Corrosão Induzida Por Microrganismo

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO – UEMA CENTRO DE ESTUDOS SUPERIORES DE CAXIAS-CESC DEPARTAMENTO DE QUIMICA E BIOLOGIA DISCIPLINA:PROCESSOS NUCLEARES E CORROSÃO PROFESSOR: ISRAEL Acadêmicos: Franciel Cantanhede Rameiro Layanne Jovita Oliveira Xavier Layanne Verônica de Sousa Pereira Roberto Pereira da Silva Caxias-MA Conter um substrato orgânico (geralmente o lactato de sódio), que é oxidado para ácido acético por bactérias do gênero Desulvibrio. pH entre 7,0 e 7,5 para condições ideais de crescimento das bactérias; conter um composto de ferro(II), para servir de indicador da formação de H2S ou S2-: o Fe+2 reag com essas substâncias formando o FeS, sulfeto de ferro, que é preto, caracterizado pelo escurecimento do meio de cultura a presença das bactérias redutoras de sulfato, pois somente elas podem reduzir sulfato inorgânico a sulfeto 22 nas condições do meio de cultura, em cultivo anaeróbico. Para o preparo desse meio de cultura, deve-se aquecê-lo até completa solubilização, passar para placa de Petri e esterelizar por 15 minutos a 1 atm e 121°C. Para mais completa caracterização do processo corrosivo ocasionado por bactéria redutora de sulfato, deve-se identificá-la e fazer a contagem bacteriana. Para isto, é comum usar um meio de cultura com as características adequadas: Ser anaeróbico e esterilizado; Ter como única fonte de enxofre um composto inorgânico, que em geral é o sulfato de magnésio; Efeito da Proteção Para manter uma programação efetiva de adição dos biocidas, visando controlar o desenvolvimento microbiano, se faz necessário medir o número total de microorganismos presentes no sistema, além de identificá-los. Essa medida pode ser feita pela contagem em placa usando meios de cultura adequados. Esses meios de cultura são: Onde R1, R2, R3 e R4 representam radicais alquil, aril ou hetereocíclico, e X- representa geralmente um halogeneto, comumente o cloreto (Cl-). Como exemplo, tem-se o cloreto de cetildimetilbenzilamonio: Troscinski e Watson apresentaram uma relação com os principais tipos de microorganismos que podem ocasionar depósitos e corrosão em sistema de refrigeração Vários microorganismos como: algas, fungos e bactéria; formam produtos insolúveis que ficam aderidos na superfície metálica sob a forma de filmes ou tubérculos. Corrosão por Aeração Diferencial Oxidação de piritas a ácido sulfúrico por ferrobacillus ferroxidans Essas bactérias são responsáveis pela a natureza ´cida das águas de minas de ouro e de carvão, pois oxidam a pirita presente nessas minas a ácido sulfúrico; Essas águas, devido ao seu caráter ácido, são corrosivas para as máquinas de bombeamento bem como pra as instalações das minas. Oxidação de piritas a ácido sulfúrico por ferrobacillus ferroxidans A proteção contra essa corrosão pode ser orinteda pra os seguintes pontos: Neutralização da acidez com óxido de cálcio (cal); Uso de material resistente a ácido sulfúricopara as bombas e tubulações. Fungos ou bactérias celulolíticas que fermentam material celulósico a ácidos orgânicos Em alguns casos, tubulações enterradas são revestidadas com material celulósico, como, por exemplo, aniagem, impregnado com asfalto ou betume. A celulose pode ser oxidada por certas bactérias produzindo ácido acético, butírico e dióxido de carbônico Fungos ou bactérias celulolíticas que fermentam material celulósico a ácidos orgânicos Ocorre, portanto, além da deterioração do revestimento, a corrosão da tubulação devida aos ácidos formados; Essa corrosão ocorre, mais frequentemente, em meio anaeróbio ou muito pouco aerado. Entre os tipos de produtos mais comumente usados para controle de crescimento biológico têm-se: Aldeídos – acroleína, formaldeído (também chamado de formol, formalina ou aldeído fórmico), glutaraldeído (1,5- pentanedial); Tiocianatos orgânicos – metileno-bis-tiocianato e cloroetileno bis-tiocianato, o primeiro (SNC-CH2-CNS), sendo bom biocia para bactérias redutoras de sulfato, algas e fungos; Sais de amônio quternário – têm fórmula geral: As substâncias usadas podem ter ação bacteriostática, isto é, impedem o crescimento de bactérias, ou ação bactericida; em outras palavras, matam as bactérias. Dependendo do tipo de microorganismos combatidos, essas substâncias são chamadas de algicidas (algas), fungicidas (fungos) e slimicidas (limos). O tratamento com os biocidas pode ser feito comumente de duas maneiras: Adição contínua de pequenas quantidades; Adição periódica de grandes quantidades de biocida – é o chamado tratamento de choque ou em bateladas, o que possibilita a morte rápida das células presentes e a redução do aparecimento de formas resistentes. Para se evitar inconvenientes originados por essa bactérias, Pode-se: Remover o ferro da agua oxidando-o por aeração ou cloração e posterior filtração; Precipitar o ferro durante o processo de abrandamento por cal soldada; Limpar periodicamente o sistema; Os tubérculos ocasionam inconveniente: Diminuição da capacidade de vazão da tubulação; Interferência na troca de calor; Criam condições para corrosão por aeração diferencial. Exemplo do processo de oxidação do ferro: 2Fe(HCO3)2+ ½ O2 Fe2O3+2H2O +4CO2 Bactérias de ferro, aeróbias, como Gallionela ferraginea ou a dos gêneros Crenotrix, Leptothrix, Siderocapsa e Sideromonas, aceleram a oxidação de íon Fe2+ dissolvido na água para formar os íons Fe3+ que formam então o Fe2O3 . H2O ou Fe(OH)3, insolúveis. Corrosão por ação conjunta de bactérias Ocorrem casos de corrosão microbiana em que se observa a ação simultânea de bactérias. Assim pode-se ter: Redução de sulfato e formação de ácido ( Thiobacillus thiooxidans) Redução de sulfato e oxidação de sulfeto, (Thiobacilli). Oxidação de enxofre elementar, produzindo mais ácido, (Thiobacilli e Ferrobacilli) simultaneamente. Bactéria redutora de sulfato e bacteria de ferro. PROTEÇÃO Para que as medidas de proteção, temos: Análise da água; Análise bacteriológica do biofilme; Uso de cupons que são retirados, periodicamente, para análise: como na análise são retirados os depósitos, usar diversos cupons; Uso de técnicas eletroquímicas. Como medidas gerais e mais importantes para proteção contra corrosão induzida por microorganismos devem ser citadas: Limpeza sistemática e sanitização; Eliminação de áreas de estagnação e de frestas; Aeração; Variação de pH; Revestimentos; Proteção catódica. A limpeza sistemática pode ser feita por processos mecânicos ou químicos. Limpeza mecânica pode ser por raspadores ou pigs ou por jato de água com alta pressão (hydroblast). A eliminação de áreas de estagnação evidentemente dificulta a deposição do crescimento microbiano. A seleção do biocida deve estar relacionada com: Eficiência da ação biocida; Custo; Caráter tóxicos dos efluentes. Oxidação de piritas a ácido sulfúrico por ferrobacillus ferroxidans Oxidação da pirita pelo sulfato férrico: FeS2 + Fe(OH)3 3FeSO4 + 2S Oxidação direta a sulfato férrico: 4FeS2 + 15O2 + 2H2O 2Fe(SO4)3 + 2H2SO4 Oxidação de piritas a ácido sulfúrico por ferrobacillus ferroxidans Oxidação do sulfato ferroso: 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 2Fe(SO4)3 + 2H2O Hidrólise do sulfato férrico: Fe(SO4)3 + 6 H2O 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 ou Fe(SO4)3 + 2H2O 2FeOHSO4 + H2SO4 Oxidação de piritas a ácido sulfúrico por ferrobacillus ferroxidans Ferrobacillus ferroxidans são bactérias capazes de acelerar a oxidação de depósitos piríticos (FeS) para ácido sulfúrico, em pH ácido; Pode-se admitir série de reações, considerando-se a pirita como FeS2 Oxidação da pirita: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4 CASOS Tanques de armazenamento de combustíveis Água pode ser proveniente de: Usinas durante a operação de lavagem dos combustíveis; Usa água para evitar a perda por evaporação de produtos leves; Condensação de vapor d'água existente na atmosfera dos tanques de armazenamento. CASOS Possíveis razões para a deterioração ou corrosão relacionadas com os combustíveis: Crescimento microbiano; Biodegradação de aditivos orgânicos usado nos combustíveis para melhorar seu desempenho; Formação de gás sulfídrico, devido as bactérias redutoras de sulfato presentes em água contendo sulfato; CASOS Biodeterioração de tintas, plásticos e lentes Industria de papel e celulose Bactérias oxidante de ferro 30% dos custos de manutenção na industria de celulose e papel esta relacionado a corrosão Linhas de incêndio Tanques de água desmineralizada Recomendável uso de peróxido de hidrogênio CASOS Linhas de incêndio Teste hidrostático Tanques de água desmineralizada Recomendável uso de peróxido de hidrogênio CASOS Tubulações para condução de gás e gasômetros Redução do sulfato a sulfeto Corrosão do material metálico e contaminação do gás Recuperação secundária de petróleo Odor característico do gás sulfídrico Aquecedores e válvulas de cobre Tubulações enterradas CASOS Deterioração microbiológica de madeira Tubulações de distribuição de água Sistema de refrigeração Água é aerada Exposição a luz solar pH entre 7 e 8 Temperatura entre 27 e 60°c CASOS O ácido sulfúrico pode ser proveniente de: Ar poluído contendo dióxido de enxofre; Ação microbiana devido à presença de bactérias oxidante de enxofre. CORROSÃO INDUZIDA POR MICRORGANISMOS A corrosão induzida por microrganismo, também chamada de microbiana ou microbiológica; Ambiente que podem proporcionar crescimento de bactérias, algas e fungos; CASOS Deterioração microbiana pode aparecer em diversos materiais, metálicos e não-metálicos. CASOS Deterioração de Mármore e Concreto H2SO4 No mármore,com carbonato de cálcio. Com o concreto, destruindo o caráter alcalino ou básico, pH=12,5. MECANISMOS MECANISMOS Quando uma superficie metálica é imersa em água, começa a formação de um biofilme. Isso ocorre de acordo com as seguintes etapas: Compostos orgânicos dissolvidos na água são adsorvidos iniciando a formação do biofilme; MECANISMOS Bactérias da fase aquosa se depositam, são as bactérias sésseis; Bactérias sésseis formam um biofilme através da elaboração de polímeros extracelulares, que podem ser polissacarídeos; Após a fixação , e havendo nutrientes, as bactérias se multiplicam, o biofilme vai crescendo e outros organismos podem aderir ao mesmo. Oxidação de compostos inorgânicos de enxofre pelo gênero Thiobacillus A energia para essa síntese é proveniente da oxidação do enxofre, ou seus composto, como mostra a reação: 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4( H = - 286,6 cal) No caso do gás sulfídrico, ou ácido sulfúrico, tem-se: 2H2S + 2O2 H2S2O3 + H2O 5H2S2O3 + 4O2 + H2O 6H2SO4 + 4S Oxidação de compostos inorgânicos de enxofre pelo gênero Thiobacillus A temperatura ideal para o crescimento dessas bactérias está na faixa de 25 – 30°C e não sobrevivem na faixa de 55 – 60°C Seus processos metabólicos ocasionam, em alguns casos, valores de pH em torno de 2, podendo alcançar valores ainda menores. Oxidação de compostos inorgânicos de enxofre pelo gênero Thiobacillus Como exemplos para esse tipo de corrosão, podemos citar: A destruição da parte superior interna de tubos de concreto ou de aço carbono para a condução de águas de esgotos ou águas poluídas; Em certos casos a borracha vulcanizada é atacada por essas bactérias, bem como concretos ornamentais contendo enxofre. Oxidação de compostos inorgânicos de enxofre pelo gênero Thiobacillus A proteção contra esse tipo de corrosão deve ser no sentido de: Eliminar a fonte de enxofre; Empregar proteção catódica; Substituir as tubulações de aço, ou de concreto, por tubos plásticos como, por exemplo, polietileno, poliéster reforçado com fibra de vidro (PRFV) ou PVC. Oxidação de compostos inorgânicos de enxofre pelo gênero Thiobacillus Um grupo de bactérias do gênero Thiobacillusoxida enxofre ou compostos de enxofre, a sulfato, com a simultânea produção de ácido sulfúrico; Algumas bactérias metabolizam sulfetos solúveis se a concentração de H2S estiver abaixo de 200 ppm.; CORROSÃO DEVIDO A FORMAÇÃO DE ÁCIDOS Esse tipo de corrosão pode soer classificado em três tipos. São eles: Oxidação de compostos inorgânicos de enxofre pelo gênero Thiobacillus; Oxidação de piritas a ácido sulfúrico por ferrobacillus ferrooxidans; Fungos ou bactérias celulolíticas que fermentam material celulósico a ácidos orgânicos. CORROSÃO DEVIDO A FORMAÇÃO DE ÁCIDOS MECANISMO A corrosão induzida por microorganismos pode ser classificada em quarto tipos: Devida a formação de ácidos; Por despolarização catódica; Por aeração diferencial; Por ação conjunta de bactérias. MECANISMOS pH – a elevação de pH impede o desenvolvimento de bactérias; as redutoras de sulfato não se desenvolvem em pH = 11; Oxigênio – a ausência de oxigênio possibilita o desenvolvimento anaeróbicas como as redutoras de sulfato; Limpeza e sanitização – impedem a formação do biofilme MECANISMOS As condições operacionais têm grande influência no desenvolvimento do biofilme e, entre elas, devem ser consideradas: Temperaturas – o aumento da temperatura (30-40°C) facilita o crescimento; Velocidade do fluxo – biofilmes formados a velocidades baixas tendem a ser mais volumosos e facilmente destacáveis; nas torres de refrigeração, quando as algas são arrastadas elas se depositam constituindo o chamado fouling. 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