Хвала вам што сте посетили Nature.com. Користите верзију прегледача са ограниченом CSS подршком. За најбоље искуство, препоручујемо вам да користите ажурирани прегледач (или да онемогућите режим компатибилности у Internet Explorer-у). Поред тога, како бисмо осигурали континуирану подршку, приказујемо сајт без стилова и JavaScript-а.
Приказује вртешку од три слајда одједном. Користите дугмад Претходно и Следеће да бисте се кретали кроз три слајда истовремено или користите клизаче на крају да бисте се кретали кроз три слајда одједном.
У слатководним срединама често се примећује убрзана корозија угљеничних и нерђајућих челика. Овде је спроведена 22-месечна студија роњења у резервоарима за слатку воду користећи девет врста челика. Убрзана корозија је примећена код угљеничних и хромних челика и ливеног гвожђа, док код нерђајућег челика није примећена видљива корозија чак ни након 22 месеца. Анализа микробне заједнице показала је да су током опште корозије, Fe(II)-оксидујуће бактерије биле обогаћене у раној фази корозије, Fe(III)-редукујуће бактерије у фази развоја корозије, а сулфат-редукујуће бактерије у фази корозије у завршној фази корозије производа. Напротив, бактерије Beggiatocaea биле су посебно бројне у челику са 9% Cr који је био подвргнут локализованој корозији. Ови састави микробних заједница такође су се разликовали од оних у узорцима воде и седимента са дна. Дакле, како корозија напредује, микробна заједница пролази кроз драматичне промене, а енергетски метаболизам микроба зависан од гвожђа ствара окружење које може обогатити друге микроорганизме.
Метали могу да се погоршавају и кородирају због различитих физичких и хемијских фактора околине као што су pH, температура и концентрација јона. Кисели услови, високе температуре и концентрације хлорида посебно утичу на корозију метала1,2,3. Микроорганизми у природном и изграђеном окружењу често утичу на хабање и корозију метала, понашање које се изражава у микробној корозији (МИК)4,5,6,7,8. МИК се често налази у окружењима као што су унутрашње цеви и резервоари за складиштење, у металним пукотинама и у земљишту, где се изненада појављује и брзо развија. Стога је праћење и рано откривање МИК веома тешко, па се анализа МИК обично спроводи након корозије. Пријављене су бројне студије случајева МИК у којима су сулфат-редукујуће бактерије (СРБ) често пронађене у производима корозије9,10,11,12,13. Међутим, остаје нејасно да ли СРБ доприносе покретању корозије, будући да се њихово откривање заснива на пост-корозионој анализи.
Недавно су, поред бактерија које оксидују јод21, пријављени различити микроорганизми који разграђују гвожђе, као што су SRB који разграђују гвожђе14, метаногени15,16,17, бактерије које редукују нитрате18, бактерије које оксидују гвожђе19 и ацетогени20. У анаеробним или микроаеробним лабораторијским условима, већина њих кородира гвожђе са нултом валентношћу и угљенични челик. Поред тога, њихови механизми корозије сугеришу да метаногени и SRB који нагризају гвожђе подстичу корозију сакупљањем електрона из гвожђа са нултом валентношћу користећи екстрацелуларне хидрогеназе и мултихемске цитохроме, респективно22,23. MIC се деле на два типа: (i) хемијска MIC (CMIC), која је индиректна корозија микробно произведеним врстама, и (ii) електрична MIC (EMIC), која је директна корозија исцрпљивањем електрона из метала24. EMIC олакшан екстрацелуларним преносом електрона (EET) је од великог интереса јер микроорганизми са EET својствима изазивају бржу корозију од микроорганизама који нису EET. Док је ограничавајући одговор CMIC-а под анаеробним условима производња H2 путем редукције протона (H+), EMIC се одвија путем EET метаболизма, који је независан од производње H2. Механизам EET-а код различитих микроорганизама повезан је са перформансама микробног ћелијског горива и електробиосинтезом25,26,27,28,29. Пошто се услови културе ових корозивних микроорганизама разликују од оних у природном окружењу, није јасно да ли ови посматрани процеси микробне корозије одражавају корозију у пракси. Стога је тешко посматрати MIC механизам изазван овим корозивним микроорганизмима у природном окружењу.
Развој технологије секвенцирања ДНК олакшао је проучавање детаља микробних заједница у природним и вештачким срединама, на пример, микробно профилисање засновано на секвенци гена 16S рРНК коришћењем секвенцера нове генерације коришћено је у области микробне екологије30,31,32. Објављене су бројне MIC студије које су детаљно описале микробне заједнице у земљишту и морским срединама13,33,34,35,36. Поред SRB, такође је објављено обогаћивање Fe(II)-оксидујућим (FeOB) и нитрификујућим бактеријама у узорцима корозије, нпр. FeOB, као што су Gallionella spp. и Dechloromonas spp., и нитрификујућим бактеријама, као што је Nitrospira. spp., у челицима који садрже угљеник и бакар у земљишним медијумима33. Слично томе, у морској средини, брза колонизација бактерија које оксидују гвожђе и припадају класама Zetaproteobacteria и Betaproteobacteria примећена је већ неколико недеља на угљеничном челику36. Ови подаци указују на допринос ових микроорганизама корозији. Међутим, у многим студијама, трајање и експерименталне групе су ограничене, а мало се зна о динамици микробних заједница током корозије.
Овде истражујемо минималне инхибиторне вредности (МИК) угљеничног челика, хромног челика, нерђајућег челика и ливеног гвожђа користећи студије урањања у аеробно слатководно окружење са историјом МИК догађаја. Узорци су узети након 1, 3, 6, 14 и 22 месеца и проучавана је брзина корозије сваког метала и микробне компоненте. Наши резултати пружају увид у дугорочну динамику микробних заједница током корозије.
Као што је приказано у Табели 1, у овој студији је коришћено девет метала. Десет узорака сваког материјала је потопљено у базен са свежом водом. Квалитет воде за процес је следећи: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, мутноћа 1 ppm и pH 7,4. Концентрација раствореног кисеоника (DO) на дну мердевине за узорковање била је приближно 8,2 ppm, а температура воде се кретала од 9 до 23°C сезонски.
Као што је приказано на слици 1, након 1 месеца потапања у средине ливеног гвожђа ASTM A283, ASTM A109 услов #4/5, ASTM A179 и ASTM A395, на површини угљеничног челика примећени су смеђи производи корозије у облику генерализоване корозије. Губитак тежине ових узорака повећавао се временом (Додатна табела 1), а брзина корозије била је 0,13–0,16 мм годишње (слика 2). Слично томе, општа корозија је примећена код челика са ниским садржајем Cr (1% и 2,25%) са брзином корозије од око 0,13 мм/год. (слике 1 и 2). Насупрот томе, челик са 9% Cr показује локализовану корозију која се јавља у празнинама које формирају заптивке. Брзина корозије овог узорка је око 0,02 мм/год., што је знатно ниже него код челика са општом корозијом. Насупрот томе, нерђајући челици типа 304 и 316 не показују видљиву корозију, са процењеним брзинама корозије од <0,001 mm y−1. Насупрот томе, нерђајући челици типа 304 и 316 не показују видљиву корозију, са процењеним стопама убрзања од <0,001 mm y−1. Напротив, нержавеусие стали типова 304 и 316 не проказују видној коррозии, при етом расчетнаа скорость корозии составлает <0,001 мм/год. Насупрот томе, нерђајући челици типова 304 и 316 не показују видљиву корозију, са процењеном брзином корозије од <0,001 мм/год.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<0,011 мм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<0,011 мм Напротив, нержавеусие стали типа 304 и -316 не показивали видној корозии с расчетној скорости корозије <0,001 мм/год. Насупрот томе, нерђајући челици типа 304 и -316 нису показали видљиву корозију са пројектованом брзином корозије од <0,001 мм/год.
Приказане су макроскопске слике сваког узорка (висина 50 мм × ширина 20 мм) пре и после уклањања каменца. 1 метар, 1 месец; 3 метра, 3 месеца; 6 метара, 6 месеци; 14 метара, 14 месеци; 22 метра, 22 месеца; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, стање 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, челик 1% Cr; 3C челик, челик 2,25% Cr; челик 9C, челик 9% Cr; S6, нерђајући челик 316; S8, нерђајући челик тип 304.
Брзина корозије је израчуната коришћењем губитка тежине и времена потапања. S, ASTM A283, SP, ASTM A109, каљено 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, челик 1% Cr, 3 C, челик 2,25% Cr, 9 C, челик 9% Cr, S6, нерђајући челик тип 316; S8, нерђајући челик тип 304.
На слици 1 се такође види да се продукти корозије угљеничног челика, челика са ниским садржајем хрома и ливеног гвожђа даље развијају након урањања у трајању од 3 месеца. Укупна брзина корозије постепено се смањивала на 0,07 ~ 0,08 мм/годишње након 22 месеца (слика 2). Поред тога, брзина корозије челика са 2,25% хрома била је нешто нижа него код других кородираних узорака, што указује да хром може инхибирати корозију. Поред опште корозије, према ASTM A179, локализована корозија је примећена након 22 месеца са дубином корозије од око 700 µм (слика 3). Локална брзина корозије, израчуната коришћењем дубине корозије и времена урањања, износи 0,38 мм/годишње, што је око 5 пута брже од опште корозије. Брзина корозије легуре ASTM A395 може се потценити јер продукти корозије не уклањају у потпуности каменац након 14 или 22 месеца урањања у воду. Међутим, разлика би требало да буде минимална. Поред тога, примећено је много малих јамица у кородираном челику са ниским садржајем хрома.
Пуна слика (скала: 10 mm) и локализована корозија (скала: 500 µm) челика ASTM A179 и 9% Cr на максималној дубини помоћу 3D ласерског микроскопа. Црвени кругови на пуној слици означавају измерену локализовану корозију. Потпуни приказ челика 9% Cr са друге стране приказан је на слици 1.
Као што је приказано на слици 2, код челика са 9% Cr, није примећена корозија у року од 3-14 месеци, а стопа корозије је била практично нула. Међутим, локализована корозија је примећена након 22 месеца (слика 3) са стопом корозије од 0,04 mm/год. израчунатом коришћењем губитка тежине. Максимална дубина локализоване корозије је 1260 µm, а стопа локализоване корозије процењена коришћењем дубине корозије и времена потапања (22 месеца) је 0,68 mm/год. Пошто тачна тачка у којој почиње корозија није позната, стопа корозије може бити већа.
Насупрот томе, није примећена видљива корозија на нерђајућем челику чак ни након 22 месеца потапања. Иако је неколико смеђих честица примећено на површини пре уклањања каменца (Сл. 1), оне су биле слабо везане и нису биле производи корозије. Пошто се метал поново појављује на површини нерђајућег челика након уклањања каменца, стопа корозије је практично нула.
Секвенцирање ампликона је извршено како би се разумеле разлике и динамика микробних заједница током времена у производима корозије и биофилмовима на металним површинама, у води и седиментима. Укупно је примљено 4.160.012 очитавања, са распоном од 31.328 до 124.183 очитавања.
Шенонови индекси узорака воде узетих из водозахвата и бара кретали су се од 5,47 до 7,45 (Сл. 4а). Пошто се рекултивисана речна вода користи као индустријска вода, микробна заједница се може мењати сезонски. Насупрот томе, Шенонов индекс узорака седимента са дна био је око 9, што је знатно више него код узорака воде. Слично томе, узорци воде имали су ниже израчунате Chao1 индексе и уочене оперативне таксономске јединице (OTU) него узорци седимента (Сл. 4б, ц). Ове разлике су статистички значајне (Тјуки-Крамеров тест; p-вредности < 0,01, сл. 4д), што указује да су микробне заједнице у узорцима седимента сложеније од оних у узорцима воде. Ове разлике су статистички значајне (Тјуки-Крамеров тест; p-вредности ​​< 0,01, сл. 4д), што указује да су микробне заједнице у узорцима седимента сложеније од оних у узорцима воде. Ети разлике статистических значености (критериј Тьуки-Крамера; значења п <0,01, рис. 4д), что указује на то, что микробние сообсества в образцах донних отложениј более сложни, него в образцах води. Ове разлике су статистички значајне (Тјуки-Крамеров тест; p вредности ​​<0,01, слика 4д), што указује да су микробне заједнице у узорцима седимента сложеније него у узорцима воде.这些差异具有统计学意义 (Тукеи-Крамер 检验；п 值< 0.01，图4д）,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这些 差异 具有 统计学 （тукеи-крамер 检验 ； п 值 <0,01, 图 4д) 表明 沉积物栭中 中 的 群落更。。。。。。。。。 Ето различие били статистически значајними (критериј Тьуки-Крамера; п-значение <0,01, рис. 4д), что позволает предложить, что микробние сообсества в образцах донних отложениј буду более сложними, него в образцах води. Ове разлике су биле статистички значајне (Тјуки-Крамеров тест; p-вредност <0,01, сл. 4д), што указује на то да су микробне заједнице у узорцима седимента биле сложеније него у узорцима воде.Пошто се вода у преливном базену стално обнавља и седименти се таложе на дно базена без механичких поремећаја, ова разлика у микробној разноликости требало би да одражава екосистем у базену.
а Шенонов индекс, б Посматрана оперативна таксономска јединица (OTU) и ц Индекс апсорпције Chao1 (n=6) и базен (n=5) Вода, седимент (n=3), ASTM A283 (S: n=5), ASTM A109 Температура #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) и 9% (9 C: n = 5) Cr-челици, као и нерђајући челици типа 316 (S6: n = 5) и -304 (S8: n = 5) приказани су као дијаграми у облику кутије и бркова. д p-вредности ​​за Шенонов и Chao1 индекс добијене коришћењем ANOVA и Tukey-Kramer тестова вишеструког поређења. Црвена позадина представља парове са p-вредностима < 0,05. Црвена позадина представља парове са p-вредностима < 0,05. Красние фони представлаут пари со значениами п <0,05. Црвене позадине представљају парове са p-вредностима < 0,05.红色背景代表п 值< 0,05 的对。红色背景代表п 值< 0,05 的对。 Красние фони представлаут пари с п-значениами <0,05. Црвене позадине представљају парове са p-вредностима <0,05.Линија у средини кутије, врх и дно кутије и бркови представљају средњи, 25. и 75. перцентил, као и минималне и максималне вредности, респективно.
Шенонови индекси за угљенични челик, челик са ниским садржајем хрома и ливено гвожђе били су слични онима за узорке воде (слика 4а). Насупрот томе, Шенонови индекси узорака нерђајућег челика су знатно виши од оних код кородираних челика (p-вредности < 0,05, сл. 4д) и слични су онима код седимената. Насупрот томе, Шенонови индекси узорака нерђајућег челика су знатно виши од оних код кородираних челика (p-вредности ​​< 0,05, сл. 4д) и слични су онима код седимената. Напротив, индекси Шеннона образцов из нержавеусеј стали знатно више, чем у корродированих сталеј (значениа п <0,05, рис. 4д), и сличним индексам отложениј. Насупрот томе, Шенонови индекси узорака нерђајућег челика су знатно виши од оних код кородираних челика (p-вредности < 0,05, слика 4д) и слични су индексима наслага.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（п 值< 0,05, 图4д), 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（п 值< 0,05, 图4д), 与沉积物〸 Напротив, индекс Шеннона образцов из нержавеусеј стали био много више, чем у корродираној стали (значение п <0,05, рис. 4д), как и у отложениј. Насупрот томе, Шенонов индекс узорака нерђајућег челика био је значајно виши него код кородираног челика (p вредност < 0,05, слика 4д), као и нанос.Насупрот томе, Шенонов индекс за челике са 9% Cr кретао се од 6,95 до 9,65. Ове вредности су биле много веће код некородираних узорака након 1 и 3 месеца него код кородираних узорака након 6, 14 и 22 месеца (Слика 4а). Штавише, Chao1 индекси и уочене OTU вредности челика са 9% Cr су виши од оних код кородираних и узорака са водом, а нижи од оних код некородираних и седиментних узорака (слика 4б, ц), а разлике су статистички значајне (p-вредности < 0,01, слика 4д). Штавише, Chao1 индекси и посматране OTU вредности челика са 9% Cr су виши од оних код кородираних и узорака са водом, а нижи од оних код некородираних и седиментних узорака (слика 4б, ц), а разлике су статистички значајне (p-вредности < 0,01, слика 4д).Поред тога, Chao1 и посматрана OTU вредност челика са 9% Cr су веће него код кородираних и водених узорака, а ниже него код некородираних и седиментних узорака (Сл. 4б, ц), а разлике су статистички значајне.(п-значениа <0,01, рис. 4д). (p-вредности ​​<0,01, слика 4д).此外，9% Цр 钢的Цхао1 指数和观察到的ОТУ高于腐蚀样品和水样,低于未腐蚀样品和沉积物样品（图4б,ц）,差异具有统计学意义（п值<0,01，图4д）.此外 ， 9% ЦР 钢 Цхао1 指数 和 观察 的 的 рту 高于 腐蚀 样品 样品 水样 ， 低于 腐茓嚀 腐沉积物 （图 图 4б, ц) 差异 统计学 意义 (п 值 <0,01 图 图 图 图 统计学 意义 （п 值 <0,01 图 图 图 图 图 图 ， ， ， , , , , , 4д). Поред тога, индекс Цхао1 и наблудаемие ОТУ стали са садржајем 9 % Цр били су виши, него у корродированих и водених образова, и ниже, него у некорородированих и осадочних образова (рис. 4б,ц), а разлика је била статистички значајној (п- значение < 0,01, рис. 4г). Поред тога, индекс Chao1 и примећена OTU вредност челика од 9% Cr били су виши него код кородираних и водених узорака, а нижи него код некородираних и седиментних узорака (слика 4б,ц), а разлика је била статистички значајна (p-вредност < 0,01, слика 4д).Ови резултати указују да је микробна разноликост у производима корозије мања него у биофилмовима на некородираним металима.
На слици 5а приказан је графикон анализе главних координата (PCoA) заснован на UniFrac непондерисаној удаљености за све узорке, са три главна примећена кластера. Микробне заједнице у узорцима воде значајно су се разликовале од осталих заједница. Микробне заједнице у седиментима су такође укључивале заједнице нерђајућег челика, док су биле широко распрострањене у узорцима корозије. Насупрот томе, мапа челика са 9% Cr је подељена на некородиране и кородиране кластере. Сходно томе, микробне заједнице на металним површинама и производима корозије значајно се разликују од оних у води.
График анализе главних координата (PCoA) заснован на непондерисаним UniFrac растојањима у свим узорцима (а), води (б) и металима (ц). Кругови истичу сваки кластер. Трајекторије су представљене линијама које повезују периоде узорковања у серији. 1 метар, 1 месец; 3 метра, 3 месеца; 6 метара, 6 месеци; 14 метара, 14 месеци; 22 метра, 22 месеца; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, стање 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, челик 1% Cr; 3C челик, 2,25% Cr челик; челик 9C, челик 9% Cr; S6, нерђајући челик 316; S8, нерђајући челик тип 304.
Када су поређани хронолошким редом, PCoA дијаграми узорака воде су били кружног распореда (Сл. 5б). Ова циклична транзиција може одражавати сезонске промене.
Поред тога, само два кластера (кородирани и некородирани) су примећена на PCoA дијаграмима металних узорака, где је (са изузетком 9% хромног челика) такође примећен помак микробне заједнице од 1 до 22 месеца (Сл. 5ц). Поред тога, пошто су прелази у кородираним узорцима били већи него у некородираним узорцима, постојала је корелација између промена у микробним заједницама и прогресије корозије. У узорцима челика са 9% Cr, откривена су два типа микробних заједница: тачке на 1 и 6 месеци, које се налазе у близини нерђајућег челика, и друге (3, 14 и 22 месеца), које се налазе у тачкама близу кородираног челика. 1 месец и купони коришћени за екстракцију ДНК на 6 месеци нису кородирали, док су купони на 3, 14 и 22 месеца кородирали (Додатна слика 1). Стога су се микробне заједнице у кородираним узорцима разликовале од оних у води, седименту и некородираним узорцима и мењале су се како је корозија напредовала.
Главни типови микробних заједница примећени у узорцима воде били су Proteobacteria (30,1–73,5%), Bacteroidetes (6,3–48,6%), Planctomycetota (0,4–19,6%) и Actinobacteria (0–17,7%), њихова релативна бројност варирала је од узорка до узорка (Сл. 6), на пример, релативна бројност Bacteroidetes у води језера била је већа него у апстрактној води. На ову разлику може утицати време задржавања воде у преливном резервоару. Ови типови су такође примећени у узорцима седимента са дна, али се њихова релативна бројност значајно разликовала од оне у узорцима воде. Поред тога, релативни садржај Acidobacteriota (8,7–13,0%), Chloroflexi (8,1–10,2%), Nitrospirota (4,2–4,4%) и Desulfobacterota (1,5–4,4%) био је већи него у узорцима воде. Пошто су скоро све врсте Desulfobacterota SRB37, окружење у седименту мора бити анаеробно. Иако Desulfobacterota могу утицати на корозију, ризик би требало да буде изузетно низак јер је њихова релативна количина у води базена <0,04%. Иако Desulfobacterota могу утицати на корозију, ризик би требало да буде изузетно низак јер је њихова релативна количина у води базена <0,04%. Хота Десулфобацтерота, возможно, влиаут на коррозију, ризик морать бить свободно низким, пошто их относительное содержание в водах бассејна составлает <0,04%. Иако Desulfobacterota може имати утицај на корозију, ризик би требало да буде изузетно низак јер је њихова релативна количина у води базена <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盰% 並0盰. <0,04%. Хота тип Десулфобациллус може влиать на корозиу, риск должен бить крајне низким, пошто их относительное содержание воде бассејна составлает <0,04%. Иако врста Desulfobacillus може утицати на корозију, ризик би требало да буде изузетно низак јер је њихова релативна количина у води базена <0,04%.
RW и Air представљају узорке воде из водозахвата и базена, респективно. Sediment-C, -E, -W су узорци седимента узети из средишта дна базена, као и са источне и западне стране. 1 метар, 1 месец; 3 метра, 3 месеца; 6 метара, 6 месеци; 14 метара, 14 месеци; 22 метра, 22 месеца; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, стање 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, челик 1% Cr; 3C челик, 2,25% Cr челик; челик 9C, челик 9% Cr; S6, нерђајући челик 316; S8, нерђајући челик тип 304.
На нивоу рода, нешто већи удео (6–19%) некласификованих бактерија које припадају породици Trichomonadaceae, као и Neosphingosine, Pseudomonas и Flavobacterium, примећен је у свим сезонама. Као споредне главне компоненте, њихови удели варирају (Сл. 1). . 7а и б). У притокама, релативна количина Flavobacterium, Pseudovibrio и Rhodoferrobacter била је већа само зими. Слично томе, већи садржај Pseudovibrio и Flavobacterium примећен је у зимској води слива. Дакле, микробне заједнице у узорцима воде варирале су у зависности од сезоне, али нису претрпеле драстичне промене током периода истраживања.
a Улазна вода, b Вода из базена, c ASTM A283, d ASTM A109 температура #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr и i 9% Cr челик, j Тип-316 и нерђајући челик K-304.
Протеобактерије су биле главни састојци у свим узорцима, али се њихова релативна заступљеност у кородираним узорцима смањивала како је корозија напредовала (Сл. 6). У узорцима ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 и 1% и 2,25% Cr, релативна заступљеност протеобактерија се смањила са 89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8%, 83,8% на 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% и 31,3% респективно. Насупрот томе, релативна количина Desulfobacterota постепено се повећава са <0,1% на 12,5–45,9% са напредовањем корозије. Насупрот томе, релативна количина Desulfobacterota постепено се повећава са <0,1% на 12,5–45,9% са напредовањем корозије. Напротив, относное содержание Десулфобактерота постепенно увеличаваетса с <0,1% до 12,5–45,9% по мерењу развоја корозии. Насупрот томе, релативна бројност Desulfobacterota постепено се повећава са <0,1% на 12,5–45,9% како корозија напредује.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, относительнаа численность Десулфобациллус постепенно увеличала с <0,1% до 12,5–45,9% по мерењу развоја коррозии. Насупрот томе, релативна количина Desulfobacillus-а постепено се повећавала са <0,1% на 12,5–45,9% како је корозија напредовала.Тако је, како је корозија напредовала, Proteobacteira је замењена Desulfobacterota.
Насупрот томе, биофилмови на некородираном нерђајућем челику садржали су исте уделе различитих бактерија. 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%) и Chloroflexi (2,1–8,8%). Утврђено је да се удео Nitrospirota у узорцима нерђајућег челика постепено повећавао (Сл. 6). Ови односи су слични онима у узорцима седимента, што одговара PCoA графикону приказаном на Сл. 5а.
У узорцима челика који садрже 9% Cr, примећена су два типа микробних заједница: микробне заједнице старе 1 месец и 6 месеци биле су сличне онима у узорцима седимента са дна, док се удео протеобактерија у узорцима корозије 3, 14 и 22 значајно повећао. месеци Поред тога, ове две микробне заједнице у узорцима челика са 9% Cr одговарале су раздвојеним кластерима на PCoA графикону приказаном на слици 5c.
На нивоу рода, примећено је >2000 OTU-а које садрже недодељене бактерије и археје. На нивоу рода, примећено је >2000 OTU-а које садрже недодељене бактерије и археје.На нивоу рода, примећено је преко 2000 OTU-а које садрже неидентификоване бактерије и археје.На нивоу рода, примећено је преко 2000 OTU-а које садрже неспецификоване бактерије и археје. Међу њима, фокусирали смо се на 10 OTU-а са великом популацијом у сваком узорку. Ово покрива 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% и 21,8-45,1% у ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, 1%, 2,25% и 9% Cr челика и нерђајућих челика типа 316 и -304.
Релативно висок садржај дехлоринисаних монолита са Fe(II) оксидационим својствима је примећен у узорцима корозије као што су ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 и челици са 1% и 2,25% Cr. рана фаза корозије (1 месец и 3 месеца, слика 7c-h). Удео Dechloromonas се смањивао током времена, што је одговарало смањењу Proteobacteria (слика 6). Штавише, удео Dechloromonas у биофилмовима на некородираним узорцима је <1%. Штавише, удео Dechloromonas у биофилмовима на некородираним узорцима је <1%. Поред тога, дола Децхлоромонас у биопленках на некорородированих образцах чини <1%. Поред тога, удео Dechloromonas у биофилмовима на некородираним узорцима је <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 тога, дола Децхлоромонас в биопленке некорородированних образцов била <1%. Поред тога, удео Dechloromonas у биофилму некородираних узорака био је <1%.Стога је међу производима корозије, Dechloromonas значајно обогаћен у раној фази корозије.
Насупрот томе, код ASTM A179, ASTM A109 отпуштених #4/5, ASTM A179, ASTM A395 и челика са 1% и 2,25% Cr, удео SRB Desulfovibrio врста се коначно повећао након 14 и 22 месеца (Сл. 7c–h). Десулфофибрион је био веома низак или није детектован у раним фазама корозије, у узорцима воде (Сл. 7a, b) и у некородираним биофилмовима (Сл. 7j, j). Ово снажно указује на то да Desulfovibrio преферира окружење формираних производа корозије, иако они не утичу на корозију у раним фазама корозије.
Fe(III)-редукујуће бактерије (RRB), као што су Geobacter и Geothrix, пронађене су у производима корозије у средњим фазама корозије (6 и 14 месеци), али је удео касних (22 месеца) фаза корозије код њих већи. релативно низак (Сл. 7ц, ех). Род Sideroxydans са Fe(II) оксидационим својствима показао је слично понашање (Сл. 7ф), тако да је удео FeOB, IRB и SRB био већи само у кородираним узорцима. Ово снажно указује на то да су промене у овим микробним заједницама повезане са прогресијом корозије.
Код челика са 9% Cr кородираног након 3, 14 и 22 месеца, примећен је већи удео чланова породице Beggiatoacea (8,5–19,6%), који могу показивати својства оксидације сумпора, а примећени су и сидероксидани (8,4–13,7%) (Сл. 1). 7i) Поред тога, Thiomonas, бактерија која оксидује сумпор (SOB), пронађена је у већем броју (3,4% и 8,8%) након 3 и 14 месеци. Насупрот томе, бактерије које редукују нитрате Nitrospira (12,9%) примећене су у 6 месеци старим некородираним узорцима. Повећан удео Nitrospira је такође примећен у биофилмовима на нерђајућем челику након потапања (Сл. 7j,k). Дакле, микробне заједнице 1- и 6 месеци старих некородираних челика са 9% Cr биле су сличне онима у биофилмовима нерђајућег челика. Поред тога, микробне заједнице челика са 9% хрома кородираног након 3, 14 и 22 месеца разликовале су се од производа корозије угљеничних и нискохромних челика и ливеног гвожђа.
Развој корозије је обично спорији у слаткој води него у морској води, јер концентрација хлоридних јона утиче на корозију метала. Међутим, неки нерђајући челици могу кородирати у слатководним срединама38,39. Поред тога, првобитно се сумњало на МИХ, јер је кородирани материјал претходно примећен у базену са слатком водом који је коришћен у овој студији. У дугорочним студијама урањања, примећени су различити облици корозије, три врсте микробних заједница и промена микробних заједница у производима корозије.
Слатководни медијум који је коришћен у овој студији је затворени резервоар за техничку воду узету из реке са релативно стабилним хемијским саставом и сезонском променом температуре воде у распону од 9 до 23 °C. Стога, сезонске флуктуације микробних заједница у узорцима воде могу бити повезане са променама температуре. Поред тога, микробна заједница у води базена била је донекле другачија од оне у улазној води (Сл. 5б). Вода у базену се стално замењује због преливања. Сходно томе, растворени кисеоник је остао на ~8,2 ppm чак и на средњим дубинама између површине базена и дна. Напротив, окружење седимента требало би да буде анаеробно, јер се он таложи и остаје на дну резервоара, а микробна флора у њему (као што је CRP) такође би требало да се разликује од микробне флоре у води (Сл. 6). Пошто су купони у базену били даље од седимената, били су изложени слаткој води само током студија урањања под аеробним условима.
Општа корозија се јавља код угљеничног челика, челика са ниским садржајем хрома и ливеног гвожђа у слатководним срединама (слика 1), јер ови материјали нису отпорни на корозију. Међутим, брзина корозије (0,13 мм год-1) у абиотским слатководним условима била је већа него у претходним студијама40 (0,04 мм год-1) и била је упоредива са брзином корозије (0,02–0,76 мм год-1) у присуству микроорганизама1) Слично слатководним условима40,41,42. Ова убрзана брзина корозије је карактеристика MIC.
Поред тога, након 22 месеца потапања, примећена је локализована корозија код неколико метала испод производа корозије (Сл. 3). Конкретно, локализована брзина корозије примећена код ASTM A179 је око пет пута бржа од опште корозије. Овај необичан облик корозије и убрзана брзина корозије такође је примећена код корозије која се јавља на истом објекту. Дакле, потапање спроведено у овој студији одражава корозију у пракси.
Међу проучаваним металима, челик са 9% Cr показао је најјачу корозију, са дубином корозије >1,2 мм, што је вероватно MIC због убрзане корозије и абнормалног облика корозије. Међу проучаваним металима, челик са 9% Cr показао је најјачу корозију, са дубином корозије >1,2 мм, што је вероватно MIC због убрзане корозије и абнормалног облика корозије. Среди исследованних металлов сталь с 9% Цр показала саму силнуу коррозиу с глубиној корозии> 1,2 мм, что, вероатно, авлаетса МИК из-за ускорену корозиу и аномальној форми корозии. Међу испитиваним металима, челик са 9% Cr показао је најјачу корозију са дубином корозије >1,2 мм, што је вероватно MIC услед убрзане корозије и абнормалног облика корозије.在所研究的金属中，9% Цр 钢的腐蚀最为严重,腐蚀深度>1,2 мм，由于加速腐蚀和异常腐蚀形式,很可能是МИЦ。在所研究的金属中，9% Цр Среди исследованних металлов набоље сильно корродировала сталь с 9% Цр, с глубином корозии >1,2 мм, скорее всего, МИК из-за ускорених и аномалних форм корозии. Међу проучаваним металима, челик са 9% Cr је највише кородирао, са дубином корозије >1,2 mm, највероватније MIC због убрзаних и аномалних облика корозије.Пошто се челик са 9% Cr користи у применама на високим температурама, његово понашање у корозивном раду је претходно проучавано43,44 али раније није објављена никаква минимална инхибиторска вредност (МИК) за овај метал. Пошто су бројни микроорганизми, изузев хипертермофила, неактивни у окружењу са високом температуром (>100 °C), MIC у челику од 9% Cr може се занемарити у таквим случајевима. Пошто су бројни микроорганизми, изузев хипертермофила, неактивни у окружењу са високом температуром (>100 °C), МИК у челику од 9% Cr може се занемарити у таквим случајевима. С обзиром на то да многи микроорганизми, за сложности хипертермофилов, неактивни в високотемпературној средини (>100 °С), МИК в стали с 9% Цр у таквим случајевима не можете уважити. Пошто су многи микроорганизми, са изузетком хипертермофила, неактивни у окружењу са високом температуром (>100°C), MIC у челику са 9% Cr може се занемарити у таквим случајевима.由于除超嗜热菌外,许多微生物在高温环境(>100 °Ц)中不活跃，因此在这种情况下可以忽略9% Цр 钢中的МИЦ. 9% Cr (>100 °C) С обзиром да многи микроорганизми, осим хипертермофила, не испољавају активност у високотемпературним средама (>100 °С), МПК в стали с 9% Цр, у овом случају не можете учити. Пошто многи микроорганизми, изузев хипертермофила, не показују активност у окружењима са високим температурама (>100 °C), MIC у челику са 9% Cr се у овом случају може занемарити.Међутим, када се челик од 9% Cr користи у окружењу средње температуре, морају се предузети разне мере за смањење MIC.
Различите микробне заједнице и њихове промене су примећене у наслагама некородираног материјала и у производима корозије у биофилмовима у поређењу са водом, поред убрзане корозије (Сл. 5-7), што снажно сугерише да је ова корозија микрофон. Рамирез и др.13 извештавају о тростепеној транзицији (FeOB => SRB/IRB = > SOB) у морском микробном екосистему током 6 месеци, где водоник сулфид произведен секундарно обогаћеним SRB може коначно допринети обогаћивању SOB. Рамирез и др.13 извештавају о тростепеној транзицији (FeOB => SRB/IRB => SOB) у морском микробном екосистему током 6 месеци, када водоник сулфид произведен секундарно обогаћеним SRB може коначно допринети обогаћивању SOB. Рамирез ет ал.13 саопштавају о трехетапном прелазу (ФеОБ => СРБ/ИРБ => СОБ) у морској микробној екосистему у току 6 месеци, када сероводород, образуусијса при секундарном обогасении СРБ, може, коначно, способност обогасениу СОБ. Рамирез и др.13 извештавају о тростепеној транзицији (FeOB => SRB/IRB => SOB) у морском микробном екосистему током периода од 6 месеци, где водоник сулфид генерисан секундарним обогаћивањем SRB може коначно допринети обогаћивању SOB. Рамирез 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(ФеИРБ => СРБ/ФеИРБ => СОБ)，其中二次富集СРБ 产生的硫化氢可能最终有助于СОБ 的富集。Рамирез 等 人 13 报告 了 个 超过 超 过 6 个 月 海洋 微生物 生态 系统 中 昽 中 昽 三 叭 三转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 р срб/ИРБ) ， 秬 中 ， 其中 寔硫化氢 可能 最终 有助于 соб 的富集。 Рамирез и сарадници 13 објавили су о трехступенчатом прелазе (ФеОБ => СРБ/ИРБ => СОБ) у морској микробној екосистему у току 6 месеци, у коме сероводород, образуусијса в коначном обогасение СРБ, може да конечно може да створи обогасениу СОБ. Рамирез и др.13 су известили о тростепеној транзицији (FeOB => SRB/IRB => SOB) у морском микробном екосистему током периода од 6 месеци, у којој водоник сулфид произведен секундарним обогаћивањем SRB може на крају допринети обогаћивању SOB.Макбет и Емерсон36 су известили о примарном обогаћивању у FeOB-у. Слично томе, обогаћивање FeOB током ране фазе корозије је примећено у овој студији, али микробиолошке промене са прогресијом корозије примећене код угљеничних и 1% и 2,25% Cr челика и ливеног гвожђа током 22 месеца су FeOB => IRB = > SRB (слике 7 и 8). Слично томе, обогаћивање FeOB-ом током ране фазе корозије је примећено у овој студији, али микробиолошке промене са прогресијом корозије примећене код угљеничних и 1% и 2,25% Cr челика и ливеног гвожђа током 22 месеца су FeOB => IRB => SRB (слике 7 и 8). Точно тако же в етом исследовании наблудаетса обогасение ФеОБ на ранеј фази корозије, но микробние изменениа по мерењу прогресированиа корозии, наблудаемие в углеродистих и 1% и 2,25% Цр сталах и чугуне в течение 22 месеца, представлаутса собој ФеОБ => ИРБ = > СРБ (рис. 7 и 8). Слично томе, у овој студији је примећено обогаћивање FeOB-ом у раној фази корозије, али микробне промене како корозија напредује, примећене код угљеничних и 1% и 2,25% Cr челика и ливеног гвожђа током 22 месеца, су FeOB => IRB => SRB (слике 7 и 8).同样，在本研究中观察到早期腐蚀阶段ФеОБ 的富集, 但在碳和1% 和2,25% 和2,25% Цр 钢2䅥个月的铸铁中观察到的微生物随着腐蚀的进展而变化是ФеОБ => ИРБ => СРБ（图㒌8同样 , 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 феоб 的 富集 ， 但 碳 和 咶 酐蚀 阶段 феоб 的 富集 ， 但 碳 和 和 1% 腅 咶22 个 的 铸铁 中 到 的 微生物 腐蚀 的 进展 而 变化 ФЕОБ => ИРБ => СРБ（图7和8）。。 Аналогичним образом, в етом исследовании наблудало обогасение ФеОБ на ранних стадијах корозије, но микробиологические изменениа, наблудаемие в углеродистих и 1% и 2,25% Цр сталах и чугуне у току 22 месеца, били ФеОБ => ИРБ => СРБ (рис. 7 и 8). Слично томе, обогаћивање FeOB-ом у раним фазама корозије је примећено у овој студији, али су микробиолошке промене примећене код угљеничних и 1% и 2,25% Cr челика и ливеног гвожђа током 22 месеца биле FeOB => IRB => SRB (слике 7 и 8).СРБ се могу лако акумулирати у морској води због високих концентрација сулфатних јона, али њихово обогаћивање у слатководним срединама је одложено због ниских концентрација сулфатних јона. Обогаћивање СРБ у морској води је често пријављивано10,12,45.
а Органски угљеник и азот путем Fe(II)-зависног енергетског метаболизма гвожђе-оксида (црвене [Dechloromonas sp.] и зелене [Sideroxydans sp.] ћелије) и Fe(III) редукујућих бактерија (сиве ћелије [Geothrix sp. и Geobacter sp.]) у раној фази корозије, затим анаеробне сулфат-редукујуће бактерије (SRP) и хетеротрофни микроорганизми обогаћују зрелу фазу корозије конзумирањем акумулиране органске материје. б Промене у микробним заједницама на металима отпорним на корозију. Љубичасте, плаве, жуте и беле ћелије представљају бактерије из породица Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea и других, респективно.
Што се тиче промена у микробној заједници и могућег обогаћивања SRB-ом, FeOB је критичан у раној фази корозије, а Dechloromonas може да добије енергију за раст из Fe(II) оксидације. Микроорганизми могу да преживе у медијумима који садрже елементе у траговима, али неће експоненцијално расти. Међутим, базен за урон који се користи у овој студији је преливни базен, са притоком од 20 м3/х, који континуирано снабдева елементе у траговима који садрже неорганске јоне. У раним фазама корозије, јони гвожђа се ослобађају из угљеничног челика и ливеног гвожђа, а FeOB-и (као што је Dechloromonas) их користе као извор енергије. Трагови угљеника, фосфата и азота потребни за раст ћелија морају бити присутни у процесној води у облику органских и неорганских супстанци. Стога, у овом слатководном окружењу, FeOB се првобитно обогаћује на металним површинама као што су угљенични челик и ливено гвожђе. Након тога, IRB-и могу да расту и користе органску материју и оксиде гвожђа као изворе енергије и терминалне акцепторе електрона. У зрелим производима корозије, требало би да се створе анаеробни услови обогаћени азотом због метаболизма FeOB-а и IRB-а. Стога, SRB може брзо да расте и замени FeOB и IRB (Сл. 8а).
Недавно су Танг и др. известили о корозији нерђајућег челика изазваној бактеријом Geobacter ferroreducens у слатководним срединама услед директног преноса електрона са гвожђа на микробе46. Узимајући у обзир EMIC, допринос микроорганизама са EET својствима је критичан. SRB, FeOB и IRB су главне микробне врсте у производима корозије у овој студији, које би требало да имају EET карактеристике. Стога, ови електрохемијски активни микроорганизми могу допринети корозији путем EET, а састав њихове заједнице се мења под утицајем различитих јонских врста како се формирају производи корозије. Напротив, микробна заједница у челику са 9% Cr разликовала се од других челика (Слика 8б). Након 14 месеци, поред обогаћивања са FeOB, обогаћени су и Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea и Thiomonas (Слика 7и). Ова промена се значајно разликује од оне код других корозивних материјала, као што је угљенични челик, и може бити под утицајем јона богатих хромом растворених током корозије. Приметно је да Thiomonas не само да има својства оксидације сумпора, већ и својства оксидације Fe(II), EET систем и толеранцију на тешке метале48,49. Могу се обогатити због оксидативне активности Fe(II) и/или директне потрошње металних електрона. У претходној студији, релативно велика количина Beggiatoacea је примећена у биофилмовима на Cu коришћењем дисконтинуираног система за праћење биофилма, што сугерише да ове бактерије могу бити отпорне на токсичне метале као што су Cu и Cr. Међутим, извор енергије који је потребан Beggiatoacea за раст у овом окружењу није познат.
Ова студија извештава о променама у микробним заједницама током корозије у слатководним срединама. У истој средини, микробне заједнице су се разликовале по врсти метала. Поред тога, наши резултати потврђују важност FeOB-а у раним фазама корозије, јер микробни енергетски метаболизам зависан од гвожђа подстиче формирање окружења богатог хранљивим материјама које фаворизују други микроорганизми као што је SRB. Да би се смањила минимална инхибиторна концентрација (МИК) у слатководним срединама, обогаћивање FeOB-ом и IRB-ом мора бити ограничено.
У овој студији коришћено је девет метала и обрађено у блокове димензија 50 × 20 × 1–5 mm (дебљина за челик ASTM 395 и 1%, 2,25% и 9% Cr: 5 mm; дебљина за ASTM A283 и ASTM A179: 3 mm). mm; ASTM A109 температура 4/5 и тип 304 и нерђајући челик 316, дебљина: 1 mm), са два отвора од 4 mm. Хромни челици су полирани брусним папиром, а остали метали су полирани брусним папиром гранулације 600 пре потапања. Сви узорци су соницирани са 99,5% етанолом, осушени и измерени. Десет узорака сваког метала коришћено је за израчунавање брзине корозије и анализу микробиома. Сваки узорак је фиксиран у облику мердевина помоћу PTFE шипки и одстојника (φ 5 × 30 mm, Додатна слика 2).
Базен има запремину од 1100 кубних метара и дубину од око 4 метра. Доток воде је био 20 м3 х-1, прелив је испуштен, а квалитет воде није варирао сезонски (Додатна слика 3). Мердевине за узорковање су спуштене на челичну жицу од 3 м окачену у средини резервоара. Два комплета мердевина су уклоњена из базена након 1, 3, 6, 14 и 22 месеца. Узорци са једних мердевина су коришћени за мерење губитка тежине и израчунавање стопе корозије, док су узорци са других мердевина коришћени за анализу микробиома. Растворени кисеоник у резервоару за урањање је мерен близу површине и дна, као и у средини, коришћењем сензора раствореног кисеоника (InPro6860i, Mettler Toledo, Колумбус, Охајо, САД).
Продукти корозије и биофилмови на узорцима су уклоњени стругањем пластичним стругачем или брисањем памучним штапићем, а затим очишћени у 99,5% етанолу коришћењем ултразвучне купке. Узорци су затим потопљени у Кларков раствор у складу са ASTM G1-0351. Сви узорци су мерени након завршетка сушења. Израчунајте брзину корозије (mm/год) за сваки узорак користећи следећу формулу:
где је K константа (8,76 × 104), T је време експозиције (h), A је укупна површина (cm2), W је губитак масе (g), D је густина (g cm–3).
Након мерења узорака, добијене су 3Д слике неколико узорака коришћењем 3Д мерног ласерског микроскопа (LEXT OLS4000, Olympus, Токио, Јапан).