BIOENSUCIAMIENTO DE ACEROS: CORROSIÓN MICROBIANA Y BIORREMEDIACIÓN

Transcripción

1 JORNADA Bioensuciamiento A0+I Plataforma de Aceros: Tecnológica Corrosión Española Microbiana del y Acero Biorremediación (PLATEA) 15 de Diciembre de 2011 BIOENSUCIAMIENTO DE ACEROS: CORROSIÓN MICROBIANA Y BIORREMEDIACIÓN Diego A. Moreno diego.moreno@upm.es Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Universidad Politécnica de Madrid 1

2 ÍNDICE Grupo BIO-MAT Bioensuciamiento Corrosión Microbiana Biorremediación 2

3 GRUPO DE BIOINGENIERÍA Y MATERIALES (BIO-MAT) Diego A. Moreno (Dr. Farmacia) Carlos Ranninger (Dr. Ingeniero Industrial) Ana M. García (Dr. CC Biológicas) Antonio Moreno (Físico y Dr. Ingeniero de Caminos) M. Ascensión Fernández (Dr. Farmacia) M. Isabel Paz (Dr. CC Químicas) 3

4 LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Interacción entre materiales y seres vivos Biopelículas y bioensuciamiento Corrosión microbiana y biodeterioro Biodegradación y bionanotecnología Comportamiento de materiales en servicio Biomateriales y nuevos materiales Enzimología Industrial 4

5 FUNDAMENTOS DE BIOENSUCIAMIENTO PORTADA REVISTA METALURGIA Micrografía de SEM (empleando electrones reetrodispersados) del Bioensuciamiento de un acero inoxidable austenítico UNS S30403 (lijado a ) por Staphylococcus epidermidis tras 24 h de incubación a 37ºC en medio TSB (3000x) MI Sarró et al. Revista de Metalurgia, 2004, 40(1):

6 ? 6

7 PUNTA DE ALFILER (x15) 7

8 PUNTA DE ALFILER (x75) 8

9 PUNTA DE ALFILER (x500) 9

10 BIOFILM = BIOPELÍCULA Conjunto de células inmovilizadas en un sustrato y embebidas en una matriz exopolimérica de origen microbiano que las mantiene unidas junto a otras sustancias del medio en que se encuentran Characklis & Marshall (1990) Biofilms. John Wiley & Sons. MATERIAL AGUA MICROORGANISMOS 10

11 FASES DE FORMACIÓN DE UNA BIOPELÍCULA Center for Biofilm Engineering Montana, USA. 1. Transporte a la superficie 2. Adhesión inicial reversible 3. Adhesión irreversible, Attachment 4. Colonización 5. Desprendimiento, Detachment 11

12 CONSECUENCIAS NEGATIVAS DEL DESARROLLO DE BIOPELÍCULAS Bioensuciamiento (Biofouling): Ensuciamiento de la superficie de los materiales asociado a actividad de los organismos: acumulación de micro y/o macroorganismos y sus productos metabólicos Biodeterioro: Cambio indeseable en las propiedades de un material causado por la acción de un organismo vivo Corrosión Microbiana: Implica la participación de los microorganismos en la corrosión del metal: iniciándolo o acelerándolo 12

13 CONSECUENCIAS POSITIVAS DEL DESARROLLO DE BIOPELÍCULAS Biodegradación: Transformación de materiales o substancias nocivas o perjudiciales para el hombre y posterior aprovechamiento de los productos resultantes del proceso Biorremediación: Reparación del daño ocasionado al ecosistema provocado como consecuencia de la actividad humana 13

14 FUNDAMENTOS DE CORROSIÓN MICROBIANA (MIC) MICROBIOLOGICALLY INFLUENCED CORROSION MICROBIOLOGICALLY INDUCED CORROSION MICROBIALLY INFLUENCED CORROSION MICROBIALLY INDUCED CORROSION MICROBIAL INFLUENCED CORROSION MICROBIAL INDUCED CORROSION MICROBIAL CORROSION BIOLOGICAL CORROSION BIOCORROSION 14

15 Importancia Económica de la MIC It is estimated that about 20% of all corrosion damage of metals and building materials is microbially influenced and enhanced. H.-C. Flemming. Economical and Technical Overview. Microbially Influenced Corrosion of Materials, E. Heitz, H.-C. Flemming, W. Sand (eds.), Springer-Verlag, Berling, Heidelberg, New York, 1996, pp (ISBN ) The cost of corrosion came to $ 276 B corresponding to 3.1% of the US Gross Domestic Product (GDP) GH Koch, MPH Brongers, MG Thompson, YP Virmani, JH Prayer. Corrosion Cost and Preventive Strategies in the United States, Office of Infrastructure Research and Development, FHWA-RD , Federal Highway Administration (FHWA), Department of Transportation (DOT), McLean, VA, USA,

16 Concepto de Corrosión School 1 Corrosion is the destructive result of a chemical reaction between a metal or metal alloy and its environment. The degradation of many nonmetallic materials, such as ceramics, or polymers, is not defined here as corrosion, and the treatment of such processes is generally beyond this book. Principles and Prevention of Corrosion. Denny A. Jones METALLIC MATERIALS School 2 Corrosion is defined as the destruction or deterioration of a material because of a reaction with its environment. Some insist that the definition should be restricted to metals, but often corrosion engineers must consider both metals and nonmetals for solution of a given problem. For purposes of this book, we include ceramics, plastics, rubber, and other non-metallic materials. Corrosion Engineering. Mars G. Fontana METALLIC + NON-METALLIC MATERIALS Carbon Steels Copper and Copper Alloys Stainless Steels Aluminium and Aluminium Alloys Titanium and Titanium Alloys Wood Natural Stone Textiles Glass Concrete Polymers Corrosion. The chemical or electrochemical reaction between a material, usually a metal, and its environment that produces a deterioration of the material and its properties. ASTM, G Standard Terminology Relating to Corrosion and Corrosion Testing. ASTM Volume Corrosion of Metals; Wear and Erosion 16

17 Evolution of the papers on MIC & Corrosion Log No. of papers 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Log MIC Log Corrosion Year Diego A. Moreno,Microbiologically Influenced Corrosion (MIC). A review from 2005 to 2007, IBBS-14 17

18 Aceros al carbono Probetas de acero al carbono sumergidas durante 13 meses. Embalse de Guadalupejo (Valdecaballeros) Cortesía de JL Pintado y F Montero, Iberdrola SA 18

19 Constituyentes mayoritarios: Lepidocrocita [FeO(OH) γ] + Magnetita (Fe 3 O 4 ) Constituyentes minoritarios: Goethita [FeO(OH) - α] + Maghemita (Fe 2 O 3 γ) Gallionella Leptothrix Pústula bacteriana típica sobre acero al carbono (7x) Central Hidroeléctrica de Valdeobispo (Cáceres) Cortesía de JL Pintado y F Montero, Iberdrola SA Sulphate-Reducing Bacteria (SRB) 19

20 Teoría de la despolarización catódica por bacterias sulfatorreductoras Metal Reacción anódica 4 Fe 4 Fe e- Reacción catódica 8 H e- 4 H 2 Solución Disociación electrolítica del agua 8 H 2 O 8 H OH - Microorganismo Despolarización catódica bacteriana SO 4= + 4 H 2 S H 2 O Productos de corrosión Fe 2+ + S 2- SFe 3 Fe OH - 3 Fe(OH) 2 4 Fe(OH) 2 + O 2 + H 2 O 4 Fe(OH) 3 Manual of Biocorrosion. Ed. HA Videla. Lewis Publishers,

21 Corrosión en sistemas de almacenamiento y conducción de biogás en las plantas depuradoras de aguas residuales de la Comunidad de Madrid 21

22 C. Ranninger et al. Werkstoffe und Korrosion, 1994, 45(2):

23 Aceros Inoxidables Cadena de rodillos de una compuerta. Central Hidroeléctrica de Valdeobispo (Cáceres) Cortesía de JL Pintado y F Montero, Iberdrola SA 23

24 Before 1994 (*) UNS S30300 UNS S30400 UNS S30403 UNS S30800 UNS S31254 UNS S31600 UNS S31603 UNS S31703 UNS S31803 UNS S32100 UNS S32750 UNS S32900 UNS S40900 UNS S41000 UNS S42000 UNS S43000 UNS S43035 UNS S43036 UNS S43100 UNS S44600 UNS S44635 UNS S44660 UNS N06625 UNS N08028 UNS N08366 UNS N08367 UNS N08800 UNS N08825 UNS N08904 UNS N08925 UNS N Cr-3Mo 18Cr-2Mo Sandvik-1802 SX 3CR12 20Cr-18Ni-6Mo 15Cr-10Ni UNS S30400 UNS S30403 UNS S31600 UNS S31603 UNS S X18H10T (~UNS S32100) 1Cr18Ni9Ti Estudios de campo antes de 1994 * 29 47,5% n = ,0% n = 20 *Moreno, Ibars, Ranninger, de Mele, Videla Evaluation of Stainless Steel Susceptibility to Microbiologically Influenced Corrosion: an Updated Review. Biodeterioration Research 4, Plenum Press, pp

25 Bioensuciamiento y corrosión microbiana en materiales avanzados utilizados en la generación de energía eléctrica. Central hidroeléctrica de Valdecañas (Cáceres) Biofouling por Vorticella 25

26 APLICACIÓN DE LOS ACEROS EN LA BIORREMEDIACIÓN 26

27 Actividad Microbiana y Bioensuciamiento en las Piscinas para el Almacenamiento Temporal de Combustible Nuclear Gastado. Central Nuclear de Cofrentes (Valencia) UNS S30400 UNS S31600 UNS S30466 E Chicote et al, Biofouling, 2004, 20(1):

28 UNS S30466 Bioensuciamiento sobre aceros inoxidables en piscinas nucleares. Central Nuclear de Cofrentes (Valencia) UNS S días 134 días 106 días 254 días 365 días 28

29 Radiactividad (Bq cm -2 ) NO-UV Biorreactor UV Biorreactor Time (days) MI Sarró et al. Materials and Corrosion, 2003, 54(7): MI Sarró et al. International Microbiology, 2005, 8(3):

30 Biorremediación de Aguas Radiactivas. Central Nuclear de Cofrentes (Valencia) 100 cm x 10 cm 30

31 Procedimiento de bioremediación para la concentración y eliminación de radionúclidos en las aguas radiactivas de las centrales nucleares. Patente Española, número ES B2 USA Patent, No. US 7,326,345 B2 Diego A. Moreno y Felipe Montero 31

32 COLABORACIONES CON EMPRESAS MERCK SHARP & DOHME DE ESPAÑA HIDROELÉCTRICA ESPAÑOLA CANAL DE ISABEL II INGENIERÍA MEDIO AMBIENTAL SULZER INFRA QUIMICONTROL LABORATORIOS CAMPSA CADAGUA IBERDROLA CLH INGACOSA MV INGENIEROS DIAMANTE SERVICIOS INTEGRALES VIVENDI WATER SYSTEM IBERICA THOR ESPECIALIDADES 32

33 Muchas gracias por su atención 33