Corrosione dell'acciaio influenzata microbiologicamente nell'acqua di mare superficiale costiera contaminata dal petrolio greggio

npj Materiali Degradazione volume 6, Numero articolo: 35 (2022) Citare questo articolo

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Gli idrocarburi del petrolio versati nell’acqua di mare superficiale possono rappresentare una potenziale minaccia per la corrosione delle infrastrutture in acciaio. Abbiamo dimostrato che il petrolio greggio ha accelerato la corrosione dell’acciaio principalmente accelerando la corrosione influenzata microbiologicamente (MIC). Il petrolio greggio ha portato alla predominanza dei degradatori del petrolio marino, tra cui Alcanivorax e Marinobacter, sia nell’acqua di mare che nella ruggine dell’acciaio, piuttosto che nei batteri solfato-riduttori (SRB) che hanno dominato la comunità microbica della ruggine nel gruppo no-oil. Il petrolio greggio non solo ha migliorato la respirazione microbica dell’ossigeno e la degradazione aerobica degli idrocarburi, ma anche la riduzione dei nitrati e il processo di degradazione anaerobica degli idrocarburi nella ruggine dell’acciaio, indicando microambienti più eterogenei formati sulle superfici dell’acciaio. Inoltre, la bassa abbondanza di SRB e del gene dissimilatorio di riduzione del solfato (dsr), e l’esistenza di minerali di carbonato di ferro e solfato di ferro implicavano che il solfuro microbico, precedentemente considerato la causa principale della MIC, non era il principale responsabile della corrosione dell’acciaio. nelle prime acque marine inquinate dal petrolio. Gli addetti alla degradazione del petrolio specializzati nel settore marino sembrano svolgere un ruolo più significativo in tali condizioni.

La corrosione dei materiali a base di ferro in ambienti contenenti petrolio, come i giacimenti di petrolio e gas, è motivo di grande preoccupazione per l’affidabilità delle infrastrutture industriali in tutto il mondo. Nella sola Cina, si stima che il costo totale diretto della corrosione nell’industria del petrolio e del gas sia pari al 2,82% del valore totale della produzione nel 20141. Negli ambienti marini, la corrosione dei materiali metallici esposti a sostanze contenenti petrolio e solfati la ricca acqua di mare durante il processo di produzione e trasporto del petrolio ha attirato grande attenzione a causa del deleterio inacidimento del serbatoio e della perforazione del materiale, che sono in gran parte responsabili delle attività di complesse comunità microbiche2,3. Tali effetti deleteri sui materiali influenzati dai microrganismi direttamente o indirettamente, a seconda delle reazioni specifiche tra microrganismi (batteri solfato-riduttori (SRB), batteri produttori di acido (APB), ecc.)/materiali (metallo, cemento, ecc.)/ mezzi (composizione chimica e parametri fisici come nutrienti, solfati e solfuri), sono definiti corrosione microbiologicamente influenzata (MIC)4,5.

Recentemente, l'attenzione si è concentrata sul processo MIC in condizioni contenenti petrolio in cui eventualmente si svilupperanno condizioni anaerobiche nell'ambiente marino, come gli oleodotti per il trasporto del petrolio, le apparecchiature di stoccaggio del petrolio e i sistemi di zavorra del carburante compensati con acqua di mare6,7. In tali condizioni, la biodegradazione anaerobica degli idrocarburi come i combustibili derivati dal petrolio e i biocarburanti alternativi può essere realizzata indipendentemente da alcuni degradatori di idrocarburi specializzati o sintroficamente da vari microbi funzionali. Gli SRB sono i principali attori coinvolti nei processi di degradazione degli idrocarburi e di corrosione8. Ad esempio, Desulfoglaeba alkanexedensa, un batterio marino che riduce i solfati9, può ossidare completamente gli alcani in modo indipendente utilizzando il solfato come accettore terminale di elettroni e produrre solfuri e acidi organici a basso peso molecolare che generalmente accelerano la corrosione dell'acciaio10,11,12. Pertanto, la riduzione del solfato microbico effettuata dall’SRB, che può essere accelerata dalla degradazione anaerobica degli idrocarburi, è spesso considerata la causa principale della MIC in questi ambienti contenenti petrolio6,10,11. Tuttavia, alcuni ricercatori ritengono che il ruolo dell’SRB sia sopravvalutato13 e che altri microbi funzionali come l’APB siano il principale fattore causale14.

Per le infrastrutture in acciaio, un’altra condizione di corrosione negli ambienti marini petroliferi e di acqua di mare da non trascurare è l’acqua di mare superficiale costiera inquinata da idrocarburi di petrolio, dove la degradazione degli idrocarburi avviene principalmente in modo aerobico15. Gli idrocarburi petroliferi sono onnipresenti negli oceani, dove si stima che le infiltrazioni naturali e le attività umane, compresi gli scarichi di acqua di zavorra delle petroliere e le perdite delle piattaforme petrolifere offshore16, rilascino ogni anno tra 0,4 e 4,0 milioni di tonnellate di petrolio greggio negli ecosistemi oceanici17. Una grande quantità di idrocarburi petroliferi è stata osservata nell'acqua di mare superficiale e potrebbe provocare estesi effetti sugli ecosistemi costieri18,19. Tipicamente, la struttura delle comunità microbiche indigene potrebbe essere modellata dal petrolio che fornisce nutrienti aggiuntivi ai microrganismi e contribuisce all’arricchimento di specifici degradatori del petrolio20,21,22. Una varietà di infrastrutture marine in acciaio, in particolare ponti costieri e navi nei moli petroliferi, piattaforme e condotte di trasporto per l'esplorazione offshore di petrolio e gas, sono esposte alle acque marine contaminate dal petrolio e forniscono habitat per i microbi che formano biofilm23,24. Una volta esposte al petrolio greggio, sia le comunità microbiche attaccate che quelle planctoniche verrebbero spostate21,22,24,25 e quindi eserciterebbero un'influenza sui processi MIC. Il cambiamento della composizione microbica e del processo MIC causato dalla contaminazione dell'olio in tali condizioni aerobiche può essere diverso da quello in ambienti anaerobici26,27. Nonostante la possibilità, la MIC dell’acciaio in queste acque marine superficiali è stata in gran parte trascurata, lasciando aperte le questioni su come i microrganismi planctonici e attaccati si sono succeduti intorno/sulla superficie dell’acciaio e su come influenzano i processi MIC nelle acque marine superficiali esposte al petrolio.

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>