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Aula: Biocorrosão

Profa. Silvana

Material de consulta: CYTED

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Conceitos

• Biocorrosão– processo eletroquímico de dissolução metálica iniciado ou

acelerado por microrganismos– depende das características do metal e da agressividade do

meio

• Biofouling:• Biofouling:– acúmulo indesejável de depósitos biológicos sobre uma

superfície

• Em geral o biofouling resulta no acúmulo de biofilmes. Um biofilme é constituído por células imobilizadas em um substrato – em geral uma matriz de material polimérico extracelular

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Biofilme

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Microfotografias de biofimes

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Fatores que influenciam o processo• Oxigênio dissolvido

– Composição do biofilme e formação dos produtos de corrosão– Anaerobiose: biofilmes mais espessos e corrosão mais acentuada

• Disponibilidade de nutrientes– Presença de carbono, nitrogênio, fósforo e outros nutrientes essenciais

• Baixa: biofilmes mais compacto

– Concentrações de íons ideais para o crescimento microbiano

• Temperatura• Temperatura– 20-50ºC

• pH – 4,5-9,0– Zonas com velocidade de fluxo lenta – desenvolvimento de zonas anaeróbias

• Características da superfície– Rugosidade e imperfeições (soldas) favorecem adesão e estabilidade do biofilme

• Composição da liga metálica– Adesão microbiana

• Aço-carbono>cobre>70/30 níquel-cobre>latão>alumínio>aço-inoxidável>titânio

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Fatores que influenciam o processo• Regime do processo

– Laminar• Transporte celular e de

nutrientes são as etapas limitantes do processo de colonização

• Biofilme mais espesso com o aumento de velocidadevelocidade

• Biofilmes muito espessos e pouco aderidos

– Turbulento• Dessorção controla o

acúmulo de biofilme• Aumento da velocidade

leva a um biofilme de menor espessura

• Biofilmes menos espessos porém mais aderidos

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Biofouling

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Indústria afetada pela biocorrosão

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Processo• Formação do biofilme

(biofouling)– Adesão de células

microbianas + produção de polímeros extracelulares

• Formação de incrustrações(scaling)(scaling)– Deposição de sais

inorgânicos cristalinos e insolúveis

• Dissolução metálica (corrosão)

• Deposição de produtos da corrosão (passivação)

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Principais reações metabólicas

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Exemplos de microrganismos associados á biocorrosão – bactérias

do enxofre• Bactérias oxidantes

– Thiobacillus denitrificans

• Aeróbios, anaeróbios facultativos (nitrato)facultativos (nitrato)

• Quimiolitotróficos

• temperatura ótima 10-37º

• ambiente: água do mar, rio.

S- + 202

+ 2H2O = 2H

2SO

4

2NO3- + S + H

2O + CaCO

3= CaSO

4+ N

2

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Exemplos de microrganismos associados á biocorrosão – bactérias

do enxofre• Bactérias redutoras

– Bactérias redutoras de sulfato• BRS• Anaeróbios estritos• Heterótrofos

– lactato, piruvato, malato, acetato– lactato, piruvato, malato, acetato

• Bacilos curvos (vibrião) ou espiralados

• Temperatura: 25 a 44ºC• pH: 5,5 a 9,0• E redox: -100 mV • Ambiente: água do mar, rio.• Gêneros principais : Desulfovibrio,

Desulfotomaculum

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Exemplos de microrganismos associados á biocorrosão – bactérias

do ferro• Bactérias oxidantes

– Fe +2 → Fe +3

• Produto da corrosão – Fe(OH)3

– Formação de tubérculo– Ataque localizado – pite– Associação com BRS– Mecanismo de aeração diferencial– Entupimento da tubulação

– Gêneros: Gallionella e Siderophacus– Gêneros: Gallionella e Siderophacus• Autotróficos, forma helicoidal, baixa conc. O2

• Reduzem a permeabilidade do solo e causam entupimento nos sistemas de exploração de petróleo

– Gêneros: Sphaerotilus e Leptothrix• Ambiente : água de rio com alto teor de matéria orgânica• Autotróficos, aeróbios, Gram negativas, bastonetes

– Gênero: Acidiothiobacillus• Termofílico (45-50ºC)• pH – 1,5 – 2,5• Gram negativos• Aeróbios estritos• Autotróficos

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Biocorrosão na indústria de petróleo

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Mecanismos de biocorrosão• Produção de metabólitos ácidos e oxidação de enxofre e

seus derivados por bactérias oxidantes do enxofre formando compostos corrosivos– ex: ácidos orgânicos, ácido sulfúrico

• Produção de metabólitos causando ruptura de filmes protetores– ex: sulfetos– ex: sulfetos

• Despolarização catódica por BRS• Ataque seletivo de áreas soldadas ou adjacências

– ex: corrosão de solda de aço duplex de ferrita austenita por bactérias ferro-oxidantes

• Consumo metabólico de inibidores de corrosão– ex: consumo de nitrato por fungos contaminantes de turbo

combustíveis

• Biodegradação de coberturas protetoras– ex: coberturas de tanques de aviões por fungos 15CBI 234

Biocorrosão por BRS• Características

– Ataque localizado: pite– Produtos de corrosão pouco aderentes

(coloração escura e odor característico (H2S)– Produtos de corrosão no interior de pites (Fe2S)

• Atividade metabólica das BRS– Geração de compostos de enxofre corrosivos – Geração de compostos de enxofre corrosivos

• sulfetos, bissulfetos, H2S, tiossulfatos, politionatos

• Os sulfetos causam a ruptura do filme passivo formado nas superfícies metálicas.

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Passivação

• Passivação é a modificação do potencial de um eletrodo no sentido de menor atividade (mais catódico ou de menor atividade (mais catódico ou mais nobre) devido a formação de uma película de produto de corrosão. Esta película é denominada película passivante.

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Detecção da ação microbiana

• Verificar se as condições ambientais são adequadas para os microrganismos– Temperatura apropriada– pH– Presença de água– Presença de oxigênio– Presença de carbono, nitrogênio, fósforo– Presença de carbono, nitrogênio, fósforo– Concentração de íons específicos (sulfatos, nitratos etc..)– Estagnação do fluxo

• Selecionar o local para detecção microbiana– Sob depósitos– Em áreas de corrosão localizada– Sob formação de tubérculos– Verificar a presença de microrganismos nestes locais– Quantificar os microrganismos planctônicos e sésseis– Isolar e identificar as espécies microbianas presentes

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Detecção da ação microbiana

• Inspeção macroscópica– Depósitos característicos – moles e/ou mucilaginosos– Formação de tubérculos– Formação de pites– Estrias brilhantes, visíveis após a remoção de – Estrias brilhantes, visíveis após a remoção de

depósitos

• Depósitos característicos– Fibroso – Fungos filamentosos– Negro – Bactérias redutoras de sulfato (BRS)– Laranja ou castanho – Bactérias oxidantes do ferro– Amarelo – Bactérias oxidantes do enxofre

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Monitoramento microbiológico

• Planctônicos– 1º Retirar alíquota do fluido alocando em frascos estéreis– 2º Realizar o procedimento de inoculação– 3º Após período determinado realizar as contagens microbianas.

• Sésseis– 1º Inserir biocupons no sistema– 1º Inserir biocupons no sistema– 2º Deixar os biocupons expostos ao fluido de processo– 3º Após exposição retirar os biocupons– 4º Proceder remoção do biofilme formado– 5º Suspender o biofilme em soluções apropriadas– 6º Realizar o procedimento de inoculação– 7º Após período determinado realizar as contagens microbianas.

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Contagem microbiana

• Bactérias aeróbias totais - NMP ou plaqueamento

• Bactérias oxidantes do ferro -plaqueamento

• Bactérias anaeróbias totais - NMP• Bactérias redutoras de sulfato - NMP• Bactérias redutoras de sulfato - NMP

• Obtenção de um número representativo da quantidade de células vivas presentes no sistema analisado.

• É necessário realizar a inspeção periodicamente, tendo em vista as constantes alterações nos sistemas analisados

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Prevenção e controle• Métodos físico-químicos e biocidas• Manter o sistema limpo

– Remoção de depósitos das superfícies.

• Tipos de incrustrações– depósito cristalino, duro.

• Precipitação de carbonatos, sulfatos e silicato de • Precipitação de carbonatos, sulfatos e silicato de sódio

• Mais comum – carbonato de cálcio• Adição de ácido sulfúrico.

– Sedimentos, depósitos formados por material em suspensão que se aderem nas superfícies.

• Ex.: óxidos, limo bacteriano, óleo• Filtro para remoção de materialparticulado• Remoção física 24CBI 234

Biocidas

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