Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 34, Nº 2, 40 - 57, 2011

Influence of ferrous ions, pH and H2S at the interface on the corrosion mechanism of iron by Sulfate-Reducing Bacteria.

Lisseth Ocando1*, Matilde Fernández de Romero1, Orlando Pérez1, Oladis T. de Rincón1, Zoilabet Duque1, Ennery León1, Laura Atencio1y Reynaldo Ortiz2

1Centro de Estudios de Corrosión, Facultad de Ingeniería, Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela. *liocando@luz.edu.ve

2Laboratorio de Electroquímica, Facultad de Ciencias, Universidad de Los Andes. Mérida, Venezuela.

Abstract

Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) by Sulfate-Reducing Bacteria (SRB) has been

the subject of extensive studies for the past five decades and several theories have been

proposed to explain the mechanisms governing MIC. Recently, a corrosion mechanism for

the action of SRB on iron was proposed, which seeks to explain the initiation of this kind of

corrosion in order to improve prevention and mitigation techniques. This mechanism was

supported on the fact that there should be a local pH decrease at the metal/solution

interface. So, the principal aim of this work was to prove this theory by evaluating an iron

interface exposed to a culture medium rich in nutrients and SRB. The H2S concentration

produced was also evaluated to establish its relation with the pH at the interface. To

measure these parameters during 24 hours, pH and H2S microelectrodes with tip diameters

of 10 µm were used. A SRB pure culture of Desulfovibrio desulfuricans subs. desulfuricans was used, grown as

batch culture in modified ATCC 1249 medium with and without ferrous ions, in order to

determine their influence on the pH and H2S behavior. Attack morphology and biofilm

structure in both mediums were also determined by scanning electron microscopy (SEM).

The results showed that pH into the biofilm decreased depending on the ferrous ions

presence. Also, it was confirmed the influence of ferrous ions and ferrous sulfides

aggressiveness in the corrosion process established in the mechanism.

Key words: MIC, SRB, Microelectrodes, pH, H2S, ferrous ions.

Efecto de los iones ferrosos, el pH y el H2S a nivel de interfase en el mecanismo de corrosión del hierro por bacterias sulfato-reductoras

Resumen

La Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) por Bacterias Sulfato-Reductoras (BSR) es

un fenómeno que acarrea graves daños para muchas industrias y sistemas. Numerosas

teorías se han formulado para explicar los mecanismos que gobiernan MIC y,

recientemente, ha sido propuesto un mecanismo de corrosión del hierro por estas bacterias.

En este mecanismo se ha establecido que los sulfuros de hierro precipitados son los que

propician el proceso corrosivo del acero, junto con el H2S generado por las BSR, y supone

que, por la actividad metabólica de las mismas, en la interfase metal/solución ocurre un

descenso del pH que acelera el proceso corrosivo de forma localizada. Por tanto, el objetivo

principal de esta investigación consistió en evaluar el pH a nivel de interfase metal/solución,

tanto en medios con iones ferrosos (al igual que en el mecanismo) como en ausencia de

ellos, con el propósito de verificar la ocurrencia de esta acidificación y determinar la

influencia de estos iones en el proceso corrosivo. También, evaluar la concentración deH2S a

nivel de interfase y determinar su relación con el pH. Para medir estos dos parámetros

durante 24 horas en ambos medios, se utilizó microelectrodos de pH y H2S. Por otro lado,

se determinó la morfología de biopelícula y de ataque en los dos medios de cultivo mediante

microscopía electrónica de barrido (MEB). Los resultados arrojaron que el pH disminuye a

nivel de interfase metal/solución dependiendo de la presencia de iones ferrosos.

Adicionalmente, con esta investigación se confirmó la influencia adversa de los iones Fe++ y la agresividad de los sulfuros de hierro en el proceso corrosivo.

Palabras clave: MIC, BSR, microelectrodos, pH, H2S, iones ferrosos.

Recibido el 30 de Junio de 2006 En forma revisada el 30 de Julio de 2007

Introducción

La participación de los microorganismos en el proceso de la corrosión, comúnmente

denominada Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC), es un tema ampliamente

estudiado a nivel mundial debido a los grandes problemas que envuelve, donde destacan las

pérdidas económicas y de producción ocurridas en numerosas industrias y sistemas que utilizan aguas de estuarios naturales (petrolera, eléctrica, etc.) [1, 2].

Los microorganismos comúnmente asociados a daños por corrosión son las Bacterias

Sulfato-Reductoras (BSR) [2, 3]; las cuales utilizan el sulfato del ambiente como aceptor

terminal de electrones reduciéndolo a H2S, un metabolito altamente corrosivo. Estas

bacterias, al igual que muchos otros microorganismos, forman biopelículasadherentes sobre

los sustratos metálicos que facilitan el desarrollo de consorcios estructurados y aumentan,

generalmente, el efecto nocivo de sus metabolismos. Las biopelículas están formadas por

grupos o consorcios de células separados por vacíos intersticiales, los cuales facilitan el

transporte de masa por convección y favorecenuna mayor concentración de los

constituyentes del seno del líquido en estos sitios [3]. Este hecho conlleva a una

modificación importante de la interfase metal/solución e induce cambios en el tipo y

concentración de iones, pH, niveles de oxígeno, velocidad de flujo y capacidad búfer

del microambiente en la interfase, destacando la importancia del estudio a este nivel y no

en el seno del fluido, sobre todo desde el punto de vista de corrosión, el cual es un

fenómeno interfacial.

Debido a todos los problemas que envuelven estas bacterias, y con el fin de esclarecer

el inicio de este proceso para mejorar así sus técnicas de mitigación y control, numerosas

investigaciones se han avocado a determinar los mecanismos que lo gobiernan [4].

Recientemente, F. de Romero [5] propuso un mecanismo de corrosión por BSR para

aleaciones base hierro expuestas a medios contaminados con estas bacterias y con una

concentración de iones ferrosos de, aproximadamente, 200 mg/L, por ser una

característica habitual de muchos sistemas industriales comúnmente afectados por MIC. En

este mecanismo se establece que los sulfuros de hierro formadospor la acción de estas

bacterias, son los que favorecen o propician el proceso corrosivo del acero. Adicionalmente,

el mismo está basado en la suposición de que en la interfase metal/solución ocurre un

descenso del pH, lo cual origina una serie de reacciones de transformación de los sulfuros

de hierro precipitados sobre el sustrato metálico, de protectores a no protectores, acelerando el proceso corrosivo de forma localizada.

En tal sentido, el objetivo principal de este trabajo consistió en corroborar la posible

disminución del pH indicada en tal mecanismo, evaluando el comportamiento en el tiempo

de este parámetro en la interfase a través de microelectrodos. Estos, por su diminuto

tamaño de punta, permiten obtener resultados con alta resolución espacial sin perturbar la

formación normal de la biopelícula. Adicionalmente, por tratarse de BSR, en esta

investigación se contempló como objetivo principal evaluar la concentración de H2S,

también en la interfase, para determinar surelación con el pH y el proceso corrosivo.

Es importante resaltar que el mecanismo fue evaluado utilizando un medio de cultivo

con una concentración de iones ferrosos de 200 mg/L. Por tanto, esta investigación fue

realizada utilizando medios de cultivo con la mismacarga de Fe++ del mecanismo (200

mg/L) y en ausencia de ellos, para determinar la influencia de los iones ferrosos en la

corrosión y en el comportamiento del pH y del H2S.

Procedimiento Experimental

La medición del pH y de la concentración de H2S en la interfase metal/solución se llevó a

cabo a través de microelectrodos potenciométricos y amperométricos comerciales,

respectivamente; ambos con diámetros de puntas de 10 µm. Estos microelectrodos tienen

una muy alta resolución espacial y son capaces de detectar mínimos cambios localizados en

muchos ambientes, sin perturbar la libre formación de las biopelículas [6, 7]. Por otra parte,

debido a su diminuto tamaño, estos dispositivos son muy susceptibles a daños y fracturas,

por lo que en un principio fue necesario diseñar una celda experimental (reactor) y

un procedimiento de trabajo adecuado para realizar las mediciones deseadas sin que se fracturaran.

En la Figura 1 se presenta el reactor diseñado con todos sus implementos y equipos

necesarios para la medición.La celda fue diseñada con una chaqueta o doble pared para

mantener la temperatura óptima de crecimiento de las BSR, 37 ± 1°C,

mediante recirculación de agua tibia a través de la misma. Adicionalmente, se mantuvo las

condiciones de anaerobiosis mediante el burbujeo mínimo de nitrógeno (N2) gaseoso de alta pureza.

Los microelectrodos de pH y de H2S se colocaron juntos en un micromanipulador, y

fueron posicionados, utilizando una lupa estereoscópica, lo más cerca posible entre ellos, así

como de una lámina de hierro puro (99,99%) colocada en el fondo del reactor (Figura 1).

Los datos fueron recolectados tanto para el medio estéril (por 10 horas mínimo) como para

el medio inoculado (por 24 horas) a través de un programa comercial de adquisición de

datos.

Para mantener la esterilidad en cada ensayo, los componentes de la celda diseñada,

las mangueras, conexiones, filtros de aire, y el medio de cultivo fueron esterilizados por

autoclave a 121°C durante 15 minutos. La lámina de hierro, con su superficie previamente

preparada mediante lijas de diferentes granulometrías hasta grado 600, fue desengrasada

con acetona en un baño ultrasónico y luego colocada en luz ultravioleta por un mínimo de

12 horas. Antes de cada ensayo, los microelectrodos calibrados fueron enjuagados con

etanol al 96% y agua destilada estéril y luego de posicionados en el reactor, el mismo fue sellado con parafina líquida estéril.

Medio de cultivo y cepa bacteriana

Con el propósito de dar continuidad a las investigaciones que dieron lugar al

mecanismo propuesto por F. de Romero [5], se utilizó la misma cepa pura de BSR

denominada Desulfovibrio desulfuricans subs. desulfuricans,caracterizada por la American Type Culture Collection como ATCC 1757.

El medio de cultivo utilizado fue el recomendado por la ATCC para estas bacterias,

identificado con el código ATCC 1249, con la siguiente composición: 2,0 g de sulfato de

magnesio (MgSO4), 5,0 g de citrato de sodio (C6H5Na3O7),1,0 g de sulfato de calcio (CaSO4),

1,0 g de cloruro de amonio (NH4Cl), 0,5 g de fosfato hidrógeno de di-potasio (K2HPO4), 3,5

g de lactato de sodio (C3H5NaO3), 1,0 g de extracto de levadura, 20 mL de sulfato de

amonio ferroso (Fe(NH4)2(SO4)2) al 5%, 1 mL de resazurina (C12H7NO4) al 0,2%, 10 mL de

ascorbato de sodio (C6H7NaO6) al 5%, 10 mL de tioglicolato de sodio (C2H3NaO2S) al 5%, 1

L de agua destilada (H2O). Cabe destacarque este medio posee una concentración de

iones ferrosos de aproximadamente 200 mg/L. Los ensayos sin iones ferrosos se realizaron

con el mismo medio, sustituyendo el sulfato de amonio ferroso por sulfato de amonio

((NH4)2SO4) también al 5%. De esta forma se eliminó el hierro soluble, pero sin variar la carga iónica del mismo,sobretodo para evitar una menor cantidad de sulfatos.

Se prepararon los inóculos de BSR en una relación de 1:10 con 24 horas de incubación,

con el fin de que la concentración bacteriana estuviese en el orden de 106-107 cel/mL. El

contaje bacteriano se llevó a cabo a través de las técnicas de dilución seriada y contaje

directo de células vivas y muertas por microscopía de epifluorescencia(con los fluorocromos

Syto 9 y Yoduro de Propidio), antes de cada ensayo y a las 24 horas de exposición, tanto a

nivel planctónico como sésil. Esto último se realizó desprendiendo las células adheridas a la

superficie mediante un desmembrador ultrasónico. El procedimiento seguido para el contaje

sésil ha sido reportado con más detalle en artículos anteriores [8].

Calibración de los microelectrodos

Antes de cada experimento, los microelectrodos de pH y de H2S fueron calibrados, a la

misma temperatura experimental (37°C) en otro reactor de doble pared. Los

microelectrodos de pH fueron calibrados usando soluciones búfer estándares de pH 4, 7 y

10; mientras que los microelectrodos de H2S fueron calibrados en unasolución de búfer

fosfato (pH = 3) anaerobia con diversas concentraciones de H2S, preparadas diluyendo en el

búfer cantidades medidas de una solución madre (anaerobia) de sulfuro del sodio (Na2S) 0.01M.

Determinación de la morfología de biopelícula y de ataque

La estructura de la biopelícula y la morfología de ataque también fueron determinadas

para ambos medios de cultivo utilizando microscopía electrónica de barrido (MEB). Esto se

realizó colocando cupones de hierro puro (99,99%) en el fondo de viales conteniendo los

medios de cultivo estériles (con y sin iones ferrosos) anaerobios. Luego, los viales fueron

inoculados en una relación 1:10 con los inóculos respectivos e incubados a la temperatura

de 37°C durante 24 horas. Como control, algunos viales fueron mantenidos

bajo condiciones estériles y sometidos a las mismas condiciones de temperatura y tiempo

de exposición. Luego de las 24 horas, varios cupones fueronextraídos y sumergidos en una

solución de glutaraldehído al 2.5%, por un mínimo de 3 horas, posteriormente

deshidratados con acetona a diferentes concentraciones (20, 30, 50, 70 y el 90%),

cubiertos con 15 nm de oro y, finalmente, llevados al MEB para caracterizar la biopelícula. El

resto de los cupones fueron extraídos y preparadospara su observación al microscopio siguiendo la norma ASTM G1-90 (morfología de ataque).

Es importante resaltar que aquí los cupones de hierro fueron colocados en posición

horizontal, la misma posición en la cual se colocó la lámina de hierro en los ensayos con

microelectrodos. Sin embargo, como el mecanismo de corrosión del hierro por BSR

propuesto por F. de Romero [5] se realizó con láminas en posición vertical, se realizaron

algunos ensayos de morfología de ataque y biopelícula colocando cupones en

posición vertical, colgando los mismos dentro de los viales mediante hilos de nylon estériles. Todo esto con el fin de determinar si la posición de la lámina influye en el proceso corrosivo.

Resultados y Discusión Resultados de las mediciones con microelectrodos Calibraciones

Tanto los microelectrodos de pH como los de H2S presentaron curvas de calibración

reproducibles antes y después de cada ensayo. Las curvas para los microelectrodos de pH

presentaron una respuesta lineal, con pendientes que oscilaron entre 50 y 54 mV por

unidad de pH. Por su parte, los microelectrodos de H2S respondieron linealmente para un amplio rango de concentraciones (0-1000 µM).

Medios de cultivo estériles

El pH en ambos medios de cultivo estériles estuvo cercano a la neutralidad (oscilando

entre 6.5 y 7.5), mientras que la concentración de H2S alcanzó estabilidad en valores

ligeramente diferentes: 2 µM ( 0.13 ppm) en el medio con iones ferrosos y 60 µM ( 2 ppm)

en el medio sin iones ferrosos. La diferencia fue atribuida precisamente a la presencia de

estos iones Fe++, los cuales pueden reaccionar con ciertos componentes del medio de

cultivo, especialmente con el tioglicolato de sodio (que pudo haberse disociado en

una pequeña cantidad de H2S); y, por lo tanto, podrían aumentar ligeramente el pH y

disminuir la concentración del sulfuro de hidrógeno al reaccionar con una pequeña cantidad de H2S.

Mediciones de pH y concentración de H2S en el medio de cultivo sin iones ferrosos inoculado con D. desulfuricans

En la Figura 2 se muestra el comportamiento del pH y de la concentración del H2S para

el medio de cultivo sin iones Fe++ inoculado con D. desulfuricans durante 24 horas, determinados mediante los microelectrodos.

En la figura anterior se muestran los resultados de estos dos parámetros para dos

ensayos con diferentes concentraciones del inóculo bacteriano (105 y 107 cel/mL). Se puede

apreciar que ambas curvas presentan un comportamiento muy parecido,

independientemente de la concentración bacteriana. El pH disminuye

pronunciadamente (entre 0 y 4) como se esperaba al inicio de esta investigación. Por su

parte, ambas curvas de H2S tienen una forma similar, alcanzando un pico o máxima

concentración, para luego disminuir hasta mantenerse en un valor estable. Es evidente que

en la segunda prueba (Figura 2B) hubo una mayor actividad bacteriana, reflejada por el pico

de concentración de H2S tan alto (aproximadamente 6000 µM, 192 ppm), lo que produjo

una disminución muy drástica del pH (valores menores a 1). Esta mayor actividad

bacteriana también se reflejó en el crecimiento sésil a las 24 horas de exposición: Para el

Ensayo 1 el número de células totales (vivas y muertas) fue de 4.07×106 cel/cm2 y para el Ensayo 2, fue de 1.42×107 cel/cm2.

Mediciones de pH y concentración de H2S en el medio de cultivo con iones ferrosos inoculado con D. desulfuricans

El comportamiento típico del pH y de la concentración de H2S para un medio con iones

ferrosos (200 mg/L) inoculado con D. desulfuricans durante 24 horas se presenta en

la Figura 3. En ella se puede apreciar que el pH en la interfase no disminuye como fue

observado en el medio sin iones ferrosos, por el contrario, tiende ligeramente a aumentar

en el tiempo, a partir de 6,8, que era el valor inicial hasta 7,5 a las 24 horas. Por otra parte,

la curva de concentración de H2S presentó un comportamiento similar a los ensayos

anteriores (sin Fe++), alcanzando un pico o máxima concentración de 500 µM (17 ppm) a

las 8,5 horas, aproximadamente; siendo este valor mucho más bajo que el reportado para

el medio sin iones ferrosos (6000 µM, que es la concentración para el ensayo con un inóculo similar al de la Figura 3: 1×107 cel/mL).

Cabe destacar que en ambos medios de cultivo, la concentración de H2S disminuye a

pesar de tener una alta concentración bacteriana sésil al final del ensayo

(aproximadamente, 1×107 cel/cm2 a las 24 horas). Sin embargo, para el caso del medio ce

cultivo con iones Fe++ , la concentración de H2S fue mucho más baja y casi alcanzóvalores

de línea base (cero µM). Esto indica que el H2S pudo haber sufrido un proceso

de transformación a partir de las 9 horas, hecho que no sucede en el medio sin Fe++, donde la concentración del H2S se estabilizó en valores más altos (2000 µM).

Comparando las Figuras 2 y 3, se puede apreciar que existen otras diferencias en el

comportamiento del pH y de la concentración de H2S relacionadas con la presencia de iones

ferrosos disueltos en el medio. La discusión presentada a continuación permite explicar lo que le sucede a la superficie metálica expuestas a las BSR en ambosmedios de cultivo.

Medio de cultivo sin Fe++ (Figura 2)

Durante las primeras horas, donde el pH no cambia, el H2S se concentra en la interfase

metal/solución manteniendo el equilibrio con sus iones y ocasionando la corrosión inicial del metal, de acuerdo a las siguientes reacciones:

H2S HS–+ H+ (1)

Fe Fe++ + 2e– (2)

2H+ + 2e– H2 (3)

Fe++ + HS– FeS + H+. (4)

De acuerdo con estas ecuaciones, el consumo de H+ evita que el pH disminuya y,

además, desplaza el equilibrio hacia el lado derecho de la ecuación 1, con la subsiguiente

disminución de la concentración de H2S. Sin embargo, debido a que la bacteria, que fue

inoculada a una alta concentración y por lo tanto en las tempranas horas esta se encuentra

en su fase de crecimiento exponencial, pareciera que la velocidad de producción de H2S

bacteriano fuese mayor a la velocidad de consumo. Esta es la razón por la cual se

observa en la Figura 2B una acumulación de H2S hasta alcanzar un máximo de 6000 µM a

las 8 horas, aproximadamente. La disminución del H2S desde la hora 8 en adelante podría

ser debida a su reacción con los iones ferrosos disueltos por la corrosión de la lámina de

hierro (observada por el ennegrecimiento de la misma a las 24 horas). Por lo tanto, a partir

de este momento, la velocidad de consumo del H2S debería ser mayor a la de la

producción (por la ecuación 4). Pareciera que estareacción generase un película de sulfuros

de hierro adherentes entremezcladas con las sustancias extracelulares poliméricas (EPS),

disminuyendo la velocidad de corrosión y evitando el consumo de los iones hidrónios. Este

proceso origina que el pH disminuya tan drásticamente (<1) y consuma una gran cantidad

de H2S hasta que elequilibrio se alcanza nuevamente ( 2000 µM).

Medio de cultivo con Fe++ (Figura 3)

Cuando en el medio de cultivo está presente una alta concentración de iones ferrosos, el

comportamiento del pH y de la concentración de H2S cambia, debido a la masiva

precipitación de sulfuros de hierro (de acuerdo a las ecuaciones l-4). En las primeras horas

de exposición, el HS– y el H+ son rápidamente consumidos por una reacciónquímica y

electroquímica, respectivamente. Es por esto que la concentración de H2S permanece

constante durante las primeras 4,5 horas, aproximadamente, y el pH es casi constante.

En este proceso, aparentemente hay dos tipos de sulfuros de hierro depositados sobre la

interfase, uno que proviene de un proceso de precipitación, que no es adherente, y otro que

resulta de la corrosión del metal. Consecuentemente, la película formada en este caso sobre

la superficie del metal no es ni uniforme ni adherente. Desde la hora 5 en adelante, se

observa un incremento repentino de la concentración de H2S hasta alcanzar un pico de 500

µM alas 8,5 horas, valor mucho más pequeño que la concentración reportada para el medio

sin iones ferrosos (6000 µM). Luego, se aprecia que el H2S disminuye hasta casi cero, pero

no el pH, el cual fue más o menos estable durante el ensayo. Este comportamiento se

debe, probablemente, a una mayor velocidad de corrosión del metal, de acuerdo a los

siguientes pasos:

H2S HS–+ H+ (1)

Fe++ + HS– FeS + H+ (4)

Fe Fe++ + 2e– (2)

2H+ + 2e– H2 . (3)

Es importante mencionar que todos estos ensayos se realizaron con la lámina de hierro

en posición horizontal, debido a la forma de los microelectrodos y a sualta susceptibilidad a

daños, mientras que el mecanismo propuesto por F. de Romero [5] fue evaluado con

láminas en posición vertical, donde, en lugar de sulfuros de hierroprecipitados ocurre un

proceso de adhesión. Bajo estas condiciones, pudiera ser posible que el pH en una interfase

vertical en presencia de iones ferrosos si disminuya, porque el proceso corrosivo en este

caso no es tan severo como el generado en posición horizontal, así como se discutirá más adelante al presentar los resultados demorfología de ataque.

Comparación entre el pH en el seno del líquido y el de la interfase metal/solución

Como fue mencionado en la parte experimental, el pH en el seno del fluido también

fue medido para compararlo con el pH a nivel de interfase determinado a través de

microelectrodos. Las curvas promedio resultante para ambos medios se presenta en la Figura 4.

Como se puede observar, el pH se mantuvo casi constante y cerca de la neutralidad en

ambos medios, sin importar la presencia o ausencia de los iones ferrosos, debido a la

capacidad búfer del medio de cultivo (el cual contiene K2HPO4 como búfer). Sólo en el caso

del medio de cultivo con iones ferrosos se pudo apreciar una ligeradisminución del pH

(hasta, aproximadamente, 5,5) en las primeras 3 horas de exposición. Esto se debe a la

reacción de los iones HS– con los iones Fe++ del medio, la cual deja libre a una mayo concentración de H+.

Estos resultados demuestran que las biopelículas y los sulfuros de hierro

precipitados modifican la interfase y, en algunos casos, producen una acidificación local que

solo puede ser detectada a través de dispositivos sensibles como los microelectrodos. Por lo

tanto, es muy importante estudiar el fenómeno de MIC desde un punto de vista interfacial, porque los resultados en el seno del fluido y en la interfase son muy diferentes entre sí.

Resultados con Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) Morfología de biopelícula

En la Figura 5 se presentan las fotomicrografías tomadas con el MEB de las

biopelículas desarrollas durante 24 horas sobre cupones colocados en posición horizontal en ambos medios de cultivo: sin Fe++ (A) y con Fe++ (B), a una magnificación de 250X.

En la figura anterior se aprecia la gran diferencia entre ambas biopelículas en cuanto a

densidad y tamaño de los sulfuros de hierro precipitados, debido a la presencia de iones

ferrosos, favorecidos por la posición horizontal de la lámina. En el medio sin iones ferrosos,

la biopelícula es delgada y más o menos uniforme, mientras que en elmedio con iones

ferrosos, ésta es muy densa.

También en posición vertical, hubo grandes diferencias en la biopelícula entre ambos

medios de cultivo, tal y como se presenta en la Figura 6. Sin embargo, las biopelículas no

son tan densas ni robustas como las observadas en el medio con iones ferrosos en posición

horizontal. Comparando las Figuras 5 y 6, pareciera que el medio con iones ferrosos y

cupones en posición vertical estuviese en una posición intermedia, respecto al medio sin

iones ferrosos y posición horizontal y al medio con iones ferrosos también en posición

horizontal.

Mayores magnificaciones de la Figura 5A (medio de cultivo sin iones ferrosos y lámina

en posición horizontal) se muestran en la Figura 7 en donde se observan las bacterias

distribuidas sobre la superficie y, en algunos casos, mezcladas con los sulfuros de hierro.

Por otro lado, las imágenes de las biopelículas formadas en el medio con iones ferrosos

en posición horizontal, no muestran las bacterias tan claramente como en la Figura 7. Por el

contrario, sólo se observa una masa densa de productos amorfos compuesta,

principalmente por sulfuros de hierro (Figura 8). Se realizó un intento para detectar las

bacterias en estas condiciones, observando con el microscopio una zona donde la biopelícula

fue accidentalmente removida con una pinza durante la preparación de la muestra (Figuras

8B y 8C). En este caso, las bacterias pudieron ser observadas con facilidad, también,

entremezcladas con los sulfuros de hierro. Por lo tanto, es posible decir que las

bacterias colonizan la superficie junto con una masiva precipitación de los sulfuros, estando

este proceso favorecido por la posición horizontal, incrementando el espesor de la

biopelícula y evitando laformación de una biopelícula limpia como la formada en el medio sin

adición de iones ferrosos.

No obstante, en las imágenes de las biopelículas sobre las láminas colocadas en

posición vertical en presencia de iones ferrosos, las bacterias si pudieron ser observadas claramente, mezcladas con EPS y sulfuros de hierro (Figura 9).

Morfología de ataque

En la Figura 10 se muestra microfotografías características de la morfología de ataque

tomadas mediante el MEB, para los cupones expuestos durante 24 horas a los medios de

cultivo con y sin iones ferrosos, inoculados con D. desulfuricans, tanto en posición vertical como horizontal.

De manera general, el tipo de ataque fue localizado, caracterizado por la formación de

hoyuelos aislados y en algunos casos coalescentes, sobre toda la superficie. Sin embargo,

dependiendo de la posición de la lámina y de lapresencia de iones ferrosos la severidad de

la corrosión fue diferente en cada caso. El mayor ataque fue observado en los cupones

colocados en posición horizontal y en presencia de iones ferrosos, donde se observó grandes

daños localizados dentro de áreas de corrosión uniforme (Figura 10B). En este caso, los

sulfuros de hierro fueron difícilesde eliminar mediante el decapado de la muestra y se

observó que la superficie presentó líneas que parecían ser límites de grano (Figura 11).

También se notó que estas líneas coincidían con los sulfuros de hierro precipitados que fueron difíciles de remover.

La alta agresividad de este medio corresponde con la explicación mencionada

previamente sobre el consumo de iones hidrónios que impidió la disminución del pH. Por

otra parte, en el medio sin hierro soluble, aunque el pH disminuyó drásticamente en un

punto, no se observó un ataque severo, lo que confirma el enunciado mencionado con anterioridad de que en este medio, se forma una capa protectora.

Según estos resultados, la suposición de que el pH disminuye a nivel de interfase en el

medio con iones ferrosos en posición vertical (mecanismo propuesto por F. de Romero [5])

podría ser posible porque la severidad de la corrosión bajo estas condiciones fue más alta

que la observada en el medio sin iones ferrosos, pero más baja queen la posición horizontal.

Adicionalmente, con esta investigación se confirma la influencia adversa de los iones de

Fe++en el proceso corrosivo y de la agresividad de los sulfuros de hierro, propuestas en

varias investigaciones [7, 9], así como en el referido mecanismo.

Conclusiones

El pH sobre la superficie de hierro en posición horizontal en un medio de cultivo sin

iones ferrosos inoculado con D. desulfuricans disminuyó pronunciadamente hasta valores muy

bajos (<1), debido a la formación de una biopelículacompleja protegió al material e impidió el consumo de los iones hidrónios por el proceso corrosivo.

En el medio de cultivo con iones ferrosos, el pH en la interfase metal/solución en posición

horizontal, permaneció casi constante y cercano a la neutralidad debido a un proceso

corrosivo severo que consume los iones HS– y los H+originado por la precipitación masiva de los sulfuros de hierro.

Las fotomicrografías tomadas con MEB demostraron que el daño de MIC es de tipo

localizado, caracterizado por la formación de hoyuelos aislados y/o coalescentes. La

condición más severa para el metal ocurrió cuando éste estaba en posición horizontal y los

iones ferrosos estaban presentes. En este caso, se observó grandes hoyuelosaislados dentro de áreas con corrosión uniforme.

Las bacterias y los productos de corrosión (sulfuros de hierro en este caso) se

encontraron mezclados formando una biopelícula compleja que cubrió la superficie del

hierro, siendo en algunos casos protectora, dependiendo de la presencia de iones Fe++.

El pH dentro de la biopelícula disminuyó dependiendo de la presencia de iones ferrosos. La

suposición de que el pH disminuye en una interfase en posición vertical en medios con iones

ferrosos, clamada por F. de Romero en sumecanismo, podría ser posible porque la

severidad de la corrosión en esta clase de medio fue más alta que la observada en el medio

sin iones ferrosos, pero más baja que en la posición horizontal.

La influencia adversa de los iones ferrosos y de la agresividad de los sulfuros de hierro en el proceso corrosivo fueron confirmadas con los resultados de esta investigación.

Agradecimiento

Esta investigación fue financiada por el Fondo Nacional para la Ciencia y Tecnología de Venezuela (FONACIT), bajo el número de proyecto G-2000001606.

Un gran agradecimiento a la compañía UNISENSE por el entrenamiento ofrecido sobre manejo y calibración de los microelectrodos.

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