원유로 오염된 연안 해수에서 미생물학적으로 영향을 받은 철강 부식

npj Materials Degradation 6권, 기사 번호: 35(2022) 이 기사 인용

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표층 해수에 유출된 석유-탄화수소는 철강 기반 시설의 부식에 잠재적인 위협이 될 수 있습니다. 우리는 원유가 주로 미생물 영향 부식(MIC)을 가속화함으로써 강철 부식을 가속화한다는 것을 보여줍니다. 원유는 무오일 그룹의 녹 미생물 군집을 지배하는 황산염 환원 박테리아(SRB)보다는 해수 및 강철 녹 모두에서 Alcanivorax 및 Marinobacter를 포함한 해양 오일 분해자가 우세하게 되었습니다. 원유는 강철 녹의 미생물 산소 호흡 및 호기성 탄화수소 분해를 향상시킬 뿐만 아니라 질산염 감소 및 혐기성 탄화수소 분해 과정을 강화하여 강철 표면에 더 많은 이질적인 미세 환경이 형성되었음을 나타냅니다. 더욱이, SRB 및 황산이화 환원 유전자(dsr)의 풍부함이 적고, 탄산철 및 황산철 광물의 존재는 이전에 MIC의 주요 원인으로 간주되었던 미생물 황화물이 강철 부식의 주요 원인이 아니라는 것을 의미합니다. 초기 석유로 오염된 바닷물에서. 해양 전문 석유 분해기는 이러한 조건에서 더욱 중요한 역할을 하는 것으로 보입니다.

석유 및 가스전과 같은 석유 함유 환경에서 철 기반 재료의 부식은 전 세계적으로 산업 인프라의 신뢰성에 큰 우려 사항입니다. 중국에서만 석유 및 가스 산업의 총 직접 부식 비용은 2014년 총 생산 가치의 2.82%에 달하는 것으로 추정됩니다1. 해양 환경에서 석유 함유 및 황산염에 노출된 금속 재료의 부식은 다음과 같습니다. 석유 생산 및 운송 과정에서 풍부한 바닷물은 복잡한 미생물 군집의 활동을 주로 설명하는 유해한 저수지 산패 및 물질 천공으로 인해 큰 주목을 받았습니다. 이러한 미생물의 영향을 받는 물질에 대한 유해영향은 미생물(황산환원균(SRB), 산생성균(APB) 등)/물질(금속, 콘크리트 등) 간의 특이적인 반응에 따라 직접적 또는 간접적으로 영향을 받음/ 매체(영양소, 황산염, 황화물과 같은 화학적 조성 및 물리적 매개변수)를 미생물 영향 부식(MIC)이라고 합니다4,5.

최근 석유 운송 파이프라인, 석유 저장 장비 및 해수 보상 연료 밸러스트 시스템과 같은 해양 환경에서 혐기성 조건이 결국 발생하는 석유 함유 조건에서 MIC 공정에 관심이 집중되었습니다6,7. 이러한 조건에서 석유 유래 연료 및 대체 바이오 연료와 같은 탄화수소의 혐기성 생분해는 일부 특수 탄화수소 분해자에 의해 독립적으로 수행되거나 다양한 기능성 미생물에 의해 합성으로 수행될 수 있습니다. SRB는 탄화수소 분해 및 부식 유발 공정에 관여하는 핵심 역할을 합니다8. 예를 들어, 황산염 환원 해양 박테리아인 Desulfoglaeba alkanexedensa9는 황산염을 말단 전자 수용체로 사용하여 독립적으로 알칸을 완전히 산화할 수 있으며 일반적으로 강철 부식을 가속화하는 황화물 및 저분자 유기산을 생성할 수 있습니다. 따라서 혐기성 탄화수소 분해에 의해 가속화될 수 있는 SRB에 의해 수행되는 미생물 황산염 감소는 이러한 오일 함유 환경에서 MIC의 주요 원인으로 간주되는 경우가 많습니다6,10,11. 그러나 일부 연구자들은 SRB의 역할이 과장되어 있다고 생각하며13 APB와 같은 다른 기능성 미생물이 주요 원인 인자라고 생각합니다14.

철강 인프라의 경우 간과해서는 안 되는 해양 오일-해수 환경의 또 다른 부식 조건은 탄화수소 분해가 주로 호기적으로 수행되는 석유-탄화수소에 의해 오염된 해안 표면 해수입니다15. 석유 탄화수소는 바다 어디에나 존재하며, 유조선 밸러스트수 배출 및 연안 석유 플랫폼 누출을 포함한 인간 활동과 자연 누출로 인해 매년 40만~400만 톤의 원유가 해양 생태계로 배출되는 것으로 추정됩니다17. 다량의 석유-탄화수소가 해수 표면에서 관찰되었으며 이는 해안 생태계에 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다18,19. 일반적으로 토착 미생물 군집의 구조는 미생물에 추가 영양분을 제공하고 특정 오일 분해자의 농축에 기여하는 오일에 의해 형성될 수 있습니다20,21,22. 다양한 해양 철강 인프라, 특히 석유 부두의 해안 교량 및 선박, 해양 석유 가스 탐사 플랫폼 및 운송 파이프라인은 석유로 오염된 해수에 노출되어 생물막 형성 미생물의 서식지를 제공합니다23,24. 원유에 노출되면 부착된 미생물 군집과 플랑크톤 미생물 군집 모두 이동하여21,22,24,25 MIC 과정에 영향을 미칩니다. 이러한 호기성 조건에서 오일 오염으로 인한 미생물 조성 및 MIC 과정의 변화는 혐기성 환경의 변화와 다를 수 있습니다26,27. 가능성에도 불구하고 이러한 표층 해양수에서 강철의 MIC는 대체로 무시되어 플랑크톤 및 부착 미생물이 강철 표면 주변에서 어떻게 성공했는지, 그리고 기름에 노출된 표층 해수의 MIC 공정에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 공개적인 질문을 남겼습니다.

0.1). However, it was significantly lower than the corrosion rate of steel in unsterilized groups. Obviously, crude oil couldn’t accelerate steel corrosion unless microorganisms are involved. That is to say, crude oil enhanced steel corrosion mainly through stimulating the growth and activity of microorganisms./p> 1000 μm)11, the maximum pitting depth observed in these aerobic microcosms (< 100 μm) was much shallower. Collectively, these results suggested that crude oil enhanced the average corrosion rate, and the localized corrosion seemed to be inhibited at the initial exposed stage but stimulated at later exposed stage ultimately./p> 3.5, P = 0.05). C Planktonic microbial communities from day 0 (T0) and day 85 (T3), and D the attached microbial communities from day 25 (T1), day 55 (T2), and day 85 (T3) were determined in laboratory microcosms with/without crude oil. The relative abundance of each taxonomy was the average value of that in triplicates. “With Oil”: With crude oil amendment; “No Oil”: Without crude oil./p> 0.5) (Fig. 6C), which was consistent with the taxonomic analysis (Fig. 5). In contrast, key genes like cys involved in assimilatory sulfate-reduction were significantly enriched in With Oil group (P < 0.5). As more sulfate was consumed in With Oil group than that in No Oil group, we proposed that dissimilatory sulfate-reduction by SRB was not the major cause of sulfate consumption. Microbial assimilatory sulfate-reduction may greatly promote sulfate consumption in sediments./p>3.5. T-test was used to determine the difference in individual functional genes between different treatments. P < 0.05 was regarded as significant./p>