Мікробіологічна корозія та способи захисту

Енергія, що необхідна бактеріям, виходить при відновленні СО2:

CO2 + 8H = CH4 + 2H2O

Повна реакція проходить наступним чином:

4Fe + 6H2O + CO2 = 4Fe (OH) 2 + CH4

В якості продукту корозії утворюється гідроксид заліза (ІІ). Найбільш сприятливими значеннями рН є 6, 0 – 8, 0. Бактерії, що утворюють метан можуть иснувати з сульфатвідновлювальними бактеріями і посилюють їх здатність до розчинення заліза[3].

 

 

 

Мікробіологічна корозія цементних бетонів зустрічається в житлових і промислових будинках, транспортних і гідротехнічних спорудах, частіше уражаються елементи відстійників, градирень, колекторів, трубопроводів, опори комунікацій, підлоги підприємств харчової промисловості. Зовнішніми ознаками поушкодження мікроорганізмами мінеральних будівельних матеріалів є їх спучування, розтріскування, відколювання цілих фрагментів штукатурки або цегли, на підлозі і стінах проступають темні плями. Часто цим явищам сприяють кліматичні умови (висока вологість, перепади температур). Вважається, що середовище, яке контактує з бетоном і залізобетоном, буде небезпечним, коли має рН = 7, 2-7, 6, а Eh ≤ 0, 1.

Як правило, будівля з бетону (або цегли) уражається грибами і бактеріями дуже сильно, при цьому фасад уражається звичайно цвілевими грибами і бактеріями на велику глибину (> 5 мм), а внутрішні приміщення, в яких спостерігаються ознаки протікання, практично тільки бактеріями різних видів. Крім зазначених видів біоуражень, необхідно назвати і пошкодження паразитуючою рослинністю (зелені розводи на будинках), збудниками якої є водорість Algae, що призводить відчутного руйнування.

Значне ураження мікроорганізмами як фасадних будівельних матеріалів, так і матеріалів для внутрішніх приміщень може вплинути на зниження санітарно-гігієнічної характеристики будинків. Фасадні будівельні матеріали пошкоджуються переважно грибами і бактеріями, серед яких присутні як спороутворюючі, так і неспороутворюючі форми. У штукатурці, як правило, гриби не спостерігаються через значну лужну реакцію матеріалу, що є згубною для росту і розвитку мікроміцетів. Штукатурка як правило уражається бактеріями.

Мікроорганізми створюють на поверхні конструкцій агресивне середовище з продуктів своєї життєдіяльності у вигляді кислот, кислих газів, сульфідів, аміаку та інших агресивних речовин. Широкі дослідження впливу бактерій на бетон установили, що найбільше руйнують цементний камінь і бетон дінітрифікуючі бактерії, що окислюють сірку. У результаті діяльності цих бактерій утворюється сірчана кислота, що і руйнує бетон. Значно знижують міцність бетону й анаеробні азотфіксуючі бактерії. Вони утворюють масляну кислоту, яка також є агресивною. У цьому випадку зменшуються сили зчеплення складових частин каменю внаслідок утворення олеату кальцію і відбувається розкладання вапна та гідратних новоутворів під впливом іонів водню.

Найбільш небезпечними щодо бетону і залізобетону є тіоновінітрифікуючі, вуглеводоокислюючі й сульфатредуцюючі бактерії, а також гриби, що утворюють у результаті своєї життєдіяльності неорганічні й органічні кислоти. Небезпечні для бетону й уролітичні бактерії. Вони діють в основному на сечовину (що міститься в стічних водах), гідролізують її, виділяючи при цьому аміак і вугільну кислоту. Аміак може взаємодіяти в присутності вапна цементу із сульфатами води й утворювати легкорозчинну сіль CaSO4∙ (NH4) 2SO43 H2O.

Утворення летючих сполук сірки Н2S здійснюється бактеріями в анаеробних умовах (без кисню) із сульфатів у стічних водах за такою реакцією:

2CH3-CHOH-COONa + MgSO4 2CH3COONa + MgО + H2S + CO2 + H2O (лактат) (ацетат натрію)

Але навіть незначні сліди кисню можуть загальмувати діяльність цих бактерій. Методи боротьби з біогенною сірчанокислою корозією можна розділити на пасивні й активні.

Метою активних заходів є мінімізація умов, що сприяють біогенному утворенню сірчаної кислоти. До них відносяться: запобігання утворенню Н2S і емісія Н2S та інших летючих сульфідів зі стічних вод. Це досягається за допомогою спеціального конструювання каналізаційної мережі і відповідних умов експлуатації, а саме: достатній ухил каналізаційного трубопроводу; запобігання застою стічних вод або турбулентності і завихрень потоку; вентилювання шахт (щоб було надходження кисню) ; очищення і промивання каналізаційних систем; видалення осаду за допомогою механічного чищення; по можливості підтримка температури стічних вод на рівні нижче 20 оС, наприклад, за рахунок додавання свіжої води.

Пасивні методи захисту спрямовані на захист бетону від дії сірчаної кислоти. До них відносяться: нанесення покриттів і шпаклівок на синтетичній основі; обшивання синтетичними плівками і плитами, а також захисними керамічними елементами. Ефективним методом захисту також є нанесення синтетичних смол, але цей спосіб дуже дорогий і виконується в декілька етапів, а саме: очищують поверхню пісковим струменем, нагрівають основу до +20 оС і наносять смолу в кілька шарів товщиною до 3 мм.

Одним з видів споруд, які через їх особливості сильно піддаються мікробіологічним впливам, є градирні (охолоджувальні вежі). У них утворюється пароповітряна суміш, що відводить теплову енергію, при цьому внутрішні стінки вежі рівномірно нагріваються приблизно до 30 оС. Протягом більшої частини року пара має відносну вологість повітря 95% і великих коливань температури не відбувається. Таким чином, тут створюються сприятливі умови для життя і розмноження бактерій.

На бетонних поверхнях охолоджувальних веж із рН = 5-6 існують бактерії, що біологічним способом утворюють неорганічні кислоти, такі як азотну і сірчану, що й обумовлює пошкодження бетону у вигляді відшаровування піску і відколювання цілих фрагментів бетону. Бактерії утворюють азотну кислоту (нітрифікати), що сприяє зниженню рН до 5-6, а кальцієва