原油で汚染された沿岸表層海水中の微生物の影響による鋼の腐食

npj 材料劣化第 6 巻、記事番号: 35 (2022) この記事を引用

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表層海水に流出した石油炭化水素は、鉄鋼インフラの腐食に潜在的な脅威をもたらす可能性があります。我々は、原油が主に微生物影響腐食（MIC）を促進することによって鋼の腐食を促進したことを示した。原油により、海水と鉄さびの両方において、石油を使用しないグループのさび微生物群集を支配していた硫酸塩還元細菌（SRB）ではなく、アルカニボラックスやマリノバクターなどの海洋油分解菌が優勢になった。原油は、微生物の酸素呼吸と好気性炭化水素の分解だけでなく、鋼鉄さびにおける硝酸塩の還元と嫌気性炭化水素の分解プロセスも促進し、鋼表面に形成されるより不均一な微小環境を示しています。さらに、SRBおよび異化性硫酸塩還元遺伝子（dsr）の存在量が少ないこと、および炭酸鉄および硫酸鉄ミネラルの存在は、これまでMICの主な原因とみなされていた微生物硫化物が鋼腐食の主な原因ではないことを暗示した。初期の石油で汚染された海水中で。このような条件下では、海洋に特化した油分解剤がより重要な役割を果たすようです。

油田やガス田などの含油環境における鉄系材料の腐食は、世界中の産業インフラの信頼性にとって大きな懸念事項です。中国だけでも、石油・ガス産業における直接腐食コストの合計は、2014 年の総生産額の 2.82% に達すると推定されています1。海洋環境では、含油および硫酸塩にさらされた金属材料の腐食が発生します。石油の生産と輸送の過程での豊富な海水は、有害な貯留層の酸洗と材料の穿孔のために大きな注目を集めており、これらは主に複雑な微生物群集の活動によって説明されています2,3。微生物（硫酸還元細菌（SRB）、酸生成細菌（APB）など）/材料（金属、コンクリートなど）/媒体（化学組成および栄養素、硫酸塩、硫化物などの物理的パラメータ）は、微生物影響腐食（MIC）と呼ばれます4,5。

最近、石油輸送パイプライン、石油貯蔵設備、海水補償型燃料バラストシステムなどの海洋環境で嫌気性条件が最終的に発生する、含油条件下での MIC プロセスに注目が集まっています 6,7。このような条件下では、石油由来燃料や代替バイオ燃料などの炭化水素の嫌気性生分解は、いくつかの特殊な炭化水素分解者によって独立して、またはさまざまな機能性微生物によって共生的に達成されます。 SRB は、炭化水素の分解と腐食の原因となるプロセスに関与する主要な役割を担っています8。例えば、硫酸塩を還元する海洋細菌である Desulfoglaeba alkanexedensa 9 は、硫酸塩を末端電子受容体として使用することによって独立してアルカンを完全に酸化し、一般に鋼の腐食を促進する硫化物と低分子有機酸を生成します 10、11、12。したがって、SRB によって行われる微生物の硫酸塩の減少は、嫌気性炭化水素の分解によって促進される可能性があり、これらの油を含む環境における MIC の主な原因とみなされていることがよくあります 6,10,11。しかし、一部の研究者は、SRB の役割は誇張されており 13、APB などの他の機能性微生物が主な原因因子であると考えています 14。

鉄鋼インフラストラクチャーの場合、海洋の油海水環境における見逃せないもう 1 つの腐食状態は、石油炭化水素によって汚染された沿岸表層海水であり、炭化水素の分解は主に好気的に行われます 15。石油炭化水素は海洋に遍在しており、タンカーのバラスト水の排出や沖合の石油プラットフォームの漏出などの自然浸透や人間活動16により、年間40万トンから400万トンの原油が海洋生態系に放出されていると推定されている17。表層海水中には大量の石油炭化水素が観察されており、沿岸生態系に広範な影響を与える可能性があります18,19。通常、土着の微生物群集の構造は、微生物に追加の栄養素を提供し、特定の油分解物の濃縮に寄与する油によって形成される可能性があります20、21、22。さまざまな海洋鉄鋼インフラ、特に石油埠頭の海岸橋や船舶、海洋石油ガス探査のプラットフォームや輸送パイプラインは、石油で汚染された海水にさらされており、バイオフィルムを形成する微生物の生息地となっています 23,24。原油にさらされると、付着微生物群集と浮遊微生物群集の両方が移動し 21,22,24,25 、MIC プロセスに影響を及ぼします。このような好気的条件下での油汚染によって引き起こされる微生物組成とMICプロセスの変化は、嫌気的環境での変化とは異なる可能性があります26、27。その可能性にもかかわらず、これらの表層海水における鉄鋼の MIC はほとんど無視されており、プランクトン微生物や付着微生物が鋼鉄表面の周囲/表面でどのように発生するのか、またそれらが油にさらされた表層海水の MIC プロセスにどのような影響を与えるのかという未解決の疑問が残されています。

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>