Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt được cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Ngoài ra, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi hiển thị trang web mà không có kiểu dáng và JavaScript.
Hiển thị đồng thời ba slide dạng băng chuyền. Sử dụng các nút Trước và Tiếp theo để chuyển qua ba slide một lúc, hoặc sử dụng các nút trượt ở cuối để chuyển qua ba slide một lúc.
Trong môi trường nước ngọt, hiện tượng ăn mòn nhanh ở thép cacbon và thép không gỉ thường được quan sát thấy. Một nghiên cứu lặn trong bể nước ngọt kéo dài 22 tháng đã được tiến hành ở đây với chín loại thép khác nhau. Hiện tượng ăn mòn nhanh được quan sát thấy ở thép cacbon, thép crom và gang, trong khi ở thép không gỉ không thấy hiện tượng ăn mòn rõ rệt nào ngay cả sau 22 tháng. Phân tích cộng đồng vi sinh vật cho thấy rằng trong quá trình ăn mòn tổng quát, vi khuẩn oxy hóa Fe(II) được làm giàu ở giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn, vi khuẩn khử Fe(III) ở giai đoạn phát triển ăn mòn, và vi khuẩn khử sunfat ở giai đoạn cuối cùng của quá trình ăn mòn sản phẩm. Ngược lại, vi khuẩn Beggiatocaea đặc biệt nhiều ở thép có 9% Cr bị ăn mòn cục bộ. Thành phần cộng đồng vi sinh vật này cũng khác với thành phần trong các mẫu nước và trầm tích đáy. Do đó, khi quá trình ăn mòn diễn ra, cộng đồng vi sinh vật trải qua những thay đổi mạnh mẽ, và quá trình trao đổi chất năng lượng của vi sinh vật phụ thuộc vào sắt tạo ra một môi trường có thể làm giàu các vi sinh vật khác.
Kim loại có thể bị xuống cấp và ăn mòn do nhiều yếu tố môi trường vật lý và hóa học khác nhau như độ pH, nhiệt độ và nồng độ ion. Điều kiện axit, nhiệt độ cao và nồng độ clorua đặc biệt ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại1,2,3. Vi sinh vật trong môi trường tự nhiên và môi trường nhân tạo thường ảnh hưởng đến sự mài mòn và ăn mòn kim loại, một hiện tượng được thể hiện qua sự ăn mòn do vi sinh vật (MIC)4,5,6,7,8. MIC thường được tìm thấy trong các môi trường như đường ống trong nhà và bể chứa, trong các khe hở kim loại và trong đất, nơi nó xuất hiện đột ngột và phát triển nhanh chóng. Do đó, việc giám sát và phát hiện sớm MIC rất khó khăn, vì vậy phân tích MIC thường được thực hiện sau khi ăn mòn. Nhiều nghiên cứu trường hợp MIC đã được báo cáo, trong đó vi khuẩn khử sunfat (SRB) thường được tìm thấy trong các sản phẩm ăn mòn9,10,11,12,13. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu SRB có góp phần vào sự khởi đầu của ăn mòn hay không, vì việc phát hiện chúng dựa trên phân tích sau ăn mòn.
Gần đây, ngoài vi khuẩn oxy hóa iốt21, nhiều vi sinh vật phân hủy sắt khác nhau đã được báo cáo, chẳng hạn như vi khuẩn khử sunfat phân hủy sắt14, vi khuẩn sinh khí metan15,16,17, vi khuẩn khử nitrat18, vi khuẩn oxy hóa sắt19 và vi khuẩn sinh axetat20. Trong điều kiện phòng thí nghiệm kỵ khí hoặc vi hiếu khí, hầu hết chúng đều ăn mòn sắt hóa trị không và thép cacbon. Ngoài ra, cơ chế ăn mòn của chúng cho thấy vi khuẩn sinh khí metan và vi khuẩn khử sunfat ăn mòn sắt thúc đẩy quá trình ăn mòn bằng cách thu nhận electron từ sắt hóa trị không bằng cách sử dụng hydrogenase ngoại bào và cytochrome đa heme, tương ứng22,23. Ăn mòn do vi sinh vật (MIC) được chia thành hai loại: (i) MIC hóa học (CMIC), là ăn mòn gián tiếp do các loài do vi sinh vật tạo ra, và (ii) MIC điện (EMIC), là ăn mòn trực tiếp do sự suy giảm electron của kim loại24. EMIC được tạo điều kiện bởi sự truyền electron ngoại bào (EET) rất được quan tâm vì các vi sinh vật có đặc tính EET gây ra sự ăn mòn nhanh hơn so với các vi sinh vật không có đặc tính EET. Trong khi phản ứng giới hạn tốc độ của CMIC trong điều kiện kỵ khí là sản xuất H2 thông qua quá trình khử proton (H+), EMIC diễn ra thông qua quá trình chuyển hóa EET, không phụ thuộc vào sản xuất H2. Cơ chế của EET trong các vi sinh vật khác nhau có liên quan đến hiệu suất của nhiên liệu tế bào vi sinh vật và quá trình điện sinh tổng hợp25,26,27,28,29. Vì điều kiện nuôi cấy các vi sinh vật ăn mòn này khác với điều kiện trong môi trường tự nhiên, nên không rõ liệu các quá trình ăn mòn vi sinh vật được quan sát có phản ánh sự ăn mòn trong thực tế hay không. Do đó, rất khó để quan sát cơ chế MIC do các vi sinh vật ăn mòn này gây ra trong môi trường tự nhiên.
Sự phát triển của công nghệ giải trình tự DNA đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu chi tiết về cộng đồng vi sinh vật trong môi trường tự nhiên và nhân tạo, ví dụ, việc lập hồ sơ vi sinh vật dựa trên trình tự gen 16S rRNA bằng cách sử dụng máy giải trình tự thế hệ mới đã được sử dụng trong lĩnh vực sinh thái vi sinh vật30,31,32. Nhiều nghiên cứu về MIC đã được công bố, mô tả chi tiết cộng đồng vi sinh vật trong môi trường đất và biển13,33,34,35,36. Ngoài SRB, sự gia tăng vi khuẩn oxy hóa Fe(II) (FeOB) và vi khuẩn nitrat hóa trong các mẫu ăn mòn, ví dụ như FeOB, chẳng hạn như Gallionella spp. và Dechloromonas spp., và vi khuẩn nitrat hóa, chẳng hạn như Nitrospira, cũng đã được báo cáo. spp., trong thép cacbon và thép chứa đồng trong môi trường đất33. Tương tự, trong môi trường biển, sự xâm chiếm nhanh chóng của vi khuẩn oxy hóa sắt thuộc các lớp Zetaproteobacteria và Betaproteobacteria đã được quan sát trong vài tuần trên thép cacbon36. Những dữ liệu này cho thấy sự đóng góp của các vi sinh vật này vào quá trình ăn mòn. Tuy nhiên, trong nhiều nghiên cứu, thời gian và nhóm thí nghiệm bị hạn chế, và người ta biết rất ít về động lực của cộng đồng vi sinh vật trong quá trình ăn mòn.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi điều tra hiện tượng ăn mòn do vi sinh vật (MIC) của thép cacbon, thép crom, thép không gỉ và gang bằng phương pháp ngâm trong môi trường nước ngọt hiếu khí có lịch sử xảy ra các sự kiện MIC. Các mẫu được lấy ở các thời điểm 1, 3, 6, 14 và 22 tháng và tốc độ ăn mòn của từng kim loại và thành phần vi sinh vật được nghiên cứu. Kết quả của chúng tôi cung cấp cái nhìn sâu sắc về động lực dài hạn của cộng đồng vi sinh vật trong quá trình ăn mòn.
Như thể hiện trong Bảng 1, chín kim loại đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Mười mẫu của mỗi loại vật liệu được ngâm trong một bể nước ngọt. Chất lượng nước sử dụng như sau: 30 ppm Cl-, 20 mS m-1, 20 ppm Ca2+, 20 ppm SiO2, độ đục 1 ppm và pH 7,4. Nồng độ oxy hòa tan (DO) ở đáy thang lấy mẫu xấp xỉ 8,2 ppm và nhiệt độ nước dao động từ 9 đến 23°C theo mùa.
Như thể hiện trong Hình 1, sau 1 tháng ngâm trong môi trường gang ASTM A283, ASTM A109 Điều kiện #4/5, ASTM A179 và ASTM A395, các sản phẩm ăn mòn màu nâu được quan sát thấy trên bề mặt thép carbon dưới dạng ăn mòn tổng quát. Sự hao hụt khối lượng của các mẫu này tăng theo thời gian (Bảng bổ sung 1) và tốc độ ăn mòn là 0,13–0,16 mm/năm (Hình 2). Tương tự, ăn mòn tổng quát đã được quan sát thấy ở các loại thép có hàm lượng Cr thấp (1% và 2,25%) với tốc độ ăn mòn khoảng 0,13 mm/năm (Hình 1 và 2). Ngược lại, thép có 9% Cr thể hiện sự ăn mòn cục bộ xảy ra trong các khe hở được tạo ra bởi gioăng. Tốc độ ăn mòn của mẫu này là khoảng 0,02 mm/năm, thấp hơn đáng kể so với thép bị ăn mòn tổng quát. Ngược lại, thép không gỉ loại 304 và 316 không có dấu hiệu ăn mòn rõ rệt, với tốc độ ăn mòn ước tính là <0,001 mm/năm. Ngược lại, thép không gỉ loại 304 và 316 không có dấu hiệu ăn mòn rõ rệt, với tốc độ gia tốc ước tính là <0,001 mm/năm. Hãy nhớ rằng, không có vấn đề gì với стали типов 304 và 316 không phải là người quản lý tài sản của bạn, bạn có thể sử dụng nó mức tối đa <0,001 mm/tháng. Ngược lại, thép không gỉ loại 304 và 316 không cho thấy dấu hiệu ăn mòn rõ rệt, với tốc độ ăn mòn ước tính là <0,001 mm/năm.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。 Hãy nhớ rằng, không có vấn đề gì với стали типа 304 và -316 không phải là người quản lý tài sản của bạn <0,001 mm/g. Ngược lại, thép không gỉ loại 304 và -316 không cho thấy hiện tượng ăn mòn rõ rệt với tốc độ ăn mòn thiết kế là <0,001 mm/năm.
Hình ảnh hiển vi của từng mẫu (cao 50 mm × rộng 20 mm) trước và sau khi tẩy cặn được hiển thị. 1 mét, 1 tháng; 3 mét, 3 tháng; 6 mét, 6 tháng; 14 mét, 14 tháng; 22 mét, 22 tháng; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, điều kiện 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, thép 1% Cr; 3C, thép 2,25% Cr; thép 9C, thép 9% Cr; S6, thép không gỉ 316; S8, thép không gỉ loại 304.
Tốc độ ăn mòn được tính toán bằng cách sử dụng sự hao hụt khối lượng và thời gian ngâm. S, ASTM A283; SP, ASTM A109, tôi cứng 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, thép 1% Cr; 3C, thép 2,25% Cr; 9C, thép 9% Cr; S6, thép không gỉ loại 316; S8, thép không gỉ loại 304.
Hình 1 cũng cho thấy các sản phẩm ăn mòn của thép cacbon, thép crom thấp và gang tiếp tục phát triển sau khi ngâm trong 3 tháng. Tốc độ ăn mòn tổng thể giảm dần xuống còn 0,07 ~ 0,08 mm/năm sau 22 tháng (Hình 2). Ngoài ra, tốc độ ăn mòn của thép 2,25% Cr thấp hơn một chút so với các mẫu bị ăn mòn khác, cho thấy Cr có thể ức chế ăn mòn. Bên cạnh ăn mòn tổng quát, theo tiêu chuẩn ASTM A179, ăn mòn cục bộ được quan sát thấy sau 22 tháng với độ sâu ăn mòn khoảng 700 µm (Hình 3). Tốc độ ăn mòn cục bộ, được tính toán bằng cách sử dụng độ sâu ăn mòn và thời gian ngâm, là 0,38 mm/năm, nhanh hơn khoảng 5 lần so với ăn mòn tổng quát. Tốc độ ăn mòn của hợp kim ASTM A395 có thể bị đánh giá thấp vì các sản phẩm ăn mòn không loại bỏ hoàn toàn lớp vảy sau 14 hoặc 22 tháng ngâm trong nước. Tuy nhiên, sự khác biệt là rất nhỏ. Ngoài ra, nhiều vết rỗ nhỏ được quan sát thấy trên thép crom thấp bị ăn mòn.
Hình ảnh toàn cảnh (thang đo: 10 mm) và ăn mòn cục bộ (thang đo: 500 µm) của thép ASTM A179 và thép 9% Cr ở độ sâu tối đa bằng kính hiển vi laser quan sát 3D. Các vòng tròn màu đỏ trong hình ảnh toàn cảnh biểu thị vùng ăn mòn cục bộ đã đo được. Hình ảnh toàn cảnh của thép 9% Cr nhìn từ mặt sau được thể hiện trong Hình 1.
Như thể hiện trong hình 2, đối với thép có 9% Cr, không quan sát thấy hiện tượng ăn mòn trong vòng 3-14 tháng, và tốc độ ăn mòn thực tế bằng không. Tuy nhiên, hiện tượng ăn mòn cục bộ đã được quan sát thấy sau 22 tháng (Hình 3) với tốc độ ăn mòn là 0,04 mm/năm được tính toán bằng phương pháp giảm khối lượng. Độ sâu ăn mòn cục bộ tối đa là 1260 µm và tốc độ ăn mòn cục bộ ước tính bằng cách sử dụng độ sâu ăn mòn và thời gian ngâm (22 tháng) là 0,68 mm/năm. Vì chưa biết chính xác thời điểm bắt đầu ăn mòn, nên tốc độ ăn mòn thực tế có thể cao hơn.
Ngược lại, không quan sát thấy hiện tượng ăn mòn nào trên thép không gỉ ngay cả sau 22 tháng ngâm. Mặc dù có một vài hạt màu nâu được quan sát thấy trên bề mặt trước khi tẩy cặn (Hình 1), nhưng chúng bám rất yếu và không phải là sản phẩm ăn mòn. Vì kim loại xuất hiện trở lại trên bề mặt thép không gỉ sau khi lớp cặn được loại bỏ, nên tốc độ ăn mòn thực tế bằng không.
Phương pháp giải trình tự khuếch đại (amplicon sequencing) đã được thực hiện để hiểu rõ sự khác biệt và động lực của cộng đồng vi sinh vật theo thời gian trong các sản phẩm ăn mòn và màng sinh học trên bề mặt kim loại, trong nước và trầm tích. Tổng cộng có 4.160.012 trình tự được thu nhận, với phạm vi từ 31.328 đến 124.183 trình tự.
Chỉ số Shannon của các mẫu nước lấy từ các cửa lấy nước và ao dao động từ 5,47 đến 7,45 (Hình 4a). Do nước sông được xử lý để sử dụng làm nước công nghiệp, cộng đồng vi sinh vật có thể thay đổi theo mùa. Ngược lại, chỉ số Shannon của các mẫu trầm tích đáy khoảng 9, cao hơn đáng kể so với các mẫu nước. Tương tự, các mẫu nước có chỉ số Chao1 được tính toán và số lượng đơn vị phân loại hoạt động (OTU) quan sát được thấp hơn so với các mẫu trầm tích (Hình 4b, c). Những khác biệt này có ý nghĩa thống kê (kiểm định Tukey-Kramer; giá trị p < 0,01, Hình 4d), cho thấy cộng đồng vi sinh vật trong mẫu trầm tích phức tạp hơn so với cộng đồng vi sinh vật trong mẫu nước. Những khác biệt này có ý nghĩa thống kê (kiểm định Tukey-Kramer; giá trị p < 0,01, Hình 4d), cho thấy cộng đồng vi sinh vật trong mẫu trầm tích phức tạp hơn so với cộng đồng vi sinh vật trong mẫu nước. Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает на đó, bạn có thể làm được điều đó bạn có thể làm điều đó nếu bạn muốn, bạn có thể làm điều đó. Những khác biệt này có ý nghĩa thống kê (kiểm định Tukey-Kramer; giá trị p < 0,01, Hình 4d), cho thấy cộng đồng vi sinh vật trong mẫu trầm tích phức tạp hơn so với trong mẫu nước.这些差异具有统计学意义（Tukey-Kramer 检验；p 值< 0,01,图4d), 4d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 bạn có thể làm điều đó với những gì bạn có thể làm được nếu bạn muốn làm điều đó. Những khác biệt này có ý nghĩa thống kê (kiểm định Tukey-Kramer; giá trị p <0,01, Hình 4d), cho thấy cộng đồng vi sinh vật trong mẫu trầm tích phức tạp hơn so với trong mẫu nước.Vì nước trong bể tràn liên tục được thay mới và trầm tích lắng xuống đáy bể mà không có sự xáo trộn cơ học, nên sự khác biệt về đa dạng vi sinh vật này phản ánh hệ sinh thái trong bể.
a Chỉ số Shannon, b Đơn vị phân loại hoạt động quan sát được (OTU), và c Chỉ số hấp thụ Chao1 (n=6) và lưu vực (n=5). Nước, trầm tích (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), thép Cr 1% (1 C: n=5), 2,25% (3 C: n = 5) và 9% (9 C: n = 5), cũng như thép không gỉ loại 316 (S6: n = 5) và -304 (S8: n = 5) được thể hiện dưới dạng biểu đồ hình hộp và biểu đồ râu. d Giá trị p cho các chỉ số Shannon và Chao1 thu được bằng cách sử dụng ANOVA và các phép thử so sánh đa bội Tukey-Kramer. Các nền màu đỏ biểu thị các cặp có giá trị p < 0,05. Các nền màu đỏ biểu thị các cặp có giá trị p < 0,05. Tỷ lệ phần trăm của nó là thấp hơn p <0,05. Nền màu đỏ biểu thị các cặp có giá trị 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. Nền màu đỏ biểu thị các cặp có giá trị p < 0,05.Đường kẻ ở giữa hộp, cạnh trên và cạnh dưới của hộp, và các đường râu biểu thị giá trị trung vị, phân vị thứ 25 và thứ 75, và giá trị nhỏ nhất và lớn nhất tương ứng.
Chỉ số Shannon đối với thép cacbon, thép crom thấp và gang tương tự như đối với các mẫu nước (Hình 4a). Ngược lại, chỉ số Shannon của các mẫu thép không gỉ cao hơn đáng kể so với các mẫu thép bị ăn mòn (giá trị p < 0,05, Hình 4d) và tương tự như các mẫu trầm tích. Ngược lại, chỉ số Shannon của các mẫu thép không gỉ cao hơn đáng kể so với các mẫu thép bị ăn mòn (giá trị p < 0,05, Hình 4d) và tương tự như các mẫu trầm tích. Bạn có thể sử dụng một số công cụ có thể giúp bạn có được một khoản vay phù hợp với bạn. сталей (значения p <0,05, рис. 4d), и một trong những điều tốt nhất có thể xảy ra. Ngược lại, chỉ số Shannon của các mẫu thép không gỉ cao hơn đáng kể so với các mẫu thép bị ăn mòn (giá trị p < 0,05, Hình 4d) và tương tự như chỉ số lắng đọng.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 Bạn có thể sử dụng một khoản tiền nhất định để có được một khoản vay tối ưu cho bạn. стали (значение p <0,05, рис. 4d), как и у отложений. Ngược lại, chỉ số Shannon của các mẫu thép không gỉ cao hơn đáng kể so với thép bị ăn mòn (giá trị p < 0,05, Hình 4d), cũng như lớp cặn.Ngược lại, chỉ số Shannon đối với thép có 9% Cr dao động từ 6,95 đến 9,65. Các giá trị này cao hơn nhiều ở các mẫu không bị ăn mòn sau 1 và 3 tháng so với các mẫu bị ăn mòn sau 6, 14 và 22 tháng (Hình 4a). Hơn nữa, chỉ số Chao1 và OTU quan sát được của thép 9% Cr cao hơn so với các mẫu bị ăn mòn và mẫu nước, và thấp hơn so với các mẫu không bị ăn mòn và mẫu trầm tích (Hình 4b, c), và sự khác biệt này có ý nghĩa thống kê (giá trị p < 0,01, Hình 4d). Hơn nữa, chỉ số Chao1 và OTU quan sát được của thép 9% Cr cao hơn so với các mẫu bị ăn mòn và mẫu nước, và thấp hơn so với các mẫu không bị ăn mòn và mẫu trầm tích (Hình 4b, c), và sự khác biệt này có ý nghĩa thống kê (giá trị p < 0,01, Hình 4d).Ngoài ra, chỉ số Chao1 và OTU quan sát được của thép chứa 9% Cr cao hơn so với các mẫu bị ăn mòn và ngâm trong nước, nhưng thấp hơn so với các mẫu không bị ăn mòn và lắng đọng (Hình 4b, c), và sự khác biệt này có ý nghĩa thống kê.(p-значения <0,01, рис. 4d). (Giá trị p < 0,01, Hình 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< 0,01,4d)。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 и наблюдаемые OTU стали содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных и водных образцов, и ниже, чем у không cần thiết 0,01, 4г). Ngoài ra, chỉ số Chao1 và OTU quan sát được của thép 9% Cr cao hơn so với các mẫu bị ăn mòn và ngâm trong nước, và thấp hơn so với các mẫu không bị ăn mòn và lắng đọng (Hình 4b,c), và sự khác biệt này có ý nghĩa thống kê (giá trị p < 0,01, Hình 4d).Những kết quả này cho thấy sự đa dạng vi sinh vật trong các sản phẩm ăn mòn thấp hơn so với trong màng sinh học trên kim loại chưa bị ăn mòn.
Hình 5a thể hiện biểu đồ Phân tích Tọa độ Chính (PCoA) dựa trên khoảng cách không trọng số UniFrac cho tất cả các mẫu, với ba cụm chính được quan sát. Cộng đồng vi sinh vật trong mẫu nước khác biệt đáng kể so với các cộng đồng khác. Cộng đồng vi sinh vật trong trầm tích cũng bao gồm cộng đồng vi sinh vật trên thép không gỉ, trong khi chúng phân bố rộng rãi trong các mẫu bị ăn mòn. Ngược lại, bản đồ của thép có 9% Cr được chia thành các cụm không bị ăn mòn và bị ăn mòn. Do đó, cộng đồng vi sinh vật trên bề mặt kim loại và các sản phẩm ăn mòn khác biệt đáng kể so với cộng đồng vi sinh vật trong nước.
Biểu đồ phân tích tọa độ chính (PCoA) dựa trên khoảng cách UniFrac không trọng số trong tất cả các mẫu (a), nước (b) và kim loại (c). Các vòng tròn làm nổi bật từng cụm. Các quỹ đạo được biểu diễn bằng các đường nối các khoảng thời gian lấy mẫu theo chuỗi. 1 mét, 1 tháng; 3 mét, 3 tháng; 6 mét, 6 tháng; 14 mét, 14 tháng; 22 mét, 22 tháng; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, điều kiện 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, thép 1% Cr; 3C, thép 2,25% Cr; thép 9C, thép 9% Cr; S6, thép không gỉ 316; S8, thép không gỉ loại 304.
Khi được sắp xếp theo thứ tự thời gian, biểu đồ PCoA của các mẫu nước có dạng hình tròn (Hình 5b). Sự chuyển đổi theo chu kỳ này có thể phản ánh những thay đổi theo mùa.
Ngoài ra, chỉ có hai cụm (bị ăn mòn và không bị ăn mòn) được quan sát trên biểu đồ PCoA của các mẫu kim loại, trong đó (ngoại trừ thép crom 9%) cũng quan sát thấy sự thay đổi của cộng đồng vi sinh vật từ 1 đến 22 tháng (Hình 5c). Thêm vào đó, vì sự chuyển đổi trong các mẫu bị ăn mòn lớn hơn so với các mẫu không bị ăn mòn, nên có mối tương quan giữa sự thay đổi trong cộng đồng vi sinh vật và quá trình ăn mòn. Trong các mẫu thép có 9% Cr, hai loại cộng đồng vi sinh vật đã được phát hiện: các điểm ở 1 và 6 tháng, nằm gần thép không gỉ, và các điểm khác (3, 14 và 22 tháng), nằm gần thép bị ăn mòn. Các mẫu ở 1 tháng và các mẫu dùng để chiết xuất DNA ở 6 tháng không bị ăn mòn, trong khi các mẫu ở 3, 14 và 22 tháng bị ăn mòn (Hình bổ sung 1). Do đó, cộng đồng vi sinh vật trong các mẫu bị ăn mòn khác với cộng đồng vi sinh vật trong nước, trầm tích và các mẫu không bị ăn mòn và thay đổi khi quá trình ăn mòn diễn ra.
Các loại cộng đồng vi sinh vật chính được quan sát trong các mẫu nước là Proteobacteria (30,1–73,5%), Bacteroidetes (6,3–48,6%), Planctomycetota (0,4–19,6%) và Actinobacteria (0–17,7%), độ phong phú tương đối của chúng thay đổi từ mẫu này sang mẫu khác (Hình 6), ví dụ, độ phong phú tương đối của Bacteroidetes trong nước ao cao hơn so với nước lấy từ giếng. Sự khác biệt này có thể bị ảnh hưởng bởi thời gian lưu giữ của nước trong bể tràn. Các loại này cũng được quan sát thấy trong các mẫu trầm tích đáy, nhưng độ phong phú tương đối của chúng khác biệt đáng kể so với trong các mẫu nước. Ngoài ra, hàm lượng tương đối của Acidobacteriota (8,7–13,0%), Chloroflexi (8,1–10,2%), Nitrospirota (4,2–4,4%) và Desulfobacterota (1,5–4,4%) cao hơn so với trong các mẫu nước. Vì gần như tất cả các loài Desulfobacterota đều là SRB37, nên môi trường trong trầm tích phải là kỵ khí. Mặc dù vi khuẩn Desulfobacterota có thể ảnh hưởng đến sự ăn mòn, nhưng nguy cơ này cực kỳ thấp vì tỷ lệ của chúng trong nước hồ bơi chỉ dưới 0,04%. Mặc dù vi khuẩn Desulfobacterota có thể ảnh hưởng đến sự ăn mòn, nhưng nguy cơ này cực kỳ thấp vì tỷ lệ của chúng trong nước hồ bơi chỉ dưới 0,04%. Хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск должен быть чрезвычайно низким, поскольку их относительное содержание воде бассейна составляет <0,04%. Mặc dù vi khuẩn Desulfobacterota có thể gây ăn mòn, nhưng nguy cơ này cực kỳ thấp vì tỷ lệ xuất hiện của chúng trong nước hồ bơi chỉ dưới 0,04%.Công ty có thể cung cấp các dịch vụ hỗ trợ liên quan đến công việc kinh doanh của họ, nhưng họ có thể giảm chi phí bảo trì <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%. Mặc dù loại vi khuẩn Desulfobacillus có thể ảnh hưởng đến sự ăn mòn, nhưng nguy cơ này cực kỳ thấp vì tỷ lệ tương đối của chúng trong nước hồ bơi chỉ dưới 0,04%.
RW và Air lần lượt đại diện cho các mẫu nước lấy từ cửa lấy nước và bể chứa. Sediment-C, -E, -W là các mẫu trầm tích được lấy từ trung tâm đáy bể, cũng như từ phía đông và phía tây. 1 mét, 1 tháng; 3 mét, 3 tháng; 6 mét, 6 tháng; 14 mét, 14 tháng; 22 mét, 22 tháng; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, điều kiện 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, thép 1% Cr; 3C, thép 2,25% Cr; thép 9C, thép 9% Cr; S6, thép không gỉ 316; S8, thép không gỉ loại 304.
Ở cấp độ chi, tỷ lệ vi khuẩn chưa được phân loại thuộc họ Trichomonadaceae, cũng như Neosphingosine, Pseudomonas và Flavobacterium, được quan sát thấy cao hơn một chút (6–19%) trong tất cả các mùa. Là các thành phần chính nhỏ, tỷ lệ của chúng thay đổi (Hình 1). 7a và b). Trong các nhánh sông, sự phong phú tương đối của Flavobacterium, Pseudovibrio và Rhodoferrobacter chỉ cao hơn vào mùa đông. Tương tự, hàm lượng Pseudovibrio và Flavobacterium cao hơn được quan sát thấy trong nước mùa đông của lưu vực. Như vậy, cộng đồng vi sinh vật trong các mẫu nước thay đổi tùy theo mùa, nhưng không trải qua những thay đổi mạnh mẽ trong suốt thời gian nghiên cứu.
a Nước đầu vào, b Nước bể bơi, c ASTM A283, d ASTM A109 nhiệt độ #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g 1% Cr, h 2,25% Cr, và i thép 9% Cr, j Thép loại 316 và thép không gỉ K-304.
Vi khuẩn Proteobacteria là thành phần chính trong tất cả các mẫu, nhưng tỷ lệ tương đối của chúng trong các mẫu bị ăn mòn giảm dần khi quá trình ăn mòn diễn ra (Hình 6). Trong các mẫu ASTM A179, ASTM A109 Nhiệt độ số 4/5, ASTM A179, ASTM A395 và 1% và 2,25% Cr, tỷ lệ tương đối của vi khuẩn Proteobacteria giảm từ 89,1%, 85,9%, 89,6%, 79,5%, 84,8%, 83,8% xuống còn 43,3%, 52,2%, 50,0%, 41,9%, 33,8% và 31,3% tương ứng. Ngược lại, tỷ lệ tương đối của Desulfobacterota tăng dần từ <0,1% lên 12,5–45,9% khi quá trình ăn mòn diễn ra. Ngược lại, tỷ lệ tương đối của Desulfobacterota tăng dần từ <0,1% lên 12,5–45,9% khi quá trình ăn mòn diễn ra. Напротив, относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии. Ngược lại, tỷ lệ tương đối của Desulfobacterota tăng dần từ <0,1% lên 12,5–45,9% khi quá trình ăn mòn diễn ra.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% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии. Ngược lại, tỷ lệ tương đối của Desulfobacillus tăng dần từ <0,1% lên 12,5–45,9% khi quá trình ăn mòn diễn ra.Như vậy, khi quá trình ăn mòn diễn ra, vi khuẩn Proteobactereira đã được thay thế bởi vi khuẩn Desulfobacterota.
Ngược lại, màng sinh học trên thép không gỉ không bị ăn mòn chứa cùng tỷ lệ các loại vi khuẩn khác nhau. 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%) và Chloroflexi (2,1–8,8%). Người ta nhận thấy rằng tỷ lệ Nitrospirota trong các mẫu thép không gỉ tăng dần (Hình 6). Tỷ lệ này tương tự như trong các mẫu trầm tích, phù hợp với biểu đồ PCoA được thể hiện trong Hình 5a.
Trong các mẫu thép chứa 9% Cr, người ta quan sát thấy hai loại quần xã vi sinh vật: quần xã vi sinh vật sau 1 tháng và 6 tháng tương tự như trong các mẫu trầm tích đáy, trong khi tỷ lệ vi khuẩn Proteobacteria trong các mẫu ăn mòn sau 3, 14 và 22 tháng tăng lên đáng kể. Ngoài ra, hai quần xã vi sinh vật này trong các mẫu thép 9% Cr tương ứng với các cụm phân tách trong biểu đồ PCoA được thể hiện trong Hình 5c.
Ở cấp độ chi, người ta quan sát thấy hơn 2000 OTU chứa các loại vi khuẩn và vi sinh vật cổ chưa được phân loại. Ở cấp độ chi, người ta quan sát thấy hơn 2000 OTU chứa các loại vi khuẩn và vi sinh vật cổ chưa được phân loại.Ở cấp độ chi, người ta đã quan sát thấy hơn 2000 OTU chứa các vi khuẩn và vi sinh vật cổ chưa được xác định.Ở cấp độ chi, hơn 2000 OTU đã được quan sát, bao gồm các vi khuẩn và vi sinh vật cổ không xác định. Trong số đó, chúng tôi tập trung vào 10 OTU có số lượng lớn trong mỗi mẫu. Điều này bao gồm 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% và 21,8-45,1% trong ASTM A179, ASTM A109 Nhiệt độ số 4/5, ASTM A179, ASTM A395, thép 1%, 2,25% và 9% Cr và thép không gỉ loại 316 và -304.
Hàm lượng tương đối cao của các khối đơn nguyên đã khử clo có tính chất oxy hóa Fe(II) đã được quan sát thấy trong các mẫu ăn mòn như ASTM A179, ASTM A109 Nhiệt độ số 4/5, ASTM A179, ASTM A395 và thép có 1% và 2,25% Cr ở giai đoạn đầu ăn mòn (1 tháng và 3 tháng, Hình 7c-h). Tỷ lệ Dechloromonas giảm dần theo thời gian, tương ứng với sự giảm của Proteobacteria (Hình 6). Hơn nữa, tỷ lệ Dechloromonas trong màng sinh học trên các mẫu không bị ăn mòn là <1%. Hơn nữa, tỷ lệ Dechloromonas trong màng sinh học trên các mẫu không bị ăn mòn là <1%. Ví dụ, Dechloromonas được sử dụng ở mức thấp hơn 1%. Ngoài ra, tỷ lệ Dechloromonas trong màng sinh học trên các mẫu vật không bị ăn mòn là <1%.此外, 未腐蚀样品的生物膜中脱氯单胞菌的比例<1%。Tỷ lệ giảm cân < 1% Ví dụ, Dechloromonas được sử dụng để giảm tỷ lệ phần trăm <1%. Ngoài ra, tỷ lệ Dechloromonas trong màng sinh học của các mẫu không bị ăn mòn là <1%.Do đó, trong số các sản phẩm ăn mòn, vi khuẩn Dechloromonas tích tụ đáng kể ở giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn.
Ngược lại, trong các loại thép ASTM A179, ASTM A109 tôi luyện #4/5, ASTM A179, ASTM A395 và thép có hàm lượng Cr 1% và 2,25%, tỷ lệ các loài Desulfovibrio SRB cuối cùng đã tăng lên sau 14 và 22 tháng (Hình 7c–h). Hàm lượng Desulfovibrio rất thấp hoặc không được phát hiện trong giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn, trong các mẫu nước (Hình 7a, b) và trong các màng sinh học không bị ăn mòn (Hình 7j, j). Điều này cho thấy rõ ràng rằng Desulfovibrio ưa thích môi trường của các sản phẩm ăn mòn được hình thành, mặc dù chúng không ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn trong giai đoạn đầu.
Vi khuẩn khử Fe(III) (RRB), chẳng hạn như Geobacter và Geothrix, được tìm thấy trong các sản phẩm ăn mòn ở giai đoạn giữa của quá trình ăn mòn (6 và 14 tháng), nhưng tỷ lệ của chúng ở giai đoạn muộn (22 tháng) tương đối thấp (Hình 7c, eh). Chi Sideroxydans với đặc tính oxy hóa Fe(II) cho thấy hành vi tương tự (Hình 7f), do đó tỷ lệ FeOB, IRB và SRB chỉ cao hơn trong các mẫu bị ăn mòn. Điều này cho thấy rõ ràng rằng những thay đổi trong các cộng đồng vi sinh vật này có liên quan đến sự tiến triển của quá trình ăn mòn.
Trong thép chứa 9% Cr bị ăn mòn sau 3, 14 và 22 tháng, người ta quan sát thấy tỷ lệ thành viên của họ Beggiatoacea cao hơn (8,5–19,6%), có khả năng thể hiện đặc tính oxy hóa lưu huỳnh, và vi khuẩn sideroxidans (8,4–13,7%) (Hình 1). 7i) Ngoài ra, Thiomonas, một loại vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh (SOB), được tìm thấy với số lượng cao hơn (3,4% và 8,8%) ở 3 và 14 tháng. Ngược lại, vi khuẩn khử nitrat Nitrospira (12,9%) được quan sát thấy trong các mẫu không bị ăn mòn 6 tháng tuổi. Tỷ lệ Nitrospira tăng lên cũng được quan sát thấy trong màng sinh học trên thép không gỉ sau khi nhúng (Hình 7j,k). Như vậy, cộng đồng vi sinh vật của thép 9% Cr không bị ăn mòn 1 và 6 tháng tuổi tương tự như cộng đồng vi sinh vật trong màng sinh học thép không gỉ. Ngoài ra, quần thể vi sinh vật trên thép 9% Cr bị ăn mòn ở các thời điểm 3, 14 và 22 tháng khác với các sản phẩm ăn mòn của thép cacbon, thép crom thấp và gang.
Quá trình ăn mòn thường diễn ra chậm hơn trong nước ngọt so với nước biển vì nồng độ ion clorua ảnh hưởng đến sự ăn mòn của kim loại. Tuy nhiên, một số loại thép không gỉ có thể bị ăn mòn trong môi trường nước ngọt38,39. Ngoài ra, ban đầu người ta nghi ngờ MIC vì vật liệu bị ăn mòn đã được quan sát thấy trước đó trong bể nước ngọt được sử dụng trong nghiên cứu này. Trong các nghiên cứu ngâm lâu dài, người ta đã quan sát thấy nhiều dạng ăn mòn khác nhau, ba loại quần thể vi sinh vật và sự thay đổi trong quần thể vi sinh vật trong các sản phẩm ăn mòn.
Môi trường nước ngọt được sử dụng trong nghiên cứu này là một bể kín chứa nước công nghiệp lấy từ một con sông có thành phần hóa học tương đối ổn định và nhiệt độ nước thay đổi theo mùa từ 9 đến 23 °C. Do đó, sự biến động theo mùa của quần thể vi sinh vật trong các mẫu nước có thể liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ. Ngoài ra, quần thể vi sinh vật trong nước bể có phần khác biệt so với quần thể vi sinh vật trong nước đầu vào (Hình 5b). Nước trong bể liên tục được thay thế do tràn. Kết quả là, DO vẫn duy trì ở mức ~8,2 ppm ngay cả ở độ sâu trung gian giữa mặt nước và đáy bể. Ngược lại, môi trường của trầm tích phải là kỵ khí, vì nó lắng đọng và nằm ở đáy bể, và hệ vi sinh vật trong đó (như CRP) cũng phải khác với hệ vi sinh vật trong nước (Hình 6). Vì các mẫu thử trong bể nằm xa trầm tích hơn, chúng chỉ tiếp xúc với nước ngọt trong các nghiên cứu ngâm dưới điều kiện hiếu khí.
Ăn mòn tổng quát xảy ra ở thép cacbon, thép crom thấp và gang trong môi trường nước ngọt (Hình 1) vì các vật liệu này không có khả năng chống ăn mòn. Tuy nhiên, tốc độ ăn mòn (0,13 mm/năm) trong điều kiện nước ngọt không có vi sinh vật cao hơn so với các nghiên cứu trước đây40 (0,04 mm/năm) và tương đương với tốc độ ăn mòn (0,02–0,76 mm/năm) khi có sự hiện diện của vi sinh vật 1) Tương tự như điều kiện nước ngọt40,41,42. Tốc độ ăn mòn tăng nhanh này là đặc điểm của MIC.
Ngoài ra, sau 22 tháng ngâm, hiện tượng ăn mòn cục bộ đã được quan sát thấy ở một số kim loại bên dưới lớp sản phẩm ăn mòn (Hình 3). Đặc biệt, tốc độ ăn mòn cục bộ quan sát được ở ASTM A179 nhanh hơn khoảng năm lần so với ăn mòn tổng quát. Hình thức ăn mòn bất thường này và tốc độ ăn mòn tăng nhanh cũng đã được quan sát thấy trong hiện tượng ăn mòn xảy ra trên cùng một vật thể. Do đó, quá trình ngâm được thực hiện trong nghiên cứu này phản ánh hiện tượng ăn mòn trong thực tế.
Trong số các kim loại được nghiên cứu, thép 9% Cr thể hiện mức độ ăn mòn nghiêm trọng nhất, với độ sâu ăn mòn >1,2 mm, rất có thể là do ăn mòn vi mô (MIC) vì tốc độ ăn mòn tăng nhanh và hình thức ăn mòn bất thường. Trong số các kim loại được nghiên cứu, thép 9% Cr thể hiện mức độ ăn mòn nghiêm trọng nhất, với độ sâu ăn mòn >1,2 mm, rất có thể là do ăn mòn vi mô (MIC) vì tốc độ ăn mòn tăng nhanh và hình thức ăn mòn bất thường. Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозиии> 1,2 мм, что, вероятно, является МИК Tôi là một người có kinh nghiệm và một người có thể kiếm được nhiều tiền hơn. Trong số các kim loại được kiểm tra, thép có hàm lượng Cr 9% cho thấy sự ăn mòn nghiêm trọng nhất với độ sâu ăn mòn >1,2 mm, có thể là do ăn mòn vi mô (MIC) do quá trình ăn mòn diễn ra nhanh và là một dạng ăn mòn bất thường.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, 很可能是 MIC。9% Cr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% Cr, с глубиной коррозии >1,2 mm, скорее vâng, МИК из-за ускоренных и một trong những điều tốt nhất. Trong số các kim loại được nghiên cứu, thép có hàm lượng Cr 9% bị ăn mòn nghiêm trọng nhất, với độ sâu ăn mòn >1,2 mm, rất có thể là do ăn mòn vi mô (MIC) do các dạng ăn mòn bất thường và diễn ra nhanh chóng.Vì thép 9% Cr được sử dụng trong các ứng dụng ở nhiệt độ cao, hành vi ăn mòn của nó đã được nghiên cứu trước đây43,44 nhưng chưa có MIC nào được báo cáo trước đây đối với kim loại này. Do nhiều vi sinh vật, ngoại trừ vi sinh vật ưa nhiệt cực cao, không hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao (>100 °C), nên trong những trường hợp như vậy, hiện tượng ăn mòn do vi sinh vật (MIC) trong thép 9% Cr có thể được bỏ qua. Do nhiều vi sinh vật, ngoại trừ vi sinh vật ưa nhiệt cực cao, không hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao (>100 °C), nên trong những trường hợp như vậy, hiện tượng ăn mòn do vi sinh vật (MIC) trong thép 9% Cr có thể được bỏ qua. Bạn có thể làm được điều đó, bạn có thể làm điều đó với một người khác, bạn không cần phải làm gì với công việc của mình (>100 °С), МИК в стали с 9% Cr в таких bạn không cần phải lo lắng nữa. Vì nhiều vi sinh vật, ngoại trừ vi sinh vật ưa nhiệt cực cao, không hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao (>100°C), nên trong những trường hợp như vậy, MIC trong thép chứa 9% Cr có thể được bỏ qua.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 颃(>100 °C) Bạn có thể làm được điều đó, nhưng bạn không cần phải làm gì với những gì bạn đang làm средах (>100 °С), МПК в стали с 9% Cr в bạn không cần phải làm gì cả. Vì nhiều vi sinh vật, ngoại trừ vi sinh vật ưa nhiệt cực cao, không hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao (>100 °C), nên trong trường hợp này, MIC trong thép chứa 9% Cr có thể bỏ qua.Tuy nhiên, khi sử dụng thép 9% Cr trong môi trường nhiệt độ trung bình, cần phải thực hiện nhiều biện pháp khác nhau để giảm thiểu sự ăn mòn do vi sinh vật gây ra.
Nhiều quần thể vi sinh vật khác nhau và những thay đổi của chúng đã được quan sát thấy trong các lớp vật liệu chưa bị ăn mòn và trong các sản phẩm ăn mòn trong màng sinh học so với nước, ngoài ra còn có hiện tượng ăn mòn tăng tốc (Hình 5-7), điều này cho thấy rõ ràng rằng sự ăn mòn này là một dạng micro. Ramirez et al.13 báo cáo về quá trình chuyển đổi 3 bước (FeOB => SRB/IRB => SOB) trong hệ sinh thái vi sinh vật biển trong 6 tháng, trong đó hydro sunfua được tạo ra bởi SRB được làm giàu thứ cấp cuối cùng có thể góp phần làm giàu SOB. Ramirez et al.13 báo cáo về quá trình chuyển đổi 3 bước (FeOB => SRB/IRB => SOB) trong hệ sinh thái vi sinh vật biển trong 6 tháng, khi hydro sunfua được tạo ra bởi SRB được làm giàu thứ cấp cuối cùng có thể góp phần làm giàu SOB. Ramirez et al.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 et al.13 báo cáo về quá trình chuyển đổi ba giai đoạn (FeOB => SRB/IRB => SOB) trong hệ sinh thái vi sinh vật biển trong khoảng thời gian 6 tháng, trong đó hydro sunfua được tạo ra từ quá trình làm giàu thứ cấp của SRB cuối cùng có thể góp phần vào quá trình làm giàu của 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 报告 了 个 超过 超过 6 个 月 海洋 微生物 生态 系统 中 的 三 步 转变 转变其中 次 富集 srb 产生硫化氢 可能 最终 有助于 nức nở 的富集。 Ramirez et al.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, может в конечном итоге способствовать обогащению SOB. Ramirez et al.13 đã báo cáo về quá trình chuyển đổi ba bước (FeOB => SRB/IRB => SOB) trong hệ sinh thái vi sinh vật biển trong khoảng thời gian 6 tháng, trong đó hydro sunfua được tạo ra từ quá trình làm giàu thứ cấp của SRB cuối cùng có thể góp phần vào quá trình làm giàu của SOB.McBeth và Emerson36 đã báo cáo sự làm giàu chính trong FeOB. Tương tự, sự gia tăng số lượng FeOB trong giai đoạn ăn mòn ban đầu cũng được quan sát thấy trong nghiên cứu này, nhưng sự thay đổi vi sinh vật theo tiến trình ăn mòn được quan sát thấy ở thép cacbon và thép 1% và 2,25% Cr cũng như gang trong hơn 22 tháng là FeOB => IRB => SRB (Hình 7 và 8). Tương tự, sự gia tăng số lượng FeOB trong giai đoạn ăn mòn ban đầu cũng được quan sát thấy trong nghiên cứu này, nhưng sự thay đổi vi sinh vật theo tiến trình ăn mòn được quan sát thấy ở thép cacbon và thép chứa 1% và 2,25% Cr cũng như gang trong hơn 22 tháng là FeOB => IRB => SRB (Hình 7 và 8). Bạn có thể sử dụng một số công cụ để cung cấp cho FeOB một khoản tiền lớn mà bạn không cần phải làm một người có thể làm được điều đó коррозии, наблюдаемые в углеродистых и 1% và 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 tháng, представляют собой FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8). Tương tự, trong nghiên cứu này, sự gia tăng FeOB ở giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn được quan sát thấy, nhưng những thay đổi về vi sinh vật khi quá trình ăn mòn diễn ra, được quan sát thấy ở thép cacbon và thép 1% và 2,25% Cr cũng như gang trong hơn 22 tháng, theo trình tự FeOB => IRB => SRB (Hình 7 và 8).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 和8)。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）。 Bạn có thể nghĩ về điều đó, bạn có thể sử dụng một công cụ để cung cấp cho FeOB một công việc tuyệt vời, không микробиологические изменения, наблюдаемые в углеродистых и 1% và 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 tháng, были FeOB => IRB => SRB (рис. 7 и 8). Tương tự, hiện tượng làm giàu FeOB trong giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn cũng được quan sát thấy trong nghiên cứu này, nhưng những thay đổi vi sinh vật quan sát được ở thép cacbon và thép chứa 1% và 2,25% Cr cũng như gang trong hơn 22 tháng là FeOB => IRB => SRB (Hình 7 và 8).Vi khuẩn khử sunfat (SRB) có thể dễ dàng tích tụ trong môi trường nước biển do nồng độ ion sunfat cao, nhưng sự gia tăng số lượng của chúng trong môi trường nước ngọt bị trì hoãn do nồng độ ion sunfat thấp. Sự gia tăng số lượng SRB trong nước biển đã được báo cáo thường xuyên10,12,45.
a. Cacbon và nitơ hữu cơ được tạo ra thông qua quá trình trao đổi chất năng lượng phụ thuộc vào Fe(II) nhờ oxit sắt (tế bào màu đỏ [Dechloromonas sp.] và màu xanh lá cây [Sideroxydans sp.]) và vi khuẩn khử Fe(III) (tế bào màu xám [Geothrix sp. và Geobacter sp.]) ở giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn, sau đó vi khuẩn khử sunfat kỵ khí (SRP) và vi sinh vật dị dưỡng làm giàu giai đoạn ăn mòn trưởng thành bằng cách tiêu thụ chất hữu cơ tích tụ. b. Sự thay đổi trong cộng đồng vi sinh vật trên kim loại chống ăn mòn. Các tế bào màu tím, xanh lam, vàng và trắng lần lượt đại diện cho vi khuẩn thuộc các họ Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea và các họ khác.
Liên quan đến những thay đổi trong quần thể vi sinh vật và khả năng làm giàu vi khuẩn khử sunfat (SRB), vi khuẩn oxy hóa sắt (FeOB) đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn, và vi khuẩn Dechloromonas có thể thu được năng lượng sinh trưởng từ quá trình oxy hóa Fe(II). Vi sinh vật có thể tồn tại trong môi trường chứa các nguyên tố vi lượng, nhưng chúng sẽ không sinh trưởng theo cấp số nhân. Tuy nhiên, bể ngâm được sử dụng trong nghiên cứu này là một bể tràn, với lưu lượng nước chảy vào là 20 m3/h, liên tục cung cấp các ion vô cơ chứa các nguyên tố vi lượng. Trong giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn, các ion sắt được giải phóng từ thép cacbon và gang, và các vi khuẩn FeOB (như Dechloromonas) sử dụng chúng làm nguồn năng lượng. Một lượng nhỏ cacbon, phosphat và nitơ cần thiết cho sự phát triển của tế bào phải có trong nước xử lý dưới dạng các chất hữu cơ và vô cơ. Do đó, trong môi trường nước ngọt này, FeOB ban đầu được làm giàu trên bề mặt kim loại như thép cacbon và gang. Sau đó, các vi khuẩn khử sunfat (IRB) có thể phát triển và sử dụng chất hữu cơ và oxit sắt làm nguồn năng lượng và chất nhận electron cuối cùng tương ứng. Trong các sản phẩm ăn mòn trưởng thành, điều kiện kỵ khí giàu nitơ sẽ được tạo ra do quá trình trao đổi chất của FeOB và IRB. Do đó, SRB có thể phát triển nhanh chóng và thay thế FeOB và IRB (Hình 8a).
Gần đây, Tang et al. đã báo cáo về sự ăn mòn thép không gỉ bởi Geobacter ferroreducens trong môi trường nước ngọt do sự truyền electron trực tiếp từ sắt sang vi sinh vật46. Xét đến EMIC, sự đóng góp của các vi sinh vật có đặc tính EET là rất quan trọng. SRB, FeOB và IRB là các loài vi sinh vật chính trong các sản phẩm ăn mòn trong nghiên cứu này, chúng phải có đặc tính EET. Do đó, các vi sinh vật hoạt động điện hóa này có thể góp phần vào sự ăn mòn thông qua EET, và thành phần cộng đồng của chúng thay đổi dưới ảnh hưởng của các loài ion khác nhau khi các sản phẩm ăn mòn được hình thành. Ngược lại, cộng đồng vi sinh vật trong thép có 9% Cr khác với các loại thép khác (Hình 8b). Sau 14 tháng, ngoài sự gia tăng FeOB, các loài như Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea và Thiomonas cũng được gia tăng (Hình 7i). Sự thay đổi này khác biệt rõ rệt so với các vật liệu bị ăn mòn khác, chẳng hạn như thép carbon, và có thể bị ảnh hưởng bởi các ion giàu crom hòa tan trong quá trình ăn mòn. Đáng chú ý, Thiomonas không chỉ có đặc tính oxy hóa lưu huỳnh mà còn có đặc tính oxy hóa Fe(II), hệ thống EET và khả năng chịu đựng kim loại nặng48,49. Chúng có thể được làm giàu do hoạt động oxy hóa của Fe(II) và/hoặc tiêu thụ trực tiếp các electron kim loại. Trong một nghiên cứu trước đây, người ta đã quan sát thấy sự hiện diện tương đối cao của Beggiatoacea trong màng sinh học trên Cu bằng cách sử dụng hệ thống giám sát màng sinh học không liên tục, cho thấy rằng những vi khuẩn này có thể kháng lại các kim loại độc hại như Cu và Cr. Tuy nhiên, nguồn năng lượng cần thiết cho Beggiatoacea để phát triển trong môi trường này vẫn chưa được biết.
Nghiên cứu này báo cáo những thay đổi trong quần thể vi sinh vật trong quá trình ăn mòn ở môi trường nước ngọt. Trong cùng một môi trường, quần thể vi sinh vật khác nhau tùy thuộc vào loại kim loại. Ngoài ra, kết quả của chúng tôi khẳng định tầm quan trọng của vi khuẩn oxy hóa sắt (FeOB) trong giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn, vì quá trình trao đổi chất năng lượng của vi sinh vật phụ thuộc vào sắt thúc đẩy sự hình thành môi trường giàu chất dinh dưỡng, thuận lợi cho các vi sinh vật khác như vi khuẩn khử sunfat (SRB). Để giảm thiểu ăn mòn do vi sinh vật (MIC) trong môi trường nước ngọt, cần hạn chế sự gia tăng số lượng FeOB và IRB.
Chín kim loại đã được sử dụng trong nghiên cứu này và được gia công thành các khối có kích thước 50 × 20 × 1–5 mm (độ dày đối với thép ASTM 395 và thép chứa 1%, 2,25% và 9% Cr: 5 mm; độ dày đối với thép ASTM A283 và ASTM A179: 3 mm; thép không gỉ ASTM A109 Temper 4/5 và loại 304 và 316, độ dày: 1 mm), với hai lỗ đường kính 4 mm. Thép crom được đánh bóng bằng giấy nhám và các kim loại khác được đánh bóng bằng giấy nhám 600 grit trước khi nhúng. Tất cả các mẫu đều được siêu âm với etanol 99,5%, sấy khô và cân. Mười mẫu của mỗi kim loại được sử dụng để tính toán tốc độ ăn mòn và phân tích hệ vi sinh vật. Mỗi mẫu vật được cố định theo kiểu bậc thang bằng các thanh và miếng đệm PTFE (φ 5 × 30 mm, Hình bổ sung 2).
Bể có thể tích 1100 mét khối và độ sâu khoảng 4 mét. Lưu lượng nước chảy vào là 20 m³ h⁻¹, nước tràn được xả ra, và chất lượng nước không biến động theo mùa (Hình bổ sung 3). Thang lấy mẫu được hạ xuống một sợi dây thép dài 3 m treo ở giữa bể. Hai bộ thang được lấy ra khỏi bể ở các thời điểm 1, 3, 6, 14 và 22 tháng. Mẫu từ một thang được sử dụng để đo sự hao hụt khối lượng và tính toán tốc độ ăn mòn, trong khi mẫu từ thang khác được sử dụng để phân tích hệ vi sinh vật. Nồng độ oxy hòa tan trong bể ngâm được đo gần bề mặt và đáy, cũng như ở giữa, bằng cách sử dụng cảm biến oxy hòa tan (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA).
Các sản phẩm ăn mòn và màng sinh học trên mẫu được loại bỏ bằng cách cạo bằng dụng cụ cạo bằng nhựa hoặc lau bằng tăm bông, sau đó được làm sạch trong ethanol 99,5% bằng bể siêu âm. Sau đó, các mẫu được ngâm trong dung dịch Clark theo tiêu chuẩn ASTM G1-0351. Tất cả các mẫu được cân sau khi quá trình sấy khô hoàn tất. Tính toán tốc độ ăn mòn (mm/năm) cho mỗi mẫu bằng công thức sau:
trong đó K là hằng số (8,76 × 104), T là thời gian tiếp xúc (giờ), A là tổng diện tích bề mặt (cm2), W là khối lượng hao hụt (g), D là mật độ (g cm–3).
Sau khi cân các mẫu, hình ảnh 3D của một số mẫu được thu thập bằng kính hiển vi laser đo 3D (LEXT OLS4000, Olympus, Tokyo, Nhật Bản).