Effects of soil microbial communities on the microbiologically influenced corrosion of stainless steel pipes

Hyun-Jeong Jang, Young-Bok Park, Jung-Sub Yoon, Young-June Choi, A-Mi Gu

The effects of microbiologically‐influenced corrosion(MIC) on various grades of stainless steels(STS) pipes buried in the Seoul City soil were studied using a bar‐coded pyrosequencing technique and cultivation method(MICKIT 5). Sample pipes of STS 304, 316L, 329LD, 2205, 2507, 444, 445NF, 304(Joint‐S), 304(Joint‐U) and 304(Joint‐Q) were exposed in 7 kinds of soils around Han river and downtown area for 12 months. We also analyzed particle size distribution, pH, water content, resistivity of soil, redox potential, chloride ion and sulfate ion to investigate effects by the physico-chemical factors. It was observed that all STS pipes except STS 2507 were corroded on the surface. Among the joint sample pipes, STS 304 J‐Q showed the highest corrosion resistance, corrosion was found in the surface and crack of 304 J‐U, in the joint crack of 304 J‐S. The extent of corrosion was mostly influenced by the chlorine-ion concentration. That is to say, there was no corrosion below 55 mg/kg in the chlorine-ion concentration, but in the samples over 729 mg/kg crevice corrosion was detected in STS 304. As a result of analysis of the 16S rDNA sequences to find the characteristics of bacterial communities, Proteobacteria(38.4%) were the most frequently detected phylum, followed by Acidobacteria(14.6%), Chloroflexi(11.8%), Actinobacteria(7.7%), Bacteroidetes(4.2%), Nitrospirae(4.1%), Gemmatimonadetes(4.1%) and Firmicutes(4.0%) and the rest 5.5% unclassified. Concentraion of the sulfate-reducing bacteria(SRB) and iron-oxidizing bacteria(IOB) which cause MIC was the highest where the corrosion was severe. Desulfurmonas and Thermodesulfovibrio were dominant species in the SRB, and Gallionella and Thiobacillius in the IOB. Meanwhile, there were no conspicuous differences among the spots using the cultivation methods. As a result of above mentioned studies, analysis of bacterial communities using pyrosequencing technique were useful to find effects of MIC on the STS pipes, we found the chlorine ion concentration is the most important factor to STS pipes corrosion in the Seoul City soil.

토양 미생물 군집이 다양한 스테인리스강관의 미생물 부식에 미치는 영향

장현정, 박영복, 윤중섭, 최영준, 구아미

서울지역 토양에 매설된 다양한 스테인리스강관(STS)에 대한 미생물 부식의 영향을 파악하기 위해 유전자 분석법(Pyrosequencing)과 세균배양법(MICKIT 5)을 사용하여 분석하였다. 이를 위해 한강 주변과 도심지역 7곳에 스테인리스강관 시편 7종(STS 304, 316L, 329LD, 2205, 2507, 444, 445NF)과 STS 304 재질의 연결부 시편 3종(Joint-S, Joint-U, Joint-Q)을 매설하여 12개월 동안 부식발생 특성을 확인하였다. 또한 토양의 물리화학적 특성이 부식에 미치는 영향을 살펴보기 위해 토양입도 분포, pH, 함수율, 토양비저항, 산화환원전위, 염소이온, 황산이온을 분석하였다. 스테인리스강관 시편 표면을 관찰한 결과 STS 2507을 제외한 모든 재질에서 표면 변화가 발생하였다. 연결부 시편 중 Joint-Q 방식은 부식이 발생하지 않은 반면 Joint-U와 Joint-S는 표면과 연결 틈에서 부식이 발생하였다. 지점별 부식발생 여부는 염소이온농도에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉 염소이온농도가 55 mg/kg 이하인 곳에서는 부식이 발생하지 않는 반면, 염소농도가 729 mg/kg 이상인 시료에서는 304 시편에서 틈부식(Crevice corrosion)이 발생하였다. 토양 미생물 군집 특성을 파악하기 위해 세균 유전자를 분석한 결과, Proteobacteria (38.4%)가 가장 우점하였고, 다음으로 Acidobacteria (14.6%), Chloroflexi (11.8%), Actinobacteria (7.7%), Bacteroidetes (4.2%), Nitrospirae (4.1%), Gemmatimonadetes (4.1%), Firmicutes (4.0%) 순으로 나타났다. 미생물부식에 영향을 미치는 세균을 분석한 결과, 황산염환원세균은 Desulfurmonas와 Thermodesulfovibrio가 우점종으로 나타났고, 철세균은 Gallionella와 Thiobacillus가 우점종으로 확인되었다. 황산염환원세균과 철산화세균 농도는 부식이 심한 지점에서 높게 검출되는 경향을 보였다. 한편 세균배양법에 의한 미생물 부식 세균 분석결과는 지점별로 뚜렷한 차이를 나타내지 않았다. 이상의 결과 파이로시퀀싱을 이용한 세균 군집분석은 스테인리스강관의 미생물부식에 미치는 영향을 파악하는데 유용하였으며, 서울시 토양환경에서는 염소이온농도가 스테인리스강 부식에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로 확인되었다.