zurück

Materialien gegen biogene Schwefelsäure-Korrosion entwickelt

Eine interdisziplinäre Forschenden-Gruppe der TU Graz und der Uni Graz hat im Fachjournal „Water Research“ neue Strategien vorgestellt, um in Kanal- und Abwassersysteme biogener Schwefelsäure-Korrosion (BSK) vorzubeugen.

Biogene Schwefelsäure-Korrosion
Biogene Schwefelsäure-Korrosion führt zu massiven Schädigungen an Abwassersystemen. Grazer Forscher präsentieren eine Lösung gegen den Schwefelsäureangriff. (Abb.: TU Graz)

Nicht selten beträgt die durch Biogene Schwefelsäure-Korrosion (BSK) erzeugte Korrosionsrate an in Abwasseranlagen verwendeten Betonen einen Zentimeter pro Jahr oder mehr. Die verwendeten Betonteile können so innerhalb von wenigen Jahren vollständig zerstört werden.

Der BSK-Prozess in Abwasseranlagen entsteht durch eine Sequenz von biogener Sulfat-Reduktion und anschließender Rückoxidation. In einem ersten Schritt wird das in Druckrohrleitungen oder stehenden Abwässern vorhandene Sulfat von Bakterien unter anaerobern Bedingungen reduziert und es bildet sich Schwefelwasserstoff. Dieses stark riechende, hoch giftige Gas entweicht in die Kanalatmosphäre und diffundiert in den Beton der Abwasserrohre und Kanalschächte. An Betonwänden, die gar nicht in Kontakt mit dem Abwasser stehen, findet eine Rückoxidation durch autotrophe Bakterien statt. Diese Mikroorganismen produzieren Schwefelsäure, die mit den Betonbauteilen reagiert. Dadurch kommt es zu einer intensiven Biofilmbildung an der Oberfläche des Betons, einer Absenkung des pH-Werts auf unter zwei, also stark sauer, und zu expansiven Mineralneubildungen in Form von Gips. Durch die Kombination dieser Prozesse schreitet die Zerstörung des Betons rasch voran.

Ganzheitliches Lösungskonzept vorgestellt

Nach der genauen Erforschung dieser mikrobiologischen Prozesse wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen der TU Darmstadt neue BSK-resistente Materialien entwickelt. Dabei hat sich Geopolymerbeton als besonders geeignet erwiesen, dem Säureangriff Stand zu halten. Bei der Entwicklung des Baustoffs ist nicht nur dessen Säureresistenz eine höchst erwünschte Eigenschaft, sondern auch die von der Forschungsgruppe vorangetriebene Entwicklung antibakterieller Materialoberflächen, an denen sich Mikroorganismen, die den initialen Oxidationsprozess verantworten, gar nicht erst ansiedeln. Somit wird das Entstehen von Schwefelsäure verhindert.

Florian Mittermayr vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie der TU Graz erklärt: „Wir haben bereits vielversprechende Ergebnisse mit Materialien, die eine vielfach höhere Lebensdauer gegenüber herkömmlichen Betonen aufweisen. Der Einsatz dieser neuen Materialien würde eine nachhaltige Sanierung geschädigter Abwassersysteme ermöglichen und deren Lebensdauer deutlich verlängern.“

Ihre jüngsten Erkenntnisse in der BSK-Bekämpfung veröffentlichte die Gruppe unter dem Titel „Advances in concrete materials for sewer systems affected by microbial induced concrete corrosion: A review“ im Fachjournal Water Research 134 (2018) 341 – 352. Der interdisziplinären Forschungsgruppe gehören Cyrill Grengg vom Institut für Angewandte Geowissenschaften, Florian Mittermayr vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie der TU Graz und Günther Koraimann vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Uni Graz an.