KOROZJA SIARCZANOWA JAKO REALNY PROBLEM SIECI

Acta Sci. Pol., Technica Agraria 13(1-2) 2014, 41-48
KOROZJA SIARCZANOWA JAKO REALNY PROBLEM
SIECI PRZEWODÓW KANALIZACYJNYCH
Zuzanna Podraza
Politechnika Krakowska
Streszczenie. W pracy przedstawiono problem korozji siarczanowej w sieciach przewodów kanalizacyjnych. Wskazano, czym jest korozja siarczanowa oraz zaprezentowano jej
skutki. Przedstawiono pojĊcie korozji biologicznej oraz bakterii redukujących siarczany
(SRB) i bakterii utleniających siarkĊ (SOB) jako dwóch podstawowych grup mikroorganizmów biorących udziaá w procesie korozji siarczanowej. NastĊpnie scharakteryzowano
siarkowodór i przedstawiono etapy przebiegu korozji siarczanowej prowadzące do powstania ettringitu (uwodnionego siarczanoglinianu wapnia). Na koniec podano moĪliwoĞci zabezpieczeĔ przed korozją siarczanową. Stwierdzono, Īe korozja siarczanowa stanowi powaĪne zagroĪenie dla sieci przewodów kanalizacyjnych.
Sáowa kluczowe: korozja siarczanowa, korozja wzbudzona przez mikroorganizmy, siarkowodór, ettringit
WSTĉP
Korozja betonu w systemach kanalizacyjnych jest powaĪnym problemem nie tylko
w Polsce, ale takĪe w innych krajach Ğwiata – stanowi dla nich realne zagroĪenie. Prowadzone są liczne prace badawcze koncentrujące siĊ na tym zagadnieniu oraz metody
zabezpieczające przed korozją mikrobiologiczną. Pomimo tego problem korozji wzbudzonej przez mikroorganizmy jest wciąĪ aktualny, a walka z nim trudna, kosztowna
i nie zawsze dająca dobre efekty. Przeciwdziaáanie korozji siarczanowej wymaga wciąĪ
znacznych ulepszeĔ. Ponadto do jej zbadania i naukowego opisu konieczne jest interdyscyplinarne podejĞcie i wykorzystanie nie tylko metod fizyki i chemii, ale takĪe biologii
i mikrobiologii [Racki i Kurtz 1964].
Zjawisko korozji siarczanowej związane jest z powstawaniem biogenicznego kwasu
siarkowego (VI). W warunkach beztlenowych bakterie redukujące siarczany (SRB)
wytwarzają siarkowodór (H2S) ze związków siarki obecnych w Ğciekach. Po emisji do
przestrzeni powietrznej kanaáów H2S przeksztaácany jest w warunkach tlenowych do
Adres do korespondencji – Corresponding author: Zuzanna Podraza, Wydziaá InĪynierii ĝrodowiska, Instytut Zaopatrzenia w WodĊ i Ochrony ĝrodowiska, Politechnika Krakowska, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków, e-mail: [email protected]
42
Z. Podraza
siarki elementarnej, a nastĊpnie, przez bakterie utleniające siarkĊ (SOB), do biogenicznego kwasu siarkowego (VI). Reakcja powstaáego kwasu siarkowego (VI) ze skáadnikami betonu powoduje utworzenie gipsu i silnie ekspansywnego krysztaáu jakim jest
ettringit. Prowadzi to do pĊkniĊü i strat materiaáowych. Korozja siarczanowa stanowi
powaĪne zagroĪenie dla integralnoĞci infrastruktury, wymaga kosztownych napraw
i przedwczesnej wymiany uszkodzonych elementów. Związane z tym nakáady finansowe są bardzo wysokie [De Muynck i in. 2009]. Wysokiej jakoĞci infrastruktura Ğciekowa wymaga wprawdzie znacznych nakáadów finansowych, jednakĪe skutkuje to wydáuĪeniem czasu uĪytkowania betonu. Zjawisko korozji siarczanowej znane jest od dziesiĊcioleci, wiĊkszoĞü opracowaĔ koncentruje siĊ gáównie na pogorszeniu stanu betonu
w systemach kanalizacyjnych i rurociągach [O’Connell i in. 2010].
Celem pracy jest przedstawienie problemu korozji siarczanowej w sieciach przewodów kanalizacyjnych oraz analiza pojĊü ĞciĞle związanych z tym zagadnieniem.
MATERIAà I METODY
Korozja biologiczna. Biokorozja, korozja biologiczna lub korozja wzbudzona/wywoáana przez mikroorganizmy (ang. MIC – Microbiologically Influenced/Induced
Corrosion) to wieloetapowy i záoĪony proces niszczenia materiaáów stymulowany dziaáalnoĞcią mikroorganizmów [Cwalina i DzierĪewicz 2007, Zhang i in. 2011]. Biokorozja, wedáug „Encyclopedia of bioprocess technology”, to degradacja materiaáów powstająca w skutek oddziaáywania organizmów Īywych, ich produktów metabolicznych
lub áącząca oba te procesy [Racki i Kurtz 1964]. Korozja biologiczna okreĞlana jest
równieĪ jako biodeterioracja, co wskazuje na ogólne obniĪenie trwaáoĞci materiaáów
poprzez dziaáalnoĞü czynników biologicznych [Woáejko i Matejczyk 2011]. Biokorozja
to niszczenie metali, materiaáów mineralnych (równieĪ naturalnych mineraáów skalnych
jakimi są kamienie), wyrobów sztucznych bĊdących poáączeniem obu tych grup (np.
betonu, wyrobów ceramicznych czy teĪ zapraw budowlanych), a takĪe drewna (stanowiącego szkielet budowli), papieru, farb i lakierów. Korozja biologiczna powodowana
jest najczĊĞciej przez bakterie, mikroskopijne grzyby i owady, choü do jej powstania
prowadzą równieĪ sinice, promieniowce, glony i porosty [Cwalina i DzierĪewicz 2007,
Woáejko i Matejczyk 2011].
Biokorozja jest przewaĪnie skutkiem wspóádziaáania czynników mechanicznych, fizycznych, chemicznych i/lub biologicznych. Wiatr, woda, cząsteczki pyáów, zanieczyszczenia atmosfery i wód, a takĪe, w przypadku materiaáów kamiennych, dziaáanie
Ğwiatáa i zmiany temperatury, powodują uszkodzenie materiaáów, co umoĪliwia penetracjĊ wilgoci i kolonizacjĊ mikroorganizmów na ich powierzchni. Prowadzi to do powstania biofilmu, czyli biologicznie czynnej warstwy skáadającej siĊ z róĪnego rodzaju
mikroorganizmów, a takĪe ze Ğluzów bĊdących produktem ich dziaáalnoĞci metabolicznej. Do funkcji Ğluzów naleĪy przytwierdzenie biofilmu do podáoĪa, pocháanianie
i zatrzymywanie wilgoci oraz pocháanianie, zatrzymywanie i przemiany róĪnych substancji, które wystĊpują wokóá. Dziaáania te zapewniają stymulacjĊ procesów korozji
[Cwalina i DzierĪewicz 2007].
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Acta Sci. Pol.
Korozja siarczanowa jako realny problem sieci przewodów kanalizacyjnych...
43
W procesie korozji biologicznej mikroorganizmy nie wykorzystują do swojej dziaáalnoĞci metabolicznej materiaáów nieorganicznych, natomiast te ostatnie, poprzez kontakt z drobnoustrojami, ulegają stopniowemu niszczeniu [Little i in. 1992, Woáejko
i Matejczyk 2011]. Inicjacja oraz rozwój korozji mikrobiologicznej uwarunkowane są
wieloma czynnikami. NaleĪą do nich: dostĊpnoĞü wody, pH podáoĪa, iloĞü rozpuszczonego tlenu, warunki klimatyczne, dostĊpnoĞü substancji odĪywczych (związków organicznych i nieorganicznych) oraz skáad chemiczny [Cwalina i DzierĪewicz 2007, Little
i in. 1992]. W przypadku materiaáów mineralnych (áącznie z kamiennymi) istotny jest
takĪe ich skáad mineralogiczny, typ spoiwa, porowatoĞü oraz przepuszczalnoĞü dla
wody [Cwalina i DzierĪewicz 2007]. Szczególną rolĊ w procesie deterioracji materiaáów ma obecnoĞü wilgoci w Ğrodowisku, w którym siĊ znajdują [Woáejko i Matejczyk
2011]. ĝrodowiskiem tym moĪe byü powietrze, gleba, a takĪe sama woda (np. morska)
[Cwalina i DzierĪewicz 2007].
Proces kolonizacji rozpoczynają tzw. gatunki pionierskie, czyli mikroorganizmy, dla
których zmodyfikowana powierzchnia materiaáu stanowi dogodne do osiedlenia siĊ
Ğrodowisko. Z czasem, dziĊki odpowiednim warunkom energetycznym i odĪywczym,
mikroĞrodowisko drobnoustrojów zostaje wzbogacone o nowe gatunki lub nastĊpuje
wymiana gatunków pionierskich na bardziej záoĪone grupy. Ponadto, róĪnice w Ğrodowisku zewnĊtrznym, takie jak oddziaáywania ze Ğciekami czy zanieczyszczenia substancjami chemicznymi, wpáywają na rozwój mikroorganizmów konkretnego rodzaju. Przykáadem jest siarkowodór oraz inne zredukowane związki siarki. Poprzez wytworzenie
kwasu siarkowego przez bakterie siarkowe, szczególnie te z rodzaju Acidithiobacillus
thiooxidans, dochodzi do naraĪenia materiaáu na szkodliwe dziaáanie kwasu siarkowego
(VI) [Cwalina i DzierĪewicz 2007].
Konsekwencją aktywnoĞci metabolicznej drobnoustrojów jest zmiana wáaĞciwoĞci
fizykochemicznych wód. Dotyczy ona: stopnia natlenienia, potencjaáu utleniającoredukującego, kwasowoĞci, którą okreĞla wartoĞü pH, zmiana jakoĞciowa i iloĞciowa
skáadników mineralnych w Ğrodowisku oraz zmiany temperatury. Te ostatnie są istotne
z punktu widzenia kinetyki procesów elektrochemicznych i chemicznych oraz warunkują rozwój mikroorganizmów danego rodzaju. Wiele drobnoustrojów jest odporna na
dziaáanie ekstremalnych temperatur (od -10 do +99°C), niektóre wykazują tolerancjĊ na
znaczne zakwaszenie lub alkalizacjĊ Ğrodowiska (pH od 0 do 10,5), wysokie stĊĪenia
jonów metali (takĪe metali ciĊĪkich) oraz wysokie koncentracje innych substancji toksycznych, takich jak alkohole czy pestycydy. Warto równieĪ wspomnieü, iĪ specyfika
drobnoustrojów powoduje, Īe korozja biologiczna wystĊpuje równieĪ w warunkach
uznawanych za niekorzystne dla rozwoju organizmów Īywych [Cwalina i DzierĪewicz
2007].
KorozjĊ biologiczną naleĪy postrzegaü jako záoĪony proces deterioracji materiaáów,
w którym drobnoustroje, poprzez stworzenie sprzyjających warunków do zajĞcia zjawiska, peánią gáówną funkcjĊ [Cwalina i DzierĪewicz 2007]. Zagadnienie korozji wzbudzonej przez mikroorganizmy jest istotne przy omawianiu problemu korozji siarczanowej. PodkreĞliü naleĪy równieĪ rolĊ mikroorganizmów dwojakiego rodzaju: bakterii
redukujących siarczany i bakterii utleniających siarkĊ.
Bakterie Redukujące Siarczany (SRB). Bakterie redukujące siarczany (ang. Sulphate-reducing bacteria, SRB) to termin okreĞlający róĪnorodne mikroorganizmy, któ_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Technica Agraria 13(1-2) 2014
44
Z. Podraza
rych specyfiką jest przeksztaácanie SO42- w H2S. Uzyskują one wówczas niezbĊdną do
procesów metabolicznych energiĊ. Najbardziej optymalną temperaturą do wzrostu dla
tych bakterii jest zakres miĊdzy 20–30°C, aczkolwiek potrafią równieĪ przetrwaü w
50–60°C. Bakterie redukujące siarczany są szeroko rozpowszechnione w warunkach
beztlenowych i w przedziale pH miĊdzy 6–9. WystĊpują w glebie, w wodzie morskiej,
w Ğciekach, w podziemnych rurociągach oraz w szybach naftowych [Zhang i in. 2011].
Bakterie utleniające siarkĊ (SOB). Do bakterii utleniających siarkĊ (ang. Sulphur
oxidizing bacteria, SOB) zaliczane są mikroorganizmy, które utleniają siarkĊ elementarną lub inne formy zredukowanej siarki do siarczanów. Odpowiadają za to szczepy
bakterii z gatunku Thiobacillus i wyróĪnia siĊ nastĊpujące ich rodzaje: Thiobacillus
thiooxidans, Thiobacillus intermedius, Thiobacillus perometabolis, Thiobacillus novellus, Thiobacillus thioparus, Thiobacillus, neapolitanus i Thiobacillus versutus. Wszystkie z nich wzrastają ze zredukowanych nieorganicznych związków siarki. Kolonizacja
bakterii z rodzaju Thiobacillus nastĊpuje, gdy pH betonu bĊdzie okoáo 9 oraz gdy wystąpią wystarczające warunki wilgoci, skáadników odĪywczych oraz tlenu [O’Connell
i in. 2010]. Bakterie utleniające siarkĊ produkują biogeniczny kwas siarkowy (VI) (ang.
biogenic sulphuric acid, BSA) [Zhang i in. 2011]. Przy charakterystyce szczepów Thiobacillus biorących udziaá w produkcji H2SO4 naleĪy podkreĞliü, iĪ nie wszystkie z nich
rozwijają siĊ w identycznych warunkach Ğrodowiskowych [O’Connell i in. 2010].
Charakterystyka siarkowodoru. Siarkowodór (H2S) to wysoce toksyczny, bezbarwny i áatwopalny gaz. Stanowi jeden z gáównych związków chemicznych w obiegu
siarki w przyrodzie [Abdollahi i Hosseini 2014]. Jego podstawowym Ĩródáem są siarczany [CzapliĔski 2006]. WystĊpuje równieĪ w gazach wulkanicznych. Siarkowodór
jest produkowany takĪe przez bakterie w procesie rozkáadu biaáek roĞlinnych i zwierzĊcych oraz podczas bezpoĞredniego rozkáadu siarczanów. Stanowi reagent, a takĪe produkt poĞredni do wytwarzania innych zredukowanych związków siarki [Abdollahi
i Hosseini 2014]. Siarkowodór jest ciĊĪszy od powietrza i gromadzi siĊ w dolnych czĊĞciach studzienek rewizyjnych [CzapliĔski 2006]. Jest drugą, po tlenku wĊgla, przyczyną Ğmierci wynikającą z zatrucia szkodliwym gazem w miejscu pracy. ToksycznoĞü
siarczku wodoru związana jest najprawdopodobniej z hamowaniem dziaáania enzymów,
które zawierają metale, m.in. oksydazy cytochromowej i anhydrazy wĊglanowej. Siarkowodór wpáywa wiĊc na procesy oddychania i produkcji energii komórkowej
[Abdollahi i Hosseini 2014]. SzkodliwoĞü siarkowodoru uwarunkowana jest stĊĪeniem
oraz czasem ekspozycji organizmu ludzkiego na jego dziaáanie. Przykáadowo, w stĊĪeniu H2S wynoszącym 20 ppm (0,002%) dopuszczalne jest przebywanie do 15 min.,
natomiast w stĊĪeniu 50 ppm (0,005%) zaledwie chwilĊ. W niskich stĊĪeniach
(0,1–0,2 ppm), siarkowodór jest áatwo wyczuwalny jako nieprzyjemny zapach zgniáych
jaj. W wiĊkszych stĊĪeniach, przekraczających 100 ppm, przestaje byü wyczuwalny
stanowiąc ciche i groĨne zagroĪenie dla Īycia ludzkiego [CzapliĔski 2006].
Agencja Ochrony ĝrodowiska USA podaje nastĊpujące skutki dziaáania siarkowodoru w zaleĪnoĞci od stĊĪenia [CzapliĔski 2006]:
– powyĪej 10 ppm (0,001% H2S w powietrzu) – powoduje bóle gáowy, draĪni oczy;
– powyĪej 50 ppm (0,005% H2S w powietrzu) – uszkodzenie gaáki ocznej;
– powyĪej 100 ppm (0,01% H2S w powietrzu) – atakuje ukáad nerwowy, moĪe zupeánie uniemoĪliwiü oddychanie;
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Acta Sci. Pol.
Korozja siarczanowa jako realny problem sieci przewodów kanalizacyjnych...
45
– powyĪej 300 ppm (0,03% H2S w powietrzu) – moĪe doprowadziü do Ğmierci poprzez zatrzymanie funkcji centralnego ukáadu nerwowego;
– powyĪej 1000 ppm (0,1% H2S w powietrzu) – nastĊpuje zahamowanie procesu
oddychania doprowadzające do Ğmierci czáowieka.
Siarkowodór dysocjuje dwustopniowo zgodnie z reakcjami poniĪej. Równaniom
tym odpowiadają odpowiednie staáe równowagi reakcji [Jakubke i Jeschkeit 1993]:
H2S ֞ H+ + HS-
(1)
K1 = [H+][HS-]/[H2S]
(2)
HS- ֞ H+ + S2-
(3)
K2 = [H+][S2-]/[HS-]
(4)
WystĊpowanie H2S ĞciĞle związane jest z wartoĞcią pH. PoniĪej pH równego 6 wystĊpuje sam siarkowodór, miĊdzy 6,5 a 8,5 zarówno H2S oraz HS-, których stĊĪenia są
sobie równe dla pH okoáo 7,3. Dla pH równego 8,5 i wyĪej siarkowodór praktycznie nie
wystĊpuje [CzapliĔski 2006].
Mechanizm korozji siarczanowej. W przewodach kanalizacyjnych wyróĪnia siĊ
trzy stany natlenienia: aerobowy, anoksyczny i anaerobowy. Warunki aerobowe wskazują na obecnoĞü tlenu, anoksyczne to takie, w których nie wystĊpuje rozpuszczony
tlen, natomiast związany jest on w postaci azotanów i siarczanów. W warunkach anaerobowych tlen nie wystĊpuje w Īadnej postaci. Do rozpoczĊcia procesu korozji siarczanowej dochodzi przy nieodpowiednich warunkach przepáywu i przewietrzania kanaáów.
Przykáadowo, gdy wystĊpują kanaáy o niskich spadkach lub gdy páynące Ğcieki są stĊĪone. Gáównym Ĩródáem siarki dwuwartoĞciowej, istotnej w procesie korozji siarczanowej, są biofilm i osady. W miejscu tym bakterie Desulfovibrio oraz grzyby namnaĪają
siĊ w znacznych iloĞciach, poniewaĪ ich czas przebywania tu jest o wiele dáuĪszy niĪ
w páynącym nurcie Ğcieków. Redukcja siarki odbywa siĊ przewaĪnie w páytko poáoĪonej warstwie osadów i utworzonej przez mikroorganizmy báonie biologicznej. Wynika
to z faktu, iĪ do gáĊbszych, najstarszych warstw, dyfuzja związków organicznych bĊdących Ĩródáem wĊgla oraz siarczanów jest ograniczona, natomiast warstwa powierzchniowa zawiera znaczne iloĞci tlenu lub azotanów bĊdących jego Ĩródáem. Dlatego wáaĞnie w biofilmie, przy sprzyjających warunkach, dochodzi do korozji siarczanowej
w znacznie szybszym czasie niĪ w Ğciekach. Na przebieg kolejnego etapu istotny wpáyw
ma stĊĪenie tlenu w Ğciekach. JeĞli przekracza ono 1 mg × L-1 oraz gdy zapewnione są
dobre warunki przepáywu, nastĊpuje utlenienie powstaáej w biofilmie i osadach siarki
dwuwartoĞciowej do siarki elementarnej lub siarki o wyĪszych stopniach utlenienia
[Dąbrowski 2013]. Reakcje utlenienia jonu S2- przedstawione są poniĪej [Stöcker 1995]:
S2- - 2e- ĺS0
(5)
S0 - 4e- ĺ SO32-
(6)
SO32- - 2e- ĺ SO42-
(7)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Technica Agraria 13(1-2) 2014
46
Z. Podraza
Utlenienie siarki dwuwartoĞciowej związane jest z dyfuzją siarkowodoru i jonów
HS- z osadu do Ğcieków przy jednoczesnej przenikaniu tlenu w stronĊ przeciwną. Przy
stĊĪeniu tlenu w Ğciekach pomiĊdzy 1 mg × L-1 a 0,1 mg × L-1 czĊĞü siarki zostanie
utleniona, natomiast pozostaáa jej iloĞü dostanie siĊ do Ğcieków w formie dwuwartoĞciowej. Ze wzglĊdu na obecnoĞü jonów metali w Ğciekach, czĊĞü przedostającej siĊ
siarki na –2 stopniu utlenienia zostanie przez nie związana, tworząc sáabo rozpuszczalne
siarczki – siarka w takiej postaci nie bĊdzie uczestniczyáa w procesie korozji siarczanowej, a pozostaáa jej iloĞü, utworzy H2S oraz jony HS-. Jony HS- w caáoĞci pozostaną
w Ğciekach, natomiast siarkowodór w formie gazowej zostanie wydzielony do przestrzeni powietrznej kanaáów. Dla bardzo wysokiego pH Ğcieków moĪliwe byáoby równieĪ utworzenie jonu S2-, ale tak wysokie wartoĞci pH nie dotyczą Ğcieków bytowogospodarczych. Wnioskuje siĊ wiĊc, Īe postaü w jakiej wystąpi siarka w sposób znaczący wpáywa na wydzielanie odorów oraz przebieg procesu korozji siarczanowej. Przy
stĊĪeniu tlenu w Ğciekach poniĪej 1 mg × L-1 nie dochodzi do utlenienia siarki podczas
jej przechodzenia z osadów do Ğcieków [Dąbrowski 2013].
Siarkowodór dostający siĊ do czĊĞci powietrznej kanaáów moĪe zostaü albo usuniĊty
przez system wentylacyjny albo rozpocząü korozjĊ siarczanową. Do zainicjowania
procesu korozji siarczanowej niezbĊdna jest wartoĞü pH poniĪej 9, odpowiednia wilgotnoĞü oraz Ĩródáo wĊgla. Wówczas moĪliwe jest utlenienie siarki dwuwartoĞciowej przez
bakterie Thiobacillus do siarki elementarnej i siarki siarczanowej [Dąbrowski 2013].
Korozja siarczanowa to proces miĊdzy aktywnymi skáadnikami betonu a jonami siarczanowymi. Przebiega on dwustopniowo. W pierwszym etapie zachodzi reakcja (8)
pomiĊdzy siarczanem sodu lub siarczanem magnezu, które dyfundują pod wpáywem
róĪnicy stĊĪeĔ, a wodorotlenkiem wapnia, który wystĊpuje w betonie. Powstający gips
(CaSO4•2H2O) ma istotne znaczenie w dalszym etapie korozji. Reaguje on bowiem
z niezhydratyzowanym glinianem trójwapniowym lub z monosulfatem. Ze skáadnikami
betonu moĪe ponadto reagowaü siarczan potasowy oraz siarczan wapnia. Odpowiednie
równania reakcji chemicznych podano poniĪej [WĊglewski 2008].
Ca(OH)2 + Na2SO4 + 2H2O ĺ CaSO4•2H2O + 2Na(OH)
(8)
3CaO •Al2O3 + 3(CaSO4•2H2O) + 26H2O ĺ 3CaO•Al2O3 •3CaSO4 •32H2O
(9)
Ca4Al2(OH)12 •SO4•6H2O + 3(CaSO4•2H2O) + 26H2O ĺ
ĺ 3CaO•Al2O3•3CaSO4 •32H2O
(10)
Reakcje te prowadzą do powstania silnie ekspansywnego krysztaáu. Jest nim uwodniony siarczanoglinian wapnia (ettringit). W trakcie krystalizacji wypeánia on szczeliny
betonu, a nastĊpnie, wywierając ciĞnienie na otaczające go Ğcianki porów, moĪe prowadziü do mikropĊkniĊü w strukturze betonu [WĊglewski 2008]. Procesy te bĊdą dotyczyáy zwáaszcza klucza kanaáu, poniewaĪ tam obciąĪenia zewnĊtrzne są najwiĊksze, oraz
miejsc tuĪ powyĪej powierzchni zwierciadáa Ğcieków [Dąbrowski 2013]. Ettringit powoduje uszkodzenie betonu jedynie wówczas, gdy reakcje zachodzą w stwardniaáej strukturze betonu – w ĞwieĪym betonie reakcje te bĊdą zachodziáy podczas hydratacji cementu
i ze wzglĊdu na jego podatnoĞü nie spowoduje to uszkodzeĔ. Stwardniaáy beton nie posiada juĪ takiej zdolnoĞci akumulacji odksztaáceĔ i ekspansja ettringitu bĊdzie powodowaáa powstawanie mikroszczelin i degradacjĊ staáych sprĊĪystych [WĊglewski 2008].
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Acta Sci. Pol.
Korozja siarczanowa jako realny problem sieci przewodów kanalizacyjnych...
47
Zabezpieczenie przed korozją betonu. W celu ochrony przed korozją betonu wywoáaną w systemach kanalizacyjnych biogenicznym kwasem siarkowym (VI) stosuje
siĊ róĪnorodne metody. Są one ukierunkowane na róĪne ogniwa reakcji prowadzących
do korozji siarczanowej. WyróĪniono:
a) zastosowanie chemicznych lub biologicznych technologii zmniejszających iloĞü
emisji siarkowodoru,
b) zastosowanie domieszek, powáok ochronnych lub kwasoodpornego cementu
w celu ochrony przed chemicznym atakiem na skáadniki betonu,
c) wykorzystanie powáok przeciwdrobnoustrojowych lub domieszek, które zmniejszają aktywnoĞü mikrobiologiczną. Mają one równieĪ hamowaü rozwój glonów i grzybów [De Muynck 2009].
PODSUMOWANIE
Przyczyną powstawania korozji siarczanowej jest biogeniczny kwas siarkowy (VI),
który, reagując z aktywnymi skáadnikami betonu, powoduje utworzenie ettringitu. Ten
silnie ekspansywny krysztaá w procesie krystalizacji wypeánia szczeliny betonu i moĪe
prowadziü do mikropĊkniĊü w jego strukturze. Stosuje siĊ zabezpieczenia przed korozją
biologiczną, jednakĪe jest to dziaáanie trudne, kosztowne i nie zawsze dające dobre
efekty. Na podstawie analizy przebiegu procesu korozji siarczanowej oraz jej skutków
wnioskuje siĊ, iĪ stanowi ona wspóáczeĞnie powaĪne zagroĪenie dla sieci kanalizacyjnych.
PIĝMIENNICTWO
Abdollahi, M., Hosseini, A. (2014). Hydrogen Sulfide, Encyclopedia of Toxicology. Third Edition, 971–974.
Cwalina, B., DzierĪewicz, Z. (2007). Czynniki sprzyjające biologicznej korozji konstrukcji Īelbetowych. Cz. I. Konstrukcje – Elementy – Materiaáy. Przegl. Bud., 7–8, s. 52–59.
CzapliĔski, T. (2006). Kanaáy Krakowa. Osady kanalizacyjne. Cz. II. Woda i My, 3(37), 3–5.
Dąbrowski, W. (2013). Nieporozumienia dotyczące korozji siarczanowej. Instal, 1, 33–36.
De Muynck, W., De Belie, N., Verstraete, W. (2009). Effectiveness of admixtures, surface treatments and antimicrobial compounds against biogenic sulfuric acid corrosion of concrete, Cem.
Concr. Compos., 31(3), 163–170.
Jakubke, H.D., Jeschkeit, H. (1993). Concise Encyclopedia Chemistry. Walter de Gruyter, Berlin,
p. 513
Little, B., Wagner, P., Mansfeld, F. (1992). An overview of microbiologically influenced corrosion. Electrochim. Acta, 37(12), 2185–2194.
O’Connell, M., McNally, C., Richardson, M.G. (2010). Biochemical attack on concrete in wastewater applications: A state of the art. Review. Cem. Concr. Compos., 32(7), 8, 479–485.
Racki, J., Kurtz, W. (1964). Korozja mikrobiologiczna oraz rola bakterii w przemyĞle kopalin
chemicznych. Wiad. Bot. 8(2), 163–170.
Stöcker, F.W. (1995). Concise Encyclopedia Biology. Berlin, p. 1153.
WĊglewski, W. (2008). Modelowanie zniszczenia betonu wywoáanego korozją siarczanową.
Rozprawa doktorska, Inst. Podst. Probl. Techn. PAN, Warszawa, 6–9.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Technica Agraria 13(1-2) 2014
48
Z. Podraza
Woáejko, E., Matejczyk, M. (2011). Problem korozji biologicznej w budownictwie. Bud. InĪ.
ĝrod., 2, 191–195.
Zhang, C., Wen, F., Cao, Y. (2011). Progress in research of corrosion and protection by sulfatereducing bacteria. Proced. Environ. Sci., 10, 1177–1182.
SULPHATE CORROSION AS A REAL PROBLEM IN A SEWAGE
NETWORK SYSTEMS
Abstract. This paper presents the problem of sulphate corrosion in the sewage network
systems. The sulphate corrosion and its consequences are presented. The issue of biological corrosion, sulphate reducing bacteria (SRB) and sulphur-oxidizing bacteria (SOB) as
the two main groups of microorganisms participating in the process of sulphate corrosion
is described. Subsequently hydrogen sulphide was characterised and stages of sulphate
corrosion leading to the formation of ettringite (hydrous calcium aluminium sulfate) were
presented. At the end a possible protection against the sulphate corrosion was outlined. It
has been concluded that sulphate corrosion is a serious threat to the sewage network systems.
Key words: sulphate corrosion, Microbiologically Inducted Corrosion (MIC), hydrogen
sulphide, ettringite
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Acta Sci. Pol.