Bacterias sulfatorreductoras y corrosión

J.M. Sánchez y M.A. Muñoz

La producción biológica de sulfuro de hidrógeno en ambientes acuáticos se conoce desde el siglo pasado. En la actualidad, existen 10 géneros de bacterias desasimilatorias reductoras de sulfato Gram negativas, y que sobre la base de análisis del rRNA 16S se agrupan en dos familias Desulfovibrionaceae y Desulfobacteriaceae. Mientras que sólo se conocen unas siete especies Gram positivas del género Desulfotomaculum. Las sulfatobacterias pueden actuar como estadio terminal de la degradación de la materia orgánica, y se encuentran en el nivel subsuperficial de los ambientes acuáticos como sedimentos o aguas profundas que se vuelven anóxicas. También se pueden desarrollar en lodos y sedimentos de plantas industriales petrolíferas, en digestores anaerobios de plantas depuradoras de aguas residuales, en la espermatosfera y rizosfera de plantas, en heces del hombre y animales, en el rumen, en frutas en estado de descomposición, y ocasionalmente en ambientes hipersalinos, termófilos e incluso en sedimentos hiperbáricos en grandes profundidades marinas. Miembros de los géneros Desulfovibrio y Desulfobulbus aparecen en igual proporción en ambientes continentales o marinos. Otro hábitat de especial importancia económica son los biofilms metálicos de conducciones industriales donde producen procesos de corrosión que tantos perjuicios causan a las industrias. Aunque en ocasiones, estas sulfatobacterias han sido utilizadas como una alternativa a la eliminación de sulfato y ciertos metales (0,28 a 4,61 g/l y día) en las aguas residuales procedentes de minas e industrias con alto contenido en metales [Somlev & Tishkov, Geomicrobiol. J., 12:53, (1994)].
La corrosión microbiana se debe a la presencia de un biofilm sobre la superficie del metal. El biofilm se estructura en tres compartimentos: el líquido superficial, el biofilm o biopelícula y el sustrato (en este caso el metal). Los biofilms influyen en la corrosión debido a que causan cambios químicos en las proximidades de la superficie del metal. Ambos procesos, corrosión y acumulación de biofilm, son procesos dinámicos. De este modo, la biocorrosión es el resultado neto de la interacción entre varios compartimentos que están inmersos en un flujo dinámico. En un sistema abiótico (sin microorganismos) y aeróbico (en presencia de oxígeno), donde sólo tiene lugar corrosión y no biocorrosión mediada por microorganismos, la tasa de corrosión del metal está controlada por la reducción del oxígeno disuelto, o sea de la propia dinámica de fluidos. De este forma, la tasa de corrosión disminuye con el tiempo porque el transporte de oxígeno a la superficie del metal decrece como resultado de la acumulación de productos de la corrosión sobre el metal. En sistemas bióticos anaerobios, las sulfatobacterias (bacterias anaerobias) pueden aumentar la corrosión mediante la producción de sulfuro de hidrógeno. Así, los protones o el sulfuro de hidrógeno pueden servir de aceptores de electrones, en vez del oxígeno, en la reacción catódica, produciendo hidrógeno:
2H⁺+2e^-=H₂
2H₂S+2e------------------>2HS^-+H₂
Fe⁺²+HS------------------>FeS+H⁺

Podemos establecer un modelo de biocorrosión anaerobia donde las sulfatobacterias juegan el principal papel biocorrosivo [Somlev & Tishkov, Geomicrobiol. J., 12:53, (1994)]:
Cuando el hierro se introduce en un medio acuoso o ambiente húmedo, se produce una rápida reacción (1).
1. Fe^o---------------->Fe⁺²+2e^-(región anódica)
Los electrones de la reacción (1) son aceptados por el oxígeno bajo condiciones aeróbicas, a pH neutro o básico, dando como resultado la corrosión del hierro.
2. 0.5O₂+H₂O+2e^----------------->2OH^-(región catódica)
Cuando el oxígeno está ausente, su papel como aceptor de electrones es realizado por los protones, y como resultado se genera hidrógeno.
3. 2H⁺+2e^-<-------------->H₂
4. La retirada de los productos de las reacciones (2) y (3) acelera la disolución del hierro en la región anódica y promueve la corrosión.
5. La sulfatobacterias en el proceso de biocorrosión anaerobia actuarían como despolarizadores de la región catódica:
a) 4Fe^o--------------->4Fe⁺²+8e^-(reacción anódica)
b) 8H₂O--------------->8H⁺+8OH^-
c) 8e^-+8H⁺---------------->8[H] (reacción catódica)
d)SO4^-2+8[H]----------------->S^-2+4H₂O (despolarización catódica producida por las sulfato-bacterias)
e) Fe⁺²+S^-2----------------->FeS (producto de la corrosión)
f) 3Fe⁺²+6OH------------------>3Fe(OH)₂ (producto de la corrosión)
La reacción completa sería: 4Fe^o+SO4^-2+4H₂O---------------->3Fe(OH)₂+FeS+2OH^-

De las reacciones químicas anteriormente descritas se puede concluir que las sulfatobacterias incrementarían la corrosión del metal a través de un efecto directo (retiran hidrógeno) y otro indirecto (la producción de sulfuro de hidrógeno y de sulfuro de hierro) [Lee et al., Biofouling, 7:197, (1993)]. La presencia de óxidos de hierro y de la actividad sulfatorreductora constituyen los principales factores determinantes de la corrosión mediada por sulfatobacterias. Otro hecho destacable es que las sulfatobacterias aumentan significativamente la corrosión cuando se desarrollan bajo un biofilm aeróbico/anaeróbico que cuando el biofilm es totalmente anaeróbico, debido a que en el proceso aeróbico (que domina la corrosión durante los primeros estadios de acumulación del biofilm) se acumulan hidróxidos de hierro (principales productos de la corrosión) que son fácilmente transformados en sulfuros de hierro y que causan una mayor corrosión del metal gracias a la actividad sulfatorreductora. En un biofilm totalmente anaeróbico, la naturaleza y extensión de la corrosión está intimamente ligada a la acumulación de sulfuro de hierro dentro del biofilm, mientras que en condiciones abióticas (sin microorganismos) y aerobias, la corrosión del metal es proporcional al oxígeno disuelto en el líquido que circunda el mismo, ya que se acumulan más hidróxidos de hierro sobre la superficie del metal a elevadas concentraciones de oxígeno disuelto.
La tasa de corrosión en condiciones bióticas (en presencia de sulfatobacterias) disminuye cuando el biofilm está uniformemente distribuido sobre la superficie. El aumento de la corrosión sulfatorreductora ocurre después de que las sulfatobacterias se establezcan dentro de los depósitos producidos en los primeros estadios (depósitos de óxido de hierro), y cuando cantidades importantes de sulfuro de hierro están en contacto con la superficie del metal. La tasa de corrosión está controlada por la estabilidad de la película de sulfuro de hierro sobre la superficie del metal. Las formas físicas del sulfuro de hierro determinan el tipo de corrosión (localizada o uniforme) en presencia de un biofilm de sulfatobacterias. [Lee & Characklis, Corrosion, 49:186, (1993)]. La mayor parte de la corrosión mediada por sulfatobacterias se produce en zonas localizadas (corrosión localizada).

José Manuel Sánchez García es Técnico del Ayuntamiento de Torremolinos
María Ascensión Muñoz de Medio es Técnico Analista del mismo Ayuntamiento