystycznie istotne (wartości p < 0,01, rys. 4d). Ponadto wskaźniki Chao1 i obserwowane jednostki OTU stali z 9% Cr są wyższe niż w przypadku próbek skorodowanych i wodnych, ale niższe niż w przypadku próbek nieskorodowanych i osadowych (rys. 4b, c), a różnice są statystycznie istotne (wartości p < 0,01, rys. 4d).Ponadto wartości Chao1 i obserwowane OTU stali z 9% Cr są wyższe niż w przypadku próbek skorodowanych i wodnych, ale niższe niż w przypadku próbek nieskorodowanych i osadowych (rys. 4b, c), a różnice te są statystycznie istotne.(p-значения <0,01, rys. 4d). (wartości p <0,01, rys. 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) Кроме того, индекс Chao1 i наблюдаемые OTU стали содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных и водных образцов, и ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значимой (p- значение < 0,01, рис.4г). Ponadto indeks Chao1 i obserwowana wartość OTU stali z 9% Cr były wyższe niż w przypadku próbek skorodowanych i wodnych, ale niższe niż w przypadku próbek nieskorodowanych i osadowych (rys. 4b,c), a różnica ta była statystycznie istotna (wartość p < 0,01, rys. 4d).Wyniki te wskazują, że różnorodność mikrobiologiczna w produktach korozji jest mniejsza niż w biofilmach na metalach nieskorodowanych.
Na rys. 5a pokazano wykres analizy głównych współrzędnych (PCoA) oparty na nieważonej odległości UniFrac dla wszystkich próbek, z trzema głównymi zaobserwowanymi skupiskami. Społeczności mikrobiologiczne w próbkach wody były znacząco różne od innych społeczności. Społeczności mikrobiologiczne w osadach obejmowały również społeczności ze stali nierdzewnej, podczas gdy były szeroko rozpowszechnione w próbkach korozyjnych. Natomiast mapa stali z 9% Cr jest podzielona na skupiska nieskorodowane i skorodowane. W związku z tym społeczności mikrobiologiczne na powierzchniach metalowych i produktach korozji są znacząco różne od tych w wodzie.
Wykres analizy głównych współrzędnych (PCoA) oparty na nieważonych odległościach UniFrac we wszystkich próbkach (a), wodzie (b) i metalach (c). Okręgi wyróżniają każdy klaster. Trajektorie są reprezentowane przez linie łączące okresy pobierania próbek w seriach. 1 metr, 1 miesiąc; 3 metry, 3 miesiące; 6 metrów, 6 miesięcy; 14 metrów, 14 miesięcy; 22 metry, 22 miesiące; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stan 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, stal 1% Cr; 3C stal, 2,25% Cr stal; stal 9C, stal 9% Cr; S6, stal nierdzewna 316; S8, stal nierdzewna typu 304.
Gdy ułożono je w kolejności chronologicznej, wykresy PCoA próbek wody były w układzie kołowym (rys. 5b). To przejście cyklu może odzwierciedlać zmiany sezonowe.
Ponadto na wykresach PCoA próbek metali zaobserwowano tylko dwa skupiska (skorodowane i nieskorodowane), gdzie (z wyjątkiem stali chromowej 9%) zaobserwowano również przesunięcie społeczności mikrobiologicznej z 1 do 22 miesięcy (rys. 5c). Ponadto, ponieważ przejścia w skorodowanych próbkach były większe niż w próbkach nieskorodowanych, istniała korelacja między zmianami w społecznościach mikrobiologicznych a postępem korozji. W próbkach stali z 9% Cr ujawniono dwa typy społeczności mikrobiologicznych: punkty po 1 i 6 miesiącach, zlokalizowane w pobliżu stali nierdzewnej, oraz inne (3, 14 i 22 miesiące), zlokalizowane w punktach blisko skorodowanej stali. 1 miesiąc i kupony użyte do ekstrakcji DNA po 6 miesiącach nie były skorodowane, podczas gdy kupony po 3, 14 i 22 miesiącach były skorodowane (Rysunek uzupełniający 1). Dlatego społeczności mikrobiologiczne w skorodowanych próbkach różniły się od tych w wodzie, osadach i próbkach nieskorodowanych i zmieniały się w miarę postępu korozji.
Główne typy społeczności mikrobiologicznych obserwowane w próbkach wody to Proteobacteria (30,1–73,5%), Bacteroidetes (6,3–48,6%), Planctomycetota (0,4–19,6%) i Actinobacteria (0–17,7%), ich względna liczebność różniła się od próbki do próbki (rys. 6), na przykład względna liczebność Bacteroidetes w wodzie stawowej była wyższa niż w wodzie abstrakcyjnej. Na różnicę tę może mieć wpływ czas przebywania wody w zbiorniku przelewowym. Te typy obserwowano również w próbkach osadów dennych, ale ich względna liczebność różniła się znacząco od tej w próbkach wody. Ponadto względna zawartość Acidobacteriota (8,7–13,0%), Chloroflexi (8,1–10,2%), Nitrospirota (4,2–4,4%) i Desulfobacterota (1,5–4,4%) % była wyższa niż w próbkach wody. Ponieważ niemal wszystkie gatunki Desulfobacterota są SRB37, środowisko w osadzie musi być beztlenowe. Chociaż Desulfobacterota może mieć wpływ na korozję, ryzyko to powinno być niezwykle niskie, ponieważ ich względna liczebność w wodzie basenowej wynosi <0,04%. Chociaż Desulfobacterota może mieć wpływ na korozję, ryzyko to powinno być niezwykle niskie, ponieważ ich względna liczebność w wodzie basenowej wynosi <0,04%. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку их относительное содержание в воде бассейна Stawka <0,04%. Chociaż Desulfobacterota może mieć wpływ na korozję, ryzyko to powinno być niezwykle niskie, gdyż ich względna liczebność w wodzie basenowej wynosi <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丰度<0,04%. <0,04%. Хотя тип Desulfobacillus может влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскольку их относительное содержание в воде бассейна Stawka <0,04%. Chociaż bakterie typu Desulfobacillus mogą wpływać na korozję, ryzyko jest niezwykle niskie, gdyż ich względna liczebność w wodzie basenowej wynosi <0,04%.
RW i Air to próbki wody z ujęcia wody i zbiornika. Sediment-C, -E, -W to próbki osadów pobrane z centrum dna zbiornika, a także ze wschodniej i zachodniej strony. 1 metr, 1 miesiąc; 3 metry, 3 miesiące; 6 metrów, 6 miesięcy; 14 metrów, 14 miesięcy; 22 metry, 22 miesiące; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, stan 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, stal 1% Cr; 3C stal, 2,25% Cr stal; stal 9C, stal 9% Cr; S6, stal nierdzewna 316; S8, stal nierdzewna typu 304.
Na poziomie rodzaju, nieznacznie wyższy odsetek (6-19%) niesklasyfikowanych bakterii należących do rodziny Trichomonadaceae, a także Neosphingosine, Pseudomonas i Flavobacterium, obserwowano we wszystkich porach roku. Jako drugorzędne główne składniki, ich udziały są zmienne (rys. 1). . 7a i b). W dopływach względna liczebność Flavobacterium, Pseudovibrio i Rhodoferrobacter była wyższa tylko zimą. Podobnie, wyższą zawartość Pseudovibrio i Flavobacterium obserwowano w zimowej wodzie zlewni. Tak więc społeczności mikrobiologiczne w próbkach wody zmieniały się w zależności od pory roku, ale nie ulegały drastycznym zmianom w okresie badania.
a Woda wlotowa, b Woda w basenie, c ASTM A283, d ASTM A109 temperatura #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr i i 9% Cr stal, j Typ-316 i stal nierdzewna K-304.
Proteobakterie stanowiły główne składniki wszystkich próbek, ale ich względna liczebność w skorodowanych próbkach zmniejszała się w miarę postępu korozji (rys. 6). W próbkach ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 oraz 1% i 2,25% Cr względna liczebność proteobakterii zmniejszyła się z 89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8%. , 83,8% to odpowiednio 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% i 31,3%. Natomiast względna liczebność Desulfobacterota stopniowo wzrasta z <0,1% do 12,5–45,9% w miarę postępu korozji. Natomiast względna liczebność Desulfobacterota stopniowo wzrasta z <0,1% do 12,5–45,9% w miarę postępu korozji. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% do 12,5–45,9% по мере развития korrozja. Natomiast względna liczebność Desulfobacterota stopniowo wzrasta z <0,1% do 12,5–45,9% w miarę postępu korozji.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% do 12,5–45,9% по мере развития korrozja. Natomiast względna liczebność Desulfobacillus stopniowo wzrastała z <0,1% do 12,5–45,9% w miarę postępu korozji.W miarę postępu korozji Proteobactereira została zastąpiona przez Desulfobacterota.
Natomiast biofilmy na nieskorodowanej stali nierdzewnej zawierały takie same proporcje różnych bakterii. 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%) i Chloroflexi (2,1–8,8%). Stwierdzono, że proporcja Nitrospirota w próbkach stali nierdzewnej stopniowo wzrastała (rys. 6). Proporcje te są podobne do tych w próbkach osadów, co odpowiada wykresowi PCoA przedstawionemu na rys. 5a.
W próbkach stali zawierających 9% Cr zaobserwowano dwa typy społeczności mikrobiologicznych: społeczności mikrobiologiczne 1-miesięczne i 6-miesięczne były podobne do tych w próbkach osadów dennych, podczas gdy udział proteobakterii w próbkach korozyjnych 3, 14 i 22 znacznie wzrósł. miesięcy Ponadto te dwie społeczności mikrobiologiczne w próbkach stali 9% Cr odpowiadały podzielonym klastrom na wykresie PCoA pokazanym na rys. 5c.
Na poziomie rodzaju zaobserwowano >2000 jednostek OTU zawierających nieprzypisane bakterie i archeony. Na poziomie rodzaju zaobserwowano >2000 jednostek OTU zawierających nieprzypisane bakterie i archeony.Na poziomie rodzaju zaobserwowano ponad 2000 jednostek OTU zawierających niezidentyfikowane bakterie i archeony.Na poziomie rodzaju zaobserwowano ponad 2000 jednostek OTU zawierających nieokreślone bakterie i archeony. Skupiliśmy się na 10 jednostkach OTU o dużej populacji w każdej próbce. Obejmuje to 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% i 21,8-45,1% w ASTM A179., ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1%, 2,25% i 9% stali Cr oraz stali nierdzewnych typu 316 i -304.
W próbkach korozyjnych, takich jak ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 i stalach z 1% i 2,25% Cr. na wczesnym etapie korozji (1 miesiąc i 3 miesiące, rys. 7c-h), zaobserwowano stosunkowo wysoką zawartość monolitów odchlorowanych o właściwościach utleniających Fe(II). Ponadto udział bakterii Dechloromonas w biofilmach na próbkach nieuszkodzonych wynosi <1%. Ponadto udział bakterii Dechloromonas w biofilmach na próbkach nieuszkodzonych wynosi <1%. Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Ponadto udział bakterii Dechloromonas w biofilmach na próbkach nieskorodowanych wynosi <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%. Ponadto udział bakterii Dechloromonas w biofilmie próbek nieskorodowanych wyniósł <1%.Dlatego też wśród produktów korozji Dechloromonas ulega znacznemu wzbogaceniu już na wczesnym etapie korozji.
Natomiast w stalach ASTM A179, ASTM A109 hartowanych #4/5, ASTM A179, ASTM A395 i stalach z 1% i 2,25% Cr, udział gatunków SRB Desulfovibrio ostatecznie wzrósł po 14 i 22 miesiącach (rys. 7c–h). Desulfofibrion był bardzo niski lub nie został wykryty we wczesnych stadiach korozji, w próbkach wody (rys. 7a, b) i w nieskorodowanych biofilmach (rys. 7j, j). To silnie sugeruje, że Desulfovibrio preferuje środowisko utworzonych produktów korozji, chociaż nie wpływają one na korozję we wczesnych stadiach korozji.
Bakterie redukujące Fe(III) (RRB), takie jak Geobacter i Geothrix, zostały znalezione w produktach korozji w środkowych stadiach korozji (6 i 14 miesięcy), ale udział późnych (22 miesiące) stadiów korozji jest w nich wyższy. stosunkowo niski (rys. 7c, eh). Rodzaj Sideroxydans z właściwościami utleniania Fe(II) wykazał podobne zachowanie (rys. 7f), więc udział FeOB, IRB i SRB był wyższy tylko w skorodowanych próbkach. To silnie sugeruje, że zmiany w tych społecznościach mikrobiologicznych są związane z postępem korozji.
W stali z 9% Cr skorodowanej po 3, 14 i 22 miesiącach zaobserwowano większy odsetek członków rodziny Beggiatoacea (8,5–19,6%), które mogą wykazywać właściwości utleniające siarkę, a także zaobserwowano sideroxidans (8,4–13,7%) (rys. 1). 7i) Ponadto, Thiomonas, bakteria utleniająca siarkę (SOB), została znaleziona w większej liczbie (3,4% i 8,8%) po 3 i 14 miesiącach. Natomiast bakterie redukujące azotany Nitrospira (12,9%) zaobserwowano w 6-miesięcznych nieskorodowanych próbkach. Zwiększony udział Nitrospira zaobserwowano również w biofilmach na stali nierdzewnej po zanurzeniu (rys. 7j, k). Zatem społeczności mikrobiologiczne 1- i 6-miesięcznych nieskorodowanych stali 9% Cr były podobne do tych w biofilmach ze stali nierdzewnej. Ponadto społeczności mikrobiologiczne stali 9% Cr skorodowanej po 3, 14 i 22 miesiącach różniły się od produktów korozji stali węglowych i niskochromowych oraz żeliwa.
Rozwój korozji jest zazwyczaj wolniejszy w wodzie słodkiej niż w wodzie morskiej, ponieważ stężenie jonów chlorkowych wpływa na korozję metalu. Jednak niektóre stale nierdzewne mogą korodować w środowisku słodkowodnym38,39. Ponadto początkowo podejrzewano MIC, ponieważ skorodowany materiał był wcześniej obserwowany w basenie ze słodką wodą używanym w tym badaniu. W długoterminowych badaniach zanurzeniowych zaobserwowano różne formy korozji, trzy typy społeczności mikrobiologicznych i zmianę społeczności mikrobiologicznych w produktach korozji.
Środowisko słodkowodne użyte w tym badaniu to zamknięty zbiornik na wodę techniczną pobieraną z rzeki o stosunkowo stabilnym składzie chemicznym i sezonowej zmianie temperatury wody w zakresie od 9 do 23 °C. Dlatego sezonowe wahania społeczności mikrobiologicznych w próbkach wody mogą być związane ze zmianami temperatury. Ponadto społeczność mikrobiologiczna w wodzie basenowej była nieco inna niż w wodzie wejściowej (rys. 5b). Woda w basenie jest stale wymieniana z powodu przepełnienia. W konsekwencji DO utrzymywało się na poziomie ~8,2 ppm nawet na pośrednich głębokościach między powierzchnią basenu a dnem. Przeciwnie, środowisko osadu powinno być beztlenowe, ponieważ osiada i pozostaje na dnie zbiornika, a flora mikrobiologiczna w nim (taka jak CRP) powinna również różnić się od flory mikrobiologicznej w wodzie (rys. 6). Ponieważ kupony w basenie były dalej od osadów, były wystawione na działanie wody słodkiej tylko podczas badań zanurzeniowych w warunkach tlenowych.
Ogólna korozja występuje w stali węglowej, stali niskochromowej i żeliwie w środowiskach słodkowodnych (rysunek 1), ponieważ materiały te nie są odporne na korozję. Jednak szybkość korozji (0,13 mm rok-1) w abiotycznych warunkach słodkowodnych była wyższa niż w poprzednich badaniach40 (0,04 mm rok-1) i była porównywalna do szybkości korozji (0,02–0,76 mm rok-1) w obecności mikroorganizmów 1) Podobnie jak w warunkach słodkowodnych40,41,42. Ta przyspieszona szybkość korozji jest cechą charakterystyczną MIC.
Ponadto po 22 miesiącach zanurzenia zaobserwowano lokalną korozję w kilku metalach pod produktami korozji (rys. 3). W szczególności lokalna szybkość korozji zaobserwowana w normie ASTM A179 jest około pięć razy szybsza niż korozja ogólna. Tę niezwykłą formę korozji i przyspieszoną szybkość korozji zaobserwowano również w przypadku korozji występującej na tym samym obiekcie. Zatem zanurzenie przeprowadzone w tym badaniu odzwierciedla korozję w praktyce.
Spośród badanych metali stal z 9% Cr wykazywała najsilniejszą korozję, której głębokość wynosiła >1,2 mm, co prawdopodobnie mieści się w granicach minimalnej dopuszczalnej korozji ze względu na przyspieszoną korozję i nienormalny przebieg korozji. Spośród badanych metali stal z 9% Cr wykazywała najsilniejszą korozję, której głębokość wynosiła >1,2 mm, co prawdopodobnie mieści się w granicach minimalnej dopuszczalnej korozji ze względu na przyspieszoną korozję i nienormalny przebieg korozji. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозии> 1,2 мм, что, вероятно, является МИК из-за ускоренной коррозии i anомальной формы коррозии. Spośród badanych metali, stal z 9% Cr wykazała najsilniejszą korozję, której głębokość wynosiła >1,2 mm, co prawdopodobnie stanowi minimalny dopuszczalny poziom korozji ze względu na przyspieszoną korozję i nienormalny rodzaj korozji.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 stal с 9% Cr, z глубиной коррозии >1,2 мм, скорее всего, МИК из-за ускоренных i аномальных форм коррозии. Spośród badanych metali stal z 9% Cr korodowała najsilniej, przy czym głębokość korozji wynosiła >1,2 mm, najprawdopodobniej poniżej MIC, ze względu na przyspieszone i anomalne formy korozji.Ponieważ stal z 9% Cr jest stosowana w zastosowaniach wysokotemperaturowych, jej zachowanie korozyjne było badane już wcześniej43,44, ale dotychczas nie podano wartości minimalnego stężenia hamującego (MIC) dla tego metalu. Ponieważ wiele mikroorganizmów, z wyjątkiem hipertermofilów, jest nieaktywnych w środowisku o wysokiej temperaturze (>100 °C), w takich przypadkach można zignorować wartość MIC w stali z 9% Cr. Ponieważ wiele mikroorganizmów, z wyjątkiem hipertermofilów, jest nieaktywnych w środowisku o wysokiej temperaturze (>100 °C), w takich przypadkach można zignorować wartość MIC w stali z 9% Cr. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивны в высокотемпературной среде (>100 °С), МИК в стали с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. Ponieważ wiele mikroorganizmów, z wyjątkiem hipertermofilów, jest nieaktywnych w środowisku o wysokiej temperaturze (>100°C), w takich przypadkach można pominąć wartość MIC dla stali z 9% Cr.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 (>100 °C) Поскольку многие микроорганизмы, кроме гипертермофилов, не проявляют активности в высокотемпературных средах (>100 °С), МПК в стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. Ponieważ wiele mikroorganizmów, z wyjątkiem hipertermofilów, nie wykazuje aktywności w środowiskach o wysokiej temperaturze (>100 °C), w tym przypadku można pominąć wartość MIC dla stali z 9% Cr.Jednakże, gdy stal z 9% Cr jest stosowana w środowisku o średniej temperaturze, konieczne jest podjęcie różnych działań w celu obniżenia MIC.
W osadach nieskorodowanego materiału i produktach korozji w biofilmach w porównaniu z wodą obserwowano różne społeczności mikrobiologiczne i ich zmiany, oprócz przyspieszonej korozji (rys. 5-7), co silnie sugeruje, że korozja ta jest mikrofonem. Ramirez i in.13 opisują 3-etapową przemianę (FeOB => SRB/IRB = > SOB) w ekosystemie mikroorganizmów morskich trwającą 6 miesięcy, w której siarkowodór wytwarzany przez wtórnie wzbogacone SRB może ostatecznie przyczynić się do wzbogacenia SOB. Ramirez i in.13 opisują 3-etapową przemianę (FeOB => SRB/IRB => SOB) w morskim ekosystemie mikrobiologicznym trwającą 6 miesięcy, podczas której siarkowodór wytwarzany przez wtórnie wzbogacone SRB może ostatecznie przyczynić się do wzbogacenia SOB. Ramirez i in.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, когда сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez i in.13 opisują trzyetapowe przejście (FeOB => SRB/IRB => SOB) w ekosystemie mikroorganizmów morskich w okresie 6 miesięcy, w którym siarkowodór powstający w wyniku wtórnego wzbogacenia SRB może ostatecznie przyczynić się do wzbogacenia SOB. Ramirez 等人13 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 miesięcy 了 个 超过 超过 6 miesięcy 月 海洋 微生物 生态 系统 中 的 三 步 转变 转变转变 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 次 富集 srb 产生 硫化氢 可能 最终 有助于 szloch 的富集。 Ramirez i in.13 сообщили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, в котором сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, moжет в конечном итоге способствовать обогащению SOB. Ramirez i in.13 opisali trzyetapową transformację (FeOB => SRB/IRB => SOB) w ekosystemie mikroorganizmów morskich w okresie 6 miesięcy, w której siarkowodór powstający w wyniku wtórnego wzbogacenia SRB może ostatecznie przyczynić się do wzbogacenia SOB.McBeth i Emerson36 opisali wzbogacenie pierwotne w FeOB. Podobnie, w badaniu tym obserwuje się wzbogacenie FeOB w początkowej fazie korozji, ale zmiany mikrobiologiczne wraz z postępem korozji obserwowane w stalach węglowych i stalach z zawartością 1% i 2,25% Cr oraz żeliwie w ciągu 22 miesięcy to FeOB => IRB => SRB (rys. 7 i 8). Podobnie, w badaniu tym obserwuje się wzbogacenie FeOB w początkowej fazie korozji, ale zmiany mikrobiologiczne wraz z postępem korozji obserwowane w stalach węglowych i stalach z zawartością 1% i 2,25% Cr oraz żeliwie w ciągu 22 miesięcy to FeOB => IRB => SRB (rys. 7 i 8). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB na ранней стадии коррозии, но микробные изменения по мере прогрессирования коррозии, наблюдаемые в углеродистых i 1% i 2,25% Cr stale i чугуне в течение 22 месяцев, представляют собой FeOB => IRB = > SRB (ryc. 7 i 8). Podobnie w niniejszym badaniu zaobserwowano wzbogacenie w FeOB na wczesnym etapie korozji, ale zmiany mikrobiologiczne w miarę postępu korozji, obserwowane w stalach węglowych i stalach z zawartością 1% i 2,25% Cr oraz żeliwie przez 22 miesiące, wynoszą FeOB => IRB => SRB (rysunki 7 i 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 钢以及超过22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 i 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）。 Аналогичным образом, в этом исследовании наблюдалось обогащение FeOB na ранних стадиях коррозии, но mikrofioletowa inscenizacja, наблюдаемые w углеродистых i 1% i 2,25% Cr stale i чугуне w teчение 22 miesiące, были FeOB => IRB => SRB (ryc. 7 i 8). Podobnie, w badaniu tym zaobserwowano wzbogacenie FeOB na wczesnych etapach korozji, ale zmiany mikrobiologiczne zaobserwowane w stalach węglowych i stalach z zawartością 1% i 2,25% Cr oraz żeliwie w ciągu 22 miesięcy wykazywały następującą zależność: FeOB => IRB => SRB (rys. 7 i 8).SRB mogą łatwo gromadzić się w środowiskach morskich ze względu na wysokie stężenia jonów siarczanowych, ale ich wzbogacenie w środowiskach słodkowodnych jest opóźnione przez niskie stężenia jonów siarczanowych. Wzbogacenie SRB w wodzie morskiej było często zgłaszane10,12,45.
a Organiczny węgiel i azot poprzez zależny od Fe(II) metabolizm energetyczny tlenek żelaza (czerwone [Dechloromonas sp.] i zielone [Sideroxydans sp.] komórki) i bakterie redukujące Fe(III) (szare komórki [Geothrix sp. i Geobacter sp.]) we wczesnym stadium korozji, następnie beztlenowe bakterie redukujące siarczany (SRP) i mikroorganizmy heterotroficzne wzbogacają dojrzały etap korozji poprzez konsumowanie nagromadzonej materii organicznej. b Zmiany w społecznościach mikrobiologicznych na metalach odpornych na korozję. Fioletowe, niebieskie, żółte i białe komórki reprezentują bakterie z rodzin Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea i innych, odpowiednio.
W odniesieniu do zmian w społeczności mikrobiologicznej i możliwego wzbogacenia SRB, FeOB jest krytyczny na wczesnym etapie korozji, a Dechloromonas może uzyskać energię wzrostu z utleniania Fe(II). Mikroorganizmy mogą przetrwać w mediach zawierających pierwiastki śladowe, ale nie będą rosły wykładniczo. Jednak basen zanurzeniowy użyty w tym badaniu jest basenem przelewowym z dopływem 20 m3/h, który stale dostarcza pierwiastki śladowe zawierające jony nieorganiczne. Na wczesnych etapach korozji jony żelaza są uwalniane ze stali węglowej i żeliwa, a FeOB (takie jak Dechloromonas) wykorzystują je jako źródło energii. Śladowe ilości węgla, fosforanu i azotu wymagane do wzrostu komórek muszą być obecne w wodzie procesowej w postaci substancji organicznych i nieorganicznych. Dlatego w tym środowisku słodkowodnym FeOB jest początkowo wzbogacany na powierzchniach metali, takich jak stal węglowa i żeliwo. Następnie IRB mogą rosnąć i wykorzystywać materię organiczną i tlenki żelaza jako źródła energii i terminalne akceptory elektronów. W dojrzałych produktach korozji, warunki beztlenowe wzbogacone azotem powinny być tworzone ze względu na metabolizm FeOB i IRB. Dlatego SRB może szybko rosnąć i zastępować FeOB i IRB (rys. 8a).
Niedawno Tang i in. opisali korozję stali nierdzewnej przez Geobacter ferroreducens w środowiskach słodkowodnych z powodu bezpośredniego transferu elektronów z żelaza do mikrobów46. Biorąc pod uwagę EMIC, udział mikroorganizmów o właściwościach EET jest krytyczny. SRB, FeOB i IRB to główne gatunki mikroorganizmów w produktach korozji w tym badaniu, które powinny mieć cechy EET. Dlatego te elektrochemicznie aktywne mikroorganizmy mogą przyczyniać się do korozji poprzez EET, a skład ich społeczności zmienia się pod wpływem różnych gatunków jonowych w miarę tworzenia się produktów korozji. Przeciwnie, społeczność mikrobiologiczna w stali z 9% Cr różniła się od innych stali (rys. 8b). Po 14 miesiącach, oprócz wzbogacenia FeOB, wzbogacono również takie gatunki jak Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea i Thiomonas (rys. 7i). Ta zmiana wyraźnie różni się od zmiany w innych materiałach korozyjnych, takich jak stal węglowa, i może być spowodowana przez jony bogate w chrom rozpuszczone podczas korozji. Co ciekawe, Thiomonas ma nie tylko właściwości utleniające siarkę, ale także właściwości utleniające Fe(II), system EET i tolerancję na metale ciężkie48,49. Mogą być wzbogacone dzięki aktywności utleniającej Fe(II) i/lub bezpośredniemu zużyciu elektronów metalu. W poprzednim badaniu zaobserwowano stosunkowo dużą liczebność Beggiatoacea w biofilmach na Cu przy użyciu nieciągłego systemu monitorowania biofilmu, co sugeruje, że te bakterie mogą być odporne na toksyczne metale, takie jak Cu i Cr. Jednak źródło energii potrzebne Beggiatoacea do wzrostu w tym środowisku jest nieznane.
W niniejszym badaniu opisano zmiany w społecznościach mikrobiologicznych podczas korozji w środowiskach słodkowodnych. W tym samym środowisku społeczności mikrobiologiczne różniły się rodzajem metalu. Ponadto nasze wyniki potwierdzają znaczenie FeOB we wczesnych stadiach korozji, ponieważ zależny od żelaza metabolizm energetyczny mikroorganizmów sprzyja tworzeniu środowiska bogatego w składniki odżywcze, preferowanego przez inne mikroorganizmy, takie jak SRB. Aby zmniejszyć MIC w środowiskach słodkowodnych, należy ograniczyć wzbogacanie FeOB i IRB.
W tym badaniu wykorzystano dziewięć metali i przetworzono je na bloki o wymiarach 50 × 20 × 1–5 mm (grubość dla stali ASTM 395 i 1%, 2,25% i 9% Cr: 5 mm; grubość dla ASTM A283 i ASTM A179: 3 mm). mm; ASTM A109 Temper 4/5 oraz stal nierdzewna typu 304 i 316, grubość: 1 mm), z dwoma otworami o średnicy 4 mm. Stale chromowe polerowano papierem ściernym, a inne metale polerowano papierem ściernym o gradacji 600 przed zanurzeniem. Wszystkie próbki poddano działaniu ultradźwięków w 99,5% etanolu, wysuszono i zważono. Dziesięć próbek każdego metalu wykorzystano do obliczenia szybkości korozji i analizy mikrobiomu. Każdy okaz został zamocowany w sposób drabinkowy za pomocą prętów PTFE i przekładek (φ 5 × 30 mm, rys. uzupełniający 2).
Basen ma objętość 1100 metrów sześciennych i głębokość około 4 metrów. Napływ wody wynosił 20 m3 h-1, nadmiar został uwolniony, a jakość wody nie zmieniała się sezonowo (rys. uzupełniający 3). Drabinę do pobierania próbek opuszczano na 3-metrową linę stalową zawieszoną na środku zbiornika. Dwa zestawy drabin usunięto z basenu po 1, 3, 6, 14 i 22 miesiącach. Próbki z jednej drabiny wykorzystano do pomiaru utraty wagi i obliczenia szybkości korozji, podczas gdy próbki z innej drabiny wykorzystano do analizy mikrobiomu. Rozpuszczony tlen w zbiorniku zanurzeniowym mierzono blisko powierzchni i dna, a także w środku, za pomocą czujnika rozpuszczonego tlenu (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
Produkty korozji i biofilmy na próbkach usunięto przez zeskrobanie plastikową skrobaczką lub przetarcie wacikiem, a następnie oczyszczono w 99,5% etanolu za pomocą kąpieli ultradźwiękowej. Następnie próbki zanurzono w roztworze Clarka zgodnie z normą ASTM G1-0351. Wszystkie próbki zważono po zakończeniu suszenia. Oblicz szybkość korozji (mm/rok) dla każdej próbki, korzystając z następującego wzoru:
gdzie K jest stałą (8,76 × 104), T jest czasem ekspozycji (h), A jest całkowitą powierzchnią (cm2), W jest utratą masy (g), D jest gęstością (g cm–3).
Po zważeniu próbek uzyskano obrazy 3D kilku próbek przy użyciu trójwymiarowego mikroskopu laserowego (LEXT OLS4000, Olympus, Tokio, Japonia).