aÇÃo de biocida À base de glutaraldeÍdo e sal
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~ Tecnolog ia de E quipamenlos
A<;AO DE BIOCIDA A BASE DE GLUTARALDEiDO E SAL
QUATERNAruo DE AMONIO NO CONTROLE DE MICRORGANISMOS
SESSEIS
Natalie Jorge Goncalves
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA BIOQuiMICA, ESCOLA DE
QUiMICA, UFRJ. natalie@eq.ufrj.br
Eliana Flavia Camporese Servulo
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA BIOQuiMICA, ESCOLA DE
QUiMICA, UFRJ. servulo@eq.ufrj.br
Francisca Pessoa de Franca
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA BIOQuiMICA, ESCOLA DE
QUiMICA, UFRJ. fpfranca@eq.ufrj.br
( )O COTEQ Conferencla sobre Tecnologia de Equipame ntos
22° CONBRASCORR - Congresso Brasileiro de Corrosao
Salvador - Bahia19 a 21 de agosto de 2002
As informacoes e opinioes contidas neste trabalho sao de exc1usiva responsabilidade
does) autor(es).
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SINOPSE
A eficacia do tratamento por choque utilizando urn biocida comercial, a base de
glutaraldeido e sal quaternario de amonio, foi avaliada na formacao e eliminacao debiofilmes em sistema dinamico, Com este proposito, inicialmente cupons de alto
carbona foram expostos a agua do mar por 7 dias, para permitir a formacao de
biofilme. Em seguida, estes cupons foram tratados por 3 horas com 200 ppm do
biocida, de modo intermitente, por mais 7 dias. Antes e apos cada aplicacao do
biocida, os microrganismos sesseis foram quantificados por contagem de colonies e
mimero mais provavel, empregando meios apropriados. No periodo analisado, foram
evidenciados decrescimos nos mimeros de bacterias aerobias, anaerobias, redutoras
de sulfato (BRS), ferrobacterias e fungos filamentosos em fun<;ao do tratamento.
Contudo, 0 biocida testado nao foi capaz de eliminar nenhurn dos grupos
microbianos. 0 tratamento do sistema com este biocida pouco influenciou a perda de
massa dos cupons sendo as taxas de corrosao, de 1,1 a 1,5 mm/a, equivalentes
aquelas do teste controle.
Palavras chave: biofilme, biocida, biocorrosao, glutaraldeido, sal quaternario de
amonio
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1. INTRODUC;AO
A presenca de microrganismos na superficie de metais e seus processos metabolicosinfluenciam 0 processo de corrosao, pois modificam as condicoes eletroqufmicas da
interface metal/solucao. Em particular, os microrganismos alteram a concentracao de
oxigenio dissolvido, 0 valor de pH e a concentracao de compostos organicos e
inorganicos (1).
Quando a corrosao do material metalico se processa sob a influencia de
microrganismos, ela e denominada de corrosao microbiologicamente induzida
(CM!). Este tipo de corrosao vern sendo estudada ha alguns anos como sendo urn dos
grandes problemas que atingem varies setores da industria quimica, petroquimica,
petrolifera, civil, naval, automobilistica, alimenticia, de papel, aeronautic a, dentre
outras, por causar graves consequencias, de ordem economica e ambiental (2). Em1996, os gastos gerais devido a CM! foram estimados em aproximadamente US$ 30-
50 bilhoes anuais (3). Como se pode constatar, os custos relativos a CM! sao muito
elevados, impondo as indiistrias urna serie de medidas para a sua prevencao,
Varies sao os metodos empregados para prevenir a biocorrosao, A escolha do
metodo, no entanto, depende da eficiencia preteniida e da estimativa de custos.
Dentre as estrategias comurnente empregadas estao a adicao de biocidas, a limpeza
mecanica e a remocao de materiais organicos/inorganicos do fluido de processo que
possam servir de nutrientes para os microrganismos (4). Atuahnente, a aplicacao de
biocidas, substancias capazes de inibir a proliferacao dos microrganismos presentes
nos sistemas a serem tratados, tern sido a mais recomendada.
Os programas de tratamento utilizados em sistemas industriais muitas vezes falham
pela incorreta selecao e/ou aplicacao dos biocidas. Considerando os custos destes
agentes antimicrobianos e as restricoes ambientais, cada vez mais severas, ha
necessidade de se avaliar a eficacia desses compostos para cada sistema, visto que
esses apresentam condicoes operacionais diferenciadas.
o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficacia do tratamento por choque
utilizando urn biocida comercial a base de glutaraldeido e sal quaternario de amonio,
sobre microrganismos sesseis, em sistema dinamico, de modo a simular as condicoes
operacionais de sistemas industriais.
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2. MATERIAlS E METODOS
Biocidas
Urn produto qumuco comercial constituido de glutaraldeido e sal quaternario de
amonio, empregado como biocida em diversos setores industriais foi avaliado quanto
a sua atividade antimicrobiana.
Cupons Metalicos
As amostras metalicas utilizadas neste trabalho consistiram de cupons retangulares
de aco carbono AISI 1020, apresentando area media em tomo de 5,5 em'. Antes deserem utilizados nos experimentos, estes cupons sofreram urn tratamento para
remocao de incrustacoes e materia organica aderidas a superficie.
Fluido de Processo
Foi utilizada agua do mar proveniente da Baia da Guanabara. Esta agua foi sempre
coletada no mesmo local e no periodo de mare baixa, visando minimizar problemas
decorrentes das variacoes da microbiota e das caracteristicas quimicas.
Equipamento
Os experimentos foram conduzidos em sistema fechado, construido com tubos de
PVC de 2 em de diametro intemo, conectados a urn tanque de 20 litros de
capacidade. A circulacao da agua foi realizada com auxilio de duas bombas de 2 HP
de potencia e a vazao de 0,6 m '/h foi controlada por registros e rotametros
apropriados. A utilizacao deste valor foi escolhida para possibilitar 0 estabelecimento
de urn regime turbulento (Re ~ 12.000), para simulacao das condicoes de campo.
Experimentos
Para a realizacao destes experimentos, foram inseridos no sistema 8 cupons
metalicos, Inicialmente, estes ficavam expostos a agua do mar durante 7 dias, para
que houvesse a formacao de biofilme. Apos este periodo, dava-se inicio ao
tratamento por choque, adicionando-se 200 ppm do biocida, de acordo com a
recomendacao do fabricante. Apos tempo de contato de 3 horas, a agua com biocida
contida no tanque foi substituida por agua do mar in natura. Este procedimento foi
repetido apos 2, 4 e 7 dias de iniciado 0 tratamento. Antes e apos cada periodo de
exposicao, os cupons eram removidos e os biofilmes formados analisados quanto ao
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mimero de microrganismos. Para efeito comparativo, foram realizados experimentos
sem a adicao de biocida (controle). Os ensaios foram realizados em triplicata.
Determina~oes
Ap6s cada periodo de exposicao, os cupons foram removidos assepticamente e
tratados conforme descrito por de Franca & Lutterbach (5) para quantificacao dos
microrganismos presentes nos biofilmes formados.
As bacterias aer6bias e os fungos filamentosos foram quantificados atraves da
contagem de unidades formadoras de colonias (ufc), usando a tecnica "pour-plate",
em placas de Petri contendo respectivamente, gelose nutriente (Merck, Darmstadt,
Germany) e gelose Sabouraud (Merck). A quantificacao das bacterias anaer6bias,oxidantes de ferro e redutoras de sulfato foi feita pela tecnica do mimero mais
provavel (NMP) (6) utilizando meio fluido ao tioglicolato (DIFCO No 0256, Difco
Laboratories, Detroit, MI, USA), meio citrato ferrico amoniacal (7) e meio Postgate
E modificado (8), respectivamente.
Os cupons metalicos foram pesados ao decimo de miligrama, antes de serem
colocados no sistema e ap6s a raspagem dos biofilmes, seguindo as normas ASTM
GI-90 (9).0 calculo da taxa de corrosao foi feito de acordo com Dantas (10).
3. RESULTADOS E DISCUSSAO
A populacao inicial de bacterias aer6bias sesseis de 1,lxl06 ufc/cm' foi reduzida Ii
1,9xl<Y ufc/cnr ap6s a primeira aplicacao do biocida (Figura 1). Entretanto, no final
do tratamento com 0 biocida foi evidenciado urn ligeiro aurnento, resultando 9,8xl(f
ufc/cm' . Portanto, 0 emprego de glutaraldeido e sal quaternario r e amonio de modo
intermitente, nas condicoes do experimento, foi pouco eficiente no controle da
populacao de bacterias aer6bias sesseis, Videla et a l. (11) verificaram ser necessario
o emprego de 1000 ppm de glutaraldeido de modo a reduzir em 4 ordens de
grandeza, uma populacao sessil de Pseudomonas sp., ap6s urn tempo de contato de 6
horas. Os autores tambem observaram que reduzindo a concentracao do biocida para
500 ppm e aurnentando 0 tempo de contato para 24 horas, nao foi possivel obter 0
mesmo resultado.
Quando os biofilmes tratados com 0 biocida foram expostos Ii agua do mar,
constatou-se aurnentos dos mimeros de bacterias aer6bias sesseis, os quais atingiram
valores pr6ximos aqueles dos experimentos sem adicao de biocida (controle). Isto
possivelmente ocorreu devido Iimultiplicacao das celulas sobreviventes embebidas
no biofilme e/ou Iiadesao e posterior desenvolvimento de novas celulas provenientes
do fluxo aquoso.
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A populacao sessil de ferrobacterias foi reduzida em 4 ordens de grandeza, logo ap6sa primeira aplicacao do biocida, embora a concentracao de celulas sobreviventes
ainda fosse elevada, de 7,0 x 1(f celulas/cm' (Figura 2). Nas duas adicoes seguintesdo biocida, essa populacao microbiana se manteve na mesma ordem de grandeza. No
entanto, no final do tratamento ocorreu um pequeno aumento da sua concentracao
(9,8 x 105 celulas/cnr), indicativo de uma possivel adaptacao ou selecao dos
microrganismos mais resistentes. Quando os biofilmes foram expostos a agua do mar
"in natura ", detectou-se quantidades de ferrobacterias semelhantes a da populacao
inicialmente presente, tendo sido 0 mesmo tambem observado para 0 teste controle.
Assim, fica demonstrado que este grupo microbiano apresentou tolerancia ao biocida
testado.
o tratamento com 0 biocida esultou em decrescimos gradativos da populacao de
bacterias anaer6bias sesseis, atingindo 2,2x1 (}l celulas/cnf ap6s a ultima aplicacao(Figura 3). Logo estas bacterias nao apresentaram tolerancia ao agente
antimicrobiano empregado. Os biofilmes que ficaram expostos a agua do mar in
natura apresentaram aumentos das concentracoes de bacterias anaer6bias, algumas
vezes atingindo valores superiores aos determinados para 0experimento controle.
Em relacao as bacterias redutoras de sulfato (BRS) sesseis foi observada reducao
percentual de 17% do seu mimero nos biofilmes, depois da primeira aplicacao do
biocida (Figura 4). Este valor foi semelhante ao determinado para as bacterias
anaer6bias. Nas demais aplicacoes, a concentracao de BRS permaneceu praticamente
inalterda, em tomo de 3,Ox103 celulas/cnr, havendo uma nova queda de 1 ordem de
grandeza no final do tratamento. Cheung e Beech (12) realizaram tratamentos combiocidas em dois tipos de biofilmes, formados pelo crescimento de duas especies
distintas de BRS, empregando diferentes concentracoes de glutaraldeido (50, 100 e
400 ppm) e tempos de contato (3, 6 e 24 horas). 0melhor resultado, correspondendo
a reducao de 6 ordens de grandeza, foi obtido pelo emprego da maior concentracao
do biocida e do maior tempo de contato. Nas outras condicoes, as reducoes foram
diferenciadas em funcao da especie constituinte do biofilme.
o biocida empregado tambem nao foi capaz de inativar a populacao de fungos
filamentosos (Figura 5). Este resultado demonstra a baixa eficacia do GLUT+QUAT,
apesar destes compostos serem citados na literatura como agentes fungicidas (13-14),
quando usados separadamente.
Pode-se estabelecer que as bacterias anaer6bias sesseis foram mais suscetiveis ao
tratamento do que as ferrobacterias e demais microrganismos aerobics. Alguns
autores demonstraram que tanto 0 glutaraldeido quanto os sais quaternaries de
amonio apresentam amplo espectro de a9ao contra bacterias, inclusive sesseis, por
isso 0 seu uso em sistemas de resfriamento (13; 15). Contudo, as publicacoes nao
apresentam dados referentes a aplicacao destes agentes antimicrobianos de forma
combinada. No nosso trabalho, observou se que a associacao destes produtos nao
teve efeito sinergico, E bern verdade que a presenca de uma microbiota diversificada,
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em condicoes naturais, pode ter causado a inativacao dos constituintes do biocida. A
agua empregada nesse estudo, propositalmente coletada na Baia de Guanabara demodo a conter alta quantidade de microrganismos, apresenta quantidade consideravel
de poluentes, resultado do despejo constante de residuos domesticos e industriais.Conforme citado por Cloete et al. (13), os sais quaternarios de amonio perdem sua
atividade em sistemas contendo altos teores de materia organica,
Observa-se na Figura 6, que tanto no experimento controle quanto no experimento
com a adicao do biocida, a perda de massa apresentou aumento proporcional ao
tempo de exposicao. As taxas de corrosao foram equivalentes aquelas do teste
controle, variando de 1,1 a 1,5 mm/a. Portanto, pelo fato desse biocida ter sido pouco
eficaz contra os microrganismos potencialmente importantes no processo corrosivo,
nao foi evidenciada variacao expressiva nesses resultados.
4. CONCLUSAO
A aplicacao intermitente do biocida it base de glutaraldeido e sal quatemario de
amonio nao foi efetiva contra os grupos microbianos potencialmente corrosivos, nas
condicoes estudadas. Sendo assim, 0 tratamento do sistema com estes compostos
pouco influenciou na perda de massa do aco carbono AISI 1020; sendo as taxas de
corrosaoequivalentes aquelas do teste controle. Entretanto, 0 desempenho do biocida
poderia ter sido melhor se tivesse sido empregado maior tempo de contato ou
concentracao de biocida mais elevada. Obviamente, 0 emprego de altas
concentracoes de biocdas em sistemas industriais nao e recomendado devido ao
elevado custo e sua toxicidade ambiental.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem it Agencia Nacional do Petr6leo (ANP) , it Fundacao Carlos
Chagas Filho de Amparo it Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), itCoordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES) e ao
Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnol6gico (CNPq) e pelo
apoio financeiro e ao CENPESIPETROBRAS pelo fomecimento dos cupons
metalicos.
6. REFERENCIAS BmLIOGRAFICAS
(1) Natishan P. M., Jones-Meehan J., Loeb G. I., Little B. J., Ray R. e Beard M.,
"Corrosion Behavior of Some Transition Metals and 4340 Steel Metals Exposed
to Sulphate- Reducing Bacteria", Corrosion, 55 1062-68 1999.
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(2) Videla H. A e Salvarezza R. C., "Introduccion a La Corrosion Microbiologica",
Buenos Aires, Biblioteca Mosaico, Libreria Agropecuaria, 1984, pag, 127.
(3) Vaidya R. U., Hersman L. E. e Zurek A K., "Microbiologically-Influenced
Corrosion of Aluminium 6061 and Ab03 Particle-Reinforced Aluminium 6061
Composite Under Anaerobic Conditions and Elevated Temperatures: The
Effects on the Uts and Strain to Failure", Corrosion Prevention & Control, 101-
109 (August) 1996.
(4) Videla H. A, "Corrosao Microbiologica e Biofouling em Sstemas Industriais. In
Cyted: Manual Pratico de Biocorrosao e Biofouling para a Industria", Ferrari M.
D., Mele M. F. L. e Videla H. A eds., 1995, pags 4-26.
(5) de Franca F.P. e Lutterbach M.T.S., "Variation in Sessile Microflora during
Biofilm Formation on AISJ.304 Stainless Steel Coupons", Journal of Industrial
Microbiology, 176-101996.
(6) Harrison Jr. A P., "Microbial Sucession and Mineral Leaching in a ArtificialCoal Spoil", Applied and Environmental Microbiology, 131 68-76 1982.
(7) American Public Health Association (APHA), "Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater", 18th ed., Washington DC, ISBN ().
87553-207-1, 1992.
(8) Postgate J. R., "The Sulphate Reducing Bacteria", Cambridge: Cambridge
University Press, ISBN 0-52125-791-3, 1984.
(9) ASTM Standard G 1-90. Standard practice for preparing, cleaning and evaluating
corrosion test specimen. (Philadelphia PA: ASTM 1990).
(10) Dantas E. "Determinacao das Taxas de Corrosao, Tratamento de Aguas de
Refrigeracao e Caldeiras", Ed. Jose Olympio, ECOLAB, 1988, pag. 50-62.
(11) Videla H. A, Guiamet P. S., Viera M. R., Gomez de Saravia S. G. e Gaylarde C.
C, "A Comparison of the Action of Various Biocides on Corrosive Films",
Corrosion, 286 1-9 1996.
(12) Cheung C. W. S., Beech 1. B, "The Use of Biocides to Control Sulphate-
Reducing Bacteria in Biofilms on Mild Steel Surfaces", Biofouling, 9, 231-249
1996.
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(13) Cloete T. E., Jacobs L. e Brazel V. S., "The Chemical Control of Biofouling in
Industrial Water Systems", Biodegradation, 923-37 1998.
(14) Tortora G. J., Funke B. R. e Case C. L., "Microbiology: an Introduction", 6th
edition, Menlo Park, California, Addison Wesley Longman Inc.,1997, pag, 832.
(15) Gaylarde C. C., "Biofilmes. Curso de Trainamento", Volume 1, Fundaeao
Tropical de Pesquisa e Tecnologia Andre Toselho, 1991, pag. 90.
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durante 0 tratamento por choque, sobre ferrobacterias sesseis.
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Figura 4: A<;ilo do biocida a base de glutaraldeido e sal quatemario de amonio,
durante 0 tratamento por choque, sobre BRS sesseis.
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Figura 5: A<;ilodo biocida a base de glutaraldeido e sal quaternario de amomo,
durante 0 tratamento por choque, sobre fungos filamentosos sesseis,
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Figura 6: Perda de massa de cupons metalicos expostos ao fluxo aquoso com e sem
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