Monitorização de biofilmes de Pseudomonas fluorescens

Abstract

A acumulação de biofilme em equipamentos industriais é problema real com o qual as indústrias se debatem diariamente. Os biofilmes podem ter um impacto negativo na qualidade dos produtos finais e causar corrosão dos equipamentos. Por outro lado, a sua remoção através do uso de produtos químicos, como biocidas, pode causar impactos negativos no decorrer do processo, tais como paragens para limpeza, os elevados custos associados e impactos ambientais. Por esta razão é de extrema importância a sua eliminação atempada e por isso os biofilmes devem ser detectados o mais cedo possível. Têm sido realizados muitos estudos sobre monitorização de bíofilmes. No entanto, ainda nenhum método foi implementado com sucesso à escala industrial. O objectivo deste trabalho foi estudar o comportamento de eléctrodos de platina, após se ter promovido a formação de bíofilme na sua superfície, baseado em técnicas electroquímicas - Voltametria Cíclica. Também se estudou uma forma de limpar o eléctrodo in situ no final de cada monitorização. Esta dissertação encontra-se dividida em três partes: detecção de bíofilmes na superfície de eléctrodos de platina; estudo do efeito da variação das condições experimentais no desprendimento e viabilidade do bíofilme; e estudo da influência da formação de bolhas de hidrogénio no desprendimento do bíofilme. Para estudar a possibilidade de se utilizar a Voltametria Cíclica na detecção da formação de biofilmes promoveu-se o crescimento de biofilme na superfície dos eléctrodos de platina, durante diferentes períodos de tempo. No final mediu-se a altura do pico de dessorção do hidrogénio e determinou-se a percentagem de área do eléctrodo coberta pelo bíofilme, tendo sido demonstrado que a altura do referido ρicο decresce com o aumento da percentagem de área coberta. Na segunda parte do trabalho estudou-se a influência das condições experimentais, tendo-se variado a velocidade de varrimento, o pH da solução electrolítica e os limites de potencial. Observou-se que o aumento da velocidade de varrimento diminui a remoção celular, alterando o pH da solução electrolítica para pH 4 todas as células aparecem mortas e a remoção é maior, e finalmente, aumentando o limite de potencial positivo até 1.5 V aumenta o número de células mortas, no entanto a remoção total das células só é conseguido aumentando o limite negativo até -2.0 V, em que se forma bolhas de hidrogénio que promovem uma remoção mecânica. Este resultado sugere que para se obter um eléctrodo completamente limpo é necessário promover uma limpeza mecânica, através da formarão de bolhas de hidrogénio. Na terceira parte deste trabalho estudou-se a influência da formação de bolhas de hidrogénio no desprendimento de bíofilmes de diferentes idades. Verificou-se que o tempo de formação de bolhas de hidrogénio necessário para remover o bíofilme aumenta com a idade deste. Contudo para bíofilmes mais velhos (7 dias) não foi possível limpar completamente o eléctrodo. Pode concluir-se que a técnica de Voltametría Cíclica pode ser usada para monitorizar bíofilmes formados em eléctrodos de platina. Pode, também, concluir-se que é possível limpar o sensor in situ, através da formação de bolhas de hidrogénio.

The accumulation of bíofilms ín industrial equipment ís a real problem that industry deals everyday. The biofilms can have a negative impact ín the final product quality and cause equipment corrosion. The use of chemical products, such as biocides, to control them can have negative impacts ín the process, like industrial process suspension for cleaning, the high costs associated and the environmental impact. For these reasons it is very important to control bíofilms ín a prior stage of development, and consequently bíofilms must be detected as early as possible. There are many studies about bíofilm monitoring. However no one is still employed ín industrial scale with total success. The aim of this work ís to study the platinum electrodes behavior after bíofilm growth occurred ín its surface, based on electrochemical technique of Cyclic Voltammetry. A mean of cleaning the sensor in situ at the end of each monitoring was also studied. This work is divided in three parts: detection of bíofilms on the platinum electrodes surface, study of the effect of experimental conditions on bíofilm detachment and viability, and study the influence of hydrogen bubbles formation on the detachment of bíofilm. To study if Cyclic Voltammetry can be used to detect bíofilms formation, bíofilm with different growth times was promoted on the platinum electrodes surface. Then the height of hydrogen dessorption peak was measured and the percentage of electrode covered area by bíofilm determined. It was demonstrated that the height of the hydrogen dessorption peak decreases with the increase of the covered area. In the second part the influence of the experimental conditions was studied, by changing sweep rate, electrolytic solution pH and applied potential range. It was observed that a decrease in the sweep rate increases the removal of cells and that by changing the electrolytic solution from pH 7 to pH 4 all the cells appear dead and the removal is more extensive. Finally, increasing the applied potential range up to 1.5 V increases the number of dead cells, conversely a total removal of cells are obtained when the negative potential is increased until -2.0 V, where hydrogen bubbles are formed, promoting a mechanical detachment. This result suggested that to obtain an electrode completely free of cells a mechanical cleaning must be promoted, by hydrogen bubbles formation. In the third part of this work the influence of hydrogen bubbles formation on the detachment of bíofilm growth by different periods of time was study. It was verified that the time of hydrogen bubbles formation needed to obtain a completely clean surface increases with the period of time of bíofilm formation. However for older bíofilms (growth for 7 days) it was not possible to completely clean the electrode surface. Therefore it can be concluded that Cyclic Voltammetry can be used as a technique to monitor bíofilm formation on platinum electrodes. In addition, it is possible to clean the sensor in situ by promoting hydrogen bubbles formation.