Системы сточных вод являются неотъемлемой частью инфраструктуры. Биогенные процессы в системах канализации и водоподготовки являются их «естественным врагом», нанося ущерб бетонным и металлическим элементам, ремонт которых требует значительных средств. Токсичные газы, выделяемые в ходе биогенных процессов, такие как сероводород, также представляют значительный риск для здоровья, вызывая целый ряд симптомов от раздражения до дыхательной недостаточности и смерти.
В журнале Water Research междисциплинарная группа исследователей из Технологического Университета Граца и Грацского университета имени Карла и Франца изложила стратегии, направленные на предотвращение так называемой микробной индуцированной коррозии бетона (MICC).
Кирилл Гренг из ТУ Граца пояснил: «MICC часто коррозирует обычные типы бетона, используемые на очистных сооружениях из расчета сантиметр в год. Соответственно, бетонные элементы могут быть разрушены в течение всего лишь нескольких лет, что нанесет значительный ущерб системам водоотведения». По мнению исследователей, зачастую отмечается недостаточная осведомленность об этих процессах и возникающая в результате этого угроза для инфраструктуры и здоровья человека. Только в Германии экономический ущерб от ремонта системы очистки сточных вод составляет около 450 млн. евро в год. Хотя в настоящее время данные по Австрии отсутствуют, затраты могут быть экстраполированы, а также применены к другим Европейским странам.
Микробно-индуцированная кислотная коррозия (MICC) происходит в результате биогенной сульфатредукции с последующим реокислением. В трубопроводах или стоящей сточной воде, сульфат преобразуется бактериями в сероводород. Этот едкий, сильно ядовитый газ попадает в канализационные трубы и колодцы. Там реокисление автотрофными бактериями происходит на бетонных поверхностях, которые даже не вступают в контакт со сточными водами. Бактерии производят серную кислоту, которая реагирует с бетоном. Как объясняет Гюнтер Корайман из Унивеситета Граца, который подробно изучил эти процессы: «это приводит к энергичному образованию биопленки на поверхности бетона, снижению значения рН до уровня ниже двух, то есть высококислого, и экстенсивному образованию новых минералов, главным образом в виде гипса. Сочетание этих процессов приводит к быстрому разрушению бетона.»
Ученые из Граца работали над решением, используя междисциплинарный исследовательский подход. После углубленных исследований микроструктурных и микробиологических процессов в тесном сотрудничестве с Институтом строительных и отделочных материалов г. Дармштадт был разработан новый геополимер устойчивый к микробной индуцированной коррозии. При разработке этого материала ориентировались на устойчивость к кислоте и антибактериальные свойства. Группа добилась значительных успехов — микроорганизмы, запускающие начальный процесс окисления, в первую очередь не могут осесть на таких поверхностях. В свою очередь это препятствует образованию серной кислоты. Флориан Миттермайр из ТУ Граца прокомментировал: «мы добились очень многообещающих результатов с материалами, которые имеют гораздо больший срок службы, чем обычные типы бетона. Использование этих долговечных материалов позволит операторам реконструировать поврежденные системы очистки сточных вод, значительно продлевая срок их службы и снижая финансовую нагрузку». Исследователи опубликовали свои последние результаты по профилактике MICC в текущем выпуске журнала Water Research 134 (2018) 341-352: «Достижения в материалах для канализационных систем, подверженных микробно-индуцированной коррозии: Обзор.»
Австрийская провинция Штирия оказала финансовую поддержку исследованиям и стремится повысить осведомленность об этой глобальной проблеме среди местных органов власти Штирии и региональных ассоциаций сточных вод.
По материалам: https://phys.org/news/2018-02-combating-sulphuric-acid-corrosion-wastewater.html
