CC BY
85
УДК 620.163
Микробиологические аспекты коррозионного разрушения подземных трубопроводов
Р.В. Кашковский1*, Н.С. Хохлачев1
1 ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Российская Федерация, 142717, Московская обл., no. Ленинский, пос. Развилка, Проектируемый пр-д № 5537, зд. 15, стр. 1 * E-mail: [email protected]
Тезисы. В обзоре освещены общие научно-технические аспекты биокоррозионного разрушения подземных стальных сооружений. В первой части рассмотрены основные факторы биокоррозионной обстановки, в следующей проанализировано разнообразие коррозионно-активных бактерий, включая биоэлектрохимические интерпритации процессов их метаболизма. В заключительной третьей части описаны современные достижения в развитии методов исследования изучаемого явления биокоррозии. Представленный материал будет интересен студентам технических специальностей вузов различного профиля, научным работникам, а также инженерам организаций, эксплуатирующих подземные трубопроводы.
Аварии на трубопроводах, перекачивающих горючие энергоносители, приводят к значительным финансовым потерям и серьезному, а иногда даже необратимому ущербу окружающей среде. Одной из наиболее известных аварий, которая произошла по вине значительного повреждения металлических конструкций вследствие микробиологической коррозии (МБК) [1], является разрыв Трансаляскинского трубопровода в 2006 г.: в окружающую среду попало около 1 млн л нефтепродуктов, а штраф компании-оператору достиг $25 млн.
Различные методы анализа поверхности конструкционной стали подтверждают пагубное влияние микроорганизмов на стойкость материалов подземных конструкций и сооружений. В последние годы для подтверждения данных о потере веса образцов-свидетелей или питтингах на поверхности стали становятся популярными различные инструменты физико-химического и электрохимического анализа, которые позволяют выявлять новые полезные факты о биокоррозии как о биоэлектрохимическом явлении. Глубокое понимание механизмов биокоррозии будет способствовать более эффективному управлению надежностью и целостностью трубопроводных систем.
Углеродистая сталь - один из наиболее широко используемых конструкционных материалов для передачи воды, углеводородов и других химических реагентов [2], в связи с чем коррозия стенок подземных трубопроводов является актуальной проблемой в различных отраслях промышленности [3]. Последствия выхода из строя труб включают в себя производственные потери, загрязнение окружающей среды, дорогостоящий ремонт, приостановку поставки энергоносителей, а также серьезные угрозы безопасности населения.
Коррозионное разрушение подземных сооружений часто считают абиотическим процессом, контролируемым физико-химическими и электрохимическими процессами [4, 5], а также эксплуатационными нагрузками или металлургической наследственностью материала [6, 7]. Именно по этой причине микробиологический вклад в коррозионное разрушение подземных трубопроводов изучен недостаточно, а корреляция между скоростью коррозии и микробиологическими характеристиками почвы остается неформализованной [8].
В то же время, доказано, что присутствие микроорганизмов может на несколько порядков увеличить скорость инициирования коррозионных процессов на стали [9, 10]. Сейчас сформировалось понимание, что МБК может привести к серьезным повреждениям подземных трубопроводов в результате точечной коррозии [11],
Ключевые слова:
подземный
трубопровод,
сталь,
коррозия,
биокоррозия,
разрушение,
метаболизм,
методы
исследования.
а также коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) [12].
Подсчитано, что на реализацию мероприятий против МБК в США затрачивается около $55 млрд в год [13, 14], в связи с чем актуальным представляется углубление знаний в области МБК подземных газопроводов, что и является предметной областью настоящего обзора.
Факторы МБК в почве
Окружающая среда. Почва - одна из важнейших, но и наиболее динамичных и малоизученных сред обитания живых организмов на Земле [15]. Для почвы характерна неоднородность физического, химического и микробиологического составов [16]. Скорость коррозии и КРН подземных трубопроводов может значительно варьироваться и в некоторой степени быть предсказана с помощью анализа почвы по таким показателям, как влажность, электрическое сопротивление и химический состав, включая водородный показатель (рН) и концентрацию ионов (хлорид, сульфат, сульфид), органического углерода и кислорода [6, 11, 17, 18]. Данный подход реализован в отраслевых рекомендациях1 ПАО «Газпром».
Водородный показатель почвы оказывает важное влияние на микробное разнообразие, при этом нейтральная почва является наиболее благоприятной средой для развития микробных сообществ [19]. Размер частиц почвы влияет на диффузию кислорода, перенос растворенных веществ и способность удерживать воду в биокоррозионной системе [8]. Например, глинистые почвы состоят из очень мелких частиц, которые ограничивают диффузию кислорода и воды, а также снижают доступность субстратов для роста микроорганизмов из-за сорбции на развитой поверхности почвенных гранул [20]. Поскольку диффузия кислорода в глинистых почвах ограничена, они могут способствовать росту анаэробных микроорганизмов, таких как сульфатредуцирующие бактерии. Однако большая доля глинистой почвы может
1 См. Документы нормативные для проектирования, строительства и эксплуатации объектов ПАО «Газпром». Управление техническим состоянием и целостностью газотранспортной системы ПАО «Газпром». Инструкция по прогнозированию ожидаемых скоростей развития дефектов и назначению сроков технического диагностирования технологических трубопроводов компрессорных станций: Р Газпром 2-2.3-1190-2019.
быть недоступна для колонизации микроорганизмами, так как большинство пор в глинах обычно меньше 10 нм в диаметре, что исключает появление микроорганизмов.
Американская ассоциация водопроводных сооружений разработала 10-балльную систему оценки коррозионной активности почв2 (таблица). В документе среди прочего отмечена важность отбора проб грунта на глубине залегания газопровода, а не на поверхности, что может сильно влиять на результат проводимой оценки его коррозионной активности.
Сталь и продукты ее коррозионного разрушения. Малоуглеродистая сталь наиболее часто используется при строительстве подземных нефтегазопроводов, но обладает относительно низкой коррозионной стойкостью. Несмотря на то что подземные стальные трубы в большинстве случаев имеют изоляционное покрытие для уменьшения опасности коррозии, многие микроорганизмы способствуют их разрушению и дальнейшему прогрессированию биокоррозии трубной стали [21]. Деградация защитного покрытия начинается с нарушения адгезии с металлической поверхностью, в результате чего складываются благоприятные условия для роста и развития микроорганизмов. Клеи и грунтовки, наносимые с ленточными покрытиями, могут служить источником питательных веществ, поддерживающих рост микроорганизмов и способствующих разрушению покрытия [3]. Магистральные газопроводы, защищаемые ленточными покрытиями после длительной (20...25 лет) эксплуатации, под действием внешней среды, эксплуатационных нагрузок и наследственности структуры материала склонны к КРН [12]. Современная универсальная кинетическая модель данного процесса, разработанная в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» [22], формализует основные стадии процесса на основе анализа групп внешних и внутренних факторов. Локальные коррозионные очаги, провоцируемые в том числе и биокоррозионной активностью грунта, являются основным физико-химическим явлением на начальной стадии процесса КРН. Микробиологическая оценка в данной модели не используется, но представляется
2 American national standard for polyethylene encasement for ductile-iron pipe systems: ANSI/AWWA C105/ A21.5-99 / American Water Works Association. - 1999. -https://www.dipra.org/phocadownload/new/ CorrosionControl-PolyethyleneEncasement.pdf.
Балльная оценка биокоррозионной активности почвы по отношению к стальным трубам2
Параметр Характеристика почвы Количество баллов
Удельное сопротивление, Омм < 15 10
> 15...18 8
> 18.21 5
> 21.25 2
> 25.30 1
> 30 0
рН 0.2 5
2.4 3
4.6,5 0
6,5.7,5 0*
7,5.8,5 0
> 8,5 3
Окислительно-восстановительный потенциал, мВ > + 100 0
+50...+100 3,5
0.+50 4
< 0 5
Сульфиды Присутствуют 3,5
Следы 2
Отсутствуют 0
Влажность Плохой дренаж, низкие фильтрационные свойства, постоянно влажная 2
Хороший дренаж и фильтрация, обычно увлажненная 1
Хороший дренаж и фильтрация, в основном сухая 0
* Если присутствуют сульфиды и получены низкие (< 100 мВ) или отрицательные результаты окислительно-восстановительного потенциала, этому диапазону следует назначить 3 балла.
перспективным направлением работ в ближайшем будущем.
Присутствие оксидов металлов (ржавчины) на поверхности трубной стали из-за специфики их электрохимических свойств, шероховатости и гидрофобности увеличивает микробную адгезию [23], микроорганизмы могут колонизировать такой участок и увеличивать его в размерах. Тип продуктов коррозии, образующихся на углеродистой стали, зависит от температуры, рН и концентрации Fe2+, концентрации хлоридов, карбонатов, кислорода и сульфат-ионов в различных условиях окружающей среды [23-26].
Микробиологические факторы. На разнообразие и распространение микроорганизмов влияет множество биотических и абиотических факторов, таких как тип экосистемы, рН, наличие питательных веществ, уровень кислорода, освещенность, температура и т.д. [19]. Следует отметить, что бактерии являются наиболее изученными микроорганизмами с точки зрения МБК. Они способны формировать биопленки на частицах почвы
и на других влажных поверхностях за счет образования экзополимеров (англ. extracellular polymeric sybstance, EPS). Стальные и минеральные поверхности благодаря адсорбции органических соединений привлекательны для бактериальной колонизации [27].
Различные исследователи классифицируют механизмы МБК по-разному, в основном деля их на прямые и косвенные. К прямым относят непосредственно влияющие на металл специфические биохимические механизмы, например катализирующее окисление атомов металлов, в то время как косвенные механизмы влияют на скорость коррозии за счет воздействия продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и т.п.
Следует отметить, что многие микроорганизмы обладают подвижностью и могут двигаться к источникам энергии или от токсинов (хемотаксис). Например, увеличение уровня ионов Fe2+, высвобождаемых при коррозии внешней стенки трубы, может способствовать увеличению титра микроорганизмов, окисляющих железо.
Рис. 1. Принципиальная схема строения поверхностной биопленки с EPS без воздействия (а) и под действием (б) МП
Одним из факторов биологической коррозии является способность синтезировать экзо-полисахариды3 в виде слизи. Экзополисахариды представляют собой липкие высокомолекулярные соединения [28] и в большом количестве продуцируются многими микроорганизмами, быстро покрывая поверхность стали в естественной среде. В таких условиях микроорганизмы могут образовывать ассоциации в виде биопленок. Природные биопленки состоят из огромного разнообразия микроорганизмов, включая бактерии, грибы, археи и эукариоты. При этом метаболические способности различных микроорганизмов весьма разнообразны, что позволяет им формировать полимерные структуры различной морфологии. Считается, что EPS играют важную роль в агрессивности МБК и могут серьезно влиять на скорость коррозии трубной стали.
Несмотря на то что полимерные цепи экзо-полисахаридов малополяризуемы, биопленки с EPS эффективно удерживают в своей структуре различные ионы, участвующие в биоэлектрохимических процессах. Такое явление придает этим структурам возможность структурироваться под действием внешнего магнитного поля (МП), усугубляя общую коррозионную обстановку на поверхности трубной стали [29] (рис. 1).
Как уже было описано выше, образование биопленок увеличивает риск биокоррозионных
повреждений. При наличии определенных групп микроорганизмов на поверхности корродирующего металла может образовываться биопленка, создавая анаэробные области даже в аэрируемых водопроводных средах и таким образом способствуя биокоррозии (рис. 2). Установлено, что толщина биопленки на стенках трубопровода составляет около 150 мкм, удельное содержание бактериальных клеток приближается к 107 на 1 см2. Поликатионная природа биопленки обеспечивает оптимальные условия жизнедеятельности коррозионно-агрессивных микроорганизмов. Она способствует концентрации питательных веществ и препятствует проникновению молекул некоторых типов, например катионных биоцидов, а также защищает микроорганизмы от чужеродного воздействия.
Также следует отметить, что применительно к отдельным видам микроорганизмов существуют отчетливо различающиеся физиологические стадии образования биопленок, включая стадии прикрепления, созревания и диспергирования; и метаболизм микроорганизмов изменяется на каждой стадии [30]. Из этого следует, что влияние микроорганизмов на сталь будет меняться в зависимости от фазы их роста [16]. Уровень МБК скорее следует связывать с состоянием и скоростью метаболизма микроорганизмов, нежели с количеством микробных клеток или присутствием их конкретных видов [31].
3 Разновидность EPS.
--- Н2О СО2 РОГ „-—^ нсо- ^ "
РеЗ^Г^ - |Г
2+ Осадки е Ре Точечная коррозия Осадки е Ре Точечная коррозия
Рис. 2. Схема биоэлектрохимических процессов, протекающих на поверхности стали [32]: а - биопленка на поверхности металла, продуцирующая сигнальные молекулы и противомикробные препараты; б - химическая коррозия, вызванная сульфатредуцирующими бактериями (СРБ); в - электрическая микробиологическая коррозия, вызванная СРБ; г - многовидовая биопленка, приводящая к образованию
нескольких различных осадков
б
а
в
г
Коррозионно-активные микроорганизмы
Среди почвенных групп бактерий наибольшее влияние на коррозию оказывают:
• СРБ;
• сероокисляющие бактерии ^ОБ);
• бактерии, окисляющие или восстанавливающие железо;
• бактерии, окисляющие марганец, и бактерии, выделяющие органические вещества;
• бактерии, выделяющие кислоты или эк-зополимеры [33].
В природе эти организмы часто содержатся в различных сообществах, в которых консолидированный метаболизм может значительно ускорять коррозию стали [34-36]. В анаэробных грунтах, богатых сульфатом, наиболее вероятно будут преобладать СРБ [5], являясь основной причиной коррозии. Так, СРБ активно развиваются под биопленкой, внутри которой создаются оптимальные для них анаэробные условия. Также стоит отметить, что некоторые ар-хеи и бактерии, одни из которых способны восстанавливать железо, а другие - его окислять, иногда находятся в тесной ассоциации и могут локально циклировать железо [37, 38].
СРБ. Среди коррозионно-агрессивных микроорганизмов СРБ наиболее известны и изучены, что связано с их высокой коррозионной активностью. В природных источниках СРБ представлены в илистых осадках и водах океанов, морей, соленых озер, заболоченных почвах, торфах, сопочных грязях, месторождениях серы и сульфидных руд, рубце жвачных животных, кишечнике насекомых и человека и т.п. Несмотря на то что СРБ являются анаэробами, они не погибают и в присутствии кислорода, чем и объясняется их широкое распространение в природе.
Скорость коррозии в почве при наличии СРБ может быть более чем в 20 раз выше, чем в абиотических условиях. Однако стоит отметить, что относительный вклад различных механизмов коррозии варьируется в зависимости от видов присутствующих СРБ, так как они могут существенно различаться с точки зрения активности [39].
При диссимиляционном восстановлении сульфата с помощью СРБ образуется НД который выводится из клеток [40, 41]. Н^ быстро окисляет металлическое железо с образованием
сульфида железа [42]. Суммарная реакция имеет вид:
4Бе + БО*" + 4Н20 ^ Ре8 + ЗРе(ОН)2 + 20Н~.
Помимо сульфата СРБ могут также использовать другие соединения серы, такие как бисульфит (Ш03), тиосульфат ^2032-) и элементарную серу [43].
Приложение катодного потенциала к трубопроводу практически не влияет на состав биоценоза вокруг трубопровода, однако количество иммобилизованных (адгезированных) клеток СРБ при этом возрастает [44]. СРБ способны ассимилировать электроны, высвобождающиеся в процессе окисления железа, и, следовательно, ускорять коррозионное разрушение. В данном случае на поверхности трубопровода будет протекать питтинговая коррозия даже при наличии электрохимической защиты (рис. 3) [45].
СРБ способны концентрировать протоны в ограниченном пространстве на поверхности стали [46], что может усиливать процессы кор-розионно-механического разрушения трубной стали [3].
Нитратредуцирующие бактерии (НРБ).
Изучению влияния НРБ на коррозию посвящено значительно меньшее количество работ, нежели исследованиям СРБ. Тем не менее окисление железа в сочетании с восстановлением
(55
Рис. 3. Схема реализации процесса
микробиологической коррозии катоднозащищенной трубной стали с участием СРБ: КЗ - катодная защита
нитратов, катализируемое микроорганизмами, является термодинамически более выгодным процессом, чем окисление железа в сочетании с восстановлением сульфата [47].
Наиболее современные исследования биокоррозионной активности НРБ в грунтовых средах описали Х. Вань, Д. Сун, Д. Цзан и и др. [48].
SОБ. Бактерии и археи способны окислять элементарную серу, Н^ и минеральные сульфиды, такие как пирит, с образованием сульфат-иона и/или серной кислоты, которая способна увеличивать кислотность среды, скорость на-водороживания и коррозии [33]. Группа этих микроорганизмов филогенетически разнообразна. Они могут быть аэробами, анаэробами, ацидофильными или нейтрофильными микроорганизмами и т.п. [49]. Присутствие микроорганизмов, окисляющих серу, может стимулировать рост СРБ путем производства продуктов, необходимых для их роста (например, сульфата).
Микроорганизмы, окисляющие металлы, формируют осадки оксидов и гидрок-сидов металлов на поверхности стали и таким образом вносят свой вклад в МБК [50]. Железоокисляющие бактерии ^еОБ) и археи могут быстро образовывать большие количества осадков оксида железа, при этом изменяя кислотность окружающей среды. Энергия для роста FeОБ генерируется путем окисления ионов двухвалентного железа до ионов трехвалентного железа [51]. Под отложениями оксида железа на углеродистой стали из-за возникающего эффекта дифференциальной аэрации могут образовываться коррозионные язвы [52]. Отложения оксидов также могут создавать анаэробные условия, стимулирующие рост СРБ. Комбинированное воздействие FeOБ и СРБ способно вызвать более агрессивную коррозию, чем каждый вид бактерий по отдельности [53].
Кислотопродуцирующие бактерии (КПБ)
стимулируют МБК за счет производства органических кислот, которые снижают значение рН в среде биопленок [54]. Даже в пределах одной и той же биопленки значения рН в двух соседних местах могут существенно отличаться (на 2 единицы или больше) [55].
В отличие от сульфатредукции, протонное восстановление, которое может происходить внеклеточно на поверхности металла, не требует биокатализа. В этом случае
может способствовать коррозии и неадгезиро-ванная микрофлора за счет образования протонов для поддержания кислотности среды. Органические кислоты обычно являются слабыми кислотами, тем не менее при одинаковом значении рН они гораздо более агрессивны, чем минеральные кислоты, поскольку обладают буферной способностью восстанавливать концентрацию потребляемых в ходе коррозии протонов [56].
Метаногены. Многие микроорганизмы способны выделять СН4 в качестве побочного продукта своего метаболизма. Все чаще в грунтовых средах обнаруживают метаногенные ар-хеи, с которыми связывают МБК в анаэробной среде [13]. В отдельных исследованиях наличие последних связывают с питтинговой коррозией стальных трубопроводов [57]. Метаногены, подобно СРБ, часто используют Н2 в качестве донора электронов в процессе своего дыхания [58] и могут вызывать значительное увеличение скорости коррозии в анаэробных условиях.
Отметим, что некоторые метаногены могут также использовать Fe0 в качестве источника электронов [59]. В таком случае скорость коррозии стали может увеличиться в 10 раз, высвобождая в раствор Fe2+ в значительной концентрации.
Грибы. Грибы представляют собой эука-риотические микроорганизмы, которые встречаются в природе повсеместно. В естественной среде грибковые биопленки могут потреблять кислород, создавая благоприятные бескислородные условия для существования анаэробов, таких как СРБ [13]. Грибы также могут разлагать углеводороды с образованием органических кислот, которые способны стимулировать коррозию и коррозионное растрескивание трубопроводов [60].
Археи. Подобно бактериям, археи не имеют мембраносвязанных органелл или ядра. С другой стороны, клеточные стенки архей не содержат пептидогликанов [61]. Некоторые археи являются восстановителями сульфатов или нитратов [62] либо метаногена-ми [63]. Многие из архей являются экстремо-филами, т.е. теми микроорганизмами, которые способны переносить экстремальные условия, такие как очень высокие температуры или давление. Другими словами, археи - одна из наиболее устойчивых форм коррозионно-активных микроорганизмов.
Методы исследования МБК
Методы исследования микроорганизмов и их сообществ разделяют по следующим направлениям: геномика, микроскопия, спектроскопия, метаболомика, микросенсорные и электрохимические методы. Они будут описаны ниже.
Генетические методы. Современные методы анализа позволяют проводить исследования микробиологических сообществ без разделения и выделения чистых изолятов. Это стало возможным благодаря достижениям в области метагеномного секвенирования [16]. Отбор проб для молекулярно-генетических методов относительно прост и требует лишь использования стерильных инструментов и флаконов, а также создания условий для предотвращения деградации ДНК. Для идентификации бактерий и архей наиболее широко используемым подходом к анализу является секвенирование генов, кодирующих малую субъединицу рибо-сомной РНК [64].
Микробиологические методы исследования применяются для выделения, культивирования, идентификации и количественного определения микроорганизмов. В нефтегазовой промышленности для определения общей обсемененности используют чашечный метод Коха [65].
При визуальной микроскопии для увеличения разрешающей способности либо для определения наличия целевых видов микроорганизмов используют красители (в том числе и иммунофлуоресцентные), окрашивающие клетки [66]. Стоит подчеркнуть, что для полевых исследований смешанных культур бактерий, в том числе и в вытяжках из грунтовых электролитов, описываемые микробиологические методы часто оказываются малоэффективными [67].
Биохимические методы - распространенный инструмент обнаружения и количественной оценки микроорганизмов, связанных с МБК. Эти методы позволяют провести анализ микробной биомассы и могут включать анализ метаболитов, белка, компонентов клеточной стенки, цитохромов, фотопигментов, а также ряда специфических коферментов [68].
Спектрофотометрические методы анализа белков и углеводов часто применяются для оценки содержания биомассы в биопленках. Для оценки общей метаболической активности микроорганизмов обычно определяют
концентрацию аденозинтрифосфорной кислоты, так как она присутствует во всех живых клетках, что позволяет на основе данных о ее концентрации оценить общую живую биомассу в анализируемом образце [69, 70].
Метаболиты также можно использовать для количественной оценки активности роста микроорганизмов. Так, например, сульфат является концевым акцептором электронов для типичного роста СРБ. Следовательно, путем измерения остаточной концентрации сульфата или образования сульфида можно оценить кинетику роста означенных микроорганизмов.
Метаболомика. Метаболомика изучает конечные и промежуточные продукты обмена веществ в клетке. Метаболомика рассматривается как исследование «общего биохимического окружения клетки» и обычно относится к концентрации низкомолекулярных метаболитов [71]. Главные современные методы ме-таболомики - это спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), жидкостная хромато-масс-спектрометрия (ЖХМС) и газовая хромато-масс-спектрометрия (ГХМС).
Электронная микроскопия и спектроскопия. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) считается основным методом
изучения морфологии биопленок и продуктов МБК [72]. Электронная инспекция адгези-рованных на поверхности металла организованных структур микроорганизмов позволяет выявлять особенности строения исследуемых пленок, а также продуктов коррозии. Пример подобных изображений приведен на рис. 4.
Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия широко используется в современных исследованиях МБК [74]. Перед исследованием биопленки окрашивают красителями. Данный метод также можно использовать для измерения толщины биопленки, а окончательные результаты анализа могут быть представлены как трехмерным, так и двухмерным изображениями.
Рентгеновская дифракция (ХЯС) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) успешно применяются для определения кристаллической структуры и химического состава продуктов коррозии [75]. Получаемые результаты позволяют выявлять особенности процесса МБК [76].
При атомно-силовой микроскопии (АСМ) посредством микрозонда определяют топографию поверхности, которая подвержена изменчивости под действием микроорганизмов. Также образование биопленок изучалось
■г
' , V -ЛЧ" _ . » Т ■
л
- Л V Г*
г;.
•• > • - ' -Л-
Шштш:
Рис. 4. Микрофотографии поверхности трубной стали в средах с СРБ, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа [73]
с помощью рамановской и инфракрасной спектроскопии [77, 78].
Микросенсоры используются для получения информации о химических и физических процессах, протекающих в живых биопленках. С их помощью возможно изучение потребления кислорода, процессов нитрификации, восстановления сульфата или окисления сульфидов [79]. Микросенсорные зонды в основном чувствительны к изменению рН, концентраций 02, Ш3-, :ЫН4+, С02, СН4, Р043-, общего хлора и значению окислительно-восстановительного потенциала. Микросенсоры являются электрохимическими (потенциометрическими, ампе-рометрическими) или импедансометрически-ми зондами.
Амперометрические микроэлектроды популярны среди исследователей биопленок и могут определять концентрацию растворенных газов, ионов и органических молекул. Указанные электроды измеряют ток, возникающий при переносе электронов между окислительно-восстановительными парами [80]. Методика измерения основана на применении метода линейного изменения потенциала с последующей регистрацией результата измерения тока. Следовательно, эти зонды потребляют реагент, который измеряют, и, как следствие, влияют на условия существования биопленки.
Электрохимические методы. В большинстве исследований МБК применяются электрохимические методы, включая измерения потенциала коррозии, окислительно-восстановительного потенциала, поляризационного сопротивления, электрохимического импеданса, электрохимического шума и поляризационных кривых, в том числе сканирование точечной коррозии [11]. Данные методы позволяют изучать электрохимические процессы, протекающие при МБК трубной стали, понимать механизмы МБК и способствовать более эффективному управлению коррозией и оценке соответствующих рисков.
Удельное сопротивление почвы зависит от ее влажности, физической структуры, а также концентрации токонесущих растворимых ионов. В стандартных условиях полное сопротивление почвы (импеданс) пропорционально размеру ее частиц, что определяется количеством капиллярной воды между частицами [81].
Приложение потенциалов или токов является распространенным методом электрохимической защиты подземных
металлоконструкций. Такое воздействие на металл способно изменять рН приповерхностного слоя электролита, вызывать протонирование клеточных поверхностей [82], а также изменять способность микроорганизмов и EPS прикрепляться к стальной поверхности [83, 84].
Однако не во всех случаях наблюдается такое воздействие. Так, показано [85], что небольшие потенциалы переменного тока практически не влияют на количество бактерий или их метаболизм. С другой стороны, установлено, что катодная защита трубопроводов с большими приложенными токами в состоянии как снижать жизнеспособность некоторых бактерий [86], так и, наоборот, - стимулировать их развитие, действуя в качестве источника энергии [42, 87-89]. Такое различие определяется условиями проведения эксперимента и видом анализируемых микроорганизмов [90].
Сопротивление линейной поляризации (LPR) и спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) часто используются для изучения скорости равномерной коррозии стали, однако данные методы не являются оптимальными для изучения локальной коррозии, такой как точечная и щелевая [11, 17], поскольку результаты представляют собой средние значения по всей поверхности образца.
Метод LPR заключается в линейном сканировании потенциала постоянного тока в узком диапазоне (до ±10 мВ) относительно потенциала открытой цепи, на основании чего рассчитывается сопротивление поляризации, пропорциональное дифференциальному значению скорости коррозии [88]. Отметим, что при интерпретации этих данных часто возникают значительные ошибки, особенно для электролитов с низкой электропроводностью [11, 42, 91], что имеет место в случае грунтовых сред пролегания магистрального газопровода.
Наиболее часто используемым методом пе-ременнотоковых исследований, применяемых к водным биологическим поверхностям [92] и позволяющих анализировать электрохимические характеристики параллельно протекающих процессов, таких как диффузия, адсорбция и формирование двойного электрического слоя на границе раздела фаз, является EIS. Спектральные данные EIS регистрируют, возмущая на границе стали и электролита протекание переменного электрического тока различной частоты (10 мГц...100 кГц). Полученные
спектры моделируют с использованием эквивалентных схем, физически схематизирующих электрохимические свойства поверхностных пленок.
Сопоставляя спектры EIS трубной стали, экспонированной в стерильных средах различного состава, удалось подобрать [93] такой состав коррозионного электролита, который формирует на металле поверхностные пленки с электрохимическим откликом, соответствующим процессам МБК. Оказалось, что комбинированное присутствие эквимолярных количеств неорганического (сульфид) и органического (L-цистеин) компонентов в буферированном растворе при их общей концентрации 8 мМ является наиболее адекватной моделью МБК. По всей видимости, такое явление связано со свойствами временных (квазистационарных) комплексов железа, серы и тиола, возникающих на поверхности стали, которые электрически действуют аналогично биологическим системам.
Очевидным недостатком EIS является субъективность выбора модели эквивалентных
схем, используемой для интерпретации регистрируемых спектров, что наиболее актуально для сложных поверхностных систем [94], которыми являются в том числе и стальные поверхности при условии МБК. В качестве примера представим результаты подбора эквивалентных схем (рис. 5) [95] при изучении спектров импеданса стали в начальный момент коррозии (см. рис. 5а), после появления на поверхности питтингов (см. рис. 5б), а также в присутствии чистого штамма СРБ и естественного природного изолята (см. рис. 5в,г) после 35 сут экспозиции. Совершенно очевидно, что в бактериальных средах состав поверхностных слоев усложняется, что приводит к необходимости введения в эквивалентные схемы дополнительных элементов (цепей). С одной стороны, это наиболее оптимальный подход к моделированию столь сложных систем с достаточной точностью, с другой стороны, введение новых структурных компонентов не всегда имеет четкий физических смысл.
Анализ электрохимического шума является узкоспециализированным методом анализа
II II
4 H Rpit
D-1
б
а
с
с
=1
pl
с
с
dl
pit
R
R
pl
II II
4 R |J ч^н
II II и
4 Rct |J 4 Rf H Rb
"С
сталь | | пассивная пленка | | сульфидная пленка Q биопленка - бактерии
Рис. 5. Структура поверхности исследованных образцов стали и соответствующие им эквивалентные схемы EIS для фонового образца (а), образца с питтингами (б), а также бактериальных сред с чистым штаммом СРБ (с) и естественным изолятом (д): Rs - сопротивление раствора; Сд и Rct - емкость двойного электрического слоя и сопротивление переносу заряда на границе раздела фаз сталь/раствор соответственно; Cpf и Rpf - емкость и сопротивление пассивной пленки соответственно; Cpit и Rpit - емкость и сопротивление питтингов соответственно; Cf и Rf - емкость и сопротивление пленки сульфидов железа соответственно; Cb и Rb - емкость и сопротивление биопленки соответственно
в
г
с
с
=f
=f
с
с
с
с
с
dl
dl
R
R
pf
точечной коррозии и не требует организации внешнего электрохимического воздействия на изучаемую систему. Однако, как и в случае с EIS, анализ данных может быть сложным и субъективным, поскольку для получения достоверных результатов требуются глубокое понимание и интерпретация всех факторов, воздействующих на исследуемую систему [96]. В общем случае увеличение амплитуды или частоты электрохимического шума свидетельствует о прогрессировании локальных коррозионных процессов.
Коррозионные и коррозионно-механические испытания. Гравиметрические измерения -простой и надежный метод измерения коррозии. Они также широко используются в изучении МКБ как свидетельство общей способности биопленок разрушать металлическую конструкцию. Очевидным недостатком данного метода является учет только обшей или сплошной коррозии, который в ряде случаев оказывается нерепрезентативным, поскольку наибольшую опасность в биологически активных средах оказывает локализованная коррозия стали.
Исследование индивидуальных питтингов на поверхности стали считается альтернативным методом изучения коррозионной агрессивности МБК. Морфологию питтингов обычно изучают с помощью СЭМ после удаления продуктов коррозии и биопленок с поверхности образца. В данном случае СЭМ позволяет с достаточной точностью оценивать диаметр дефектов, в то время как оценку глубины проводят, привлекая профилеметрию, микроскопию с бесконечной фокусировкой [97], конфокальную лазерную сканирующую микроскопию [98] или АСМ [99].
Отметим, что опасность МБК некорректно оценивать сугубо по глубине питтингов, поскольку в таком случае степень ее опасности будет недооценена. Для полновесной оценки необходимы данные о максимальной глубине питтинга и скорости равномерной коррозии. Недавно предложен показатель опасности питтинговой коррозии (ОПК) [100]:
Максимальная скорость роста питтинга х Плотность материала ОПК =-.
Скорость общей коррозии
Близость значения ОПК к единице указывает на менее важную роль локализованной коррозии по отношению к общей коррозии, тем не менее применимость данного показателя к углеродистой стали в условия МКБ требует дальнейшего экспериментального подтверждения.
Коррозионно-механические испытания совместно с измерениями импеданса трубопроводной стали X80 использовались для исследования одновременного воздействия приложенного упругого напряжения и активности СРБ на коррозию сталей трубопроводов в нейтральной почвенной вытяжке (рис. 6) [101].
ад 4
Среда: — стерильная — дополненная СРБ — стерильная под напряжением — дополненная СРБ под напряжением
ч —--
-3
5
log/, Гц
Рис. 6. Результаты EIS после 60 сут экспозиции стали X80 при различных условиях:
f - частота переменного тока; Z - полное электрическое сопротивление (импеданс)
на границе раздела фаз
5
3
2
1
Сталь без напряжения в стерильной среде показала наибольший импеданс (полное сопротивление) на границе раздела поверхностной оксидной пленки и электролита, тогда как стальной образец под напряжением в среде с СРБ демонстрировал наименьшее сопротивление протеканию электрического тока на исследуемой фазовой границе. Варьирование условий эксперимента (сталь без напряжения в среде с СРБ или сталь под напряжением в стерильной среде) приводило к усредненным результатам измерения, свидетельствуя о том, что активность СРБ и приложенные упругие напряжения независимо друг от друга приводят к усилению коррозии стали, облегчая протекание электрохимического процесса. ***
Микроорганизмы могут быть прямой причиной прогрессирования коррозионных явлений на подземных трубопроводах с отслоившимся защитным покрытием. Подверженность стальной конструкции биокоррозии во многом будет зависеть от совместного действия биотических и абиотических факторов.
К абиотическим факторам относят характеристики почвы, такие как влажность, кислотность, удельное сопротивление, содержание коррозионно-активных неорганических ионов, в первую очередь сульфидов. Существенное влияние оказывают также и биотические факторы: наличие и тип коррозионно-активных
микроорганизмов, характер их взаимодействия, общая обсемененность среды, особенности строения биопленок.
Выделяют две основные группы механизмов реализации МБК: прямые и косвенные механизмы. Прямые механизмы подразумевают протекание коррозии непосредственно через цепочку биоэлектрохимических процессов, в то время как косвенные - за счет агрессивного воздействия продуктов жизнедеятельности самих микроорганизмов. Особенности действия на трубную сталь коррозионно-активных микроорганизмов рассмотрены в настоящем обзоре по следующим группам: сульфат- и нит-ратредуцирующие бактерии; микроорганизмы, окисляющие металлы, серу; микроорганизмы, продуцирующие кислоты и углеводороды; грибы и археи.
Поскольку биокоррозия является многофакторным, сложно прогнозируемым явлением, для ее исследования применяют как подходы классической микробиологии и молекулярной биологии, так и современные физические, электрохимические, коррозионные и коррозионно-механические методы. В работе проанализирована специфика упомянутых методов исследовани, которая, в свою очередь, определяет области их применимости, а также охарактеризованы отдельные результаты научных изысканий, позволяющие углубить знания о процессах разрушения стальных конструкций под действием микроорганизмов.
Список литературы
1. Jacobson G.A. Corrosion at Prudhoe Bay: a lesson on the line / G.A. Jacobson // Mater. Perform. -2007. - T. 46. - C. 26-34.
2. Corrosion tests and standards: Application and interpretation / R. Baboian (ed.). - 2nd ed - West Conshohocken, PA: ASTM International, 2003.
3. Jack T.R. External corrosion of line pipe -А summary of research activities / T.R. Jack, M.J. Wilmott, R.L. Sutherby, et al. // Mater. Perform. - 1996. - Т. 35. - С. 18-24.
4. Little B. Microbiologically influenced corrosion of metals and alloys / B. Little, P. Wagner,
F. Mansfeld // Int. Mat. Rev. - 1991. - Т. 36. -С. 253-272.
5. Иванова М.В. Научная конференция Международного газового союза IGRC-2014 / Иванова М.В., Солодов Ю.Д., Зайнуллин А.Ф. и др. // Газовая промышленность. - 2014. -№ 12 (715). - С. 78-79.
6. Ryakhovskikh I.V. Intergranular stress corrosion cracking of steel gas pipelines in weak alkaline soil electrolytes / I.V Ryakhovskikh,
R.I. Bogdanov, V.E. Ignatenko // Engineering Failure Analysis. - 2018. - T. 94. - C. 87-95.
7. Kantyukov R. The impact of internal stratifications on the performance of oil and gas pipes /
R. Kantyukov, I. Ryakhovskikh, R. Kashkovskiy // Engineering Failure Analysis. - 2021. - T. 120. -CT. № 105091.
8. Cole I.S. The science of pipe corrosion: a review of the literature on the corrosion of ferrous metals in soils / I.S. Cole, D. Marney // Corros. Sci. -2012. - T. 56. - C. 5-16.
9. Beech I.B. Biofilms on corroding materials / I.B. Beech, C.L.M. Coutinho // Biofilms
in medicine, industry and environmental biotechnology / P. Lens, et al. (eds.). - London: IWA Publishing, 2003. - C. 115-131.
10. Gadd G.M. Metals, minerals and microbes: geomicrobiology and bioremediation /
G.M. Gadd // Microbiology. - 2010. - Т. 156. -С. 609-643.
11. Mansfeld F. A technical review of electrochemical techniques applied to microbiologically influenced corrosion / F. Mansfeld, B. Little // Corros. Sci. -1991. - Т. 32. - С. 247-272.
12. Камаева С.С. Коррозионная агрессивность грунта с учетом микробиологических факторов. Способы определения: обз. информ / С.С. Камаева. - М.: ИРЦ Газпром, 2000. -
79 с. - (Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности).
13. Usher K.M. Critical review: Microbially influenced corrosion of buried carbon steel pipes / K.M. Usher, A.H. Kaksonen, I. Cole, et al. // International Biodeterioration & Biodegradation. -2014. - Т. 93. - С. 84-106.
14. Flemming H.C. Biofouling and microbiologically influenced corrosion (MIC) - an economic and technical overview / H.C. Flemming // Microbial deterioration of materials / E. Heitz, W. Sand,
H.C. Flemming (eds.). - Berlin; New York: Springer-Verlag, 1996. - C. 5-14.
15. Hinsinger P. Rhizosphere: biophysics, biogeochemistry and ecological relevance /
P. Hinsinger, A. Bengough, D. Vetterlein, et al. // Plant and Soil. - 2009. - Т. 321. - С. 117-152.
16. Torsvik V. Total bacterial diversity in soil and sediment communitiese: a review / V. Torsvik, R. Sorheim, J. Goksoyr // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. - 1996. -
Т. 17. - С. 170-178.
17. Li S.Y. Microbiologically influenced corrosion of carbon steel exposed to anaerobic soil / S.Y. Li, Y.G. Kim, K.S. Jeon, et al. // Corrosion. - 2001. -Т. 57. - С. 815-828.
18. Ryakhovskikh I.V. Model of stress corrosion cracking and practical guidelines for pipelines operation / I.V. Ryakhovskikh, R.I. Bogdanov // Engineering Failure Analysis. - 2021. - Т. 121. -Ст. № 105134.
19. Fierer N. The diversity and biogeography of soil bacterial communities / N. Fierer, R.B. Jackson // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 2006. - Т. 103. -
C. 626-631.
20. Jones D.L. Influence of sorption on the biological utilization of two simple carbon substrates /
D.L. Jones, A.C. Edwards // Soil Biol. Biochem. -1998. - Т. 30. - С. 1895-1902.
21. Gu T. A new mechanistic model for MIC based on a biocatalytic cathodic sulfate reduction theory / T. Gu, K. Zhao, S. Nesic // Corrosion Conference and Expo. - Atlanta: NACE, 2009. -C. 1-12.
22. Ryakhovskikh, I.V. Regularities of the near-neutral pH stress corrosion cracking of gas pipelines = Закономерности развития стресс-коррозии труб магистральных газопроводов в средах с околонейтральным водородным индексом / I.V. Ryakhovskikh; на англ. // Вести газовой науки: науч.-технический.
сб. - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2019. - № 3 (40): Повышение надежности магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением. - С. 43-59.
23. Li B. Bacterial adhesion to glass and metal-oxide surfaces / B. Li, B.E. Logan // Colloids Surf. B.: Biointerfaces. - 2004. - Т. 36. - С. 81-90.
24. Кашковский Р.В. Влияние структуры летучих ингибиторов и условий агрессивной среды на сероводородную коррозию стального оборудования и трубопроводов /
Р.В. Кашковский, Ю.И. Кузнецов,
Р.К. Вагапов // Коррозия: материалы, защита. -
2011. - № 1. - С. 28-34.
25. Cornell R.M. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses / R.M. Cornell, U. Schwertmann. - Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2004.
26. Ребров И.Ю. Оценка коррозионной агрессивности атмосферы в районе полуострова Ямал / И.Ю. Ребров,
Д.Н. Запевалов, Р.К. Вагапов и др. // Наука и техника в газовой промышленности. - 2013. -№ 2 (54). - С. 56-65.
27. Landoulsi J. Review interactions between diatoms and stainless steel: focus on biofouling and biocorrosion / J. Landoulsi, K.E. Cooksey,
V. Dupres // Biofouling. - 2011. - Т. 27. -С. 1105-1124.
28. Bhaskar P.V. Bacterial extracellular polymeric substance (EPS): a carrier of heavy metals in the marine food-chain / P.V. Bhaskar, N.B. Bhosle // Environ. Int. - 2006. - Т. 32. - С. 191-198.
29. Liu H.W. A synergistic acceleration of corrosion of Q235 carbon steel between magnetization and extracellular polymeric substances / H.W. Liu
et al. // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). - 2018. - Т. 31. - №. 5. - С. 456-464.
30. Sauer K. Pseudomonas aeruginosa displays multiple phenotypes during development as a biofilm / K. Sauer, A.K. Camper, G.D. Ehrlich, et al. // J. Bacteriol. - 2002. -Т. 184. - С. 1140-1154.
31. Beech I.B. Sulphate-reducing bacteria: environmental and engineered systems /
I.B. Beech, J.A. Sunner. - Cambridge: Cambridge University Press, 2007. - 552 c.
32. Kip N. The dual role of microbes in corrosion / N. Kip, J.A.van Veen // The ISME journal. -2015. - Т. 9. - №. 3. - С. 542-551.
33. Little B.J. Relationship between corrosion and the biological sulfur cycle: a review / B.J. Little, R.I. Ray, R.K. Pope // Corrosion. - 2000. - Т. 56. -С. 433-443.
34. Jack R.F. Differential corrosion rates of carbon steel by combinations of Bacillus sp., Hafnia alvei and Desulfovibrio gigas established
by phospholipid analysis of electrode
biofilm / R.F. Jack, D.B. Ringelberg, D.C. White //
Corros. Sci. - 1992. - Т. 33. - С. 1843-1853.
35. Beech I.B. Recent advances in the study of biocorrosion: an overview / I.B. Beech,
C.C. Gaylarde // Rev. Microbiol. - 1999. - Т. 30. -№ 3. - С. 117-190.
36. Little B. The role of bacteria in pit propagation of carbon steel / B. Little, R. Ray, R. Pope // Biofouling. - 2000. - Т. 15. - С. 13-23.
37. Emerson D. Investigation of an iron-oxidizing microbial mat community located near Aarhus, Denmark: Field Studies / D. Emerson,
N.P. Revsbech // Appl. Environ. Microbiol. -1994. - Т. 60. - С. 4022-4031.
38. Sobolev D. Suboxic deposition of ferric iron by bacteria in opposing gradients of Fe(II) and oxygen at circumneutral pH / D. Sobolev, E.E. Roden // Appl. Environ. Microbiol. - 2001. -Т. 67. - С. 1328-1334.
39. Enning D. Corrosion of iron by sulfate-reducing bacteria: new views of an old problem / D. Enning, J. Garrelfs // Appl. Environ. Microbiol. - 2014. -Т. 80. - С. 1226-1236.
40. Lee W. Role of sulfatereducing bacteria
in corrosion of mild steel: a review / W. Lee, Z. Lewandowski, P.H. Nielsen, et al. // Biofouling. - 1995. - Т. 8. - С. 165-194.
41. Romero M., de. A study of microbiologically induced corrosion by sulfate-reducing bacteria on carbon steel using hydrogen permeation / M. de Romero, Z. Duque, L. Rodriguez, et al. // Corrosion. - 2005. - Т. 61. - С. 68-75.
42. Кашковский Р.В. Оценка ингибирующих свойств ряда промышленных бактерицидов в условиях биокоррозии конструкционной стали / Р.В. Кашковский, Р.В. Игошин,
А.О. Саяпин // Коррозия: материалы, защита. -2018. - № 8. - С. 25-33.
43. Thauer R.K. Energy metabolism phylogenetic diversity of sulphate-reducing bacteria /
R.K. Thauer, E. Stackebrandt, W.A. Hamilton // Sulphate-reducing Bacteria: Environmental and engineered systems / L.L. Barton, W.A. Hamilton (eds.). - Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2007. - С. 1-37.
44. Frolova L.V. Gravimetric and electrochemical testing of multipurpose corrosion inhibitors with biocidal action / L.V. Frolova, R.V. Kashkovsky, A.O. Sayapin // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. - 2019. - T. 8. - № 3. -
C. 529-538.
45. Kashkovskiy R.V. Study of the protective efficiency of bactericides against steel corrosion in low-mineralized sulfide-containing environments with different pH values /
R.V. Kashkovskiy, L.V. Frolova, A.O. Sayapin // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. - 2019. - T. 55. - № 7. -C. 1317-1323.
46. Barker W.W. Experimental observations of the effects of bacteria on aluminosilicate weathering / W.W. Barker, S.A. Welch,
S. Chu, et al. // Am. Mineral. - 1998. - T. 83. -C. 1551-1563.
47. Xu D. Laboratory investigation
of microbiologically influenced corrosion of C1018 carbon steel by nitrate reducing bacterium Bacillus licheniformis / D. Xu, Y. Li,
F. Song, et al. // Corros. Sci. - 2013. - T. 77. -C. 385-390.
48. Wan H. Corrosion effect of Bacillus cereus on X80 pipeline steel in a Beijing soil environment / H. Wan, D. Song, D. Zhang,
et al. // Bioelectrochemistry. - 2018. - T. 121. -
C. 18-2649.
49. Friedrich C.G. Oxidation of reduced inorganic sulfur compounds by bacteria: emergence
of a common mechanism? / C.G. Friedrich,
D. Rother, F. Bardischewsky, et al. // Appl. Environ. Microbiol. - 2001. - T. 67. -
C. 2873-2882.
50. Chamritski I.G. Effect of iron-oxidizing bacteria on pitting of stainless steel / I.G. Chamritski,
G.R. Burns, B.J. Webster, et al. // Corrosion. -2004. - T. 60. - C. 658-669.
51. Wang H. Corrosion of carbon steel C1010 in the presence of iron oxidizing bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans / H. Wang, L.K. Ju,
H. Castaneda, et al. // Corrosion Sci. - 2014. -T. 89. - C. 250-257.
52. Starosvetsky D. Pitting corrosion of carbon steel caused by iron bacteria / D. Starosvetsky, R. Armon, J. Yahalom, et al. // Int. Biodeterior. Biodegr. - 2001. - T. 47. - C. 79-87.
53. Xu C. Localized corrosion behavior of 316L stainless steel in the presence of sulfate-reducing and iron-oxidizing bacteria / C. Xu, Y. Zhang, G. Cheng, et al. // Mater. Sci. Eng. - 2007. -
T. 443. - C. 235-241.
54. Xu D. Mechanistic modeling of biocorrosion caused by biofilms of sulfate reducing bacteria and acid producing bacteria / D. Xu, Y. Li, T. Gu // Bioelectrochemistry. - 2016. - T. 110. - C. 52-58.
55. Vroom J.M. Depth penetration and detection of pH gradients in biofilms by two-photon excitation microscopy / J.M. Vroom,
K.J. De Grauw, H.C. Gerritsen, et al. // Appl. Environ. Microbiol. - 1999. - T. 65. -C. 3502-3511.
56. Kryachko Y. The role of localized acidity generation in microbially influenced corrosion / Y. Kryachko, S.M. Hemmingsen // Curr. Microbiol. - 2017. - T. 74. - C. 870-876.
57. Park H.S. Effect of sodium bisulfite injection on the microbial community composition
in a brackish-water-transporting pipeline / H.S. Park, I. Chatterjee, X. Dong, et al. // Appl. Environ. Microbiol. - 2011. - T. 77. -C. 6908-6917.
58. Boopathy R. Effect of pH on anaerobic mild steel corrosion by methanogenic bacteria / R. Boopathy, L. Daniels // Appl. Environ. Microbiol. - 1991. -T. 57. - C. 2104-2108.
59. Uchiyama T. Iron-corroding methanogen isolated from a crude-oil storage tank / T. Uchiyama,
K. Ito, K. Mori, et al. // Appl. Environ. Microbiol. - 2010. - T. 76. - C. 1783-1788.
60. Little B.J. Fungal influenced corrosion of post-tensioned cables / B.J. Little, R.W. Staehle,
R.F. Davis // Int. Biodeterior. Biodegrad. - 2001. -T. 47. - C. 71-77.
61. Prescott's principles of microbiology / J.M. Willey, L.M. Sherwood, C.J. Woolverton (eds.). - New York: McGraw Hill Higher Education, 2009.
62. Völkl P. Pyrobaculum aerophilum sp. nov., a novel nitrate-reducing hyperthermophilic archaeum / P. Völkl, R. Huber, E. Drobner, et al. // Appl. Environ. Microbiol. - 1993. - T. 59. -
C. 2918-2926.
63. Thauer R.K. Methanogenic archaea: ecologically relevant differences in energy conservation / R.K. Thauer, A.-K. Kaster, H. Seedorf, et al. // Nat. Rev. Microbiol. - 2008. - T. 6. - C. 579-591.
64. Lens P. Biofilms in medicine, industry and environmental biotechnology: Characteristics, analysis and control / P. Lens, A.P. Moran,
T. Mahony, et al. - London: IWA Publishing, 2003.
65. Skovhus T.L. Management and control
of microbiologically influenced corrosion (MIC) in the oil and gas industry - overview and a North Sea case study / T.L. Skovhus, R.B. Eckert, E. Rodrigues // J. Biotechnol. - 2017. - T. 256. -C. 31-45.
66. Douterelo I. Methodological approaches for studying the microbial ecology of drinking water distribution systems / I. Douterelo, J.B. Boxall, P. Deines, et al. // Water Res. - 2014. - T. 65. -C. 134-156.
67. Amann R.I. Phylogenetic identification and in situ detection of individual microbial cells without cultivation / R.I. Amann, W. Ludwig, K.H. Schleifer // Microbiol. Rev. - 1995. - Т. 59. -С. 143-169.
68. Environmental biotechnology / L.K. Wang, V. Ivanov, J.H. Tay, et al. (eds.). - New York: Springer Science & Business Media, 2010. -255 c.
69. Little B.J. Diagnosing microbiologically influenced corrosion: a state-of-the-art review / B.J. Little, J.S. Lee, R.I. Ray // Corrosion. -2006. - Т. 62. - С. 1006-1017.
70. Hammes F.A. New method for assimilable organic carbon determination using flow-cytometric enumeration and a natural microbial consortium as inoculum / F.A. Hammes, T. Egli // Environ. Sci. Technol. - 2005. - Т. 39. - С. 3289-3294.
71. Theodoridis G. Mass spectrometry-based holistic analytical approaches for metabolite profiling
in systems biology studies / G. Theodoridis, H.G. Gika, I.D. Wilson // Mass Spectrom. Rev. -2011. - Т. 30. - С. 884-906.
72. Liu T. Marine bacteria provide lasting anticorrosion activity for steel via biofilm-induced mineralization / T. Liu, Z. Guo, Z. Zeng, et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2018. -
Т. 10 (46). - С. 40317-40327.
73. Kiani Khouzani M. Microbiologically influenced corrosion of a pipeline in a petrochemical plant / M. Kiani Khouzani, et al. // Metals. - 2019. -
Т. 9. - №. 4. - С. 459.
74. Xu D. Accelerated corrosion of 2205 duplex stainless steel caused by marine aerobic Pseudomonas aeruginosa biofilm / D. Xu, J. Xia, E. Zhou, et al. // Bioelectrochemistry. - 2017. -Т. 113. - С. 1-8.
75. Кашковский Р.В. О влиянии летучих аминов на свойства и состав сульфидной пленки при сероводородной коррозии стали. Ч. 1 / Р.В. Кашковский, Ю.И. Кузнецов,
Н.П. Андреева // Коррозия: материалы, защита. - 2012. - № 7. - С. 19-25.
76. Liu H. The effect of magnetic field
on biomineralization and corrosion behavior of carbon steel induced by iron-oxidizing bacteria / H. Liu, T. Gu, G. Zhang, et al. // Corrosion Sci. - 2016. - Т. 102. - С. 93-102.
77. Rajasekar A. Microbial corrosion of aluminum 2024 aeronautical alloy by hydrocarbon degrading bacteria Bacillus cereus ACE4 and Serratia marcescens ACE2 / A. Rajasekar, Y.P. Ting // Ind. Eng. Chem. Res. - 2010. - Т. 49. - С. 6054-6061.
78. Chakraborty J. Application of spectroscopic techniques for monitoring microbial diversity and bioremediation / J. Chakraborty, S. Das // Appl. Spectrosc. Rev. - 2017. - Т. 52. - С. 1-38.
79. Santegoeds C.M. Microsensors as a tool to determine chemical microgradients and bacterial activity in wastewater biofilms and flocs / C.M. Santegoeds, A. Schramm, D. de Beer // Biodegradation. - 1998. - № 9. - С. 159-167.
80. Lewandowski Z. Biofilms in medicine, industry and environmental biotechnology /
Z. Lewandowski, H. Beyenal; P. Lens, et al. (eds.). - London: IWA Publishing, 2003. -C. 375-412.
81. Buehler M.G. Electrical properties cup (EPC) for characterizing water content of martian and lunar soils / M.G. Buehler, H. Bostic, K.B. Chin, et al. // 2006 IEEE Aerospace Conference. - 18 с. -DOI: 10.1109/AER0.2006.1655752.
82. Little B.J. Factors influencing the adhesion of microorganisms to surfaces / B.J. Little,
P. Wagner, J.S. Maki, et al. // J. Adhes. - 1986. -Т. 20. - № 3.- С. 187-210.
83. Palmer J. Bacterial cell attachment, the beginning of a biofilm / J. Palmer, S. Flint, J. Brooks //
J. Ind. Microbiol. Biotechnol. - 2007. - Т. 34. -С. 577-588.
84. Takehara A. Effect of the surface charge
of stainless steel on adsorption behavior of pectin / A. Takehara, S. Fukuzaki // Biocontrol Sci. -2002. - Т. 7. - С. 9-15.
85. Franklin M.J. Effect of electrochemical impedance spectroscopy on microbial biofilm cell numbers, viability and activity / M.J. Franklin, D.E. Nivens, J.B. Guckert, et al. // Corrosion. - 1991. - Т. 47. -С. 519-522.
86. Miyanaga K. Biocidal effect of cathodic protection on bacterial viability in biofilm attached to carbon steel / K. Miyanaga, R. Terashi, H. Kawai, et al. // Biotechnol. Bioeng. - 2007. - Т. 97. - С. 850-857.
87. Cord-Ruwisch R. Sulfate-reducing bacteria and their activities in oil production / R. Cord-Ruwisch, W. Kleinitz, F. Widdel // J. Pet. Technol. - 1987. - Т. 39. - С. 97-106.
88. Кашковский Р.В. Влияние способа выражения аддитивности компонент поверхностной защитной пленки на оценку их парциальных вкладов в суммарный защитный эффект / Р.В. Кашковский // Коррозия: материалы, защита. - 2014. - № 6. - С. 9-14.
89. Lovley D.R. Electromicrobiology / D.R. Lovley // Annu. Rev. Microbiol. - 2012. - Т. 66. -
С. 391-409.
90. Kajiyama F. Evaluating cathodic protection reliability on steel pipe in microbially active soils / F. Kajiyama, K. Okamura // Corrosion. -1999. - Т. 55. - С. 74-80.
91. Kashkovskiy R.V. Inhibition of hydrogen sulfide corrosion of steel by volatile amines /
R.V. Kashkovskiy, Yu.I. Kuznetsov // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. -2012. - T. 1. - № 2. - C. 117-129.
92. Marsili E. Microbial biofilm voltammetry: direct electrochemical characterization of catalytic electrode-attached biofilms / E. Marsili,
J.B. Rollefson, D.B. Baron, et al. // Appl. Environ. Microbiol. - 2008. - T. 74. - C. 7329-7337.
93. Keresztes Z. Role of redox properties of biofilms in corrosion processes / Z. Keresztes, I. Felhosi, E. Kalman // Electrochimica Acta. - 2001. -
T. 46. - C. 3841-3849.
94. Kashkovskiy R. Application of electrochemical impedance spectroscopy to study hydrogen sulphide corrosion of steel and its inhibition:
a review / R. Kashkovskiy, K. Strelnikova, A. Fedotova // Corrosion Engineering Science and Technology. - 2019. - T. 54. - № 6. - C. 493-515.
95. Sheng X. The influence of sulphate-reducing bacteria biofilm on the corrosion of stainless steel AISI 316 / X. Sheng, Y.-P. Ting, S.O. Pehkonen // Corrosion Science. - 2007. - T. 49. -
C. 2159-2176.
96. Cottis R.A. Interpretation of electrochemical noise data / R.A. Cottis // Corrosion. - 2001. - T. 57. -C. 265-285.
97. Jia R. Electrochemical testing of biocide enhancement by a mixture of D-amino acids for the prevention of a corrosive biofilm consortium on carbon steel / R. Jia, D. Yang, H.H. Al-Mahamedh, et al. // Ind. Eng. Chem. Res. -2017. - T. 56. - C. 7640-7649.
98. Liu H. Corrosion inhibition and anti-bacterial efficacy of benzalkonium chloride in artificial CO2-saturated oilfield produced water / H. Liu, T. Gu, Y. Lv, et al. // Corrosion Sci. - 2017. -T. 117. - C. 24-34.
99. Abdoli L. Distinctive colonization of Bacillus sp. bacteria and the influence of the bacterial biofilm on electrochemical behaviors of aluminum coatings / L. Abdoli, X. Suo, H. Li // Colloids Surfaces B Biointerfaces. - 2016. - T. 145. -
C. 688-694.
100. Dou W. Investigation of the mechanism and characteristics of copper corrosion by sulfate reducing bacteria / W. Dou, R. Jia, P. Jin, et al. // Corrosion Sci. - 2018. - T. 144. - C. 237-248.
101. Wu T. Synergistic effect of sulfate-reducing bacteria and elastic stress on corrosion
of X80 steel in soil solution / T. Wu, J. Xu, M. Yan, et al. // Corrosion Science. - 2014. -T. 83. - C. 38-47.
Microbiological aspects of corrosion demolition in case of buried pipelines
R.V. Kashkovskiy1*, N.S. Khokhlachev1
1 Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1, Estate 15, Proyektiruemyy proezd no. 5537, Razvilka village, Leninskiy urban district, Moscow Region, 142717, Russian Federation * E-mail: [email protected]
Abstract. This review highlights the general engineering aspects of biocorrosive degradation of the buried steel installations. The first part covers the main factors of biocorrosive situation, the next one shows diversity of the corrodent bacteria including the bioelectrochemical interpretations of their metastasis. The last part of this review describes the state-of-the-art applied methods for studying biocorrosion. The presented material is going to be interesting for the students of the engineering specialities, as well as the researches and the engineering staff of the companies operation the underground pipelines.
Keywords: buried pipeline, steel, corrosion, biocorrosion, destruction, metabolism, research methods. References
1. JACOBSON, G.A. Corrosion at Prudhoe Bay: a lesson on the line. Mater. Perform, 2007, vol. 46, pp. 26-34. ISSN 0094-1492.
2. BABOIAN, R. (ed.). Corrosion tests and standards: Application and interpretation. 2nd ed. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2003.
3. JACK, T.R., M.J. WILMOTT, R.L. SUTHERBY, et al. External corrosion of line pipe - A summary of research activities. Mater. Perform, 1996, vol. 35, pp. 18-24. ISSN 0094-1492.
4. LITTLE, B., P. WAGNER, F. MANSFELD. Microbiologically influenced corrosion of metals and alloys. Int. Mat. Rev, 1991, vol. 36, pp. 253-272. ISSN 0950-6608.
5. IVANOVA, M.V., Yu.D. SOLODOV, A.F. ZAYNULLIN, et al. IGRC-2014 scientific conference of International Gas Union [Nauchnaya konferentsiya Mezhdunarodnogo gazovogo soyuza IGRC-2014]. Gazovaya Promyshlennost, 2014, no. 12 (715), pp. 78-79. ISSN 0016-5581. (Russ.).
6. RYAKHOVSKIKH, I.V., R.I. BOGDANOV, V.E. IGNATENKO. Intergranular stress corrosion cracking of steel gas pipelines in weak alkaline soil electrolytes. Engineering Failure Analysis, 2018, vol. 94, pp. 87-95. ISSN 1350-6307.
7. KANTYUKOV, R., I. RYAKHOVSKIKH, R. KASHKOVSKIY. The impact of internal stratifications on the performance of oil and gas pipes. Engineering Failure Analysis, 2021, vol. 120, paper no. 105091. ISSN 1350-6307.
8. COLE, I.S., D. MARNEY. The science of pipe corrosion: a review of the literature on the corrosion of ferrous metals in soils. Corros. Sci., 2012, vol. 56, pp. 5-16. ISSN 0010-938X.
9. BEECH, I.B., C.L.M. COUTINHO. Biofilms on corroding materials. In: LENS, P., et al. (eds.). Biofilms in medicine, industry and environmental biotechnology. London: IWA Publishing, 2003, pp. 115-131.
10. GADD, G.M. Metals, minerals and microbes: geomicrobiology and bioremediation. Microbiology, 2010, vol. 156, pp. 609-643. ISSN 1350-0872. DOI: 10.1099/mic.0.037143-0/. Available from: http://dzumenvis.nic.in/Bioremediation/pdf/Metals,%20minerals%20and%20microbes%20 geomicrobiology%20and%20bioremediation.pdf
11. MANSFELD, F., B. LITTLE. A technical review of electrochemical techniques applied to microbiologically influenced corrosion. Corros. Sci, 1991, vol. 32, pp. 247-272. ISSN 0010-938X.
12. KAMAYEVA, S.S. Corrosivity of soil in respect to microbiological factors. Ways of assesment [Korrozionnaya agressivnost grunta s uchetom mikrobiologicheskikh faktorov. Sposoby opredeleniya]: review. Moscow: IRTs Gazprom, 2000. Series: Protection from equipment corrosion in gas industry [Zashchita ot korrozii oborudovaniya v gazovoy promyshlennosti]. (Russ.).
13. USHER, K.M., A.H. KAKSONEN, I. COLE, et al. Critical review: Microbially influenced corrosion of buried carbon steel pipes. International Biodeterioration & Biodegradation, 2014, vol. 93, pp. 84-106. ISSN 0964-8305.
14. FLEMMING, H.C. Biofouling and microbiologically influenced corrosion (MIC) - an economic and technical overview. In: HEITZ, E., W. SAND, H.C. FLEMMING (eds.). Microbial deterioration of materials. Berlin; New York: Springer-Verlag, 1996, pp. 5-14.
15. HINSINGER, P., A. BENGOUGH, D. VETTERLEIN, et al. Rhizosphere: biophysics, biogeochemistry and ecological relevance. Plant and Soil, 2009, vol. 321, pp. 117-152. ISSN 1573-5036.
16. TORSVIK, V., R. SORHEIM, J. GOKSOYR. Total bacterial diversity in soil and sediment communitiese: a review. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 1996, vol. 17, pp. 170-178. ISSN 1367-5435.
17. LI, S.Y., Y.G. KIM, K.S. JEON, et al. Microbiologically influenced corrosion of carbon steel exposed to anaerobic soil. Corrosion, 2001, vol. 57, pp. 815-828. ISSN 0010-9312.
18. RYAKHOVSKIKH, I.V., R.I. BOGDANOV. Model of stress corrosion cracking and practical guidelines for pipelines operation. Engineering Failure Analysis, 2021, vol. 121, art. no. № 105134. ISSN 1350-6307.
19. FIERER, N., R.B. JACKSON. The diversity and biogeography of soil bacterial communities. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, 2006, vol. 103, pp. 626-631. ISSN 0027-8424.
20. JONES, D.L., A.C. EDWARDS. Influence of sorption on the biological utilization of two simple carbon substrates. Soil Biol. Biochem, 1998, vol. 30, pp. 1895-1902. ISSN 0038-0717.
21. GU, T., K. ZHAO, S. NESIC. A new mechanistic model for MIC based on a biocatalytic cathodic sulfate reduction theory. In: Corrosion Conference and Expo. Atlanta: NACE, 2009, pp. 1-12.
22. RYAKHOVSKIKH, I.V. Regularities of the near-neutral pH stress corrosion cracking of gas pipelines. Vesti Gazovoy Nauki: collected scientific technical papers. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2019, no. 3 (40): Improving reliability of gas mains subject to stress corrosion cracking, pp. 43-59. ISSN 2306-8949.
23. LI, B., B.E. LOGAN. Bacterial adhesion to glass and metal-oxide surfaces. Colloids Surf. B.: Biointerfaces, 2004, vol. 36, pp. 81-90. ISSN 0927-7765.
24. KASHKOVSKIY, R.V., Yu.I. KUZNETSOV, R.K. VAGAPOV. Effect of volatile inhibitors' structure and corrosive conditions on hydrosulfuric corrosion of steel equipment and pipelines [Vliyaniye struktury letuchikh ingibitorov i usloviy agressivnoy sredy na serovodorodnuyu korroziyu stalnogo oborudovaniya i truboprovodov]. Korroziya: materialy, zashchita, 2011, no. 1, pp. 28-34. ISSN 1813-7016. (Russ.).
25. CORNELL, R.M., U. SCHWERTMANN. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2004.
26. REBROV, I.Yu., D.N. ZAPEVALOV, R.K. VAGAPOV, et al. Assesment of atmospheric corrosivity nearby Jamal peninsular [Otsenka korrozionnoy agressivnosti atmosfery v rayone poluostrova Yamal]. Nauka i Tekhnika v Gazovoy Promyshlennosti, 2013, no. 2(54), pp. 56-65. ISSN 2070-6820. (Russ.).
27. LANDOULSI, J., K.E. COOKSEY, V. DUPRES. Review interactions between diatoms and stainless steel: focus on biofouling and biocorrosion. Biofouling, 2011, vol. 27, pp. 1105-1124. ISSN 0892-7014.
28. BHASKAR, P.V., N.B. BHOSLE. Bacterial extracellular polymeric substance (EPS): a carrier of heavy metals in the marine food-chain. Environ. Int., 2006, vol. 32, pp. 191-198. ISSN 0160-4120.
29. LIU, H.W., et al. A synergistic acceleration of corrosion of Q235 carbon steel between magnetization and extracellular polymeric substances. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2018, vol. 31, no. 5, pp. 456-464. ISSN 1006-7191.
30. SAUER, K., A.K. CAMPER, G.D. EHRLICH, et al. Pseudomonas aeruginosa displays multiple phenotypes during development as a biofilm. J. Bacteriol, 2002, vol. 184, pp. 1140-1154. ISSN 0021-9193.
31. BEECH, I.B., J.A. SUNNER. Sulphate-reducing bacteria: environmental and engineered systems. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.
32. KIP, N., J.A.van VEEN. The dual role of microbes in corrosion. The ISME journal, 2015, vol. 9, no. 3, pp. 542-551. ISSN 1751-7362.
33. LITTLE, B.J., R.I. RAY, R.K. POPE. Relationship between corrosion and the biological sulfur cycle: a review. Corrosion, 2000, vol. 56, pp. 433-443. ISSN 0010-9312.
34. JACK, R.F., D.B. RINGELBERG, D.C. WHITE. Differential corrosion rates of carbon steel by combinations of Bacillus sp., Hafnia alvei and Desulfovibrio gigas established by phospholipid analysis of electrode biofilm. Corros. Sci, 1992, vol. 33, pp. 1843-1853. ISSN 0010-938X.
35. BEECH, I.B., C.C. GAYLARDE. Recent advances in the study of biocorrosion: an overview. Revista de Microbiologia, 1999, vol. 30, is. 3, pp. 117-190. ISSN 0001-3714.
36. LITTLE, B., R. RAY, R. POPE. The role of bacteria in pit propagation of carbon steel. Biofouling, 2000, vol. 15, pp. 13-23. ISSN 0892-7014.
37. EMERSON, D., N.P. REVSBECH. Investigation of an iron-oxidizing microbial mat community located near Aarhus, Denmark: Field studies. Appl. Environ. Microbiol, 1994, vol. 60, pp. 4022-4031. ISSN 0099-2240.
38. SOBOLEV, D., E.E. RODEN. Suboxic deposition of ferric iron by bacteria in opposing gradients of Fe(II) and oxygen at circumneutral pH. Appl. Environ. Microbiol., 2001, vol. 67, pp. 1328-1334. ISSN 0099-2240.
39. ENNING, D., J. GARRELFS. Corrosion of iron by sulfate-reducing bacteria: new views of an old problem. Appl. Environ. Microbiol, 2014, vol. 80, pp. 1226-1236. ISSN 0099-2240.
40. LEE, W., Z. LEWANDOWSKI, P.H. NIELSEN, et al. Role of sulfatereducing bacteria in corrosion of mild steel: a review. Biofouling, 1995, vol. 8, pp. 165-194. ISSN 0892-7014.
41. ROMERO, M. de, Z. DUQUE, L. RODRIGUEZ, et al. A study of microbiologically induced corrosion by sulfate-reducing bacteria on carbon steel using hydrogen permeation. Corrosion, 2005, vol. 61. pp. 68-75, ISSN 0010-9312.
42. KASHKOVSKIY, R.V., R.V. IGOSHIN, A.O. SAYAPIN. Estimation of inhibiting properties of some industrial bactericides under conditions of structural steel biocorrosion [Otsenka ingibiruyushchikh svoystv ryada promyshlennykh bakteritsidov v usloviyakh biokorrozii konstruktsionnoy stali]. Korroziya: materialy, zashchita, 2018, no. 8, pp. 25-33. ISSN 1813-7016. (Russ.).
43. THAUER, R.K., E. STACKEBRANDT, W.A. HAMILTON. Energy metabolism phylogenetic diversity of sulphate-reducing bacteria. In: BARTON, L.L., W.A. HAMILTON (eds.). Sulphate-reducing Bacteria: Environmental and engineered eystems. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2007, pp. 1-37.
44. FROLOVA, L.V., R.V. KASHKOVSKY, A.O. SAYAPIN. Gravimetric and electrochemical testing of multipurpose corrosion inhibitors with biocidal action [online]. International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, 2019, vol. 8, no. 3, pp. 529-538. ISSN 2305-6894.
45. KASHKOVSKIY, R.V., L.V. FROLOVA, A.O. SAYAPIN. Study of the protective efficiency of bactericides against steel corrosion in low-mineralized sulfide-containing environments with different pH values. Protection ofMetals and Physical Chemistry ofSurfaces, 2019, vol. 55, no. 7, pp. 1317-1323. ISSN 2070-2051.
46. BARKER, W.W., S.A. WELCH, S. CHU, et al. Experimental observations of the effects of bacteria on aluminosilicate weathering. Am. Mineral, 1998, vol. 83, pp. 1551-1563. ISSN 0003-004X.
47. XU, D., Y. LI, F. SONG, et al. Laboratory investigation of microbiologically influenced corrosion of C1018 carbon steel by nitrate reducing bacterium Bacillus licheniformis. Corros. Sci., 2013, vol. 77, pp. 385-390. ISSN 0010-938X.
48. WAN, H., D. SONG, D. ZHANG, et al. Corrosion effect of Bacillus cereus on X80 pipeline steel in a Beijing soil environment. Bioelectrochemistry, 2018, vol. 121, pp. 18-26. ISSN 1567-5394.
49. FRIEDRICH, C.G., D. ROTHER, F. BARDISCHEWSKY, et al. Oxidation of reduced inorganic sulfur compounds by bacteria: emergence of a common mechanism?. Appl. Environ. Microbiol., 2001, vol. 67, pp. 2873-2882. ISSN 0099-2240.
50. CHAMRITSKI, I.G., G.R. BURNS, B.J. WEBSTER, et al. Effect of iron-oxidizing bacteria on pitting of stainless steel. Corrosion, 2004, vol. 60, pp. 658-669. ISSN 0010-9312.
51. WANG, H., L.K. JU, H. CASTANEDA, et al. Corrosion of carbon steel C1010 in the presence of iron oxidizing bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans. Corrosion Sci, 2014, vol. 89, pp. 250-257. ISSN 0010-938X.
52. STAROSVETSKY, D., R. ARMON, J. YAHALOM, et al. Pitting corrosion of carbon steel caused by iron bacteria. Int. Biodeterior. Biodegr, 2001, vol. 47, pp. 79-87. ISSN 0964-8305.
53. XU, C., Y. ZHANG, G. CHENG, et al. Localized corrosion behavior of 316L stainless steel in the presence of sulfate-reducing and iron-oxidizing bacteria. Mater. Sci. Eng., 2007, vol. 443, pp. 235-241. ISSN 0921-5093.
54. XU, D., Y. LI, T. GU. Mechanistic modeling of biocorrosion caused by biofilms of sulfate reducing bacteria and acid producing bacteria. Bioelectrochemistry, 2016, vol. 110, pp. 52-58. ISSN 1567-5394.
55. VROOM, J.M., K.J. De GRAUW, H.C. GERRITSEN, et al. Depth penetration and detection of pH gradients in biofilms by two-photon excitation microscopy. Appl. Environ. Microbiol., 1999, vol. 65, pp. 3502-3511. ISSN 0099-2240.
56. Kryachko, Y., S.M. Hemmingsen. The role of localized acidity generation in microbially influenced corrosion. Curr. Microbiol, 2017, vol. 74, pp. 870-876. ISSN 0343-8651.
57. PARK, H.S., I. CHATTERJEE, X. DONG, et al. Effect of sodium bisulfite injection on the microbial community composition in a brackish-water-transporting pipeline. Appl. Environ. Microbiol., 2011, vol. 77, pp. 6908-6917. ISSN 0099-2240.
58. BOOPATHY, R., L. DANIELS. Effect of pH on anaerobic mild steel corrosion by methanogenic bacteria.Appl. Environ. Microbiol, 1991, vol. 57, pp. 2104-2108. ISSN 0099-2240.
59. UCHIYAMA, T., K. ITO, K. MORI, et al. Iron-corroding methanogen isolated from a crude-oil storage tank. Appl. Environ. Microbiol, 2010, vol. 76, pp. 1783-1788. ISSN 0099-2240.
60. LITTLE, B.J., R.W. STAEHLE, R.F. DAVIS. Fungal influenced corrosion of post-tensioned cables. Int. Biodeterior. Biodegrad., 2001, vol. 47, pp. 71-77. ISSN 0964-8305.
61. WILLEY, J.M., L.M. SHERWOOD, C.J. WOOLVERTON (eds.). Prescott's principles of microbiology. NY: McGraw Hill Higher Education, 2009.
62. VÖLKL, P., R. HUBER, E. DROBNER, et al. Pyrobaculum aerophilum sp. nov., a novel nitrate-reducing hyperthermophilic archaeum. Appl. Environ. Microbiol., 1993, vol. 59, pp. 2918-2926. ISSN 0099-2240.
63. THAUER, R.K.,A.-K. KASTER, H. SEEDORF, et al. Methanogenic archaea: ecologically relevant differences in energy conservation. Nat. Rev. Microbiol., 2008, vol. 6, pp. 579-591. ISSN 1740-1526.
64. LENS, P., A.P. MORAN, T. MAHONY, et al. Biofilms in medicine, industry and environmental biotechnology: Characteristics, analysis and control. London: IWA Publishing, 2003.
65. SKOVHUS, T.L., R.B. ECKERT, E. RODRIGUES. Management and control of microbiologically influenced corrosion (MIC) in the oil and gas industry - overview and a North Sea case study. J. Biotechnol., 2017, vol. 256, pp. 31-45. ISSN 0168-1656.
66. DOUTERELO, I., J.B. BOXALL, P. DEINES, et al. Methodological approaches for studying the microbial ecology of drinking water distribution systems. Water Res., 2014, vol. 65, pp. 134-156. ISSN 0097-8078.
67. AMANN, R.I., W. LUDWIG, K.H. SCHLEIFER. Phylogenetic identification and in situ detection of individual microbial cells without cultivation. Microbiol. Rev., 1995, vol. 59, pp. 143-169.
68. WANG, L.K., V. IVANOV, J.H. TAY, et al. (eds.). Environmental biotechnology. NY: Springer Science & Business Media, 2010.
69. LITTLE, B.J., J.S. LEE, R.I. RAY. Diagnosing microbiologically influenced corrosion: a state-of-the-art review. Corrosion, 2006, vol. 62, pp. 1006-1017. ISSN 0010-9312.
70. HAMMES, F.A., T. EGLI. New method for assimilable organic carbon determination using flow-cytometric enumeration and a natural microbial consortium as inoculum. Environ. Sci. Technol., 2005, vol. 39, pp. 3289-3294. ISSN 1520-5851.
71. THEODORIDIS, G., H.G. GIKA, I.D. WILSON. Mass spectrometry-based holistic analytical approaches for metabolite profiling in systems biology studies. Mass Spectrom. Rev., 2011, vol. 30, pp. 884-906. ISSN 0277-7037.
72. LIU, T., Z. GUO, Z. ZENG, et al. Marine bacteria provide lasting anticorrosion activity for steel via biofilm-induced mineralization. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, no. 10 (46), pp. 40317-40327. ISSN 1944-8244.
73. KIANI KHOUZANI, M. Microbiologically influenced corrosion of a pipeline in a petrochemical plant [online]. Metals, 2019, vol. 9, no. 4, pp. 459. ISSN 2075-4701.
74. XU, D., J. XIA, E. ZHOU, et al. Accelerated corrosion of 2205 duplex stainless steel caused by marine aerobic Pseudomonas aeruginosa biofilm. Bioelectrochemistry, 2017, vol. 113, pp. 1-8. ISSN 1567-5394.
75. KASHKOVSKIY, R.V., Yu.I. KUZNETSOV, N.P. ANDREYEVA. About effect of volatile amines on properties and composition of sulfide film at sulfureted hydrogene corrosion of steel [O vliyanii letuchikh aminov na svoystva i sostav sulfidnoy plenki pri serovodorodnoy korrozii stali]. Pt. 1. Korroziya: materialy, zashchita, 2012, no. 7, pp. 19-25. ISSN 1813-7016. (Russ.).
76. LIU, H., T. GU, G. ZHANG, et al. The effect of magneticfield on biomineralization and corrosion behavior of carbon steel induced by iron-oxidizing bacteria. Corros. Sci., 2016, vol. 102, pp. 93-102. ISSN 0010-938X.
77. RAJASEKAR, A., Y.P. TING. Microbial corrosion of aluminum 2024 aeronautical alloy by hydrocarbon degrading bacteria Bacillus cereus ACE4 and Serratia marcescens ACE2. Ind. Eng. Chem. Res., 2010, vol. 49, pp. 6054-6061. ISSN 0888-5885.
78. CHAKRABORTY, J., S. DAS. Application of spectroscopic techniques for monitoring microbial diversity and bioremediation. Appl. Spectrosc. Rev, 2017, vol. 52, pp. 1-38. ISSN 0570-4928.
79. SANTEGOEDS, C.M., A. SCHRAMM, D. de BEER. Microsensors as a tool to determine chemical microgradients and bacterial activity in wastewater biofilms and flocs. Biodegradation, 1998, no. 9, pp. 159-167. ISSN 0923-9820.
80. LEWANDOWSKI, Z., H. BEYENAL. Biofilms in medicine, industry and environmental biotechnology. P. LENS, et al. (eds.). London: IWA Publishing, 2003, pp. 375-412.
81. BUEHLER, M.G., H. BOSTIC, K.B. CHIN, et al. Electrical properties cup (EPC) for characterizing water content of martian and lunar soils. In: 2006 IEEE Aerospace Conference, 18 pp. DOI: 10.1109/AERO.2006.1655752.
82. LITTLE, B.J., P. WAGNER, J.S. MAKI, et al. Factors influencing the adhesion of microorganisms to surfaces. J. Adhes, 1986, vol. 20, no. 3, pp. 187-210. ISSN 0021-8464. DOI: 10.1080/00218468608071236.
83. PALMER, J., S. FLINT, J. BROOKS. Bacterial cell attachment, the beginning of a biofilm. J. Ind. Microbiol. Biotechnol, 2007, vol. 34, pp. 577-588. ISSN 1367-5435.
84. TAKEHARA, A., S. FUKUZAKI. Effect of the surface charge of stainless steel on adsorption behavior of pectin. BiocontrolSci, 2002, vol. 7, pp. 9-15. ISSN 1342-4815.
85. FRANKLIN, M.J., D.E. NIVENS, J.B. GUCKERT, et al. Effect of electrochemical impedance spectroscopy on microbial biofilm cell numbers, viability and activity. Corrosion, 1991, vol. 47, pp. 519-522. ISSN 0010-9312.
86. MIYANAGA, K., R. TERASHI, H. KAWAI, et al. Biocidal effect of cathodic protection on bacterial viability in biofilm attached to carbon steel. Biotechnol. Bioeng, 2007, vol. 97, pp. 850-857. ISSN 0368-1467.
87. CORD-RUWISCH, R., W. KLEINITZ, F. WIDDEL. Sulfate-reducing bacteria and their activities in oil production. J. Pet. Technol., 1987, vol. 39, pp. 97-106. ISSN 2157-7463.
88. KASHKOVSKIY, R.V. Effect of a method applied to express additivity of protective skin components on assessment of their partial impacts to a total protective rezult [Vliyaniye sposoba vyrazheniya additivnosti component poverkhnostnoy zashchitnoy plenki na otsenku ikh partsialnykh vkladov v summarnyy zashchitnyy effect]. Korroziya: materialy, zashchita, 2014, no. 6, pp. 9-14. ISSN 1813-7016. (Russ.).
89. LOVLEY, D.R. Electromicrobiology. Annu. Rev. Microbiol, 2012, vol. 66, pp. 391-409. ISSN 0066-4227.
90. KAJIYAMA, F., K. OKAMURA. Evaluating cathodic protection reliability on steel pipe in microbially active soils. Corrosion, 1999, vol. 55, pp. 74-80. ISSN 0010-9312.
91. KASHKOVSKIY, R.V., Yu.I. KUZNETSOV. Inhibition of hydrogen sulfide corrosion of steel by volatile amines [online]. International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, 2012, vol. 1, no. 2, pp. 117-129. ISSN 2305-6894.
92. MARSILI, E., J.B. ROLLEFSON, D.B. BARON, et al. Microbial biofilm voltammetry: direct electrochemical characterization of catalytic electrode-attached biofilms. Appl. Environ. Microbiol., 2008, vol. 74, pp. 7329-7337. ISSN 0099-2240.
93. KERESZTES, Z., I. FELHOSI, E. KALMAN. Role of redox properties of biofilms in corrosion processes. Electrochimica Acta, 2001, vol. 46, pp. 3841-3849. ISSN 0013-4686.
94. KASHKOVSKIY, R., K. STRELNIKOVA, A. FEDOTOVA. Application of electrochemical impedance spectroscopy to study hydrogen sulphide corrosion of steel and its inhibition: a review. Corrosion Engineering Science and Technology, 2019, vol. 54, no. 6, pp. 493-515. ISSN 1478-422X.
95. SHENG, X., Y.-P. TING, S.O. PEHKONEN. The influence of sulphate-reducing bacteria biofilm on the corrosion of stainless steel AISI 316. Corros. Sci, 2007, vol. 49, pp. 2159-2176. ISSN 0010-938X.
96. COTTIS, R.A. Interpretation of electrochemical noise data. Corrosion, 2001, vol. 57, pp. 265-285. ISSN 0010-9312.
97. JIA, R., D. YANG, H.H. AL-MAHAMEDH, et al. Electrochemical testing of biocide enhancement by a mixture of D-amino acids for the prevention of a corrosive biofilm consortium on carbon steel. Ind. Eng. Chem. Res., 2017, vol. 56, pp. 7640-7649. ISSN 0888-5885.
98. LIU, H., T. GU, Y. LV, et al. Corrosion inhibition and anti-bacterial efficacy of benzalkonium chloride in artificial CO2-saturated oilfield produced water. Corros. Sci, 2017, vol. 117, pp. 24-34. ISSN 0010-938X.
99. ABDOLI, L., X. SUO, H. LI. Distinctive colonization of Bacillus sp. bacteria and the influence of the bacterial biofilm on electrochemical behaviors of aluminum coatings. Colloids Surfaces B Biointerfaces, 2016, vol. 145, pp. 688-694. ISSN 0927-7765.
100. DOU, W., R. JIA, P. JIN, et al. Investigation of the mechanism and characteristics of copper corrosion by sulfate reducing bacteria. Corros. Sci, 2018, vol. 144, pp. 237-248. ISSN 0010-938X.
101. WU, T., J. XU, M. YAN, et al. Synergistic effect of sulfate-reducing bacteria and elastic stress on corrosion of X80 steel in soil solution. Corros. Sci, 2014, vol. 83, pp. 38-47. ISSN 0010-938X.
