Bakteriálna korózia betónuBakteriálna korózia betónu

Oddelenie minerálnych biotechnológiíOddelenie minerálnych biotechnológiíÚstav geotechniky - Slovenská akadémia vied Ústav geotechniky - Slovenská akadémia vied

Watsonova 45, 043 53 KošiceWatsonova 45, 043 53 Košice

Adam Lupták, 3. AAdam Lupták, 3. A

ÚvodÚvodMikroorganizmy sa nachádzajú všade na Zemi, aj na takých

miestach, kde by iná forma života nemohla už existovať. Ich základnou funkciou je aktívna účasť v biologickom kolobehu prvkov v prírode. Existuje obrovské množstvo rôznych mikroorganizmov. Ich základné rozdelenie je nasledovné(Obr.1):

Obr. 1. Základné rozdelenie mikroorganizmovObr. 1. Základné rozdelenie mikroorganizmov

„„Mikroorganizmy samy o sebe nie sú zlé ani dobré, záleží na okolnostiachMikroorganizmy samy o sebe nie sú zlé ani dobré, záleží na okolnostiach” ”

Postage (1982Postage (1982))

Dôsledky existencie a metabolizmu MODôsledky existencie a metabolizmu MO môžu byťmôžu byť

„„pozitívne“ apozitívne“ alebo lebo „negatívne“ . „negatívne“ .

Mikroorganizmy získavajú energiu pre svoj rast, pohyba rozmnožovanie na základe rôznych typov chemických reakcií. Týmto spôsobom látky rozkladajú (katabolické procesy) alebo syntetizujú (anabolické procesy).

„„pozitívnepozitívne“ -“ - účasť v biologickom kolobehu síry, odstraňovanie účasť v biologickom kolobehu síry, odstraňovanie ťažkých kovov a síranov z priemyselných odpadových vôd, ťažkých kovov a síranov z priemyselných odpadových vôd, bioluhovanie sulfidických minerálov, odstraňovanie síry bioluhovanie sulfidických minerálov, odstraňovanie síry z nafty,benzínov a uhliaz nafty,benzínov a uhlia

„„negatívne“negatívne“ - - bbiokorózia kovových potrubí a zariadení iokorózia kovových potrubí a zariadení (podzemná korózia), biokorózia betónov a stavebných(podzemná korózia), biokorózia betónov a stavebných materiálov, znehodnocovanie leteckých palív. materiálov, znehodnocovanie leteckých palív.

V predkladanej práci som sa zaoberal so síru-oxidujúcimi baktériami Aciditiobacillus thiooxidans a síran-redukujúcimi baktériami Desulfovibrio desulfuricans., ktoré sa zúčastňujú biologického kolobehu síry v prírode a predstavujú tzv. ,,Sulfuretum“. Dôsledky existencie a metabolizmu ,,Sulfureta“ môžu byť taktiež pozitívne alebo negatívne:

KoróziaKorózia je vo všeobecnosti považovaná za prirodzený proces degradácie a postupného znehodnocovania materiálov pôsobením okolitého prostredia.

Jej vznik a priebeh je podmienený mnohými vplyvmi, medzi ktoré okrem najviac študovaných fyzikálnych a chemických, nesporne patria aj biologické vplyvy.

Tieto predstavujú vplyv vegetácie a vplyv činnosti Tieto predstavujú vplyv vegetácie a vplyv činnosti mikroorganizmovmikroorganizmov a spôsobujú tzv. a spôsobujú tzv. biokoróziubiokoróziu. Nežiadúce zmeny . Nežiadúce zmeny vlastností materiálov spôsobené vplyvom mikroorganizmov sú v vlastností materiálov spôsobené vplyvom mikroorganizmov sú v odbornej literatúre označované ako odbornej literatúre označované ako mikrobiálna koróziamikrobiálna korózia. .

Mikroorganizmy (MO) sa značnou mierou podieľajú aj na Mikroorganizmy (MO) sa značnou mierou podieľajú aj na degradácií a znehodnocovaní rôznych stavebných materiálov. degradácií a znehodnocovaní rôznych stavebných materiálov. Štúdiom nežiadúcich zmien stavebných materiálov pôsobením Štúdiom nežiadúcich zmien stavebných materiálov pôsobením MO sa zaoberá vedný odbor – MO sa zaoberá vedný odbor – BiodeterioráciaBiodeteriorácia stavieb a MO sú stavieb a MO sú v tomto prípade označované ako v tomto prípade označované ako biodeteriogény.biodeteriogény.

K najčastejšie používaným stavebným materiálom patrí betón. Aj v prípade betónu môžeme pozorovať preukázateľný výsledok pôsobenia MO.

Biokoróziu betónu spôsobujú rôzne typy mikroorganizmov (pliesne, baktérie, aktinomycéty, riasy, sinice a pod.).

Biokoróziu betónových kanalizačných rúr (Obr. 2A, B, C) spôsobujú najmä síru-oxidujúce baktérie rodov Acidithiobaccillus, Leptospirillum a síran-redukujúce baktérie (SRB) rodov Desulfovibrio, Desulfotomaculum.

Obr. 2. Biokorózia betónovej kanalizačnej rúryObr. 2. Biokorózia betónovej kanalizačnej rúry

(A)(A) (B)(B) (C)(C)

Obrázok č.3 znázorňuje priebeh biokorózie betónovej kanalizačnej rúry. Na dne rúry v spodnej časti prepravovanej vody, ktorá skoro vždy obsahuje sírany sa nachádzajú SRB, ktoré redukujú sírany na sulfán. Ten potom stúpa do hornej časti potrubia, kde kondenzuje. Tu sa nachádzajú síru-oxidujúce baktérie, ktoré oxidujú sulfán na kyselinu sírovú, ktorá koroduje betón. Postupne dochádza k rozpínaniu betónu, vzniku trhlín a prasklín, strate pevnosti a k celkovému rozpadu betónu.

Obr. 3. Priebeh biokorózie betónovej kanalizačnej rúryObr. 3. Priebeh biokorózie betónovej kanalizačnej rúry

Cieľ práceCieľ práce

- pozorovanie - pozorovanie zmzmienien povrchu betónových vzoriek povrchu betónových vzoriek pod pod vplyvvplyvomom baktérii baktérii Acidithiobacillus thiooxidansAcidithiobacillus thiooxidans a a DesulfovibrioDesulfovibrio desulfuricans desulfuricans

Experimentálna ćasťExperimentálna ćasťMikroorganizmy

sírusíru-o-oxidujúce baktérie - xidujúce baktérie - Acidithiobacillus thiooxidansAcidithiobacillus thiooxidans ((Obr. 4.)Obr. 4.)

- vyizolované z kyslej banskej vody (acid mine drainage - AMD), vytekajúcej so šachty Pech (Obr. 5.) , z ložiska Smolník,

- na izoláciu a následnú kultiváciu bola použitá selektívna živná pôda podľa Waksmana a Joffeho.

Obr. 5. Výtok AObr. 5. Výtok AMD z banskej šachtyMD z banskej šachty Pech Pech ((ložisko ložisko Smolník Smolník))

Obr. 4.Obr. 4. Baktérie Baktérie Acidithiobacillus Acidithiobacillus thiooxidans thiooxidans vyvyizolováné z Aizolováné z AMD zo šachty Pech, ložisko MD zo šachty Pech, ložisko Smolník Smolník..

síransíran--redukujúce baktérie - redukujúce baktérie - DesulfovibrioDesulfovibrio desulfuricans desulfuricans (Obr. 6(Obr. 6) )

- vyizolované zo zmiešanej bakteriálnej kultúry, získanej z pitnej minerálnej vody Gajdovka (Obr. 7) , Košice-sever,

- na izoláciu a následnú kultiváciu bola použitá selektívna živná pôda podľa Postgate.

Obr. 6. Prameň Gajndovka- pitná Obr. 6. Prameň Gajndovka- pitná minerálna vodaminerálna voda, Kosice-, Kosice-sever.sever.

Obr. 7. BaktérieObr. 7. Baktérie DesulfovibrioDesulfovibrio desulfuricans desulfuricans vyizolované z pitnej minerálnej vody vyizolované z pitnej minerálnej vody (Gajdovka(Gajdovka). ).

Mikroorganizmy

Vzorky betónuSSkúšobné vzorky betónu vo forme valcov boli vyhotovené z betónových kúšobné vzorky betónu vo forme valcov boli vyhotovené z betónových blokovblokov (Obr. 8A) (Obr. 8A) najskôr pomocou vŕtacieho zariadenia STAM s najskôr pomocou vŕtacieho zariadenia STAM s jadrovým vrtákom. Takto vyvŕtané betónové valce, boli následne jadrovým vrtákom. Takto vyvŕtané betónové valce, boli následne narezané kotúčovou pílou na menšie vzorkynarezané kotúčovou pílou na menšie vzorky (Obr. 8B a 8C) (Obr. 8B a 8C), ktoré boli , ktoré boli ešte pred vlastným použitím v experimente obrusované a leštenéešte pred vlastným použitím v experimente obrusované a leštené. .

Obr. 8.Obr. 8. Betónové vzorkyBetónové vzorky

(A)(A)(B)(B)

(C)(C)

Biokorózia vzoriek betónu prebiehala v laboratórnej aparatúre zobrazenej na Obr.9, ktorá umožňovala simuláciu sulfureta, teda simultánne pôsobenie baktérií Acidithiobacillus thiooxidans (A.t.) a Desulfovibiro desulfuricans (D.d.) v modelových podmienkach.

Laboratórna aparatúra pozostávala z dvoch sklenených nádob, vzájomne prepojených s exikátorom, ktorý svojou konštrukciou najviac vyhovoval našim experimentálnym podmienkam. V prvej nádobe sa nachádzala aktívna bakteriálna SRB a v druhej nádobe octan kademnatý pre zachytenie prebytočného biogénného sulfánu.

Obr. 9.Obr. 9. Použitá laboratórna aparatúraPoužitá laboratórna aparatúra

Baktérie Desulfovibrio desulfuricansBaktérie Desulfovibrio desulfuricans

ExikátorExikátor

OOctan kademnatýctan kademnatý

Vzorky betónov boli uložené do kadičiek, naplnených odpadovou vodou (kadička č.1), kyslou banskou vodou (kadička č.2), živným médiom pre A.t. (kadička č.3) a destilovanou vodou (kadička č.4). a následne boli uložené do exikátora na povrch porcelánovej platne (Obr. 10).

Obr. 10. Exikátor s nainokulovanýmí betónovými vzorkami Obr. 10. Exikátor s nainokulovanýmí betónovými vzorkami uloženými v kadičkáchuloženými v kadičkách

Kadička č. 1

Kadička č. 2

Kadička č. 3

Kadička č. 4

Potom bol povrch vzoriek inokulovaný baktériami A.t. Dno exikátora až po úroveň cca 1 cm nad úroveň porcelánovej platne bolo naplnené destilovanou vodou. Po uzatvorení exikátora a jeho prepojenia s nádobami, nasledoval kontinuálny prívod bakteriálne vyprodukovaného sulfánu pomocou inertného plynu – dusíka, z prvej nádoby na dno exikátora. Potom bol systém uzatvorený.

Inokulácia vzoriek betónov baktériami A.t. bola realizovaná v 7 Inokulácia vzoriek betónov baktériami A.t. bola realizovaná v 7 dňových intervaloch. V tých istých intervaloch bola realizovaná aj dňových intervaloch. V tých istých intervaloch bola realizovaná aj výmena selektívného živného média DSM-63 pre rast síran-výmena selektívného živného média DSM-63 pre rast síran-redukujúcich baktérii. Bakteriálne vyprodukovaný sulfán bol redukujúcich baktérii. Bakteriálne vyprodukovaný sulfán bol pôsobením baktérií A.t. oxidovaný na Hpôsobením baktérií A.t. oxidovaný na H

22SOSO44, ktorá korodovala vzorky , ktorá korodovala vzorky

betónov.betónov.

Kryštáliky CaSO4

A

Obr. 12. Obr. 12. Vzorka betónu po 30 dňoch - Vzorka betónu po 30 dňoch - ppovrch výplne medzi kamenivom je ovrch výplne medzi kamenivom je porušený a pokrytý bielymi kryštálmi porušený a pokrytý bielymi kryštálmi pravdepodobne pravdepodobne sadrovca, čo sadrovca, čo znamená, že dochádza k uvoľňovaniu Ca z betónového matrixu pod znamená, že dochádza k uvoľňovaniu Ca z betónového matrixu pod vplyvom bakteriálne vyprodukovanej Hvplyvom bakteriálne vyprodukovanej H

22SOSO44, čím postupne dochádza , čím postupne dochádza

k narúšaniu štruktúry betónu. Niektoré zložky kameniva boli úplne k narúšaniu štruktúry betónu. Niektoré zložky kameniva boli úplne odstránené (bod A ).odstránené (bod A ).

Obr. 11. Vzorka betónu na začiatku experimentu - hladký povrch výplne medzi kamenivom.

VýsledkyVýsledky

Ďakujem za pozornosť.Ďakujem za pozornosť.