Biocorrosión

1. Resumen
2. Introducción y antecedentes
3. Métodos de Detección y Control
4. Conclusiones y Perspectivas

Resumen

Los microorganismos tienen la capacidad de modificar por diferentes acciones bioquímicas la estructura fisicoquímica de la materia. Las aleaciones fueron diseñadas para tolerar la acción microbiológica de transformación fisicoquímica. Sin embargo los microorganismos estimulados por el ambiente pueden desestabilizar la aleación debido a los diversos mecanismos bioquímicos que poseen para ello. El propósito de esta revisión es mostrar la importancia de los microorganismos sobre las aleaciones y sus componentes metálicos.

Palabras clave: microorganismos, ambiente, transformaciones químicas.

I. INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

A finales del siglo XIX pioneros de la microbiología, de los conocidos cazadores de microbios; como S. Winogradsky describió la existencia de microorganismos del suelo que usan la energía de elementos y compuesto inorgánicos para crecer, este procariote de ambientes inorgánicos también cambio su metabolismo para usar materia orgánica (Bolivin et al., 1990; Furussaka et al., 1991). Las bacterias que oxidan minerales que contienen (Gaylarde y Videla) fijan CO2 son autótrofas como las plantas, se les conoce como quimiolitotroficos (Kearns y Little, 1994) o que come piedra, la siguiente ecuación describe esta clase de bacterias (Alexander, 1977).

MS + 2O2 microorganismo MSO4+ H2 +S04

En donde M es un metal divalente y S el azufre elemental o formas reducidas. El producto M es un metal oxidado y el ácido sulfúrico, la razón de que ese ambiente, el pH sea menor de 2, este es un grupo especializado, en "acidez extrema" (Booth, 1971), además de su tolerancia al metal, que solubiliza en este valor de pH iones metálicos son solubles y tóxicos para la vida, microbiana (Costello, 1969; Iverson, 1987).

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Figura 1. Aspecto de la superficie de una aleación (A) normal y en ataque microbiano (B, C)

Cuando BC se sucede en la superficie de una aleación, la reacción de los elementos que la constituya con el ambiente, resulta en un deterioro o corrosión (Lowes et al., 1993) como se esquematiza en la figura 2, por lo anterior Winogradsky sugirió que se trabaja de un grupo altamente especializado (Duquette, 1986).

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Figura 2. Fenómeno de corrosión causada por microorganismos.

El segundo grupo microbiano investigado, los microorganismos heterotróficos, que en ausencia de oxigena molecular, usan formas combinados de estos elementos como los sulfatos (Sanders y Hamilton, 1986), los nitratos (Touvinen y Mair, 1986) o los fosfatos, en consecuencia al producto de la reducción es otro agente oxidante fuerte él: H2S responsable del deterioro localizado en la superficie de la aleación del metal (Pintado y Moreno, 1986), en donde se ubican los microorganismos al establecer la biopelicula (Silva et al., 1986), la ecuación que resume está capacidad en bacteria, referida al sulfato es la siguiente (Costello, 1969).

SO=4 microorganismo H2 S + S=

En donde el anión sulfato es el compuesto inorgánico usado como aceptor final de electrones (Hill et al., 1987), y el ácido sulfhídrico el producto fuerte corrosivo que reacciona con elementos reducidos como el ion ferroso (Kearns y Little, 1994; Torres-Sánchez et al., 1997), común en aleaciones y que genera pirita (sulfuro ferroso), un indicador característico de BC (Blumentals et al., 1990), como se describe en la figura 2.

Historia de los agentes biológicos causantes de corrosión.

La BC la describió Garret al final del siglo XIX, cuando reportó la actividad de deterioro, debida a productos microbianos como: amoniaco, nitritos y nitratos, en superficie de plomo. En 1895 Beijerinck uno de los pioneros de la microbiología de suelo, investigó la actividad corrosiva de mezclas de cultivos microbianos sobre aceros (Costerton y Bolivin, 1989; Videla, 1989). Van Deldel en 1903 aisló y analizó un cultivo axenico de Spirillum dessulfuricans, bacteria anaerobia reductora de sulfatos (Dexter, 1976), asociada con la corrosión de estructuras metálicas (Duquette, 1986). En 1936 Kluyer y Van Niel identificaron Desulfovidrio desulfuricans (Characklis, 1986) otra anaeróbica del ciclo del azufre nativa del suelo, (Coleman et al., 1993), responsable de la corrosión de aleaciones dé acero (Videla y Salvarezza, 1984), ello se supuso la existencia de una amplia diversidad de bacterias reductoras de sulfato, como presenta la figura 3.

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Figura 3. Actividad de bacterias anaeróbicas sobre una aleación que causa disolución del metal derivado de la corrosión al emplear compuestos inorgánicos como aceptores finales de electores.

Disolución del Metal

El origen de los microorganismos, actúan en transformaciones orgánicas y minerales en suelo (Alexander, 1965; Brock y Gustafson, 1976; Furussaka et al., 1991), estos agentes biológicos son parte de una comunidad con capacidad metabólica extraordinaria (Dexter, 1976; Inverson, 1987), como usar elementos y compuestos orgánicos como fuente de energía ó como aceptores finales de electrones, para la latencia, crecimiento que involucra resistencia a factores ambientales adversos, ausencia de oxigeno molecular, en anaerobiosis. La actividad microorganismos del suelo, permite el reciclaje de lo inorgánico a orgánico, en la conversión de materia en energía y viceversa (Characklis, 1986; Burdige y Nelson, 1986).

Figura 4. Biofilm de bacterias reductoras de sulfatos, el sulfuro de hierro representa el producto de su actividad corrosiva que disuelve el o los metales de la aleación como el hierro.

Bacterias Anaerobias

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 Ánodo

Las bacterias del suelo usan el ión ferroso, azufre elemental (Daumas et al., 1988) formas reducidas (Alexander, 1977) y sulfatos (Furussaka et al., 1991). Cobre, cobalto y níquel (Kearns et al., 1994; King, 1995) y otros elementos (Kobrin, 1993; Videla et al., 1994), esto explica tipo de aleación severamente dañados por su actividad (Videla, 1989) cuando el ambiente es favorable; limitada aeración (Sanders, 1986), bajo potencial redox (Characklis y Cooksey, 1983; King, 1995), pH ácido (Ballesteros-Almanza et al., 2000), temperatura de 50C ó mayor estimula está actividad (Belkin et al, 1986), humedad alta en la BC es critica en ambiente acuático (Chapelle y Loevley, 1992; Childers et al., 1992), la figura 4 muestra las reacciones químicas en la BC. Lo anterior significa que la BC afecta a la infraestructura industrial: petroquímica (Hill et al., 1987; Videla, 1989), automotriz, hidráulica (Brankevich et al., 1990; Touvinen y Mair, 1986), alimenticia (Silva et al., 1986), eléctrica (Torres-Sánchez et al., 1997), portuaria o marina, nuclear, (Duquette, 1986) etc. las perdidas son cuantiosas, e incluso incalculables en países en desarrollo (Pintado y Moreno, 1986).

Cuadro 1 Principales características de archeobacteriahipertermofilas asociadas con la biocorrosión.

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Figura 5. Actividad de bacterias reductoras de sulfato sobre una superficie de aleación, las fuentes de carbono estimulan la corrosión biológica que disuelve el metal.

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Desde finales del siglo XIX se usan métodos para detectar y prevenir la BC, con agentes químicos (Duquette, 1986). La BC sucede sus elevadas temperaturas o ambientes externos como los que se presentan en la tabla 1.

Biocorrosión y bioensuciamiento (biofouling)

La BC y bioensuciamiento (BE), se ilustran en la figura 6, ambos procesos dependen de una propiedad genética microbiana para la síntesis muco polisacáridos (MPS), compuestos orgánicos (Characklis, 1981) necesarios para que los microorganismos se adhieran a la superficie de la aleación, que sirve para retener minerales circundantes estimulantes de la BC localizada en el sitio, (Licina, 1988). Los MPS microbianos facilitan las reacciones de oxido-reducción (ánodo-cátodo), entre aleación material y minerales del agua (fenómenos electroquímicos), lo que cíclica estimula la BC (Silva et al., 1986) con mayor secreción de MPS, minerales en circulación se retienen en ese sitio y momento, esto atrapa mayor número y variedad de microorganismos (Videla et al., 1994) suspendidos en el agua, así la dinámica del daño por BC aumenta en el área y en profundidad. Bajo esta condición los microorganismos inducen la formación de un bioflim o biopelicula (BP), en donde coexisten tipos microbianos, que representan: quimiolitotróficos obligados y facultativos, heterotróficos poco exigentes, aerobios y anaerobios, como se describe en la figura 6. Lo anterior demuestra que para prevenir y controlar un problema de BC, en la aleación la que tiene una condición fisicoquímica (Videla y Salvarezza, 1984), que en nada está relacionada con corrosión química (Kearns y Little, 1994), la comprensión de esta diferencia reduce o elimina el problema o fracaso de la estrategia de prevención (Kobrin, 1988; Touvinen y Mair, 1986). En el pasado sin restricciones ambientales en biocidas de inhibidores de corrosión (De Beer et al., 1994), se usaron detergentes aniónicos (Leal et al., 1994) y cataónicos (Booth, 1971; Dester, et al., 1976), metales pesados (plomo, mercurio, zinc), metaloides: arsenatos, cromatos, etc. reduce incrustaciones de sales minerales: tipo carbonatos y calcio con ácido sulfúrico, hoy no se usan por razón de protección ambiental, el control del BE se recomienda con cloro y/o pentaclorofenol, así como cuaternarios de amonio (Duquette, 1986).

Aunque la presión de las legislaciones vigente para la protección ambiental, han cambiado drásticamente el tipo de inhibidor vigente para la protección ambiental, ha cambiado drásticamente el tipo de inhibidor de BC, pues ya no se permiten la aplicación de cromotos debido a su toxicidad (Burdige y Nealson, 1976; Characklis, 1981).

Desafortunadamente los nuevos tratamientos no han sido lo eficaces que se esperaba, debido a la variedad y cantidad de microorganismo que se involucran en la BC. Además de que factores físicos como la temperatura para evitar y control el BE (Childers, 1992; Fiala y Stetter, 1986). Lo anterior significa que en un área esencial para evitar la BC, es la investigación sobre biocida, que controlen el problema con eficacia, a un bajo costo, a tóxicos para humanos sin riesgo de daño ambiental.

Figura 6. Formación de biopelicula (biofilm), que involucra la incorporación de nutrientes y microorganismos en zonas localizadas con corrosión en una superficie de aleación.

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 Interacción entre Biocorrosión y Bioensuciamiento.

La manera como el BE influye en la BC ha sido descrita claramente por Characklis como sigue (Characklis, 1981):

1) Su impacto es dependiente del metabolismo microbiano involucrado en la BP.

2) Es dependiente de la concentración productos metabólicos liberados por los microorganismos en la BP.

3) Depende del tipo de compuestos químicos reducidos por los microorganismos adheridos por los MPS, en contacto con la superficie metálica (reacciones de oxido reducción).

4) Esta regulada por la capacidad quelante de la BP, para atrapar selectivamente iónes que influyen en la actividad biológicas el consorcio.

5) Da como resultado la reacción de al superficie metálica en el ambiente de la BP, con cambios en la conductividad eléctrica de la zona involucrada.

6) Así el BE influye en la gravedad de la BC, ya que bloquea o disminuye la acción de los biocidas, al neutralizarlos con la gama de compuestos microbianos producidos por su actividad metabólica.

7) en consecuencia se reduce la efectividad de biocidas, al bajar su concentración critica.

Previamente a la colonización de una superficie metálica por microorganismos se absorbe una BP que atrapa las micromoleculas en la interfase metal-solución (Videla et al., 1994).

Este proceso de adsorción espontánea modifica la sensibilidad y distribución de cargas eléctricas en la superficie metálica. (Daumas et al., 1988), lo cual contribuye a la creación de un ambiente adecuada para la actividad microbiana.

La adsorción posterior de células microbianas y en consecuencia su actividad metabólica básicamente sucede en esa interfase aleación-solución. Las células que producen esta interfase, inician la colonización irregular de la superficie metálica, para establecer zonas localizadas heterogenias (Ballesteros et al., 1995; Ballesteros-Almanza et al., 2000; Dexter, 1976), en donde existen áreas que actúan como ánodos o cátodos sobre la superficie de metal (Videla, 1989) lo cual permite la solubilización de minerales que en consecuencia atraen a otros tipos de microorganismos. Esta localización no informe induce celdas de aeración diferencial, mientras que de bajo de esas zonas los microorganismos sobreviven en anaerobiosis, ya que en la superficie la elevada actividad respiratoria aeróbia de los microorganismos de la BP y/o en las área circundantes causan una diferencia de potencial redox (Sanders y Hamilton, 1986), en las cuales la concentración de oxigeno es mayor. Así tiene una zona anódica que favorece la disolución de la aleación, simultáneamente la mayor concentración de oxígeno causa una zona de reacción catódica (Alexander, 1965; Bolivin et al., 1990; Bryant et al., 1991) que acelera la incorporación de iónes a la interfase y en consecuencia la BC con picaduras que crecen en área y profundidad.

El análisis "in situ" realizados en superficie metálica con microelectrodos, revelan que un medio liquido, el consumo de oxigeno mas elevado por la BP realizada a un (Characklis, 1981; Daumas et al., 1988; Navarrete-Bedolla et al., 1999), profundidad de tan solo 180 micrimetros de espesor. Debajo de esta zona en ese ambiente anaeróbico, se estimula la actividad e las bacterias reductores de sulfato (BRS), las que son capaces de proliferar, aun cuando la concentración de oxigeno y la temperatura, en el agua circundante sea elevadas (Furussaka et al., 1991). Esto se explica en base a la existencia de una de barrera de difusión de la BP (o de la matriz de MPS) que apenas recientemente ha sido estudiada mediante observaciones, con el uso de un microscopio cofocal de rayos láser (Characklis, 1986; Duquette, 1986). Con el cual se ha elaborado un modelo de BP constituido fundamentalmente por "clusteres" o acumulos microbianos y canales de intercomunicación, por medio de los cuales el flujo es esencial controlado por convección más que por difusión como se muestra en la figura 6. Estos nuevos hallazgos han establecido un nuevo concepto de BP, el cual puede ser modificado mediante la acción generalizada de ciertos biocidas que actúan directamente sobre los microorganismos adheridos al metal (Costerton y Bolivin, 1989). Una BP esta constituido por células microbianas que producen MPS capsulares, los que no solo aseguran su adhesión al metal, también establecen un gradiente de densidad de las moléculas orgánicas que constutiyen, lo cual a su vez modifican la concentración de los iónes, que como los cloruros, que estimulan la BC, o que impiden la salida hacia la interfase de productos metabolitos de naturaleza ácida, y con ello generan a su vez áreas con pH ácido en le internase (Elsgaard y Jorgensen, 1992; Sanders y Hamilton, 1986) , fenómenos similares se suceden el ene suelo cuando materia orgánica de diversas complejidad se mineralizan en el suelo (Bolivin et al., 1990) y en el agua (Touvinen y Mair, 1986). La magnitud de estos ingredientes de pH (Costerton, 1994; Costerton y Bolivin, 1989) es dependiente de la capacidad amortiguadores del ambiente líquido circundante y otras variables (temperatura, oxigeno, concentración de minerales, etc) en forma analógica a loe que se observa en el suelo durante la mineralización de carbono y nitrógeno orgánico (Furussaka et al., 1991), o bien durante la transformación de minerales (Alexander, 1965; Burdige y Nealson, 1986). Recientemente se publico la distribución no homogénea de una BP sobre superficies metalizas (Videla et al., 1994) determina la resistencia a la corrosión en aleaciones de cobre níquel expuestas a agua de mar (Videla, 1989). Estas aleaciones colonizadas por bacterias y otros microorganismos después de periodos de exposición de agua de salada, a pesar de sus conocidas propiedades anti-ensuciamiento. En este caso, la distribución de la BP sobre la superficie metálica, es claramente dependiente de la composición y distribución de los productos de corrosión en la interfase metal-solución (Touvienen y Mair 1986) y por supuestos de la composición química de la aleación (Sanders y Hamilton, 1986). La disposición de las películas pasivas sobre el metal, se caracterizan por una distribución estratificada que facilita su posterior desprendimiento, causada por el moviento turbulento del agua.

En consecuencia se observa una distribución no homogénea de la BP, con un incremento de la corrosión por aeración diferencial (Videla y Salvarezza, 1984). Estos efectos se ven facilitados en los casos de BE por especies microbianas de mayor tamaño que las bacterias, como los protozoarios (Costerton y Bolivin, 1989), los cuales también poseen organelos con adhesión, que constituyen adecuadamente los MPS de las bacterias. Estos organismos son luego desprendidos por el efecto de corte del flujo líquido (Dexter, 1976), dejando áreas descubiertas de metal expuestas y sensibilizadas a la acción corrosiva del agua del mar. Los microorganismos que forman consorcios o comunidades mixtas en el espesor de las BP que producen efectos sinérgicos, que no son causados por especies microbianas individuales (Brankevich et al., 1990). Por ejemplo la coexistencia de especies aeróbicas y anaeróbicas sobre la superficie de acero al carbono, permite que bacterias capaces de reducir los compuestos férricos (insolubles) a ferrosos (solubles) causen la disolución de capas de pasivamente del hierro (Brock y Gustafson, 1976; King, 1995) constituidas predominantemente por óxidos e hidróxidos férricos (Videla et al., 1994). De esta manera se facilita el acceso a al superficie metálica de los sulfatos y otros productos corrosivos generados por las BRS anaeróbicas (Kearns y Little, 1994), que conforman consorcios microbianos en el espesor de la BP como se ilustra en la figura 6.

El impacto de los metabolitos extractados por los microorganismos sobre la reacción de corrosión se ven intensificados en las zonas de contacto entre microorganismos y la superficie metálica (Daumas et al., 1988). Por ejemplo, los metabolitos ácidos que inducen la corrosión localizadas de las aleaciones de aluminio de uso aeronáutico, por la actividad fúngica que contamina los turbo combustible (Videla, 1989), en esos casos, ocurre la preferencia en el lugar donde el micelio se fija en el metal como sucede cuando los microorganismos mineralizan metería orgánica y distribuyen a la formación de agregados en el suelo (Characklis, 1981). Esta adhesión se producen en zonas donde coexisten tres fases: agua, combustión y metal en condiciones adecuadas para inducir la BC. El ataque biológico, reproducen el contorno del micelio fúngico y causa una disolución preferencial de os componentes minerales o metálicos de la aleación, en las zonas de fijación, en consecuencia picaduras serán observadas posteriormente (Videla, 1992).

II. MÉTODOS DE DETECCIÓN Y CONTROL DE LA BIOCORROSIÓN.

La inevitable presencia y posterior actividad de los microorganismos en el agua de alimentación causa BE ya sea en agua de pozo de rió, estatuario o marina (Inverson, 1987). El resultado del BE, es función de la carga microbiana y de las características operacionales del sistema (velocidad de flujo, temperatura, diseño estructural), por ello la secuencia de los procesos correspondientes a su establecimiento y en consecuencia de los problemas de corrosión (Touvinen y Mair, 1986).

Generalmente los tratamientos químico implementados en a industria, no contemplan las interacciones entra los depósitos biológicos e inorgánicos, ni la compatibilidad entre un tratamiento inhibidor de corrosión y un biocida de aplicación simultanea (Kobrin, 1993).

Las medidas para eliminar el BE, coinciden con el control de los depósitos orgánicos, aunque generalmente son estrategias que deben adecuarse al problema (Kearns y Little, 1994). El registro del sistema debe incluir variable métodos que permitan medir el proceso dela BC y el BE. El método mas frecuente utilizado en el control de BE es por clorinación periódica o continua del agua de alimentación, para matar los microorganismos de la BP y solubilizar parcialmente el MPE (De Beer et al., 1994), que cohesiona los componentes dela BP. En ciertos sistemas la cloración no se emplea por razones de incompatibilidad química y ambiental. Lo cual ha llevado a implementar tratamiento biocidas y dispersantes de concepción mas moderna con especula énfasis en la preservación del ambiente (Leal et al., 1994). En investigaciones recientes se ha comprobado que la concentración de cloro en el interior de la BP, con solo alcanza a los estratos mas superficiales (De Beer et al., 1994) y se limitan a una concentración efectiva que representa solo el 20% del nivel del cloro en la fase liquida. Estas limitaciones en el uso del cloro en los ultimo años, ha concentrado la atención en otros biocidas alternativos de mejor compatibilidad con el ambiente (Leal et al., 1994). Entre ellos, el ozono es un biocida prometedor. La calidad de un biocida se evalúa en función de que no se pierda rápidamente se máxima actividad contra los microorganismos de una BP, responsables de la corrosión, periodo breve, por ello se considera que los mejores biocidas, deben tener propiedades pasavantes (protección), sobre ciertos metales y relaciones comunes en la industria e incluso acción antiincrustante, para evitar la acumulación de nutrientes que atraen a los causantes de BC (Kobrin, 1993). En los últimos años el interés por el ozono como biocida en el sistema de enfriamiento, ha aumentado y numerosos reportes, así u factibilidad económica ha sido recomienda por NACE.

Identificación de la BC.

Aspecto superficial de la aleación.

Una de las formas de identificar la BC es la inspección microscópica de la muestra (Cragnolino, 1983).Varios tipos de cambios en la superficie del metal puede ser atribuidos a la presencia de microorganismos: depósito característicos, blandos y/o mucilaginosos (Dester et al., 1991) tubérculos o excrecencias del matal (Cragnolino, 1983; Kearns y Little, 1994) que contiene microorganismos vivos y perforaciones en las superficie de aleación de acero inoxidable (Ballesteros et al., 1995; Ballesteros-Almanza et al., 2000) acero ala carbón aleaciones de cobre (Cragnolino, 1983), en general distribuidos irregularmente, pequeños orificios con cavidades formadas por debajo de la superficie (Daumas et al., 1988). Estas estructuras son frecuentes en el acero inoxidable por la actividad de bacterias del genero Gallionella (Belkin et al, 1986; Belkin et al, 1986). Estrías brillantes, visibles después de la remoción de depósitos (Rossmoore y Rossmoore. 1993). El aspecto de los depósitos pueden indicar cuales son los microorganismos participantes: fibroso; hongos filamentosos (Hill et al., 1987) negro: bacterias reductoras de sulfato (Daumas et al., 1988) naranja o castaño: bacterias oxidantes de hierro como Gallionella spp,(King, 1995), mientras que las bacterias oxidantes de azufre con el genero Thiobacillus spp, grupo conocido que produce cambios en el material de color amarrillo, debido a la liberación de ácido sulfurillo que causan la oxidación (corrosión del metal), o bien el color marrón del material capsular (mucopolisacáridos), producidos por los microorganismos para adherirse y atrapar nutrientes, lo cual le da un aspecto viscoso, de las bacteria formadores de limo. Sin embargo esto es lo principio el análisis microbiológico, es fundamental para confirmar que la causa tiene origen biológico. Todo lo anterior esta resumido de manera sencilla en el cuadro 2, lo cual permite realizar un diagnostico rápido de la BC (Childers et al., 1992).

Dinámica de la biocorrosión.

Es preciso identificar y enumerar los microorganismos causantes de la corrosión. Así como: bacterias aeróbicas totales, bacterias anaeróbicas, hongos, que son indicadoras de la gravedad del problema (Sanders y Hamilton, 1986). Los microorganismos suspendidos en la fase planctónica causan el deterioro de la superficie metálica, por la producción de metabolito corrosivos o indirectamente por el consumo de los inhibidores de la corrosión (Duquette, 1986; Gaylarde). La corrosión generalizada es una forma frecuente de corrosión de los metales atacados por los microorganismos adheridos a la superficie de la BP causan corrosión localizada en general mas severa (Videla, 1989).

Se observa puntiforme, estrías o áreas brillantez en el metal, acuerdo con la localización y el tipo de depósito. La detección de los microorganismos se realiza mediante muestreos, de los depósitos de frase acuosa como se ha señalado en los cuadros 2 y 3 (Blumentals et al., 1990; Kearns y Lettle, 1994). Por ello existen laboratorios especializados en análisis de muestras, para detectar la BC en base en diferentes aspectos biológicos del deterioro de materiales, se han desarrollado recientemente métodos como los empleados en biología molecular (Belkin et al., 1986; Fiala y Stetter, 1986) a los métodos eléctricos (Dester et al., 1991) y aquellos que se usan como indicación de la BC su actividad metabólica: consumo de oxigeno, y producción de CO2, cinéticamente enzimático. El análisis de los depósitos pueden indicar el tipo de microorganismo de actividad: compuestos de azufre reducido (Sanders y Hamilton, 1986). Azufre oxidado, bacterias quimiolitotroficas del azufre (Alexander, 1995; Childers et al., 1992). Óxidos de hierro por bacterias quimiolitotroficas de este elemento (Brock y Gustafson, 1976). Las técnicas empleadas son métodos de rutina en química analítica y varían desde el microanálisis a la espectrometría de masa. El análisis microbiológico consta de dos partes (Kearns y Little, 1994): i) determinación de microorganismos totales como la principal herramienta son los métodos ópticos o inmunológicos. ii) detección, enumeración e investigación de microorganismos especifico como se presentan en los cuadros 2 y 4. Por ello de manera convencional se han señalado básicamente tres métodos de detección de la BC: i) enumeración directa total: de célula viables, activas y latentes incluyen las muertas ii) células visibles (que se reproducen) en este caso se utiliza el crecimiento de las células en medios de cultivos generales y/o selectivos y iii) la actividad celular (que no necesariamente es su cultivo artificial).

Cuadro 2. Técnicas pruebas de laboratorio para el diagnóstico de la corrosión causada por microorganismos.

B= bajo M= medio A= alto

ATP = Trifosfato de adenosina (compuesto de transferencia de energia de las células). ELISA ensayo inmunoenzimatico (Manual práctico de biocorrosión y biofoulling para la industria, 1995).

Aquí se considera a acción de una enzima, o la liberación de un producto especifico del metabolismo de los microorganismos involucrados, cultivarlos. Por ello las enzimas como sustrato para su transformación.

Cuadro 3. Pruebas básicas para el diagnostico sencillo, rápido y eficaz de biocorrosión en diversos ambientes.

+ = ventaja – = desventaja 0 = normal

(Manual práctico de biocorrosión y biofoulling para la industria, 1995).

De tal forma que la codificación geneática de ciertas enzimas en bacterias relacionadas directamente con la corrosión, ha permitido la elaboración de "Kits" que facilitan la rápida detección de los microorganismos ejemplo de ello, se presenta en la tabla 1. Kit hidrogenaza Rapidchek MR. El Kit hidrogenasa se basa en la determinación de la actividad de la hodrogenasa (Bolivin, 1990; Bryant et al., 1991; Burdige y Nelson, 1986), enzima del metabolismo del Hidrógeno en un amplio numero de bacterias anaeróbicas como: Desulfovidrio, Desulfotomaculum, Clostridium, en la BC. Esta enzima cataliza la reducción H2———2H+ +2 e- oxida el hidrógeno que proviene de la acción catódica y es detectado por un indicador del potencial redox (Kearns y Little, 1994; King, 1995), aunque un aspecto importante que debe considerarse son las condiciones a las cuales muestran deben someterse para el diagnostico de la BC como se muestra en el cuadro 5.

Cuadro 4. Pruebas comerciales para el diagnostico de biocorrosión en general..

(Manual práctico de biocorrosión y biofoulling para la industria, 1995).

La utilización del sulfato por las BRS, requieren la actividad de la enzima repara la reducción del sulfato a sulfito, una reductasa de fosfo-sulfonato de adenosina. Está enzima existe en todas las BRS y se detectan por métodos inmunológicos con el Kit Rapidcheck. La actividad de la enzima se demuestra por cambio de color, un indicador.

Cuadro 5. Métodos de dispersión de muestras para detectar biocorrosión.

(Manual práctico de biocorrosión y biofoulling para la industria, 1995).

Prevención y control de biocorrosión y bioensuciamiento.

La regla para prevenir y control la BC y BE en los sistemas industriales es mantener limpio el sistema: Una planta industrial por ejemplo puede sufrir diversos problemas. Los mas frecuentes: i) sistema de enfriamiento industrial (de recirculación abierto o cerrado), ii) líneas de inyección de agua, iii) tanques de almacenamiento, iv) sistemas de tratamiento de aguas negras, v) sistemas de filtración, vi) tuberías de uso diverso, vii) membranas de ósmosis reversa, viii) sistema de distribución de agua potable, etc. Como en la mayoría de los sistemas industriales los depósitos de BE están relacionados por diversos tipos de ensuciamiento abiótico, para su prevención y control se debe considerar no solo la actividad y crecimiento microbiano, sino también las condiciones fisicoquímicas de la interfase metal-solución, y las relaciones químicas en el fluido circudantes. En la prevención control de la BC y BE en sistemas industriales, es primordial, un adecuado seguimiento de las condicione de operación del sistema. Por ello una variación de las variables de origen biológico e inorgánico de la BC.

Métodos usados para prevenir y controlar la BC:

Limpieza

Se considera que la limpieza en general esta originada a la remoción de depósitos en la superficie metálica de un sistema, en base a dos criterios:

-Incrustaciones (depósitos o scaling)

-Sedimentos o limo (slime).

Aunque los sistemas mas empleados para prevenir la BC considera mas el aspecto electroquímico del proceso microbiológico. Los métodos convencionales, como las cubiertas protectoras o la protección catódica, son comunes. La eliminación de microorganismos causantes es difícil en suelos o sistemas abiertos, mientras que en taques o sistemas cerrados la eliminación es más sencilla con bactericidas. Desde el punto de vista microbiológico, se puede atacar el problema en dos aspectos fundamentales.

1. Destruyen o inhiben crecimiento y/o actividad metabolismo de los microorganismos con agentes bacteriostáticos y bactericidas.
2. Modificando las características biológicas (aeración para inhibir las bacterias anaeróbicas, pH fuera del adecuado para el crecimiento, etc).

En el caso de los agentes bacteriostáticos y bactericidas deben reunirse ciertos requisitos:

1) especificidad sobre la clase de BC. 2) capacidad para mantener su acción inhibitoria frente a otras sustancias en similares condiciones de temperatura, pH, sin inducir resistencia. 3) no causar corrosión en el sistema donde se aplica.

En el caso de las BRS los cromatos se emplearon con éxito par evitar la CCM así como las sales cuaternarias de amonio y el naranja de acridina, de igual manera los clorofenoles, poliamidas y otros.

En los tanques de aviación, el etilenglicol monometileter (EGME), compuestos orgánicos de Boro son efectivos.

La otra manera de disminuir el efecto de la BC es: a) eliminación de las fuentes de azufre para los tiobacilos, b) cambios en la concentración de oxigeno, en el caso delas bacterias anaeróbicas la anaeróbicas la aeración puede ser efectiva y economía, la forma de conseguirlo, puede ser desde la aeración forzada (en tanques y aguas estancadas) , hasta el diseño de estructuras de grava con drenaje y aeración para el lecho de redes de cañería en suelo bajos, c) el pH influye en el crecimiento máximo de cada especie bacteriana. Un pH igual o menor que 5 inhibe el crecimiento de BRS, pero es muy corrosivo. Las condiciones de ligera alcalinidad pueden ser más útiles en el hierro y acero, mediante la aplicación de carbonato de calcio o cal (Videla y Charcklis, 1992).

Otros métodos empleados con frecuencias son las cubiertas protectora, una capa que se separa o aísla el metal o la aleación del ambiente corrosivo. Este método es indicado el caso de que nos sea la aplicación de bactericidas (en sistemas abiertos como las cañerías).

Debe ser un tipo de cubierta que nos sea atacada por bacterias, b) no debe sufrir proceso degradativo que causa la liberación de sustancias corrosivas (Torres-Sánchez et al., 1997).

La brea y el asfalto son convenientes para tuberías enterradas. Así las camisas de polietileno como capas protectoras en cañerías, siempre es necesaria una adherencia de la cubierta protectora al metal, que impida la humedad. Las cubiertas protectoras también pueden ser naturales, como la detectada en piezas arqueológicas del tipo fino, compacta llamada vivianita o fosfato de ferroso básico que inhibe anodinamente el proceso de BC. Finalmente la protección catódica, así se ha sugerido que el ion ferrosos con un potencial de –100mV por debajo de 850mV (vs. electrodo de Cu/CuSo4) necesaria para proteger el acero en condiciones normales (Sanders y Hamilton, 1986; Touvinen y Mair, 1986; Videla, 1989; Videla y Salvarezza, 1984).

III. CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

La colonización microbiana de metales y aleaciones de uso industria a través de la formación e biopeliculas (compuestas por células sésiles, MPS y agua) modifican drásticamente de la respuestas de los materiales a la BC. Estos cambios se deben a modificaciones de sitio localizados del tipo y concentración de iones, pH y niveles de oxigeno, así como la introducción de barreras al transporte de especies químicas desde y hacia la interfase metal/solución. Se produce así un cambio en la composición y estructura de los productos de corrosión y películas pasivantes. Así como de las variable electroquímicas utilizadas en el seguimiento de la BC.

El uso de técnicas adecuadas de muestreo y seguimiento complementario por métodos microbiológicos y electroquímicos de campo y laboratorio, es necesario para entender los efectos derivados de la actividad microbiana y el papel de las biopeliculas en proceso de la BC. Por tanto se considera, que esta evaluación debe realizarse en cada sistema manera individual.

Principalmente por que hoy las leyes que regulan 1a calidad ambiental, son cada vez más exigentes y restrictivas. El registro de nuevos biocidas y su instalación demanda el estar sujeto a reglamentación. Cuanto más se conozca sobre el efecto de biocidas y de otros agentes para el control de bioensuciamiento y biopeliculas. Aunque para prevenir la BC deben agotarse las alternativas no contaminantes: como la eliminación de fuentes de nutrientes del consorcio que BC provenientes de productos orgánicos así como la utilización de biocidas no contaminantes como el ozono, antes de emplear sustancias tóxicas que afectan negativamente el ambiente..

IV. BIBLIOGRAFÍA

1. Alexander, M. 1965. Most probable number methods for microbial populations. In Methods of soil analysis part 2. Chemical and biological proprieties. (Black, C. A.., ed).

Amer Soc. Agronomy. Madison. Pp 1467-1472.

1a. Alexander, M. 1977. Introduction to soil microbiology. John Wiley & sons, New York.

2. Ballesteros M.L., M. Navarrete-Bedolla., M.L. R. Torres., G. Hernández-Luna y J.M. Sánchez-Yánez. 1995. Bacterial corrosion at high temperature on 304 and 316 stainless steels treatment by head. IV INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCED MATERIALS. AUGUST 27, SEPTEMBER 1, CAN CUM Q.R. MEX

3. Ballesteros-Almanza, M.L., M. Navarrete-Bedolla J.M Sánchez-Yánez., B Valdez-Salas and G Hernández-Duque. 2000. Corrosión inducida por la bacteria hipertermoofila Thermoproteus neutrophillus en el acero inoxidable AISI 304 Sensibilizado. CIENCIA NICOLAITA (aceptado par su publicación).

4. Belkin. S., C. O. Wirsen and H.W. Jannasah. 1986. A new sulfure-reducing extremly thermophilic eubacterium from submarine thermal vent. Appl. Environ. Microbiol. 51 :1180-1185.

5. Blumentals, I.I., M. Itoh., G.J. Olson, and R.M. Kelly. 1990. Role of polysulfides in reduction of elemental sulfur by the hyperthermophilic archaebacterium Pyrococcus furiosus. Appl. Environ Microbiol. 56 :1255-1262.

6. Bolivin, J., Laishley, E.J., Bryant, R.D., Costeron, J.W. 1990. The influenced of enzime systems on microorganism induced corrosion. Corrosión. Paper No 128.

7. Booth, G.H. 1971. Microbiogical corrosión. Mills and boon. Limited pp 61.

8. Brankevich,G.J., de Mele, M.F.L., Videla, H.A. 1990. Biofouling and biocorrosion in power plant cooling water systems. Marine Tech. J. 24: 18-28.

9. Bryant, R.D.., Janssen W., Bolvin, J., Laishley, E.J. & Corterson J.W. 1991. Effect hydrogenase and mixed sulfate-reducing bacterial population on the steel corrosion of steel. Appl. Environ. Microbiol. 57 :2804-2809.

10. Brock, T.D. and J. Gustafson. 1976. Ferric iron reduction by sulfur and oxidizing bacteria. Appl. Environ. Microbiol. 32 :567-571.

11. Burdige, D.J., K.H. Nealson. 1986. Chemical and microbiological studies of sulfide mediated manganese reduction. Geomicrobiol. J. 4:362-387.

12. Characklis, W.G. Influence of microbial biofilms on industrial processes. 1986. In Argentine-USE Workshop on Biodeterioration Proc (H.A Videla ed.). Aquatec Chemestry, Sao Paulo, Brazil 181-216.

13. Characklis, W.G. 1981. Fouling biofilm development. A process analysis. Biotech. Bioeng. 23:1923-1960.

14. Characklis, W.G., Cooksey, K.E. 1983. Biofilms and microbial fouling. Adv. Appl. Microbiol. 29:93-138.

15. Chapelle, F.H., and D.R. Loevley.1992. Competitive exclusion of silfate reduction by Fe (III)-reducing bacterial: a mechanism for producing discrete zone of high iron ground water. Ground water. 30:29-36.

16. Childers, S.E., N. Vargas, and K.M. Noll. 1992. Improve methods for cultivation of the extremely thermophilic bacterium Thermotoga neapolitana. Appl. Environ. Microbiol. 58 :3949-3953.

17. Coleman, M.L., D.B. Hedrick, D.R. Loveley., D.C. While and K. Pye. 1993. Reduction of Fe (III) in sediments by sulphate reducing bacterial. Nature 361:436-438

18. Costerton, J.W. 1994. Structure of biofilm. In Biofouling and biocorrosion in industrial water systems. (G.G. Geesey, Z. Lewandowski., H.C. Flemining. eds). Lewis Publishers. Boca Raton, F11-14.

19. Costerton, W.J. and Bolvin, J., 1989. The role of biofilm in microbial corrosion. Ann. Rev. Microbiol. 42:85-89.

20. Costello. J.A: 1969. The corrosion of metals by microorganism a literature survey. Int. Biodeter. Bull., 5:101-118.

21. Cragnolino, G. 1983. The role of sulfate-reducing and sulfur oxidizing bacteria on localized corrosion. NACE. CORROSION 83. Paper No 224.

22. Daumas, S., Massiani, and Crousier, J. 1988. Microbiological battery induced by sulphate-reducing bacteria. Corrosion Science. 28:926-940.

23. Dexter, S.C. 1976. Influence of substrate wettability on the formation of bacterial slime films on soild surface immersed in natural seawater. 6th. Intern. Congr. On Marine Corr. And Fouling Proc. Juan Les Pins. Antibes, France. 137-144.

24. Dester, S.C., Duquette, D. J., Siebert., O.W. Videla, H.A. 1991. Use and limitations of electrochemical techniques for investigating microbiological influenced corrosion.

25. De Beer., D., Srinivasan, R, Stewart, P.S. 1994. Direct measurement of chlorine penetration into biofilms during desinfection. Appl. Environ. Microbiol. 60:4339-4344.

26. Duquette, D.J. 1986. Electrochemical technique for evaluation of microbiologically influenced corrosion processes. Advantages and Disadvantages. In Argentine-USA. Whorkshop on Biodeteroration Proc (H.A Videla. ed). Aquatec Quimica. Sao Paulo. Brazil, 15-32.

27. Elsgaard, L., and B.B Jorgensen. 1992. Anoxic transformation of radiolabeled hydrogen sulfide in marine and freshwater sediments. Geochem Cosmochem, Acta 56:2425-2435.

28. Fiala, J., and K.O. Stetter. 1986. Pyrococcus furiosus sp nov. Represents a novel genus of marine heterotrophic archaebacteria growing optimally at 1000C. Arch. Microbiol.145:56-61.

29. Furussaka., c., Y. Nagatsuka, and S. Ishikuri. 1991. Survival of sulphate-reducing bacteria in oxic of paddy soils. P: 259-266. In Berthelin (ed). Diversity of environmental biogeochemistry. Elsevier. New York.

30. Gaylarde, C.C., Videla, H.A. Localised corrosion induced by a marine Vibrio. Intern. Biodet. 23:91-104.

31. Hill, E.C., Shennan, J.L., Watkinson, R.J. (eds). 1987. Microbial problems in the offshore oil industry, institute of Petroleum. John Wile and sons, Chichester, U. K.

32. Iverson, W.P. 1987. Microbial corrosion of metals. Adv. Appl. Microbiol. 32:1-36.

33. Kearns, J., Little, B.J. (eds) 1994. Microbiologically influenced corrosion testing. ASTM, STP 1232, Philadelphia. PA, pp 297.

34. King., R.A 1995. Monitoring techniques for biological induced corrosion. In Bioextraction and biodeterioration of metals. (C. C. Gaylarde, H.A. Videla, eds). Cambridage Universitary Press, Cambridage, U, K, pp 271-305.

35. Kobrin, G. (ed).1993. A practical manual on microbiologically influenced corrosion. NACE International, Houston, TX.

36. Licina, G.J. 1988. And overview of microbiologically influenced corrosion in nuclear power plant systems. Material Performance 28:55-60.

37. Leal, C, M., Sánchez-Yánez, J. M y Peña-Cabriales J. J. 1994. Efecto de biocidas sobre la contaminación microbiana de fluidos de corte. IV Reunión Nacional sobre Ciencias de los Materiales. Can Cun, Q.R. (Memorias).

38. Lowes E.S., Jain M.K. And Zeikus J.G. 1993. Biology ecology and biotechnology application of anaerobics adapted to environmetal stress in temperture pH salinity or substrate. Microbiol Rev. 57:451-509.

39. Manual practico de biocorrosión y biofoulling para la industria. 1995. CYTED. Programa iberoamericano de ciencia y tecnología para el desarrollo. Subprograma XV corrosión impacto ambiental sobre materiales. Red temática XV. C Red iberoamericana de corrosión microbiológica y biofouling en sistema industriales (BIOCORR). M.D. Ferrari., M.F.L. de Mele y H.A. Videla, eds.

40. Navarrete-Bedolla, M., M.L. Ballesteros-Almanza., J.M. Sánchez-Yánez., B. Valdez-Salas and G. Hernández-Duque. 1999. Biocorrosion in a Geothermal Power Plant. Material Performance 38:52-57.

41. Pintado, J. L. Moreno, F. 1986.Corrosión microbiología en centrales hidroeléctricas. Corrosión y Protección. XVII. 361-366.

42. Rossmoore, H.W., Rossmoore, L.A. 1993. Microbiologically influenced corrosion, in metalworking processes and hidraulyc systems, in a practical manual on microbiologically influenced corrosion. (G. Kobirin ed.)NACE Interrnacional, Houston, Tx 31-40.

43. Sanders, P.F., Hamilton, W.A. 1986. Biological and corrosion activities of sulphatereducing bacteria in industrial process plant. In Biologically induced corrosion. (S.C. Dexter ed). NACE8. Houston, TX. 47 – 48.

44. Silva, A.J.N., Tanis, J.N. Silva, J.O. silva, R. A. 1986. Alcohol industry biofilm and their effect on corrosion of 304 stainless steel. In Biologically induced corrosion. (S.C. Dexter ed). NACE –8. Internacional corrosión conference series, NACE, Texas 76-82

45. Torres-Sánchez., R., A. Magaña-Vázquez., J. M. Sánchez-Yañez and L.M. Gomez. 1997. High temperature microbial corrosion in the condenser of a geothermal electric power unit. Material Performance 36:43-46.

46. Touvinen, O.H., Mair, D.M. 1986. Corrosion of cast iron pipes and associated water quality effects in distribution systems in Biodeterioration 6 (S. Barry., D. R. Houghton, G.C. Llewllyn, C, E. O, Rear, eds), CAB International/The biodeterioration Society Slough, U.K, 223-227.

47. Videla, H.A. 1989. Biological corrosion in biofilm effects on metal biodeterioration. Biodeterioration Research 2. (C.E. O Rear., G.C. Llewellyn, eds ). Plenum Press. Nnew York, 39-50.

48. Videla, H. A. Characklis, W,. G. 1992. Biofouling and microbially influenced corrosion,. Intern. Biodet. Biodegratation 29:195-212.

49. Videla . H.A. Bianchi, F., Freitas, M.M. S., Canales, C.G., Wilkes, J.F. 1994. Monitoring biocorrosion and biofim in industrial waters: apractical approach in Microbially influenced corrosion testing (J.R. Kearns, B.J. Littile, eds). ASTM STP 1232. Phyladelphia, USA. 128-132.

50. Videla, H.A. Salvarezza, R. C. 1984. Introducción a la corrosión microbiológica. Biblioteca Mosaico. Librería Agropecuaria, Buenos Aires. Republica de Argentina. 127135.

Autor:

Dr. Juan Manuel Sánchez-Yáñez

Profesor Investigador de tiempo completo Titular "C". Perfil PROMEP

Laboratorio de Microbiología Ambiental

Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas Edif.. B-3

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, Michoacán, México.