AÇÃO DE BIOCIDA À BASE DE GLUTARALDEÍDO E SAL

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- 6 ' C onfer(!ncia s obre

~ 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. [email protected]

Eliana Flavia Camporese Servulo



Francisca Pessoa de Franca



( )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).

mailto:[email protected]










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





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.





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





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.





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,





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.





(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.





(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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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

tratamento com biocidas, em funcao do tempo.

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