Микробиологическая коррозия стали в прибрежной морской воде, загрязненной сырой нефтью

npj Деградация материалов, том 6, Номер статьи: 35 (2022 г.) Цитировать эту статью

2664 Доступа

13 цитат

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Нефть и углеводороды, разлитые на поверхности морской воды, могут представлять потенциальную угрозу коррозии стальных инфраструктур. Мы показываем, что сырая нефть ускоряет коррозию стали главным образом за счет ускорения коррозии под микробиологическим воздействием (MIC). Сырая нефть привела к доминированию морских нефтедеградаторов, включая Alcanivorax и Marinobacter, как в морской воде, так и в стальной ржавчине, а не сульфатредуцирующих бактерий (SRB), которые доминировали в сообществе микроорганизмов ржавчины в группе, не содержащей нефть. Сырая нефть не только усиливает микробное кислородное дыхание и аэробную деградацию углеводородов, но также способствует восстановлению нитратов и анаэробному процессу деградации углеводородов при стальной ржавчине, что указывает на более гетерогенную микросреду, образующуюся на стальных поверхностях. Более того, низкое содержание SRB и гена диссимиляционной сульфатредукции (dsr), а также наличие минералов карбоната и сульфата железа подразумевают, что микробный сульфид, ранее считавшийся основной причиной MIC, не вносит основной вклад в коррозию стали. в ранней загрязненной нефтью морской воде. Судовые специализированные деградаторы нефти, похоже, играют более важную роль в таких условиях.

Коррозия материалов на основе железа в нефтесодержащих средах, таких как нефтяные и газовые месторождения, представляет собой серьезную проблему для надежности промышленной инфраструктуры во всем мире. Только в Китае общие затраты на прямую коррозию в нефтегазовой промышленности оцениваются в 2,82% от общей стоимости продукции в 2014 году1. В морской среде коррозия металлических материалов, подвергающихся воздействию нефтесодержащих и сульфатных Богатая морская вода в процессе добычи и транспортировки нефти привлекла большое внимание из-за вредного закисления резервуара и перфорации материала, которые в значительной степени объясняются деятельностью сложных микробных сообществ2,3. Такое губительное воздействие на материалы происходит под воздействием микроорганизмов прямо или косвенно, в зависимости от конкретных реакций между микроорганизмами (сульфатвосстанавливающими бактериями (СРБ), кислотообразующими бактериями (АПБ) и т.п.)/материалами (металлом, бетоном и т.п.)/ среды (химический состав и физические параметры, такие как питательные вещества, сульфаты и сульфиды), называются коррозией под микробиологическим воздействием (MIC)4,5.

В последнее время внимание было сосредоточено на процессе MIC в нефтесодержащих условиях, где в конечном итоге в морской среде развиваются анаэробные условия, такие как трубопроводы для транспортировки нефти, оборудование для хранения нефти и системы топливного балласта с компенсацией морской воды6,7. В таких условиях анаэробное биоразложение углеводородов, таких как топливо, полученное из нефти, и альтернативное биотопливо может осуществляться независимо некоторыми специализированными деградаторами углеводородов или синтрофно с помощью различных функциональных микробов. SRB являются ключевыми игроками, участвующими в процессах разложения углеводородов и коррозии8. Например, Desulfoglaeba alkanexedensa, сульфатредуцирующая морская бактерия9, может полностью окислять алканы самостоятельно, используя сульфат в качестве концевого акцептора электронов, и производить сульфиды и низкомолекулярные органические кислоты, которые обычно ускоряют коррозию стали10,11,12. Таким образом, микробная сульфатредукция, осуществляемая SRB, которая может быть ускорена за счет анаэробной деградации углеводородов, часто рассматривается как основная причина МИК в этих нефтесодержащих средах6,10,11. Однако некоторые исследователи считают, что роль SRB преувеличена13, а другие функциональные микробы, такие как APB, являются основным причинным фактором14.

Что касается стальных инфраструктур, еще одним фактором коррозии в морской нефтяно-морской среде, который не следует упускать из виду, является прибрежная поверхностная морская вода, загрязненная нефтяными углеводородами, где деградация углеводородов происходит в основном аэробно15. Нефтяные углеводороды повсеместно распространены в океанах, где естественная просачивание и человеческая деятельность, включая сброс балластных вод танкеров и утечки с морских нефтяных платформ16, по оценкам, приводят к выбросу от 0,4 до 4,0 миллионов тонн сырой нефти в экосистемы океана ежегодно17. Большое количество нефтяных углеводородов наблюдалось в поверхностной морской воде и могло привести к обширному воздействию на прибрежные экосистемы18,19. Как правило, структура местных микробных сообществ может быть сформирована нефтью, которая обеспечивает дополнительные питательные вещества для микроорганизмов и способствует обогащению конкретных веществ, разлагающих нефть20,21,22. Разнообразная морская стальная инфраструктура, особенно прибрежные мосты и корабли на нефтяных причалах, платформы и транспортные трубопроводы морской разведки нефти и газа, подвергаются воздействию загрязненных нефтью морских вод и обеспечивают среду обитания для микробов, образующих биопленки23,24. При воздействии сырой нефти как прикрепленные, так и планктонные микробные сообщества будут смещаться21,22,24,25 и, таким образом, оказывать влияние на процессы MIC. Изменение микробного состава и процесса МИК, вызванное загрязнением нефтью в таких аэробных условиях, может отличаться от такового в анаэробной среде26,27. Несмотря на такую ​​возможность, МПК стали в этих поверхностных морских водах в значительной степени игнорировалась, оставляя открытыми вопросы о том, как планктонные и прикрепленные микроорганизмы преуспели вокруг/на поверхности стали и как они влияют на процессы МИК в поверхностных морских водах, подверженных воздействию нефти.