Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Používate verziu prehliadača s obmedzenou podporou CSS. Pre dosiahnutie čo najlepšieho zážitku odporúčame používať aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Okrem toho, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Zobrazí karusel s tromi snímkami naraz. Pomocou tlačidiel Predchádzajúca a Nasledujúca sa môžete pohybovať medzi tromi snímkami naraz alebo pomocou tlačidiel posuvníka na konci sa môžete pohybovať medzi tromi snímkami naraz.
V sladkovodnom prostredí sa často pozoruje zrýchlená korózia uhlíkových a nehrdzavejúcich ocelí. Bola tu vykonaná 22-mesačná štúdia potápania sa v nádržiach so sladkou vodou s použitím deviatich druhov ocele. Zrýchlená korózia sa pozorovala u uhlíkových a chrómových ocelí a liatiny, zatiaľ čo u nehrdzavejúcej ocele sa ani po 22 mesiacoch nepozorovala žiadna viditeľná korózia. Analýza mikrobiálnej komunity ukázala, že počas všeobecnej korózie boli baktérie oxidujúce Fe(II) obohatené v skorom štádiu korózie, baktérie redukujúce Fe(III) vo štádiu vývoja korózie a baktérie redukujúce sírany v štádiu korózie v konečnom štádiu korózie produktu. Naopak, baktérie Beggiatocaea boli obzvlášť početné v oceli s 9 % Cr vystavenej lokalizovanej korózii. Toto zloženie mikrobiálnych spoločenstiev sa tiež líšilo od zloženia vo vzorkách vody a spodných sedimentov. S postupujúcou koróziou teda mikrobiálna komunita prechádza dramatickými zmenami a energetický metabolizmus mikróbov závislý od železa vytvára prostredie, ktoré môže obohatiť ďalšie mikroorganizmy.
Kovy sa môžu zhoršovať a korodovať v dôsledku rôznych fyzikálnych a chemických faktorov prostredia, ako je pH, teplota a koncentrácia iónov. Kyslé podmienky, vysoké teploty a koncentrácie chloridov ovplyvňujú najmä koróziu kovov1,2,3. Mikroorganizmy v prírodnom a zastavanom prostredí často ovplyvňujú opotrebovanie a koróziu kovov, čo sa prejavuje mikrobiálnou koróziou (MIC)4,5,6,7,8. MIC sa často nachádza v prostrediach, ako sú vnútorné potrubia a skladovacie nádrže, v kovových štrbinách a v pôde, kde sa objavuje náhle a rýchlo sa rozvíja. Preto je monitorovanie a včasná detekcia MIC veľmi náročná, takže analýza MIC sa zvyčajne vykonáva po korózii. Bolo hlásených množstvo prípadových štúdií MIC, v ktorých sa v produktoch korózie často nachádzali baktérie redukujúce sírany (SRB)9,10,11,12,13. Zostáva však nejasné, či SRB prispievajú k vzniku korózie, pretože ich detekcia je založená na postkoróznej analýze.
Nedávno boli okrem baktérií oxidujúcich jód21 hlásené aj rôzne mikroorganizmy degradujúce železo, ako napríklad SRB degradujúci železo14, metanogény15,16,17, baktérie redukujúce dusičnany18, baktérie oxidujúce železo19 a acetogeny20. Za anaeróbnych alebo mikroaeróbnych laboratórnych podmienok väčšina z nich koroduje železo s nulovou mocnosťou a uhlíkovú oceľ. Okrem toho ich mechanizmy korózie naznačujú, že metanogény a SRB korozívne pre železo podporujú koróziu zberom elektrónov z železa s nulovou mocnosťou pomocou extracelulárnych hydrogenáz a multihemových cytochrómov22,23. MIC sa delia na dva typy: (i) chemická MIC (CMIC), čo je nepriama korózia mikrobiálne produkovanými druhmi, a (ii) elektrická MIC (EMIC), čo je priama korózia v dôsledku vyčerpania elektrónov z kovu24. EMIC uľahčená extracelulárnym prenosom elektrónov (EET) je veľmi zaujímavá, pretože mikroorganizmy s vlastnosťami EET spôsobujú rýchlejšiu koróziu ako mikroorganizmy, ktoré nie sú EET. Zatiaľ čo limitujúcou odpoveďou CMIC za anaeróbnych podmienok je produkcia H2 prostredníctvom redukcie protónov (H+), EMIC prebieha prostredníctvom metabolizmu EET, ktorý je nezávislý od produkcie H2. Mechanizmus EET v rôznych mikroorganizmoch súvisí s výkonom mikrobiálneho bunkového paliva a elektrobiosyntézy25,26,27,28,29. Keďže sa kultivačné podmienky týchto korozívnych mikroorganizmov líšia od podmienok v prirodzenom prostredí, nie je jasné, či tieto pozorované procesy mikrobiálnej korózie odrážajú koróziu v praxi. Preto je ťažké pozorovať mechanizmus MIC indukovaný týmito korozívnymi mikroorganizmami v prirodzenom prostredí.
Vývoj technológie sekvenovania DNA uľahčil štúdium detailov mikrobiálnych spoločenstiev v prirodzenom a umelom prostredí, napríklad mikrobiálne profilovanie založené na sekvencii génu 16S rRNA s použitím sekvenátorov novej generácie sa používa v oblasti mikrobiálnej ekológie30,31,32. Bolo publikovaných množstvo štúdií MIC, ktoré podrobne opisujú mikrobiálne spoločenstvá v pôdnom a morskom prostredí13,33,34,35,36. Okrem SRB bolo hlásené aj obohatenie vzoriek korózie o Fe(II)-oxidujúce (FeOB) a nitrifikačné baktérie, napr. FeOB, ako sú Gallionella spp. a Dechloromonas spp., a nitrifikačné baktérie, ako je Nitrospira spp., v uhlíkových a meď obsahujúcich oceliach v pôdnom médiu33. Podobne sa v morskom prostredí na uhlíkovej oceli pozorovala už niekoľko týždňov rýchla kolonizácia baktérií oxidujúcich železo patriacich do tried Zetaproteobacteria a Betaproteobacteria36. Tieto údaje naznačujú príspevok týchto mikroorganizmov ku korózii. V mnohých štúdiách je však trvanie a experimentálne skupiny obmedzené a o dynamike mikrobiálnych spoločenstiev počas korózie sa vie len málo.
V tejto štúdii skúmame minimálne inhibičné hodnoty (MIC) uhlíkovej ocele, chrómovej ocele, nehrdzavejúcej ocele a liatiny pomocou imerzných štúdií v aeróbnom sladkovodnom prostredí s anamnézou udalostí MIC. Vzorky boli odobraté po 1, 3, 6, 14 a 22 mesiacoch a bola študovaná rýchlosť korózie každého kovu a mikrobiálnej zložky. Naše výsledky poskytujú prehľad o dlhodobej dynamike mikrobiálnych spoločenstiev počas korózie.
Ako je uvedené v tabuľke 1, v tejto štúdii bolo použitých deväť kovov. Desať vzoriek z každého materiálu bolo ponorených do bazéna so sladkou vodou. Kvalita procesnej vody je nasledovná: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, zákal 1 ppm a pH 7,4. Koncentrácia rozpusteného kyslíka (DO) v spodnej časti odberového rebríka bola približne 8,2 ppm a teplota vody sa sezónne pohybovala od 9 do 23 °C.
Ako je znázornené na obrázku 1, po 1 mesiaci ponorenia do liatinových prostredí ASTM A283, ASTM A109 Condition #4/5, ASTM A179 a ASTM A395 boli na povrchu uhlíkovej ocele pozorované hnedé produkty korózie vo forme generalizovanej korózie. Úbytok hmotnosti týchto vzoriek sa časom zvyšoval (doplnková tabuľka 1) a rýchlosť korózie bola 0,13 – 0,16 mm za rok (obr. 2). Podobne bola pozorovaná všeobecná korózia u ocelí s nízkym obsahom Cr (1 % a 2,25 %) s rýchlosťou korózie približne 0,13 mm/rok (obrázky 1 a 2). Naproti tomu oceľ s 9 % Cr vykazuje lokalizovanú koróziu, ktorá sa vyskytuje v medzerách tvorených tesneniami. Rýchlosť korózie tejto vzorky je približne 0,02 mm/rok, čo je výrazne menej ako u ocele so všeobecnou koróziou. Naproti tomu nehrdzavejúce ocele typu 304 a 316 nevykazujú žiadnu viditeľnú koróziu s odhadovanou rýchlosťou korózie < 0,001 mm y⁻¹. Naproti tomu nehrdzavejúce ocele typu 304 a 316 nevykazujú žiadnu viditeľnú koróziu s odhadovaným zrýchlením < 0,001 mm y⁻¹. Напротив, нержавеющие стали типов 304 a 316 не проявляют видимой коррозити, пориэн скорость коррозии составляет <0,001 мм/год. Naproti tomu nehrdzavejúce ocele typu 304 a 316 nevykazujú žiadnu viditeľnú koróziu s odhadovanou rýchlosťou korózie < 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，估计腐蚀速率も0,001 mmも001 mm相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速率も0,001 mmも001 mm Напротив, нержавеющие стали типа 304 a -316 не показали видимой коррозиист с рассчекорой коррозии <0,001 мм/год. Naproti tomu nehrdzavejúce ocele typu 304 a -316 nevykazovali žiadnu viditeľnú koróziu s návrhovou rýchlosťou korózie <0,001 mm/rok.
Zobrazené sú makroskopické snímky každej vzorky (výška 50 mm × šírka 20 mm) pred a po odstránení okovín. 1 meter, 1 mesiac; 3 metre, 3 mesiace; 6 metrov, 6 mesiacov; 14 metrov, 14 mesiacov; 22 metrov, 22 mesiacov; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, podmienka 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, oceľ 1 % Cr; 3C oceľ, oceľ 2,25 % Cr; oceľ 9C, oceľ 9 % Cr; S6, nehrdzavejúca oceľ 316; S8, nehrdzavejúca oceľ typ 304.
Rýchlosť korózie bola vypočítaná pomocou úbytku hmotnosti a času ponorenia. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, kalená 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, oceľ 1 % Cr, 3 C, oceľ 2,25 % Cr, 9 C, oceľ 9 % Cr, S6, nehrdzavejúca oceľ typu 316; S8, nehrdzavejúca oceľ typu 304.
Na obr. 1 je tiež znázornené, že produkty korózie uhlíkovej ocele, ocele s nízkym obsahom chrómu a liatiny sa po 3 mesiacoch ponorenia ďalej vyvíjajú. Celková rýchlosť korózie sa po 22 mesiacoch postupne znížila na 0,07 ~ 0,08 mm/rok (obrázok 2). Okrem toho bola rýchlosť korózie ocele s 2,25 % chrómu mierne nižšia ako u iných skorodovaných vzoriek, čo naznačuje, že chróm môže inhibovať koróziu. Okrem všeobecnej korózie bola podľa normy ASTM A179 po 22 mesiacoch pozorovaná lokalizovaná korózia s hĺbkou korózie približne 700 µm (obr. 3). Lokálna rýchlosť korózie, vypočítaná pomocou hĺbky korózie a času ponorenia, je 0,38 mm/rok, čo je približne 5-krát rýchlejšie ako všeobecná korózia. Rýchlosť korózie zliatiny ASTM A395 možno podceniť, pretože produkty korózie po 14 alebo 22 mesiacoch ponorenia do vody úplne neodstránia vodný kameň. Rozdiel by však mal byť minimálny. Okrem toho sa v skorodovanej oceli s nízkym obsahom chrómu pozorovalo veľa malých jamiek.
Celý obrázok (mierka: 10 mm) a lokalizovaná korózia (mierka: 500 µm) ocele ASTM A179 a 9 % Cr v maximálnej hĺbke pomocou 3D laserového mikroskopu. Červené kruhy na celom obrázku označujú nameranú lokalizovanú koróziu. Celý pohľad na oceľ 9 % Cr z rubovej strany je znázornený na obrázku 1.
Ako je znázornené na obr. 2, pri oceli s 9 % Cr sa v priebehu 3 až 14 mesiacov nepozorovala žiadna korózia a rýchlosť korózie bola prakticky nulová. Lokalizovaná korózia sa však pozorovala po 22 mesiacoch (obrázok 3) s rýchlosťou korózie 0,04 mm/rok vypočítanou pomocou úbytku hmotnosti. Maximálna hĺbka lokalizovanej korózie je 1260 µm a lokalizovaná rýchlosť korózie odhadnutá pomocou hĺbky korózie a času ponorenia (22 mesiacov) je 0,68 mm/rok. Keďže presný bod, kedy korózia začína, nie je známy, rýchlosť korózie môže byť vyššia.
Naproti tomu na nehrdzavejúcej oceli nebola pozorovaná žiadna viditeľná korózia ani po 22 mesiacoch ponorenia. Hoci sa na povrchu pred odstránením okovín pozorovalo niekoľko hnedých častíc (obr. 1), boli slabo prichytené a neboli produktmi korózie. Keďže sa kov po odstránení okovín na povrchu nehrdzavejúcej ocele opäť objaví, miera korózie je prakticky nulová.
Sekvenovanie amplikónov sa vykonalo s cieľom pochopiť rozdiely a dynamiku mikrobiálnych spoločenstiev v priebehu času v produktoch korózie a biofilmoch na kovových povrchoch, vo vode a sedimentoch. Celkovo bolo prijatých 4 160 012 údajov s rozsahom od 31 328 do 124 183 údajov.
Shannonove indexy vzoriek vody odobratých z vodných prítokov a rybníkov sa pohybovali od 5,47 do 7,45 (obr. 4a). Keďže regenerovaná riečna voda sa používa ako priemyselná voda, mikrobiálna komunita sa môže sezónne meniť. Naproti tomu Shannonov index vzoriek spodného sedimentu bol približne 9, čo je výrazne viac ako u vzoriek vody. Podobne mali vzorky vody nižšie vypočítané indexy Chao1 a pozorované operačné taxonomické jednotky (OTU) ako vzorky sedimentu (obr. 4b, c). Tieto rozdiely sú štatisticky významné (Tukey-Kramerov test; p-hodnoty < 0,01, obr. 4d), čo naznačuje, že mikrobiálne spoločenstvá vo vzorkách sedimentov sú komplexnejšie ako vo vzorkách vody. Tieto rozdiely sú štatisticky významné (Tukey-Kramerov test; p-hodnoty ​​< 0,01, obr. 4d), čo naznačuje, že mikrobiálne spoločenstvá vo vzorkách sedimentov sú komplexnejšie ako vo vzorkách vody. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рисатон 4d), ритерий Тьюки-Крамера; то, что микробные сообщества в образцах донных отложений более сложны, чедщества в образцах Tieto rozdiely sú štatisticky významné (Tukey-Kramerov test; hodnoty p ​​<0,01, obr. 4d), čo naznačuje, že mikrobiálne spoločenstvá vo vzorkách sedimentov sú komplexnejšie ako vo vzorkách vody.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曀复这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ； p 值 <0,01 ， 图 4 d） 表明 沉积物样样积物样样积物样样积物样样中 中 的 群落更。。。。。。。。。. Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение), <0,01, CR позволяет предположить, что микробные сообщества в образцах донных отложений сложными, чем в образцах воды. Tieto rozdiely boli štatisticky významné (Tukey-Kramerov test; p-hodnota <0,01, obr. 4d), čo naznačuje, že mikrobiálne spoločenstvá vo vzorkách sedimentov boli komplexnejšie ako vo vzorkách vody.Keďže voda v prepadovej nádrži sa neustále obnovuje a sedimenty sa usadzujú na dne nádrže bez mechanického narušenia, tento rozdiel v mikrobiálnej diverzite by mal odrážať ekosystém v nádrži.
a Shannonov index, b Pozorovaná operačná taxonomická jednotka (OTU) a c Index absorpcie Chao1 (n=6) a panva (n=5) Voda, 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) a 9 % (9 C: n = 5) Cr-ocele, ako aj nehrdzavejúce ocele typu 316 (S6: n = 5) a -304 (S8: n = 5) sú zobrazené ako krabicové a fúzové grafy. d Hodnoty p pre Shannonov a Chao1 index získané pomocou ANOVA a Tukey-Kramerových testov viacnásobného porovnávania. Červené pozadie predstavuje páry s p-hodnotami < 0,05. Červené pozadie predstavuje páry s p-hodnotami ​​< 0,05. Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. Červené pozadie predstavuje páry s p-hodnotami ​​< 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. Červené pozadie predstavuje páry s p-hodnotami ​​<0,05.Čiara v strede rámčeka, horná a dolná časť rámčeka a fúzy predstavujú medián, 25. a 75. percentil a minimálnu a maximálnu hodnotu.
Shannonove indexy pre uhlíkovú oceľ, nízkochrómovú oceľ a liatinu boli podobné indexom pre vzorky vody (obr. 4a). Naproti tomu Shannonove indexy vzoriek nehrdzavejúcej ocele sú výrazne vyššie ako indexy skorodovaných ocelí (p-hodnoty < 0,05, obr. 4d) a podobné indexom sedimentov. Naproti tomu Shannonove indexy vzoriek nehrdzavejúcej ocele sú výrazne vyššie ako indexy korodovaných ocelí (p-hodnoty ​​< 0,05, obr. 4d) a podobné indexom sedimentov. Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, ченорхурум сталей (значения p <0,05, рис. 4d), a аналогичны индексам отложений. Naproti tomu Shannonove indexy vzoriek z nehrdzavejúcej ocele sú výrazne vyššie ako indexy korodovaných ocelí (p-hodnoty ​​< 0,05, obr. 4d) a sú podobné indexom usadenín.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 Напротив, индекс Шеннона образцов из нержавеющей стали был значительно выше, чельно выше корродированной стали (значение p <0,05, рис. 4d), как и у отложений. Naproti tomu Shannonův index vzoriek z nehrdzavejúcej ocele bol výrazne vyšší ako index skorodovanej ocele (hodnota p < 0,05, obr. 4d), rovnako ako nános.Naproti tomu Shannonův index pre ocele s 9 % Cr sa pohyboval od 6,95 do 9,65. Tieto hodnoty boli oveľa vyššie u nekorodovaných vzoriek po 1 a 3 mesiacoch ako u korodovaných vzoriek po 6, 14 a 22 mesiacoch (obr. 4a). Okrem toho sú indexy Chao1 a pozorované OTU ocelí s 9 % Cr vyššie ako u korodovaných vzoriek a vzoriek s vodou a nižšie ako u nekorodovaných vzoriek a vzoriek so sedimentmi (obr. 4b, c) a rozdiely sú štatisticky významné (p-hodnoty < 0,01, obr. 4d). Okrem toho sú indexy Chao1 a pozorované OTU ocelí s 9 % Cr vyššie ako u korodovaných vzoriek a vzoriek s vodou a nižšie ako u nekorodovaných vzoriek a vzoriek so sedimentmi (obr. 4b, c) a rozdiely sú štatisticky významné (p-hodnoty < 0,01, obr. 4d).Okrem toho sú hodnoty Chao1 a pozorovaná OTU ocelí s 9 % Cr vyššie ako u korodovaných a vodných vzoriek a nižšie ako u nekorodovaných a sedimentárnych vzoriek (obr. 4b, c) a rozdiely sú štatisticky významné.(p-значения <0,01, рис. 4d). (p-hodnoty ​​<0,01, obr. 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4 d.此外 ， 9 % CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 水样 ， 低咚堷 腐耀嚠沉积物 （图 图 4b ， c） 差异 统计学 意义 （p 值 < 0,01 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图, , , , , 4d). Кроме того, индекс Chao1 a наблюдаемые OTU стали с содержанием 9 % Cr были выше, чермованом у водных образцов, и ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,cрана), рис. 4b,c. статистически значимой (p- значение < 0,01, рис. 4г). Okrem toho, index Chao1 a pozorovaná OTU 9% Cr ocele boli vyššie ako u skorodovaných a vodných vzoriek a nižšie ako u nekorodovaných a sedimentárnych vzoriek (obr. 4b,c) a rozdiel bol štatisticky významný (p-hodnota < 0,01, obr. 4d).Tieto výsledky naznačujú, že mikrobiálna diverzita v produktoch korózie je nižšia ako v biofilmoch na nekorodovaných kovoch.
Na obr. 5a je znázornený graf Hlavnej koordinačnej analýzy (PCoA) založený na neváženej vzdialenosti UniFrac pre všetky vzorky, s tromi pozorovanými hlavnými zhlukmi. Mikrobiálne spoločenstvá vo vzorkách vody sa významne líšili od ostatných spoločenstiev. Mikrobiálne spoločenstvá v sedimentoch zahŕňali aj spoločenstvá nehrdzavejúcej ocele, zatiaľ čo v korodovaných vzorkách boli rozšírené. Naproti tomu mapa ocele s 9 % Cr je rozdelená na nekorodované a skorodované zhluky. V dôsledku toho sa mikrobiálne spoločenstvá na kovových povrchoch a produktoch korózie výrazne líšia od spoločenstiev vo vode.
Graf analýzy hlavných súradníc (PCoA) založený na nevážených vzdialenostiach UniFrac vo všetkých vzorkách (a), vode (b) a kovoch (c). Kruhy zvýrazňujú každý klaster. Trajektórie sú znázornené čiarami spájajúcimi periódy odberu vzoriek v sérii. 1 meter, 1 mesiac; 3 metre, 3 mesiace; 6 metrov, 6 mesiacov; 14 metrov, 14 mesiacov; 22 metrov, 22 mesiacov; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, podmienka 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, oceľ 1 % Cr; 3C oceľ, oceľ 2,25 % Cr; oceľ 9C, oceľ 9 % Cr; S6, nehrdzavejúca oceľ 316; S8, nehrdzavejúca oceľ typ 304.
Pri chronologickom usporiadaní boli grafy PCoA vzoriek vody usporiadané v kruhu (obr. 5b). Tento cyklický prechod môže odrážať sezónne zmeny.
Okrem toho boli na grafoch PCoA kovových vzoriek pozorované iba dva zhluky (korodované a nekorodované), kde (s výnimkou 9 % chrómovej ocele) bol tiež pozorovaný posun mikrobiálnej komunity od 1 do 22 mesiacov (obr. 5c). Okrem toho, keďže prechody v korodovaných vzorkách boli väčšie ako v nekorodovaných vzorkách, existovala korelácia medzi zmenami v mikrobiálnych komunitách a progresiou korózie. Vo vzorkách ocele s 9 % Cr boli zistené dva typy mikrobiálnych spoločenstiev: body v 1 a 6 mesiacoch, nachádzajúce sa v blízkosti nehrdzavejúcej ocele, a ďalšie (3, 14 a 22 mesiacov), nachádzajúce sa v bodoch blízko korodovanej ocele. 1 mesiac a vzorky použité na extrakciu DNA v 6 mesiacoch neboli korodované, zatiaľ čo vzorky v 3, 14 a 22 mesiacoch boli korodované (doplnkový obrázok 1). Preto sa mikrobiálne komunity v korodovaných vzorkách líšili od tých vo vode, sedimente a nekorodovaných vzorkách a menili sa s postupujúcou koróziou.
Hlavnými typmi mikrobiálnych spoločenstiev pozorovaných vo vzorkách vody boli Proteobacteria (30,1–73,5 %), Bacteroidetes (6,3–48,6 %), Planctomycetota (0,4–19,6 %) a Actinobacteria (0–17,7 %), ich relatívna abundancia sa líšila od vzorky ku vzorke (obr. 6), napríklad relatívna abundancia Bacteroidetes vo vode z rybníka bola vyššia ako v abstraktnej vode. Tento rozdiel môže byť ovplyvnený dobou zotrvania vody v prepadovej nádrži. Tieto typy boli pozorované aj vo vzorkách sedimentu z dna, ale ich relatívna abundancia sa výrazne líšila od abundancie vo vzorkách vody. Okrem toho bol relatívny obsah Acidobacteriota (8,7–13,0 %), Chloroflexi (8,1–10,2 %), Nitrospirota (4,2–4,4 %) a Desulfobacterota (1,5–4,4 %) vyšší ako vo vzorkách vody. Keďže takmer všetky druhy Desulfobacterota sú SRB37, prostredie v sedimente musí byť anaeróbne. Hoci Desulfobacterota môžu ovplyvňovať koróziu, riziko by malo byť extrémne nízke, pretože ich relatívne zastúpenie vo vode v bazéne je <0,04 %. Hoci Desulfobacterota môžu ovplyvňovať koróziu, riziko by malo byť extrémne nízke, pretože ich relatívne zastúpenie vo vode v bazéne je <0,04 %. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низикиЅно низикиЅно низикиЅно низикиЅно низикиЅно низикиойно низикиома коррозию относительное содержание воде бассейна составляет <0,04%. Hoci Desulfobacterota môže mať vplyv na koróziu, riziko by malo byť extrémne nízke, pretože ich relatívna hojnosť v bazénovej vode je <0,04 %.尽管脱硫杆菌门可能影响腐蚀，但风险应该极低，因为它们在池水在池水中的怛市席4%丛〛帴席4%丛〛帥 <0,04 %. Хотя тип Desulfobacillus может влиять на коррозию, риск должен быть крайне низким, поскол относительное содержание воде бассейна составляет <0,04%. Hoci typ Desulfobacillus môže ovplyvniť koróziu, riziko by malo byť extrémne nízke, pretože ich relatívna hojnosť v bazénovej vode je <0,04 %.
RW a Air predstavujú vzorky vody z prívodu vody a z nádrže. Sediment-C, -E, -W sú vzorky sedimentu odobraté zo stredu dna nádrže, ako aj z východnej a západnej strany. 1 meter, 1 mesiac; 3 metre, 3 mesiace; 6 metrov, 6 mesiacov; 14 metrov, 14 mesiacov; 22 metrov, 22 mesiacov; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, podmienka 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, oceľ 1 % Cr; 3C oceľ, oceľ 2,25 % Cr; oceľ 9C, oceľ 9 % Cr; S6, nehrdzavejúca oceľ 316; S8, nehrdzavejúca oceľ typ 304.
Na úrovni rodov bol vo všetkých ročných obdobiach pozorovaný mierne vyšší podiel (6 – 19 %) neklasifikovaných baktérií patriacich do čeľade Trichomonadaceae, ako aj Neosphingosine, Pseudomonas a Flavobacterium. Ako vedľajšie hlavné zložky sa ich podiely líšia (obr. 1). . 7a a b). V prítokoch bola relatívna abundancia Flavobacterium, Pseudovibrio a Rhodoferrobacter vyššia iba v zime. Podobne bol v zimnej vode povodia pozorovaný vyšší obsah Pseudovibrio a Flavobacterium. Mikrobiálne spoločenstvá vo vzorkách vody sa teda líšili v závislosti od ročného obdobia, ale počas sledovaného obdobia neprešli drastickými zmenami.
a Nasávaná voda, b Voda z plaveckého bazéna, c ASTM A283, d ASTM A109 teplota č. 4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1 % Cr, h 2,25 % Cr a i 9 % Cr oceľ, j typ 316 a nehrdzavejúca oceľ K-304.
Proteobaktérie boli hlavnými zložkami vo všetkých vzorkách, ale ich relatívna abundancia v skorodovaných vzorkách sa s postupujúcou koróziou znižovala (obr. 6). Vo vzorkách ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 a 1 % a 2,25 % Cr sa relatívna abundancia proteobaktérií znížila z 89,1 %, 85,9 %, 89,6 %, 79,5 %, 84,8 %, 83,8 % na 43,3 %, 52,2 %, 50,0 %, 41,9 %, 33,8 % a 31,3 % v uvedenom poradí. Naproti tomu relatívna abundancia Desulfobacterota sa s postupujúcou koróziou postupne zvyšuje z <0,1 % na 12,5–45,9 %. Naproti tomu relatívna abundancia Desulfobacterota sa s postupujúcou koróziou postupne zvyšuje z <0,1 % na 12,5–45,9 %. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1 % z 12,5 – 45,9 % коррозии. Naproti tomu relatívna abundancia Desulfobacterota sa postupne zvyšuje z <0,1 % na 12,5–45,9 % s postupujúcou koróziou.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% z 12,5–45%, 9% развития коррозии. Naproti tomu relatívna abundancia Desulfobacillus sa postupne zvyšovala z <0,1 % na 12,5 – 45,9 % s postupujúcou koróziou.S postupujúcou koróziou bola Proteobacteira nahradená Desulfobacterotou.
Naproti tomu biofilmy na nekorodovanej nehrdzavejúcej oceli obsahovali rovnaké podiely rôznych baktérií. 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 %) a Chloroflexi (2,1–8,8 %). Zistilo sa, že podiel Nitrospirota vo vzorkách nehrdzavejúcej ocele sa postupne zvyšoval (obr. 6). Tieto pomery sú podobné ako vo vzorkách sedimentov, čo zodpovedá grafu PCoA znázornenému na obr. 5a.
Vo vzorkách ocele s obsahom 9 % Cr boli pozorované dva typy mikrobiálnych spoločenstiev: 1-mesačné a 6-mesačné mikrobiálne spoločenstvá boli podobné spoločenstvám vo vzorkách spodného sedimentu, zatiaľ čo podiel proteobaktérií vo vzorkách korózie 3, 14 a 22 sa výrazne zvýšil. Okrem toho tieto dve mikrobiálne spoločenstvá vo vzorkách ocele s obsahom 9 % Cr zodpovedali rozdeleným zhlukom v grafe PCoA znázornenom na obr. 5c.
Na úrovni rodu bolo pozorovaných > 2 000 OTU obsahujúcich nepriradené baktérie a archea. Na úrovni rodu bolo pozorovaných > 2 000 OTU obsahujúcich nepriradené baktérie a archea.Na úrovni rodu bolo pozorovaných viac ako 2000 OTU obsahujúcich neidentifikované baktérie a archea.Na úrovni rodu bolo pozorovaných viac ako 2000 OTU obsahujúcich nešpecifikované baktérie a archea. Spomedzi nich sme sa zamerali na 10 OTU s vysokou populáciou v každej vzorke. To pokrýva 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 % a 21,8 – 45,1 % v ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1 %, 2,25 % a 9 % Cr ocelí a nehrdzavejúcich ocelí typu 316 a -304.
V korozívnych vzorkách, ako sú ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 a ocele s 1 % a 2,25 % Cr, bol pozorovaný relatívne vysoký obsah dechlórovaných monolitov s oxidačnými vlastnosťami Fe(II). Skoré štádium korózie (1 mesiac a 3 mesiace, obr. 7c-h). Podiel Dechloromonas sa časom znižoval, čo zodpovedalo poklesu Proteobaktérií (obr. 6). Okrem toho, podiel Dechloromonas v biofilmoch na nekorodovaných vzorkách je <1 %. Okrem toho, podiel Dechloromonas v biofilmoch na nekorodovaných vzorkách je <1 %. Кроме того, доля Dechloromonas v биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. Okrem toho je podiel Dechloromonas v biofilmoch na nekorodovaných vzorkách <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 v биопленке некорродированных образцов была <1%. Okrem toho, podiel Dechloromonas v biofilme nekorodovaných vzoriek bol <1 %.Preto je medzi produktmi korózie Dechloromonas v ranom štádiu korózie výrazne obohatený.
Naproti tomu v oceliach ASTM A179, ASTM A109 popúšťaných #4/5, ASTM A179, ASTM A395 a oceliach s 1 % a 2,25 % Cr sa podiel druhov SRB Desulfovibrio nakoniec zvýšil po 14 a 22 mesiacoch (obr. 7c–h). Desulfovibrion bol veľmi nízky alebo nebol vôbec zistený v skorých štádiách korózie, vo vzorkách vody (obr. 7a, b) a v nekorodovaných biofilmoch (obr. 7j, j). To silne naznačuje, že Desulfovibrio uprednostňuje prostredie vytvorených produktov korózie, hoci tie neovplyvňujú koróziu v skorých štádiách korózie.
Fe(III)-redukujúce baktérie (RRB), ako napríklad Geobacter a Geothrix, sa našli v produktoch korózie v stredných štádiách korózie (6 a 14 mesiacov), ale podiel neskorých (22 mesiacov) štádií korózie je v nich vyšší. relatívne nízky (obr. 7c, eh). Rod Sideroxydans s oxidačnými vlastnosťami Fe(II) vykazoval podobné správanie (obr. 7f), takže podiel FeOB, IRB a SRB bol vyšší iba v skorodovaných vzorkách. To silne naznačuje, že zmeny v týchto mikrobiálnych spoločenstvách sú spojené s progresiou korózie.
V oceli s 9 % Cr skorodovanej po 3, 14 a 22 mesiacoch bol pozorovaný vyšší podiel členov čeľade Beggiatoacea (8,5 – 19,6 %), ktoré môžu vykazovať vlastnosti oxidujúce síru, a boli pozorované aj sideroxidány (8,4 – 13,7 %) (obr. 1). 7i) Okrem toho sa Thiomonas, baktéria oxidujúca síru (SOB), našla vo vyššom počte (3,4 % a 8,8 %) po 3 a 14 mesiacoch. Naproti tomu baktérie redukujúce dusičnany Nitrospira (12,9 %) boli pozorované v 6 mesiacov starých nekorodovaných vzorkách. Zvýšený podiel Nitrospira bol pozorovaný aj v biofilmoch na nehrdzavejúcej oceli po ponorení (obr. 7j,k). Mikrobiálne spoločenstvá 1 a 6 mesiacov starých nekorodovaných ocelí s 9 % Cr boli teda podobné ako v biofilmoch nehrdzavejúcej ocele. Okrem toho sa mikrobiálne spoločenstvá ocele s 9 % chrómu skorodovanej po 3, 14 a 22 mesiacoch líšili od produktov korózie uhlíkových a nízkochrómových ocelí a liatiny.
Vývoj korózie je v sladkej vode zvyčajne pomalší ako v morskej vode, pretože koncentrácia chloridových iónov ovplyvňuje koróziu kovu. Niektoré nehrdzavejúce ocele však môžu korodovať v sladkovodnom prostredí38,39. Okrem toho sa pôvodne predpokladalo MIC, pretože skorodovaný materiál bol predtým pozorovaný v bazéne so sladkou vodou použitom v tejto štúdii. V dlhodobých imerzných štúdiách sa pozorovali rôzne formy korózie, tri typy mikrobiálnych spoločenstiev a zmena mikrobiálnych spoločenstiev v produktoch korózie.
Sladkovodné médium použité v tejto štúdii je uzavretá nádrž na technickú vodu odoberanú z rieky s relatívne stabilným chemickým zložením a sezónnou zmenou teploty vody v rozmedzí od 9 do 23 °C. Sezónne výkyvy mikrobiálnych spoločenstiev vo vzorkách vody preto môžu súvisieť so zmenami teploty. Okrem toho sa mikrobiálne spoločenstvo vo vode v bazéne trochu líšilo od spoločenstva vo vstupnej vode (obr. 5b). Voda v bazéne sa neustále dopĺňa v dôsledku pretečenia. V dôsledku toho zostal rozpustený kyslík na úrovni ~8,2 ppm aj v stredných hĺbkach medzi povrchom nádrže a dnom. Naopak, prostredie sedimentu by malo byť anaeróbne, pretože sa usadzuje a zostáva na dne nádrže, a mikrobiálna flóra v ňom (ako napríklad CRP) by sa mala tiež líšiť od mikrobiálnej flóry vo vode (obr. 6). Keďže vzorky v bazéne boli ďalej od sedimentov, boli počas imerzných štúdií za aeróbnych podmienok vystavené iba sladkej vode.
Všeobecná korózia sa vyskytuje v uhlíkovej oceli, nízkochrómovej oceli a liatine v sladkovodnom prostredí (obrázok 1), pretože tieto materiály nie sú odolné voči korózii. Rýchlosť korózie (0,13 mm rok-1) v abiotických sladkovodných podmienkach však bola vyššia ako v predchádzajúcich štúdiách40 (0,04 mm rok-1) a bola porovnateľná s rýchlosťou korózie (0,02 – 0,76 mm rok-1) v prítomnosti mikroorganizmov1) Podobne ako v sladkovodných podmienkach40,41,42. Táto zrýchlená rýchlosť korózie je charakteristickou vlastnosťou MIC.
Okrem toho sa po 22 mesiacoch ponorenia pozorovala lokalizovaná korózia na niekoľkých kovoch pod produktmi korózie (obr. 3). Najmä lokalizovaná rýchlosť korózie pozorovaná v norme ASTM A179 je približne päťkrát rýchlejšia ako bežná korózia. Táto nezvyčajná forma korózie a zrýchlená rýchlosť korózie sa pozorovala aj pri korózii vyskytujúcej sa na tom istom predmete. Ponorenie vykonané v tejto štúdii teda odráža koróziu v praxi.
Spomedzi študovaných kovov vykazovala oceľ s obsahom 9 % Cr najzávažnejšiu koróziu s hĺbkou korózie > 1,2 mm, čo je pravdepodobne MIC kvôli zrýchlenej korózii a abnormálnej forme korózie. Spomedzi študovaných kovov vykazovala oceľ s obsahom 9 % Cr najzávažnejšiu koróziu s hĺbkou korózie > 1,2 mm, čo je pravdepodobne MIC kvôli zrýchlenej korózii a abnormálnej forme korózie. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с зиогрую сионирулую 1,2 мм, что, вероятно, является МИК из-за ускоренной коррозики и аномальнорирой фой. Spomedzi skúmaných kovov vykazovala oceľ s 9 % Cr najzávažnejšiu koróziu s hĺbkou korózie > 1,2 mm, čo je pravdepodobne minimálna inhibičná hodnota (MIC) v dôsledku zrýchlenej korózie a abnormálnej formy korózie.在所研究的金属中，9% Cr 钢的腐蚀最为严重，腐蚀深度>1,2 mm，由于加速腐蚀和异常腐蚀形式，很可能是MIC。在所研究的金属中，9 % Cr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% Cr, с глубиром, 2,2 глубиром, 2 скорее всего, МИК из-за ускоренных a аномальных форм коррозии. Spomedzi študovaných kovov korodovala najsilnejšie oceľ s 9 % Cr s hĺbkou korózie > 1,2 mm, s najväčšou pravdepodobnosťou v dôsledku zrýchlených a anomálnych foriem korózie.Keďže sa oceľ s obsahom 9 % Cr používa vo vysokoteplotných aplikáciách, jej korózne správanie bolo už predtým študované43,44, ale pre tento kov nebola doteraz hlásená žiadna hodnota MIC. Keďže mnohé mikroorganizmy, s výnimkou hypertermofilov, sú neaktívne v prostredí s vysokou teplotou (> 100 °C), MIC v 9 % Cr oceli sa v takýchto prípadoch môže ignorovať. Keďže mnohé mikroorganizmy, s výnimkou hypertermofilov, sú neaktívne v prostredí s vysokou teplotou (> 100 °C), MIC v 9 % Cr oceli sa v takýchto prípadoch môže ignorovať. Поскольку многие микроорганизмы, за исключением гипертермофилов, неактивсноры воневе среде (>100 °С), МИК в стали с 9% Cr v takom случаях можно не учитывать. Keďže mnohé mikroorganizmy, s výnimkou hypertermofilov, sú neaktívne v prostredí s vysokou teplotou (> 100 °C), v takýchto prípadoch možno hodnotu MIC v oceli s 9 % Cr zanedbať.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 активностивностивност высокотемпературных средах (>100 °С), МПК в стали с 9% Cr v данном случае можно не учи. Keďže mnohé mikroorganizmy, s výnimkou hypertermofilov, nevykazujú aktivitu v prostredí s vysokou teplotou (> 100 °C), v tomto prípade možno MIC v oceli s 9 % Cr zanedbať.Ak sa však oceľ s obsahom 9 % Cr používa v prostredí so strednou teplotou, je potrebné prijať rôzne opatrenia na zníženie MIC.
V usadeninách nekorodovaného materiálu a v produktoch korózie v biofilmoch v porovnaní s vodou boli pozorované rôzne mikrobiálne spoločenstvá a ich zmeny, okrem zrýchlenej korózie (obr. 5-7), čo silne naznačuje, že táto korózia je mikrofónová. Ramirez a kol.13 uvádzajú 3-krokový prechod (FeOB => SRB/IRB = > SOB) v morskom mikrobiálnom ekosystéme počas 6 mesiacov, pričom sírovodík produkovaný sekundárne obohateným SRB môže nakoniec prispieť k obohateniu SOB. Ramirez a kol.13 uvádzajú 3-krokový prechod (FeOB => SRB/IRB => SOB) v morskom mikrobiálnom ekosystéme počas 6 mesiacov, keď sírovodík produkovaný sekundárne obohateným SRB môže nakoniec prispieť k obohateniu SOB. Ramirez et al.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) v морской микробной ченой эке 6 месяцев, когда сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, моженент, моженет способствовать обогащению SOB. Ramirez a kol.13 uvádzajú trojstupňový prechod (FeOB => SRB/IRB => SOB) v morskom mikrobiálnom ekosystéme počas 6 mesiacov, kde sírovodík generovaný sekundárnym obohatením SRB môže nakoniec prispieť k obohateniu 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(FeB => SRB => SOB)，其中二次富集SRB 产生的硫化氢可能最终有助于SOB 的富集。Ramirez 等 人 13 报告 了 个 超过 超过 6 个 月 海洋 微生物 生态 系统 中 蘽 三 蘬步转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB) ，桌席 篔 其中硫化氢 可能 最终 有助于 vzlyk 的富集。 Ramirez et al.13 сообщили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробносе течение 6 месяцев, в котором сероводород, образующийся в результате вторияного вторичного может в конечном итоге способствовать обогащению SOB. Ramirez a kol.13 uviedli trojstupňový prechod (FeOB => SRB/IRB => SOB) v morskom mikrobiálnom ekosystéme počas 6 mesiacov, pri ktorom sírovodík produkovaný sekundárnym obohatením SRB môže nakoniec prispieť k obohateniu SOB.McBeth a Emerson36 uviedli primárne obohatenie v FeOB. Podobne sa v tejto štúdii pozoruje obohatenie FeOB počas ranej fázy korózie, ale mikrobiálne zmeny s postupom korózie pozorované u uhlíkových ocelí a ocelí s obsahom 1 % a 2,25 % Cr a liatiny po 22 mesiacoch sú FeOB => IRB = > SRB (obr. 7 a 8). Podobne sa v tejto štúdii pozoruje obohatenie FeOB počas ranej fázy korózie, ale mikrobiálne zmeny s postupom korózie pozorované u uhlíkových ocelí a ocelí s obsahom 1 % a 2,25 % Cr a liatiny po 22 mesiacoch sú FeOB => IRB => SRB (obr. 7 a 8). Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии киороноронение изменения по мере прогрессирования коррозии, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2 Cr 2% чугуне в течение 22 месяцев, представляют собой FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 a 8). Podobne sa v tejto štúdii pozoruje obohatenie FeOB v skorom štádiu korózie, ale mikrobiálne zmeny s postupujúcou koróziou, pozorované u uhlíkových ocelí a liatin s obsahom 1 % a 2,25 % Cr počas 22 mesiacov, sú FeOB => IRB => SRB (obrázky 7 a 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 % 劶 2,25 % Cr 钶忇以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 「8同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 蒌 和 1 % 2 % 忒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, этом исследовании наблюдалось обогащение FeOB на ранндования страндалось микробиологические изменения, наблюдаемые в углеродистых a 1% a 2,25% Cr сталяченугених 22 месяцев, были FeOB => IRB => SRB (рис. 7 a 8). Podobne sa v tejto štúdii pozorovalo obohatenie FeOB v skorých štádiách korózie, ale mikrobiologické zmeny pozorované v uhlíkových a 1 % a 2,25 % Cr oceliach a liatine počas 22 mesiacov boli FeOB => IRB => SRB (obr. 7 a 8).SRB sa môžu ľahko hromadiť v morskom prostredí kvôli vysokým koncentráciám síranových iónov, ale ich obohatenie v sladkovodnom prostredí je oneskorené nízkymi koncentráciami síranových iónov. Obohatenie SRB v morskej vode bolo často hlásené10,12,45.
a Organický uhlík a dusík prostredníctvom energetického metabolizmu závislého od Fe(II) oxidom železa (červené [Dechloromonas sp.] a zelené [Sideroxydans sp.] bunky) a Fe(III) redukujúcimi baktériami (sivé bunky [Geothrix sp. a Geobacter sp.]) v skorom štádiu korózie, potom anaeróbne sulfát redukujúce baktérie (SRP) a heterotrofné mikroorganizmy obohacujú zrelé štádium korózie konzumáciou nahromadenej organickej hmoty. b Zmeny v mikrobiálnych spoločenstvách na kovoch odolných voči korózii. Fialové, modré, žlté a biele bunky predstavujú baktérie z čeľadí Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea a ďalších.
Pokiaľ ide o zmeny v mikrobiálnej komunite a možné obohatenie SRB, FeOB je kritický v skorom štádiu korózie a Dechloromonas môžu získavať svoju rastovú energiu z oxidácie Fe(II). Mikroorganizmy môžu prežiť v médiách obsahujúcich stopové prvky, ale nebudú rásť exponenciálne. Ponorný bazén použitý v tejto štúdii je však prepadová nádrž s prítokom 20 m3/h, ktorá kontinuálne dodáva stopové prvky obsahujúce anorganické ióny. V skorých štádiách korózie sa železnaté ióny uvoľňujú z uhlíkovej ocele a liatiny a FeOB (ako napríklad Dechloromonas) ich využívajú ako zdroj energie. Stopové množstvá uhlíka, fosfátu a dusíka potrebné pre rast buniek musia byť prítomné v procesnej vode vo forme organických a anorganických látok. Preto sa v tomto sladkovodnom prostredí FeOB spočiatku obohacuje na kovových povrchoch, ako je uhlíková oceľ a liatina. Následne môžu IRB rásť a využívať organickú hmotu a oxidy železa ako zdroje energie a terminálne akceptory elektrónov. V zrelých produktoch korózie by sa mali vďaka metabolizmu FeOB a IRB vytvoriť anaeróbne podmienky obohatené dusíkom. SRB preto môže rýchlo rásť a nahradiť FeOB a IRB (obr. 8a).
Nedávno Tang a kol. informovali o korózii nehrdzavejúcej ocele baktériou Geobacter ferroreducens v sladkovodnom prostredí v dôsledku priameho prenosu elektrónov zo železa na mikróby46. Vzhľadom na EMIC je príspevok mikroorganizmov s vlastnosťami EET kritický. SRB, FeOB a IRB sú v tejto štúdii hlavnými mikrobiálnymi druhmi v produktoch korózie, ktoré by mali mať vlastnosti EET. Preto tieto elektrochemicky aktívne mikroorganizmy môžu prispievať ku korózii prostredníctvom EET a zloženie ich spoločenstva sa mení pod vplyvom rôznych iónových druhov, keď sa tvoria produkty korózie. Naopak, mikrobiálne spoločenstvo v oceli s 9 % Cr sa líšilo od iných ocelí (obr. 8b). Po 14 mesiacoch boli okrem obohatenia FeOB obohatené aj zložky ako Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea a Thiomonas (obr. 7i). Táto zmena sa výrazne líši od zmeny iných korozívnych materiálov, ako je uhlíková oceľ, a môže byť ovplyvnená iónmi bohatými na chróm rozpustenými počas korózie. Je pozoruhodné, že Thiomonas má nielen vlastnosti oxidácie síry, ale aj vlastnosti oxidácie Fe(II), systém EET a toleranciu voči ťažkým kovom48,49. Môžu byť obohatené vďaka oxidačnej aktivite Fe(II) a/alebo priamej spotrebe kovových elektrónov. V predchádzajúcej štúdii sa pozoroval relatívne vysoký výskyt Beggiatoacea v biofilmoch na Cu s použitím systému monitorovania diskontinuálneho biofilmu, čo naznačuje, že tieto baktérie môžu byť odolné voči toxickým kovom, ako sú Cu a Cr. Zdroj energie, ktorý Beggiatoacea potrebuje na rast v tomto prostredí, však nie je známy.
Táto štúdia uvádza zmeny v mikrobiálnych spoločenstvách počas korózie v sladkovodnom prostredí. V rovnakom prostredí sa mikrobiálne spoločenstvá líšili typom kovu. Naše výsledky navyše potvrdzujú dôležitosť FeOB v skorých štádiách korózie, pretože energetický metabolizmus mikróbov závislý od železa podporuje tvorbu prostredia bohatého na živiny, ktoré je obľúbené u iných mikroorganizmov, ako napríklad SRB. Aby sa znížila minimálna inhibičná hodnota (MIC) v sladkovodnom prostredí, musí byť obohacovanie FeOB a IRB obmedzené.
V tejto štúdii bolo použitých deväť kovov a spracovaných do blokov s rozmermi 50 × 20 × 1–5 mm (hrúbka pre oceľ ASTM 395 a 1 %, 2,25 % a 9 % Cr: 5 mm; hrúbka pre ASTM A283 a ASTM A179: 3 mm). mm; ASTM A109 za tepla 4/5 a nehrdzavejúca oceľ typu 304 a 316, hrúbka: 1 mm) s dvoma otvormi s priemerom 4 mm. Chrómové ocele boli pred ponorením leštené brúsnym papierom a ostatné kovy boli leštené brúsnym papierom so zrnitosťou 600. Všetky vzorky boli sonikované 99,5 % etanolom, vysušené a odvážené. Desať vzoriek z každého kovu bolo použitých na výpočet rýchlosti korózie a analýzu mikrobiómu. Každá vzorka bola upevnená rebríkovým spôsobom pomocou PTFE tyčí a dištančných vložiek (φ 5 × 30 mm, doplnkový obrázok 2).
Bazén má objem 1100 metrov kubických a hĺbku približne 4 metre. Prítok vody bol 20 m3 h-1, prepad bol vypustený a kvalita vody sezónne nekolísala (doplnkový obrázok 3). Rebrík na odber vzoriek sa spúšťa na 3 m oceľové lano zavesené v strede nádrže. Dve sady rebríkov boli z bazéna odstránené po 1, 3, 6, 14 a 22 mesiacoch. Vzorky z jedného rebríka boli použité na meranie úbytku hmotnosti a výpočet rýchlosti korózie, zatiaľ čo vzorky z iného rebríka boli použité na analýzu mikrobiómu. Rozpustený kyslík v ponornej nádrži bol meraný v blízkosti povrchu a dna, ako aj v strede, pomocou senzora rozpusteného kyslíka (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
Produkty korózie a biofilmy na vzorkách boli odstránené zoškrabaním plastovou škrabkou alebo utretím vatovým tampónom a potom vyčistené v 99,5 % etanole pomocou ultrazvukového kúpeľa. Vzorky boli potom ponorené do Clarkovho roztoku v súlade s normou ASTM G1-0351. Všetky vzorky boli po ukončení sušenia odvážené. Vypočítajte rýchlosť korózie (mm/rok) pre každú vzorku pomocou nasledujúceho vzorca:
kde K je konštanta (8,76 × 104), T je čas expozície (h), A je celková plocha povrchu (cm2), W je strata hmotnosti (g), D je hustota (g cm–3).
Po odvážení vzoriek boli získané 3D snímky niekoľkých vzoriek pomocou 3D meracieho laserového mikroskopu (LEXT OLS4000, Olympus, Tokio, Japonsko).