Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com. Używasz przeglądarki z ograniczoną obsługą CSS. Aby zapewnić najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie z zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer). Ponadto, aby zapewnić ciągłą obsługę, wyświetlamy witrynę bez stylów i JavaScriptu.
Wyświetla karuzelę trzech slajdów jednocześnie. Użyj przycisków Poprzedni i Następny, aby przewijać trzy slajdy naraz, lub przycisków suwaka na końcu, aby przewijać trzy slajdy naraz.
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 korozji ogólnej bakterie utleniające Fe(II) były wzbogacane we wczesnej fazie korozji, bakterie redukujące Fe(III) – w fazie rozwoju korozji, a bakterie redukujące siarczany – w fazie korozji. W końcowej fazie korozji produktowej bakterie Beggiatocaea były natomiast szczególnie liczne w stali z 9% Cr poddanej korozji lokalnej. Skład tych społeczności mikrobiologicznych różnił się również od składu w próbkach wody i osadów dennych. Zatem wraz z postępem korozji, społeczność mikrobiologiczna ulega gwałtownym zmianom, a zależny od żelaza metabolizm energetyczny drobnoustrojów tworzy środowisko, które może wzbogacać inne mikroorganizmy.
Metale mogą ulegać degradacji i korozji z powodu różnych fizycznych i chemicznych czynników środowiskowych, takich jak pH, temperatura i stężenie jonów. Warunki kwasowe, 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 oraz w glebie, gdzie pojawia się nagle i szybko się rozwija. Dlatego monitorowanie i wczesne wykrywanie MIC jest bardzo trudne, dlatego analizę MIC zwykle przeprowadza się po korozji. Zgłoszono liczne studia przypadków MIC, w których bakterie redukujące siarczany (SRB) często znajdowano w produktach korozji9,10,11,12,13. Jednak pozostaje niejasne, czy SRB przyczyniają się do inicjacji korozji, ponieważ ich wykrywanie opiera się na analizie pokorozyjnej.
Ostatnio, oprócz bakterii utleniających jod21, odnotowano również różne mikroorganizmy degradujące żelazo, takie jak rozkładające żelazo SRB14, metanogeny15,16,17, bakterie redukujące azotany18, bakterie utleniające żelazo19 i acetogeny20. W warunkach laboratoryjnych beztlenowych lub mikroaerobowych większość z nich powoduje korozję żelaza zerowartościowego i stali węglowej. Ponadto ich mechanizmy korozji sugerują, że metanogeny i SRB powodujące korozję żelaza promują korozję poprzez pobieranie elektronów z żelaza zerowartościowego za pomocą odpowiednio zewnątrzkomórkowych hydrogenaz i cytochromów wielohemowych22,23. MIC dzieli się na dwa typy: (i) chemiczne MIC (CMIC), które jest korozją pośrednią przez gatunki wytwarzane przez mikroorganizmy, oraz (ii) elektryczne MIC (EMIC), które jest korozją bezpośrednią przez zubożenie elektronów metalu24. EMIC wspomagane przez zewnątrzkomórkowy transfer elektronów (EET) jest niezwykle interesujące, ponieważ mikroorganizmy o właściwościach EET powodują szybszą korozję niż mikroorganizmy nieposiadające właściwości EET. Podczas gdy odpowiedzią ograniczającą szybkość reakcji CMIC w warunkach beztlenowych jest produkcja H2 poprzez redukcję protonów (H+), EMIC zachodzi poprzez metabolizm EET, który jest niezależny od produkcji H2. Mechanizm EET u różnych mikroorganizmów jest związany z wydajnością mikrobiologicznego paliwa komórkowego i elektrobiosyntezą25,26,27,28,29. Ponieważ warunki hodowli tych korozyjnych mikroorganizmów różnią się od warunków panujących w środowisku naturalnym, nie jest jasne, czy 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 mikroorganizmów w środowiskach naturalnych i sztucznych, na przykład profilowanie mikroorganizmów oparte na sekwencji genu 16S rRNA przy użyciu sekwencerów nowej generacji zostało wykorzystane w dziedzinie ekologii mikroorganizmów30,31. ,32. Opublikowano liczne badania MIC, które szczegółowo opisały społeczności mikroorganizmów 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, przez kilka tygodni obserwowano szybką kolonizację stali węglowej przez bakterie utleniające żelazo należące do klas Zetaproteobacteria i Betaproteobacteria36. Dane te wskazują na udział tych mikroorganizmów w korozji. Jednak w wielu badaniach czas trwania i grupy eksperymentalne są ograniczone, a dynamika społeczności mikroorganizmów podczas korozji jest słabo poznana.
W niniejszym badaniu badamy minimalne stężenia hamujące (MIC) stali węglowej, stali chromowej, stali nierdzewnej i żeliwa, wykorzystując badania zanurzeniowe w tlenowym środowisku słodkowodnym, z historią zdarzeń związanych z minimalnymi stężeniami hamującymi (MIC). Próbki pobrano po 1, 3, 6, 14 i 22 miesiącach, a następnie zbadano szybkość korozji każdego metalu i mikroorganizmów. Nasze wyniki dostarczają wglądu w długoterminową dynamikę społeczności mikroorganizmów podczas korozji.
Jak pokazano w tabeli 1, w badaniu wykorzystano dziewięć metali. Dziesięć próbek każdego materiału zanurzono w basenie ze świeżą wodą. Jakość wody procesowej przedstawiała się następująco: 30 ppm Cl-, 20 mS·m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, mętność 1 ppm i pH 7,4. Stężenie tlenu rozpuszczonego (DO) na dnie drabiny pomiarowej wynosiło około 8,2 ppm, a temperatura wody wahała się sezonowo od 9 do 23°C.
Jak pokazano na Rysunku 1, po 1 miesiącu zanurzenia w środowiskach żeliwa ASTM A283, ASTM A109 Warunek #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%) z 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 mniej niż w przypadku stali z korozją ogólną. W przeciwieństwie do tego 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, przy szacowanym współczynniku przyspieszenia <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 tego 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. W przeciwieństwie do tego stale nierdzewne typu 304 i -316 nie wykazywały widocznej korozji, a ich projektowa szybkość korozji wynosiła <0,001 mm/rok.
Poniżej przedstawiono obrazy makroskopowe 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 niskochromowej i żeliwa rozwijają się dalej po zanurzeniu na 3 miesiące. Całkowita szybkość korozji stopniowo spadła 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 korozji ogólnej, 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, czyli jest około 5 razy szybsza niż korozja ogólna. Szybkość korozji stopu ASTM A395 może być niedoszacowana, ponieważ produkty korozji nie usuwają całkowicie zgorzeliny 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 stali 9% Cr na maksymalnej głębokości, uzyskana za pomocą mikroskopu laserowego z obserwacją 3D. Czerwone kółka na pełnym obrazie wskazują zmierzoną korozję lokalną. Pełny widok stali 9% Cr od strony odwrotnej przedstawiono na rysunku 1.
Jak pokazano na rys. 2, w przypadku stali z 9% Cr, w ciągu 3–14 miesięcy nie zaobserwowano korozji, a jej tempo było praktycznie zerowe. Jednakże, po 22 miesiącach zaobserwowano korozję lokalną (rys. 3) z tempem korozji 0,04 mm/rok, obliczonym na podstawie ubytku masy. Maksymalna głębokość korozji lokalnej wynosi 1260 µm, a tempo korozji lokalnej oszacowane na podstawie głębokości korozji i czasu zanurzenia (22 miesiące) wynosi 0,68 mm/rok. Ponieważ dokładny punkt rozpoczęcia korozji nie jest znany, tempo korozji może być wyższe.
Natomiast na stali nierdzewnej nie zaobserwowano widocznej korozji nawet po 22 miesiącach zanurzenia. Chociaż przed usunięciem kamienia na powierzchni zaobserwowano kilka brązowych cząstek (rys. 1), były one słabo związane i nie były produktami korozji. Ponieważ metal pojawia się ponownie na powierzchni stali nierdzewnej po usunięciu kamienia, szybkość korozji jest praktycznie zerowa.
Przeprowadzono sekwencjonowanie amplikonów, aby zrozumieć różnice i dynamikę społeczności mikrobiologicznych w czasie w produktach korozji i biofilmach na powierzchniach metali, w wodzie i osadach. Otrzymano łącznie 4 160 012 odczytów, w zakresie od 31 328 do 124 183 odczytów.
Wskaźniki Shannona próbek wody pobranych z ujęć i stawów wahały się od 5,47 do 7,45 (ryc. 4a). Ponieważ odzyskana woda rzeczna jest wykorzystywana jako woda przemysłowa, skład mikroorganizmów może zmieniać się sezonowo. Natomiast wskaźnik Shannona próbek osadów dennych wynosił około 9, co jest wartością znacznie wyższą niż w przypadku próbek wody. Podobnie, próbki wody charakteryzowały się niższymi obliczonymi wskaźnikami Chao1 i niższymi zaobserwowanymi operacyjnymi jednostkami taksonomicznymi (OTU) niż próbki osadów (ryc. 4b, c). Różnice te są statystycznie istotne (test Tukeya-Kramera; wartości p < 0,01, rys. 4d) i wskazują, że społeczności mikroorganizmów w próbkach osadów są bardziej złożone niż w próbkach wody. Różnice te są statystycznie istotne (test Tukeya-Kramera; wartości p < 0,01, rys. 4d) i wskazują, że zbiorowiska mikroorganizmów w próbkach osadów są bardziej złożone niż 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) i wskazują, że zbiorowiska mikroorganizmów 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 mikroorganizmów 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 ingerencji mechanicznej, 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 zbiornik (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 pokazane jako wykresy pudełkowe i wąsowe. d wartości p dla indeksów Shannona i Chao1 uzyskane przy użyciu analizy wariancji i testów wielokrotnych porównań 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 próbek stali nierdzewnej są znacznie wyższe niż w przypadku stali skorodowanych (wartości p < 0,05, rys. 4d) i podobne do indeksów Shannona dla osadów. Natomiast indeksy Shannona próbek stali nierdzewnej są znacząco wyższe niż w przypadku stali skorodowanych (wartości p < 0,05, rys. 4d) i podobne do indeksów Shannona 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 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 отложений. 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 9% Cr są wyższe niż w przypadku próbek skorodowanych i wodnych, a niższe niż w przypadku próbek nieskorodowanych i osadowych (rys. 4b, c), a różnice są statystycznie istotne (wartości p < 0,01, rys. 4d). Ponadto wskaźniki Chao1 i obserwowane jednostki OTU stali 9% Cr są wyższe niż w przypadku próbek skorodowanych i wodnych, a niższe niż w przypadku próbek nieskorodowanych i osadowych (rys. 4b, c), a różnice są statystycznie istotne (wartości p < 0,01, rys. 4d).Ponadto Chao1 i obserwowane OTU stali z 9% Cr są wyższe niż w przypadku próbek skorodowanych i wodnych, a 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 9% Cr były wyższe niż w przypadku próbek skorodowanych i wodnych, a 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 mikroorganizmów w produktach korozji jest mniejsza niż w biofilmach na metalach nieskorodowanych.
Na rys. 5a przedstawiono wykres analizy głównych współrzędnych (PCoA) oparty na nieważonej odległości UniFrac dla wszystkich próbek, z zaobserwowanymi trzema głównymi skupiskami. Zbiorowiska mikroorganizmów w próbkach wody istotnie różniły się od innych. Zbiorowiska mikroorganizmów w osadach obejmowały również zbiorowiska ze stali nierdzewnej, podczas gdy w próbkach korozyjnych były one szeroko rozpowszechnione. Natomiast mapa stali z 9% Cr jest podzielona na skupiska nieskorodowane i skorodowane. W związku z tym zbiorowiska mikroorganizmów na powierzchniach metali i produktach korozji istotnie różnią się od tych w wodzie.
Wykres analizy głównych współrzędnych (PCoA) oparty na nieważonych odległościach UniFrac we wszystkich próbkach (a), wodzie (b) i metalach (c). Kółka zaznaczają każdy klaster. Trajektorie są przedstawione liniami łączącymi 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 9C, stal 9% Cr; S6, stal nierdzewna 316; S8, stal nierdzewna typu 304.
W kolejności chronologicznej wykresy PCoA próbek wody miały układ kołowy (ryc. 5b). To przejście cykliczne może odzwierciedlać zmiany sezonowe.
Ponadto na wykresach PCoA próbek metali zaobserwowano tylko dwa skupiska (skorodowane i nieskorodowane), gdzie (z wyjątkiem stali z 9% chromu) zaobserwowano również przesunięcie społeczności drobnoustrojów z 1 do 22 miesięcy (rys. 5c). Ponadto, ponieważ przejścia w próbkach skorodowanych były większe niż w próbkach nieskorodowanych, istniała korelacja między zmianami w społecznościach drobnoustrojów a postępem korozji. W próbkach stali z 9% Cr ujawniono dwa typy społeczności drobnoustrojów: punkty po 1 i 6 miesiącach, zlokalizowane w pobliżu stali nierdzewnej, oraz inne (3, 14 i 22 miesiące), zlokalizowane w punktach blisko skorodowanej stali. Punkty po 1 miesiącu i próbki użyte do ekstrakcji DNA po 6 miesiącach nie były skorodowane, podczas gdy próbki po 3, 14 i 22 miesiącach były skorodowane (Rysunek uzupełniający 1). Dlatego też społeczności mikroorganizmów w próbkach skorodowanych różniły się od społeczności w wodzie, osadach i próbkach nieskorodowanych i zmieniały się w miarę postępu korozji.
Główne typy społeczności mikroorganizmów 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 w zależności od próbki (rys. 6), na przykład względna liczebność Bacteroidetes w wodzie stawowej była wyższa niż w wodzie abstrakcyjnej. Na tę różnicę może mieć wpływ czas przebywania wody w zbiorniku przelewowym. Te typy obserwowano również w próbkach osadów dennych, ale ich względna liczebność różniła się istotnie 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. Mimo że Desulfobacterota może mieć wpływ na korozję, ryzyko powinno być niezwykle niskie, ponieważ ich względna liczebność w wodzie basenowej wynosi <0,04%. Mimo że Desulfobacterota może mieć wpływ na korozję, ryzyko 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 составляет <0,04%. Mimo że Desulfobacterota mogą mieć wpływ na korozję, ryzyko jest 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 составляет <0,04%. Mimo że bakterie typu Desulfobacillus mogą powodować korozję, ryzyko jest niezwykle niskie, gdyż ich względna liczebność w wodzie basenowej wynosi <0,04%.
RW i Air reprezentują próbki wody odpowiednio z ujęcia wody i zbiornika. Osad-C, -E, -W to próbki osadów pobrane z centralnej części 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 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 (ryc. 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. Zatem 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 nr 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 były głównymi składnikami we wszystkich próbkach, 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 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% i 31,3% odpowiednio. Natomiast względna liczebność Desulfobacterota stopniowo wzrasta z <0,1% do 12,5–45,9% wraz z postępem korozji. Natomiast względna liczebność Desulfobacterota stopniowo wzrasta z <0,1% do 12,5–45,9% wraz z postępem 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.Wraz z postępem 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 udział Nitrospirota w próbkach stali nierdzewnej stopniowo wzrastał (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 mikroorganizmów: społeczności mikroorganizmów po 1 i 6 miesiącach były podobne do społeczności w próbkach osadów dennych, podczas gdy proporcja proteobakterii w próbkach korozyjnych 3, 14 i 22 znacznie wzrosła. miesięcy Ponadto te dwie społeczności mikroorganizmów 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. Dotyczy 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% stali ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, stali Cr 1%, 2,25% i 9% oraz stali nierdzewnych typu 316 i -304.
W próbkach korozyjnych, takich jak ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 oraz w stalach z zawartością 1% i 2,25% Cr, zaobserwowano stosunkowo wysoką zawartość odchlorowanych monolitów o właściwościach utleniających Fe(II) we wczesnym etapie korozji (1 miesiąc i 3 miesiące, rys. 7c-h). Z czasem udział Dechloromonas malał, co odpowiadało spadkowi Proteobacteria (rys. 6). Ponadto, udział Dechloromonas w biofilmach na próbkach nieulegających korozji wynosi <1%. Ponadto, udział Dechloromonas w biofilmach na próbkach nieulegających korozji wynosi <1%. Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Ponadto odsetek 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 wynosił <1%.Dlatego 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 wykryte w produktach korozji w środkowych stadiach (6 i 14 miesięcy), ale udział późnych (22 miesiące) stadiów korozji jest u nich wyższy. Jest to stosunkowo niski odsetek (rys. 7c, eh). Rodzaj Sideroxydans z właściwościami utleniania Fe(II) wykazywał podobne zachowanie (rys. 7f), więc udział FeOB, IRB i SRB był wyższy tylko w skorodowanych próbkach. To silnie sugeruje, że zmiany w tych zbiorowiskach 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 wykryta 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 nieskorodowanych stali 9% Cr po 1 i 6 miesiącach 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 występowanie MIC, ponieważ w basenie ze słodką wodą wykorzystywanym w tym badaniu obserwowano już wcześniej skorodowany materiał. W długoterminowych badaniach zanurzeniowych zaobserwowano różne formy korozji, trzy typy społeczności mikrobiologicznych oraz zmiany w społecznościach mikrobiologicznych w produktach korozji.
W niniejszym badaniu wykorzystano medium słodkowodne w postaci zamkniętego zbiornika na wodę techniczną pobieraną z rzeki o stosunkowo stabilnym składzie chemicznym i sezonowej zmienności temperatury wody w zakresie od 9 do 23°C. W związku z tym sezonowe wahania liczebności zbiorowisk mikroorganizmów w próbkach wody mogą być związane ze zmianami temperatury. Ponadto zbiorowisko mikroorganizmów w wodzie basenowej różniło się nieco od zbiorowiska w wodzie zasilającej (rys. 5b). Woda w basenie jest stale wymieniana z powodu przepełnienia. W rezultacie stężenie tlenu rozpuszczonego (DO) utrzymywało się na poziomie ~8,2 ppm nawet na pośrednich głębokościach między powierzchnią zbiornika a dnem. Z kolei środowisko osadu powinno być beztlenowe, ponieważ osiada on i pozostaje na dnie zbiornika, a flora mikrobiologiczna w nim obecna (np. CRP) również powinna różnić się od flory mikrobiologicznej w wodzie (rys. 6). Ponieważ próbki w basenie znajdowały się w większej odległości od osadów, były one wystawione na działanie wody słodkiej tylko podczas badań zanurzeniowych w warunkach tlenowych.
Korozja ogólna występuje w stali węglowej, stali niskochromowej i żeliwie w środowisku słodkowodnym (rysunek 1), ponieważ materiały te nie są odporne na korozję. Jednak tempo korozji (0,13 mm rok-1) w abiotycznych warunkach słodkowodnych było wyższe niż w poprzednich badaniach40 (0,04 mm rok-1) i porównywalne z tempem korozji (0,02–0,76 mm rok-1) w obecności mikroorganizmów1) – podobnie jak w warunkach słodkowodnych40,41,42. Przyspieszone tempo korozji jest charakterystyczne dla MIC.
Ponadto, po 22 miesiącach zanurzenia, zaobserwowano korozję lokalną w kilku metalach pod produktami korozji (rys. 3). W szczególności, szybkość korozji lokalnej obserwowana w normie ASTM A179 jest około pięć razy szybsza niż korozja ogólna. Tę nietypową formę korozji i przyspieszoną szybkość korozji zaobserwowano również w przypadku korozji występującej na tym samym obiekcie. Zatem zanurzenie przeprowadzone w niniejszym badaniu odzwierciedla korozję w praktyce.
Spośród badanych metali stal 9% Cr wykazywała najsilniejszą korozję, z głębokością korozji >1,2 mm, co prawdopodobnie jest wartością minimalną ze względu na przyspieszoną korozję i nienormalną formę korozji. Spośród badanych metali stal 9% Cr wykazywała najsilniejszą korozję, z głębokością korozji >1,2 mm, co prawdopodobnie jest wartością minimalną ze względu na przyspieszoną korozję i nienormalną formę 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 zawierająca 9% Cr wykazała najsilniejszą korozję, której głębokość wynosiła >1,2 mm, co prawdopodobnie stanowi minimalny dopuszczalny poziom korozji ze względu na przyspieszoną korozję i nienormalną formę 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 zawierająca 9% Cr korodowała najsilniej, przy głębokości korozji >1,2 mm, najprawdopodobniej poniżej MIC z powodu przyspieszonych i anomalnych form korozji.Ponieważ stal 9% Cr jest stosowana w zastosowaniach wysokotemperaturowych, jej zachowanie korozyjne badano 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 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 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 minimalne stężenie hamujące (MIC) w stali z 9% Cr można pominąć.Jednakże, gdy stal 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, zaobserwowano 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 ekosystemie mikroorganizmów morskich 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 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 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 trwającą 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 wynoszą 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 w ciągu 22 miesięcy, 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 we wczesnych stadiach korozji, ale zmiany mikrobiologiczne zaobserwowane w stalach węglowych i stalach z zawartością 1% i 2,25% Cr oraz żeliwie w ciągu 22 miesięcy wyniosły FeOB => IRB => SRB (rys. 7 i 8).SRB mogą łatwo gromadzić się w środowisku morskim ze względu na wysokie stężenie jonów siarczanowych, ale ich wzbogacenie w środowisku słodkowodnym jest opóźnione przez niskie stężenie jonów siarczanowych. Wzbogacenie SRB w wodzie morskiej jest często zgłaszane10,12,45.
a Organiczny węgiel i azot poprzez metabolizm energetyczny zależny od Fe(II) tlenek żelaza (czerwone [Dechloromonas sp.] i zielone [Sideroxydans sp.] komórki) oraz bakterie redukujące Fe(III) (szare komórki [Geothrix sp. i Geobacter sp.]) we wczesnym etapie korozji, następnie beztlenowe bakterie redukujące siarczany (SRP) i mikroorganizmy heterotroficzne wzbogacają dojrzałą fazę korozji, zużywając nagromadzoną materię organiczną. b Zmiany w społecznościach mikroorganizmów na metalach odpornych na korozję. Fioletowe, niebieskie, żółte i białe komórki reprezentują bakterie z rodzin Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea i innych.
W odniesieniu do zmian w społeczności mikroorganizmów i możliwego wzbogacenia SRB, FeOB ma kluczowe znaczenie we wczesnym etapie korozji, a bakterie Dechloromonas mogą czerpać energię wzrostu z utleniania Fe(II). Mikroorganizmy mogą przetrwać w środowisku zawierającym pierwiastki śladowe, ale nie będą rosły wykładniczo. Jednakże basen zanurzeniowy użyty w tym badaniu to zbiornik przelewowy o przepływie 20 m3/h, który stale dostarcza pierwiastki śladowe zawierające jony nieorganiczne. We wczesnych etapach korozji jony żelaza(II) są uwalniane ze stali węglowej i żeliwa, a bakterie FeOB (takie jak Dechloromonas) wykorzystują je jako źródło energii. Śladowe ilości węgla, fosforanu i azotu niezbędne do wzrostu komórek muszą występować 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 bakterie IRB mogą rosnąć i wykorzystywać materię organiczną i tlenki żelaza jako źródła energii i terminalne akceptory elektronów. W dojrzałych produktach korozji, w wyniku metabolizmu FeOB i IRB, powinny powstać warunki beztlenowe wzbogacone w azot. W związku z tym SRB może szybko rosnąć i zastępować FeOB i IRB (rys. 8a).
Niedawno Tang i in. opisali korozję stali nierdzewnej przez Geobacter ferroreducens w środowisku słodkowodnym w wyniku bezpośredniego transferu elektronów z żelaza do mikroorganizmów46. Biorąc pod uwagę EMIC, udział mikroorganizmów o właściwościach EET jest kluczowy. SRB, FeOB i IRB to główne gatunki mikroorganizmów w produktach korozji w tym badaniu, które powinny mieć właściwości EET. Zatem 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. Z kolei społeczność mikroorganizmów w stali z 9% Cr różniła się od społeczności w innych stalach (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 one ulegać wzbogaceniu dzięki aktywności utleniającej Fe(II) i/lub bezpośredniemu pochłanianiu elektronów metalu. W poprzednich badaniach, z wykorzystaniem nieciągłego systemu monitorowania biofilmu, zaobserwowano stosunkowo dużą liczebność bakterii Beggiatoacea w biofilmach na Cu, co sugeruje, że bakterie te mogą być odporne na metale toksyczne, takie jak Cu i Cr. Jednak źródło energii potrzebne bakteriom Beggiatoacea do wzrostu w tym środowisku jest nieznane.
W niniejszym badaniu opisano zmiany w zbiorowiskach mikroorganizmów podczas korozji w środowisku słodkowodnym. W tym samym środowisku zbiorowiska mikroorganizmów 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 obniżyć minimalne stężenie hamujące (MIC) w środowisku słodkowodnym, należy ograniczyć wzbogacanie FeOB i IRB.
Dziewięć metali zostało użytych w tym badaniu i przetworzonych 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 i typ 304 i 316 Stal nierdzewna, grubość: 1 mm), z dwoma otworami 4 mm. Stale chromowe zostały polerowane papierem ściernym, a inne metale zostały polerowane papierem ściernym o gradacji 600 przed zanurzeniem. Wszystkie próbki zostały sonikowane 99,5% etanolem, wysuszone i zważone. Dziesięć próbek każdego metalu zostało użytych do obliczenia szybkości korozji i analizy mikrobiomu. Każda próbka została zamocowana 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 wahała 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 masy i obliczenia szybkości korozji, natomiast próbki z drugiej drabiny wykorzystano do analizy mikrobiomu. Tlen rozpuszczony w zbiorniku zanurzeniowym mierzono przy powierzchni i na dnie, a także w środku, za pomocą czujnika tlenu rozpuszczonego (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
Produkty korozji i biofilmy z próbek usunięto poprzez zeskrobanie plastikową skrobaczką lub przetarcie wacikiem, a następnie oczyszczono w 99,5% etanolu za pomocą łaźni ultradźwiękowej. Następnie próbki zanurzono w roztworze Clarka zgodnie z normą ASTM G1-0351. Po zakończeniu suszenia wszystkie próbki zważono. Oblicz szybkość korozji (mm/rok) dla każdej próbki, korzystając z poniższego wzoru:
gdzie K to stała (8,76 × 104), T to czas ekspozycji (h), A to całkowita powierzchnia (cm2), W to utrata masy (g), D to gęstość (g cm–3).
Po zważeniu próbek uzyskano obrazy 3D kilku próbek za pomocą mikroskopu laserowego do pomiarów 3D (LEXT OLS4000, Olympus, Tokio, Japonia).