INHIBITING MILD STEEL CORROSION FROM SRB USING ANTIMICROBIAL-PRODUCING BIOFILMS IN

THREE-MILE-ISLAND PROCESS WATER

Oleh :

Wuddan Nadhirah R. 10411013

Benedigtus Gutjahr 104120

Adhit

Rudy

OUTLINEA

bst

rak

Pend

ahu

lua

n

Meto

dolo

gi

- Bacterial

- Metal Coupon Preparation

- SEM

- Batch experiment

- Antimicrobial Assay

- Continous Culture Corrosion Experiments

- EIS

Hasil da

n Pem

ba

hasa

n

- Gramicidin S Inhibits SRB

- Continous Reactor Inhibition of D. orientisin Baars Medium

- Continous Reactor Inhibition of D. orientisin TMI Process Water

- Continous Reactor Inhibition of D. vulgarisin TMI Process Water

- Continous Reactor Inhibition of D. vulgarisin TMI Process Water with the antimicrobial GGPST consortium

Kesi

mp

ula

n

ABSTRAK

Biofilm telah digunakan untuk menghasilkan gramicidin S dan digunakan sebagai inhibitor sulfate reducing bacteria yang dapat menyebabkan korosi.

Sumber gambar:

Percobaan laboratorium menunjukan bahwa biofilm memproteksi baja ringan 1010 yang digunakan dalam sistem pendingin air pada pembangkit listrik tenaga nuklir AmerGen Three-Mile-Island (TMI) dari serangan korosi SRB reference.

Sumber gambar:

http://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_accident

ABSTRAK (CONT)

Pertumbuhan kedua bakteri SRB reference (gram positif Desulfosporosinus orientis dan gram negatif Desulfovibrio vulgaris) terhambat akibat kehadiran gramicidin S

yang dihasilkan oleh bakteri.

Desulfovibrio

vulgarisDesulfosporosinus

orientis

http://en.wikipedia.org/wiki/D

esulfovibrio

http://compsysbio.univie.ac.at

Spectroscopy Impedansi elektokimia dan pengukuran kehilangan massa menunjukan bahwa biofilms yang dihasilkan menurunkan laju korosi baja ringan 2-10 kali lipat. Gramicidin S meningkatkan efisiensi inhibisi korosi hingga 50-90%.

ABSTRAK (CONT)

INTRODUCTIONSRB seperti Desulfovibrio sp dan Desulfomaculum sp, menyebabkan korosi pada cast iron, baja karbon, stainless steel, high nickel dan copper alloys.

Menurut Beloglazov 1991, biaya yang diakibatkan korosi SRB mencapai 4-6 Milyar US Dollar.

Microbiologically influenced corrosion, sering terjadi pada kondisi aliran yang tunak atau pada kondisi operasi yang aliranya lambat serta pada aliran air sungai dan air laut.

MIC dapat menyebabkan kerusakan pada sistem pendinginan air pada pembangkit listrik tenaga nuklir, fasilitas pengolahan limbah, pipa bawah tanah dan kapal.

INTRODUCTION (CONT)

Pemberian biosida digunakan untuk menurunkan biofouling dan MIC pada pipa baja.

Penggunaan biosida dapat pula menyebabkn pencemaran lingkungan, dan apabila konsentrasi biosida

berlebihan, dapat menjadi corrosive agent pada metal.

Proteksi katodik yang dipadukan dengan

coating diterapkan

untuk mencegah MIC.

MAHAL DAN INVESTMENT COST TINGGI

Beberapa biofilms terbukti menghambat laju korosi pada permukaan baja ringan dan stainless steel

Biofilm Bacillus bacterium menghasilkan antimicrobial seperti indolicidin dan bactenecinyang efektif menghambat SRB D. vulgaris untuk membentuk koloni pada permukaan metal.

MIC telah diidentifikasi terdapat pada AmerGen Three-Mile-Island nuclear plant. Berbagaipermasalahan seperti kebocoran karena pitting sering ditemukan. Setelah identifikasi lebihlanjut, telah diketahui bahwa SRB, sulfur oxidizing dan iron oxidizing bacteria ditemukanpada daerah-daerah dimana kebocoran terjadi.

Bakteri antimicrobial menghasilkan protective biofilm yang mengsekresikanantimicrobial gramicidin, gata valin, polymyxin, subtilin, dan tyrocidine yang akanmenghambat pertumbuhan SRB ( D. vulgaris dan D. orientis) pada baja ringan yangdigunakan pada proses pengolahan air di TMI.

bacillushttp://en.wikipedia.org

INTRODUCTION (CONT)

MATERIALS AND METHODS

MATERIAL

MILD STEEL 1010 (DALAM BENTUK COUPON)UKURAN COUPON: 2.5 x 2.5 cm

TEBAL : 1.2 mm

SAMPLE DIPREPARASI TERLEBIH DAHULU

BAKTERI

BERIKUT INI MERUPAKAN BAKTERI YANG DIGUNAKAN DALAM EXPERIMENT:B. brevis Nagano [producing gramicidin S

B. brevis 183 [producing gramicidin S

B. parabrevis ATCC 10068 (previously B. brevis 10068,producing gramicidin and tyrocidine)

Aneurinibacillus migulanus ATCC 9999 (previously Bacillus migulanus 9999, producinggramicidin S),

BAKTERI-P. polymyxa ATCC 10401 (previously Bacillus polymyxa 10401, producing polymyxin)

-B. subtilis ATCC 6633(producing subtilin)

PENGEMBANG BIAKKAN BAKTERID. orientis ATCC 23598 (Gram-positive SRB, formerly Desulfovibrio orientis) dan D. vulgaris

ATCC 29579 (Gram-negative SRB) dikembangbiakkan dengan cara:

ke dalam tabung panjang yang steril dimasukkan 13 ml medium modified Baars (ATCC medium 1249), 260 ml sodium sulfite, and 260 ml oxyrase (Oxyrase Inc., Mansfeld,Ohio).

Setelah 30 menit,ditambahkan 1 ml glycerol yang telah dicairkan pd suhu -80Cyang mengandung kultur SRB (e.g., D. orientis)

tabungnya di tutup lalu di panaskan (inkubasi) pada suhu 30C tanpa diaduk( shaking) selama 3-5 hari For the

antimicrobial-producing bacteria, overnight cultures were grown

from 80C glycerol stocks in 250 ml shake flasks with 25 ml LB

medium (Maniatis et al. 1982) at 37C and with shaking at 250 rpm

(series 25 shaker, New Brunswick Scientific, Edison, N.J.).

Kemudian untuk antimicrobial-producing bacteria, cara pengembangbiakkannya hamper sama namun dalam 250 ml shake flasks dengan 25 ml LB medium (Maniatis et al. 1982) at 37C dan dengan di agitasi pada kecepatan 250 rpm (series 25

shaker, New Brunswick Scientific, Edison, N.J.).

METHODS

1. MULA MULA BAJA MILD STEEL AWAL YANG BELUM DIGUNAKAN DI POTONG DENGAN UKURAN 2.5 x 2.5

CM LALU DITIMBANG

2. BAJA YANG TELAH TERKOROSI DI UKUR BERATNYA UNTUK MENDAPATKAN MASS LOST

3. DILAKUKAN PENGUJIAN DENGAN MENGGUNAKAN SEM

4. BATCH EXPERIMENT DENGAN SUPERNATANT YANG BERASAL DARI ANTIMICROBIAL PRODUCING

BACTERIA

5. MENGGUNAKAN ANTIMICROBIAL YANG MENGANDUNG GRAMICIDIN S MURNI

6. Continuous culture corrosion experiments

7. PENGUKURAN DENGAN METODA ELECTRONICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY

RESULTS AND DISCUSSIONS

Gramicidin S inhibits SRB

Kontrol negatif :Mild steel 1010 pada

- P. Polymyxa 10401 LB Medium + SRB

- Baars Medium

Warna medium menghitam setelah 3 hari & logam

teramati diselimuti produk korosi

Kontrol positif :Mild steel 1010 pada

- Gramisidin S murni (1ug/mL&100ug/ml) + SRB

Menghambat secara signifikan >93% sel

Hasil Perlakuan :Gramicidin-S prod. Bacteria

(B. Brevis 18-3, B. Brevis Nagano, B. Parabrevis 10068, A. Migulanus 999, B. Subtilis 6633)

Logam teramati bersih dan mengkilat

Gramicidin-S prod. Bacteria menghambat korosi hingga

- 19-40x dibanding LB medium steril

- 17-34x dibanding Baars medium steri

- 16-32x P. polymyxa + SRB

Continous reactor inhibition of D. Orientis in Baars

medium

B. Brevis 18-3 mengurangi laju korosi 2,6 kali

dibandingkan kontrol negatif

Ecorr kontrol 130mV lebih positif dibandingkan biofilm

protektif, B. brevis.

O2 pada permukaan logam berkurang setelah keberadaan biofilm protektif, B. Brevis.

Sehingga mengurangi laju reaksi katodik dan juga laju

korosinya.

Continous Reactor Inhibition of D. Orientis in TMI process

water

B. Brevis 18-3 mengurangi laju korosi 5,6 kali dibandingkan

kontrol negatif

Ecorr kontrol 157mV lebih positif dibandingkan biofilm

protektif, B. brevis.

B. brevis efektif menghambat biofilm meskipun dalam

kondisi lingkungan ekstrem (TMI water, bukan medium

pertumbuhan).

CONTINUOUS REACTOR INHIBITION OF D. VULGARIS IN TMI PROCESS WATER

Grafik menunjukkan laju korosi pada

mild steel 1010 oleh D.vulgaris

dengan kehadiran biofilm dari

masing-masing bakteri uji. Bakteri

B.brevis 18-3 dan B.brevis Nagano

menunjukkan penurunan laju

kororsi dibandingkan kontrol

B.Brevis Nagano B.Brevis 18-3

CONTINUOUS REACTOR INHIBITION OF D. VULGARIS IN TMI PROCESS WATER (CONTD.)

CONTINUOUS REACTOR INHIBITION OF D. VULGARIS IN TMI PROCESS WATER (CONTD.)

Grafik menunjukkan potensial

korosi (Ecorr) terhadap mild

steel 1010. Biofilm B.subtilis

WB600 menghasilkan

potensial korosi paling

rendah, namun tidak dapat

menghasilkan senyawa

antimikroba melawan SRB

B. brevis WB600

CONTINUOUS REACTOR INHIBITION OF D. VULGARIS IN TMI PROCESS WATER WITH THE ANTIMICROBIAL GGPST CONSORTIUM

Biofilm yang mengandung konsorsium GGPST dapat menghambatpertumbuhan D.vulgaris, menurunkan laju korosi, namun dalam jangkapanjang kurang efisien dan efektif dibandingkan biofilm yang mengandung B.brevis 18-3 dan B.brevis Nagano

DISCUSSION

Proteksi biofilm Bacillus terhadap mild steel 1010 efektif dalam menghadapai SRB D.vulgaris dan D.orientis karena dapat menghasilkan gramicidin-S

Cara kerja gramicidin-S adalah dengan merusak outer membran dan membransitoplasma (pada bakteri Gram negatif)

DISCUSSION (CONTD.)

Proteksi terhadap SRB diperoleh dari biofilm, bukan dari suspensi sel.

Hasil menunjukkan bahwa menumbuhkan biofilm Bacillus dalam saluran terlebihdahulu dapat memberikan proteksi lebih dibandingkan mengintroduksi kultur Bacillus dalam saluran yang telah mengandung SRB.

DISCUSSION (CONTD.)

Proteksi yang ditawarkan biofilm Bacillus dapat berupa dua mekanisme :

1. Menghasilkan

gramicidin-S

sehingga dapat

membunuh SRB

(B.brevis 18-3

dan B.brevis

Nagato)

2. Menurunkan

kadar oksigen

pada

permukaan

sehingga

mengurangi laju

korosi (B.subtilis

WB600)

KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA