Processos Bioquímicos
Curso Técnico em Química
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
RIO DE JANEIRO
CAMPUS D...
Corrosão eletroquímica sem influência de microrganismos
 A corrosão eletroquímica é uma reação química que ocorre no meta...
Corrosão microbiana: processo eletroquímico influenciado por
processos biológicos devido à atividade de microrganismos
Bio...
Os produtos originados do metabolismo microbiano afetam as
reações anódicas e catódicas provocando dissolução do metal
H2S...
A corrosão microbiana tem causado problemas e perdas inestimáveis nas indústrias
químicas, petroquímicas, civil, naval, ge...
Principais microrganismos associados ao processo de
corrosão microbiana
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Principais microrganismos associados ao processo de
corrosão microbiana
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Principais microrganismos associados ao processo de
corrosão microbiana
 Bactérias oxidantes de enxofre
 A maioria é aer...
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corrosão microbiana
Bactérias produtoras de ácidos
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Principais microrganismos associados ao processo de
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Bactérias produtoras de EPS (Exopolissacarídeos)
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Processo de formação de um biofilme bacteriano
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Mecanismos de corrosão microbiana
Formação de células de aeração diferencial
 Formação de regiões menos oxigenadas e mais...
Mecanismos de corrosão microbiana
Produção de metabólitos corrosivos
 Ácidos orgânicos e inorgânicos gerados pelo metabol...
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Corrosão por ação conjunta de bactérias
 O produto gerado pela ação de um grupo de bact...
Mecanismos de corrosão microbiana
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Mecanismos de corrosão microbiana
Destruição e remoção de revestimentos protetores
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Métodos de proteção, prevenção e controle da corrosão
1- Destruição ou inibição do crescimento através da adição
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Métodos de proteção, prevenção e controle da corrosão
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microbi...
Métodos de proteção, prevenção e controle da corrosão
2- Modificação das características do ambiente onde
ocorre a corrosã...
Métodos de proteção, prevenção e controle da corrosão
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Processos Bioquímicos - corrosão microbiana

  1. 1. Processos Bioquímicos Curso Técnico em Química INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA RIO DE JANEIRO CAMPUS DUQUE DE CAXIAS Prof.ª MSc. Michele Rocha Castro & Prof. ª PhD. Maria Inês Teixeira michele.castro@ifrj.edu.br
  2. 2. 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).
  3. 3. Corrosão microbiana: processo eletroquímico influenciado por processos biológicos devido à atividade de microrganismos Biofilme Superfície metálica OXIDAÇÃOREDUÇÃO Componentes fundamentais: Metal Solução 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).
  4. 4. 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.
  5. 5. 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.
  6. 6. 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.
  7. 7. Principais microrganismos associados ao processo de corrosão microbiana  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.
  8. 8. Principais microrganismos associados ao processo de corrosão microbiana  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 H2SO4 Agente corrosivo Estrutura metálica Concreto Mármore
  9. 9. Principais microrganismos associados ao processo de corrosão microbiana 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.
  10. 10. Principais microrganismos associados ao processo de corrosão microbiana 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.
  11. 11. Principais microrganismos associados ao processo de corrosão microbiana 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.
  12. 12. Principais microrganismos associados ao processo de corrosão microbiana 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
  13. 13. Mecanismos de corrosão microbiana Formação 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? Superfície metálica [O2] [O2] [O2] [O2] [O2] [O2] anódica catódicacatódica  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.
  14. 14. Mecanismos de corrosão microbiana Produção 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). Superfície metálica ácidos orgânicos Metabolismo microbiano ácidos inorgânicos ácidos orgânicos ácidos inorgânicos Corrosão direta Destruição do revestimento
  15. 15. Mecanismos de corrosão microbiana Corrosão 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
  16. 16. Mecanismos de corrosão microbiana Metabolismo microbiano Agente inibidor de corrosão algumas espécies de bactérias e fungos filamentosos Consumo de inibidores de corrosão Consumo das substâncias empregadas nos inibidores. Superfície metálica X
  17. 17. Mecanismos de corrosão microbiana Despolarização catódica catódica anódica anódica catódica H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 XSuperfície metálica Superfície metálica BRSMetabolismo microbiano 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.
  18. 18. Mecanismos de corrosão microbiana Destruição e remoção de revestimentos protetores Aço 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 Superfície metálica Metabolismo microbiano algumas espécies de bactérias e fungos filamentosos
  19. 19. 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:
  20. 20. Métodos de proteção, prevenção e controle da corrosão 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
  21. 21. Métodos de proteção, prevenção e controle da corrosão 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.
  22. 22. Métodos de proteção, prevenção e controle da corrosão 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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