Generación de sulfuro de hidrógeno y su oxidación a ácido sulfúrico

Para que el H2S pueda ser generado es necesario la existencia de ciertos factores ambientales y la presencia de bacterias y compuestos con azufre en su estructura. Si existen las condiciones también ambientales propias como temperatura, bajo contenido de oxígeno disuelto, y flujo lento y un pH adecuado, entre otros, las bacterias del tipo DESULFIVITRIO reducirán los infartos presentes en el flujo produciendo una serie de sulfuros que separan a las corrientes del flujo. El H2S es el único sulfuro capaz de transportarse a la atmósfera, donde es oxidado a H2SO4 por otra comunidad de bacterias localizada en la parte no sumergida de la pared del tubo. El ácido producido atacará al concreto reaccionando y consumiendo material que permite unir a los componentes del concreto a una masa sólida compactada.

La distribución de la corrupción dependerá del lugar donde se establezcan las comunidades de bacterias que oxidan el H2S. Estos lugares son por lo general los puntos justo Arriba del nivel del flujo y la parte superior del tubo, donde existe la mayor disponibilidad de nutrientes y humedad. Estos lugares son los puntos de alto deterioro en las tuberías afectadas debido a la corrupción por ácido sulfúrico.

Es posible medir penetración promedio por año por factor de corrosión y calcular su avance a través de una serie de ecuaciones. El factor de corrosión en términos generales es la cantidad de material de concreto sumido por el ácido, en términos de C 2CO3 y en unidades de milímetro/año. Expresando de otra forma, la penetración sería inversamente proporcional a la alcalinidad del concreto y directamente al ácido producido por acción microbiana.

Producción del sulfuro de hidrógeno

En el proceso de producción del sulfuro de hidrógeno las bacteria oxidan materia orgánica, en este proceso remover los átomos de hidrógeno, proceso en el cual está ganan energía. A través de una secuencia de reacciones bioquímicas, el hidrógeno es transferido a otro átomo receptor que puede ser orgánico o inorgánico. En condiciones aeróbica, el oxígeno es el receptor final de hidrógeno, pero en ausencia de oxígeno, ya sea libre o combinado y de nitrógeno, el receptor final será el ion sulfato de esta manera, la bacteria no comenzará a reducir sus pasos hasta que haya consumido todo el oxígeno y nitrógeno disponible.

El tuberías parcialmente llenas el flúor no está totalmente desprovisto de oxígeno ya que se encuentra expuesto a la atmósfera y es simple que el oxígeno sea absorbido en la superficie. Sin embargo, es éste reaccionará inmediatamente y su concentración disminuirá con la profundidad. Si el oxígeno se encuentra a una concentración menor a 1mg/1 predominarán condiciones aeróbica

En la reducción de sulfato son necesarios condiciones aeróbica, por lo que las bacteria SBR se establece donde el oxígeno sea escaso o no esté presente. Lugares como el fundo o las paredes del tubo resultan adecuado como hábitat para este tipo de bacterias. Una parte del sulfuro de hidrogeno producido proviene de la reducción de sulfuros en sedimentos depositados en el fondo del tubo cuando el flujo es lento: sin embargo, se ha demostrado que la mayor parte de los sulfuros son generados en la pequeña capa gelatinosa formada de materias matrices de filamentos orgánicos establecidas en las paredes laterales sumergidas del tubo el espesor de esta capa depende de la velocidad del flujo y del contenido de materiales abrasivos que se han transportados. Cuando el flujo es lento el espesor de esta capa puede ser de aproximadamente 0.0 157 cm, pero cuando la velocidad del flujo es alta o están presentes materiales abrasivos, el espesor de la capa podría llegar a ser de 0.0039cm.

Dentro de esta capa se pueden distinguir tres zonas: una zona anaeróbica junto a la pared pero totalmente inerte para las carencias de nutrientes; una segunda zona anaeróbica intermedia y donde las bacterias reducen sulfatos a sulfuros y por último una tercera zona aeróbica cuyo espesor es grande cuando existen suficientes oxígeno disuelto. Junto a estas zonas se distingue una zona de flujo laminar cuyo espesor varía con la temperatura y velocidad del flujo.

Tasas de producción del sulfuro de hidrógeno

Las condiciones para que exista una producción completa del sulfuro de hidrógeno son: una concentración suficiente de sulfato, un medio totalmente desprovisto de oxígeno y que no exista condiciones inhibidoras para las bacterias. Cuando estas condiciones existe, la rapidez a la cual el sulfuro de hidrógeno está determinada por la rapidez a la cual reactantes y nutrientes orgánicos alcanza la zona anaeróbica, donde serán usados por las bacterias y los sulfatos encuentran en exceso en el flujo, la producción del sulfuro de hidrógeno será proporcional a la concentración de materia orgánica; sin embargo, si los nutrientes orgánicos se encuentra en cantidades y por el contrario, los sulfatos son escasos, la producción del sulfuro de hidrógeno sería proporcional a la concentración de sulfato y sería independiente a la cantidad de materia orgánica.

¿Cómo perder sulfuro de hidrógeno?

El sulfuro de hidrógeno y los otros sulfuros producidos por las bacterias, pueden reaccionar con oxígeno y ciertos metales presentes en el drenaje reduciendo las condiciones de estos sulfuros y la posibilidad de que el sulfuro de hidrógeno pase a la atmósfera donde puede ocasionar problemas de corrosión. La oxidación puede ser química o bioquímica según las condiciones de pH y de las composiciones químicas del drenaje. Sin embargo, la vía más común de oxidación de sulfuros dentro del flujo, es la oxidación bioquímica. Por otra parte, las concentraciones de iones metálicos en los drenajes, son con frecuencia suficiente como para eliminar un buen porcentaje de los sulfuros producidos. Una de las técnicas de control del sulfuro de hidrógeno se basa precisamente en el principio de hacer reaccionar los sulfuros condones metálicos vertidos a los drenajes drenaje.

Reacción del sulfuro de hidrógeno con oxígeno

La mayor parte de los sulfuros producidos por las bacterias, incluyendo el sulfuro de hidrógeno son oxidados en la capa aeróbica o dentro del flujo y esto oxidación puede ser química o biológica. Cuando los drenajes se encuentran presentes sustancias tóxicas o pH´s extremos, los sulfatos son oxidados químicamente historiados la conversión de sulfuros a sulfatos y productos oxidados intermedios involucran reacciones complejas. La rapidez de reacción en este caso está determinada en mayor parte por las concentraciones de oxígeno y sulfuros.

La oxidación bioquímica es más rápida y concurre más frecuentemente en drenajes, el producto principal producido en las reacciones es tiosulfato como lo indica la siguiente reacción:

2O2 + 2HS - S2O + H2O

En este caso, la velocidad de reacción, oxidación de sulfuros, está determinada por la actividad biológica, y están/como de 1 a 2 mg/l en drenajes que han fluido varias horas. A menos que las concentraciones de sulfuros y oxígeno sea menor que 1 mg/l, la velocidad estará en función de la concentración de ellos mismos. Se ha demostrado que este tipo de reacciones no está limitada a bacterias cuya única fuente de energía son sulfuros.

En drenajes que contienen 1mg/l o más de oxígeno, el 20 a 30% de éste será usado para oxidados sulfuros y el resto para oxidar materia orgánica cuando el oxígeno es escaso, a un 50% será destinado para la oxidación del sulfuro.

Reacción del sulfuro de hidrógeno con materiales pesados

Algunos iones metálicos como el fierro, zinc, cobre, plomo y cadmio, comúnmente encontrados en los drenajes, pueden reaccionar con los sulfuros producidos y se convertirán en compuestos no reacción antes a pH normalmente encontrados en drenajes, la concentración de estos sulfuros metálicos en drenajes domésticos es de 0.2 a 0.3 mg/l. En desechos industriales vertidos al drenaje, la concentración de iones metálicos puede disminuir considerablemente la concentración de sulfuros disuelto en el flujo.

Parámetros críticos en la producción y escape del sulfuro de hidrógeno

De todos los sulfuros disueltos en el drenaje, sólo el sulfuro de hidrógeno puede escapar a la atmósfera. La rapidez con que este escape dependerá de la concentración de éste en el flujo y en la atmósfera y de ciertos factores ambientales dentro del tubo. Estos factores o parámetros críticos de demasiada bioquímica de oxígeno, oxígeno disuelto, velocidad del flujo, disponibilidad de nutrientes y materia orgánica, pH y temperatura.

Temperatura

la temperatura tiene un efecto importante en las actividades biológicas de las bacteria. Se ha reportado que en la producción de sulfuro de hidrógeno aumenta en un 7% por cada °C, para valores arriba de 30 °C, la velocidad de producción de duplica cada 100 °C. Aunque un aumento en la temperatura puede significar una disminución en la capa de flujo laminar, la zona productora de sulfuro de hidrógeno permanecerá sin cambios, sin embargo esto significa un incremento en la cantidad de nutrientes para las bacterias, debido a la relativa facilidad de difusión a través de la capa de flujo laminar.

Oxidación del sulfuro de hidrógeno a ácido sulfúrico (2O2 + 2HS - S2O + H2O)

la oxidación del sulfuro de hidrógeno a ácido sulfúrico es un proceso complejo y puede ocurrir en muchos pasos, sin embargo, se ha sugerido que la oxidación de sulfuros puede ocurrir de dos maneras, día azufre elemental y vía tiosulfato. La separación entre estas dos formas de oxidación no está completamente establecidas y podría ocurrir al mismo tiempo. Para valores bajos de pH puede producirse azufre elemental antibiótica mente sobre concreto corroído y a través de una oxidación biótica se produce el ion sulfato en presencia de humedad produce ácido sulfúrico.

Distribución de la corrosión

Una de las características representa la superficie del concreto corroído, es la presencia de altas concentraciones de ácido sulfúrico. El ataque del ácido está confinado a la parte inferior de la tubería y es más severo en la corona y justo arriba del nivel del flujo. Las concentraciones de ácido pueden alcanzar hasta 5% per un alto porcentaje de éste es neutralizado por la alcalinidad del concreto.

La distribución de la corrosión no es uniforme. Este se debe a varios factores, entre ellos las corrientes de aire dentro del tubo, escurrimiento del ácido sulfúrico en las paredes y el grado de exposición de la pared al acido. Normalmente del tubo es por ello que el flujo y el aire enfriado por las paredes se mueve hacia abajo junto a las paredes y es remplazado por aire más caliente que sube desde el centro. Como resultado, estas corrientes de aire transfieren sulfuro de hidrógeno hacia la corona donde por lo general se genera la máxima corrosión. La corrosión a nivel del flujo también puede ser severa. Dos constantes lavados que provocan las tuberías exponen concreto nuevo, el cual es rápidamente atacado por el ácido las zonas intermedias entre la corona y los puntos adyacente al nivel del flujo son corroídos a través de los escurrimientos de ácido sulfúrico producido en la corona. Este tipo de corrosión generalmente presenta una forma singular que asemeja un guante o una mano extendida.