Processos aula5

Processos BioquímicosCurso Técnico em Química

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIARIO DE JANEIROCAMPUS DUQUE DE CAXIAS

Prof.ª MSc. Michele Rocha Castro & Prof. ª PhD. Maria Inês Teixeira [email protected]

mailto:[email protected]

Corrosão eletroquímica sem influência de microrganismos

A corrosão eletroquímica é uma reação química que ocorre no metal quando inserido em um meio agressivo. Essa interação físico-química gera transferência de elétrons entre as regiões anódica e catódica do metal fragilizando este substrato.

A corrosão ocorre tanto em materiais metálicos como não-metálicos (concreto, borracha, madeira, polímeros, entre outros).

Corrosão microbiana: processo eletroquímico influenciado por processos biológicos devido à atividade de microrganismos

Biofilme

Superfície metálica

OXIDAÇÃO REDUÇÃO

Componentes fundamentais:

MetalSolução Microrganismos

Os microrganismos são capazes de iniciar, facilitar ou acelerar o processo corrosivo através de seus metabólitos ativos , sem alterar o fenômeno eletroquímico.

Obs: No catodo ocorre a redução (ganho de elétrons).

Os produtos originados do metabolismo microbiano afetam as reações anódicas e catódicas provocando dissolução do metal

H2S

H+

Principais microrganismos da

corrosão microbiana:

Bactéria aeróbias Bactérias anaeróbias

Os principais produtos metabólicos microbianos que tendem a provocar perda de massa generalizada do metal são: ácidos orgânicos e inorgânicos, dióxido de carbono, gás sulfídrico e hidrogênio, entre outros.

A corrosão microbiana tem causado problemas e perdas inestimáveis nas indústrias químicas, petroquímicas, civil, naval, geradoras de energia elétrica, entre outras.

Estruturas enterradas, aéreas ou

submersas. Oleodutos e

emissários submarinos.

Gasodutos e cabos de comunicação.

Tanques de combustíveis.

Equipamentos de diversas indústrias. Biodeterioração de

materiais não-metálicos.

Principais microrganismos associados ao processo de corrosão microbiana

Bactérias redutoras de sulfatos (BRS)

Gênero Desulfovibrio

São anaeróbias estritas e heterotróficas.

Principais espécies: gêneros Desulfovibrio e Desulfobacter.

Podem ser encontradas em água doce, salgada, solo e tanques de armazenamento de combustíveis. Algumas espécies são capazes de crescer em condições extremas.

Maioria mesófila (ótimo crescimento entre 25 e 40°C), geralmente crescem na faixa ótima de 7,2 a 7,8 de pH.

Realizam um processo de respiração anaeróbica, denominado redução desassimilativa do sulfato, onde o sulfato é o aceptor final de elétrons, com liberação de gás carbônico e de compostos de enxofre (sulfetos, gás sulfídrico, e bissulfetos metálicos) altamente corrosivos para o ferro e suas ligas.


Bactérias precipitantes de ferro (ferrobactérias)

São aeróbias e obtém energia necessária ao seu metabolismo a partir da oxidação ou redução do ferro. Principais espécies: Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans e Gallionella ferruginea.Leptospirillum ferrooxidans

São autotróficas e obtém energia a partir da oxidação do íon ferroso a férrico com formação de Fe(OH)3 ou FeO3.H2O compostos insolúveis que são depositados sobre as superfícies metálicas.

Ótimo crescimento entre 0 e 40°C e se desenvolvem na faixa de 5,5 a 8,2 de pH. As ferrobactérias são encontradas em águas de poços subterrâneos, água doce, água do mar, no solo e em poços de petróleo.


Bactérias oxidantes de enxofre A maioria é aeróbia obtendo energia a partir da oxidação de compostos reduzidos de enxofre e enxofre elementar, com geração de sulfato. Exemplos: Acidithiobacillus thiooxidans e Acidithiobacillus concretivorus .

Vivem em valores de pH ácido (acidófilas) e temperatura entre 25 e 30°C. Dependendo da espécie bacteriana podem ser encontradas em águas de minas de ouro e carvão, águas de esgoto ou águas poluídas. Estas bactérias participam do ciclo do enxofre por serem quimioautotróficas .

Sulfato + meio aquosoAtividade

metabólica

H2SO4Agente corrosiv

o

Estruturametálica

Concreto

Mármore


Bactérias produtoras de ácidos

Estas bactérias crescem a 25-30 ºC com pH em torno de 2,0 e podem secretar ácidos orgânicos (acético, isobutírico, succínico, entre outros) como também ácidos inorgânicos (sulfúrico).

As bactérias do gênero Acidithiobacillus spp. oxidam o enxofre a ácido sulfúrico, promovendo corrosão severa em equipamentos de hidrelétricas e de mineração .

As bactérias produtoras de ácidos são microrganismos heterotróficos que secretam ácidos, os quais promovem a oxidação eletroquímica de metais, tendo ação intensificada quando estes metabólitos aderem na interface metal/solução.


Bactérias produtoras de EPS (Exopolissacarídeos)

Os polímeros são produzidos pelos microrganismos após sua adesão nas superfícies metálicas formando uma matriz gel que dá estrutura aos biofilmes.

Composição dos biofilmes:

Microrganismos Substâncias poliméricas extracelulares (geralmente EPS) Água (90%)

Estes exopolímeros agem na interface metal/solução imobilizando água, aprisionando produtos de corrosão e metais (manganês, cobre, cromo e ferro), como também diminuem a difusão dentro do biofilme. Principais espécies: BRS , gênero Acidithiobacillus e Pseudomonas.


Processo de formação de um biofilme bacteriano

1- Formação da camada condicionante por moléculas orgânicas que se transferem do líquido para a superfície sólida e início da colonização;

2 - Colonização da superfície por bactérias planctônicas e começo da existência séssil pela excreção de produtos de matriz extracelular;

3 - Adesão e ancoramento das células à superfície de forma irreversível;

4- Replicação (multiplicação) de diferentes espécies de bactérias sésseis sobre a superfície do metal. O biofilme aumenta em espessura e as condições de sua base são alteradas;

5 - Desprendimento de porções do biofilme;

6 - Recolonização de áreas adjacentes e expostas da superfície por bactérias planctônicas ou por bactérias sésseis.


EPS

Substrato 1

2

3 4

Maior qte de material

exopolimérico Maior probabilidade de adesão de novas

células Maior proteção das

células aderidas

Estímulo da atividade das BRS

CORROSÃO MICROBIANA

Processo de formação de um biofilme bacteriano

Mecanismos de corrosão microbianaFormação de células de aeração diferencial

Formação de regiões menos oxigenadas e mais oxigenadas levando ao desenvolvimento de área anódicas e catódicas separadas.

Como isso interfere na formação do biofilme e consequentemente no processo de corrosão microbiana?


[O2]

[O2]

[O2]

[O2]

[O2][O2]

anódicacatódicacatódica

A adesão dos microrganismos à superfície dos materiais é aleatória resultando em uma colonização heterogênea (distribuição não uniforme do biofilme) com formação de microrregiões de aeração diferencial.

Mecanismos de corrosão microbianaProdução de metabólitos corrosivos

Ácidos orgânicos e inorgânicos gerados pelo metabolismo microbiano ao entrarem em contato com superfícies metálicas, podem causar a sua corrosão quer diretamente ou quer pela destruição da película de proteção (revestimento).


ácidos orgânicos

Metabolismo

microbiano

ácidos inorgânic

os

ácidos orgânicos

ácidos inorgânicos

Corrosão direta

Destruição do

revestimento

Mecanismos de corrosão microbianaCorrosão por ação conjunta de bactérias

O produto gerado pela ação de um grupo de bactérias pode ser utilizado por outras espécies podendo acelerar ainda mais a corrosão nos metais.

Óxidos de ferro e bissulfeto

metálico

Bactérias precipitantes

de ferro

BRS

Tubulação

Região anaeróbica

CORROSÃO

Mecanismos de corrosão microbiana

Metabolismo

microbianoAgente inibidor de corrosão

algumas espécies de bactérias e

fungos filamentosos

Consumo de inibidores de corrosão

Consumo das substâncias

empregadas nos inibidores.

Superfície metálicaX

Mecanismos de corrosão microbianaDespolarização catódica

catódica

anódica anódica

catódica

H2 H2 H2 H2 H2 H2

H2 H2 H2 H2 H2 H2 XSuperfície metálica Superfície metálica

BRSMetabolis

mo microbian

o

Polarização Despolarização na região catódica

O recobrimento total da região catódica pelo hidrogênio impede que haja consumo de elétrons e consequentemente a continuidade do processo corrosivo.

O consumo microbiano do hidrogênio molecular adsorvido à superfície do metal na região catódica realizado pelas BRS hidrogenases positivas expõe novamente o metal a ação dos agentes corrosivos.

Mecanismos de corrosão microbianaDestruição e remoção de revestimentos

protetoresAço carbono - material de baixa resistência à

corrosão

Revestimento protetor

Degradação

Produção e excreção de

enzimas hidrolíticas

Ataque de agentes

corrosivos

Ruptura do revestimento pela difusão de gases gerados por

células microbianas nos biofilmes


Metabolismo microbiano

algumas espécies de bactérias e

fungos filamentosos

Métodos de proteção, prevenção e controle da corrosão

1- Destruição ou inibição do crescimento através da adição de substâncias bactericidas ao meio.

Adequação a especificidade do microrganismo.

Capacidade para manter sua ação inibidora em condições similares de temperatura e pH.

Não ser corrosivo.

Pré-requisitos:


EXEMPLOS DE INIBIDORES FUNÇÃO

Cromatos Evitam a contaminação microbiológica no querosene de

avião

Sais de amônio quaternário (CDS)

São inibidores de corrosão para o aço na proteção de oleodutos

Nitritos de sódio Inibidor de corrosão em estruturas de concreto armado

Poliaminas São utilizadas em sistemas de pinturas

Compostos de Boro e Monometileter etilenoglicol

Utilizado para conter a corrosão em tanques de avião

Sulfato de sódio e hidrazina Muito utilizado em caldeiras


2- Modificação das características do ambiente onde ocorre a corrosão, para torná-lo inadequado

ao desenvolvimento dos microrganismos.

Remoção de metabólitos essenciais à bactéria.

Modificação da concentração de oxigênio.

Alterando o pH ótimo para o desenvolvimento, inibindo o crescimento de bactérias.


3 - Aplicação de revestimentos sobre superfícies com a finalidade de criar uma barreira entre o

metal e o meio corrosivo.

Principais tipos: Revestimentos metálicos.

Revestimentos não-metálicos inorgânicos.

Revestimentos não-metálicos orgânicos.

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