влияние микробиологического фактора на экологическую безопасность объектов техносферы

 

Бетоны подвергаются биогенной сернокислотной агрессии на многих объектах техносферы, контактирующих с газовой средой, которая содержит сероводород и оксид серы (IV). В результате окисления этих соединений тионовыми бактериями образуется главным образом серная кислота, а также ряд продуктов неполного окисления H₂S, S⁰, тиосульфаты, тетратионаты и др. Среди техногенных объектов наиболее активная биогенная сернокислотная агрессия происходит в сетях водоотведения.

Целью комплексных исследований образцов бетона из канализационных трубопроводов и шахт являлся анализ микробиологических трансформаций соединений серы, значимых для контроля активности коррозионного процесса. Получаемые характеристики сопоставляли с динамикой коррозионного процесса, которую количественно отражали значения рН бетона.

В исходном бетоне сера обнаруживается в минимальных концентрациях. В динамике коррозионного процесса концентрация серы в бетоне возрастает по экспоненциальной кривой, причём при рН бетона <5 значительно активнее, чем концентрация органического углерода (рис.). Сера, накапливаемая в бетоне трубопроводов водоотведения в процессе биогенной сернокислотной коррозии, представлена практически только сульфатами. О накоплении сульфата, кальция, гипса двуводного, — главного минерала коррозии — свидетельствуют и данные рентгенструктурного анализа. В процессе коррозии в бетоне стабильно накапливается и безводный сульфосиликат. Концентрация эттрингита в начальный период коррозии повышалась, а при дальнейшем развитии коррозионного процесса и снижении рН бетона до значений < 7,8 уменьшалась. При рН<6.8 эттрингит в образцах бетона не обнаруживался.

 

 

Совсем другую зависимость от рН имеет валовая концентрация соединений несульфатной серы в образцах бетона. Максимальных значений концентрация сера в валентности 0 и -2 достигает при рН около 9, а затем стабильно снижается. Но даже максимальные значения несульфатной серы были на 2 порядка ниже концентрации серы сульфатов в бетоне при тех же значениях рН. Это обусловлено различной устойчивостью соединений серы и их растворимостью при значениях рН, наблюдаемых в бетоне на своде коллекторов, но, главным образом, активностью метаболизма тионовых бактерий, образующих серную кислоту.

При щелочных значениях рН, когда активность жизнедеятельности и плотность ассоциации тионовых бактерий, образующих серную кислоту, еще низкая, сероводород, растворяющийся в конденсатной влаге, не подвергаются глубокому окислению. Он накапливается в бетоне в виде HS^2-, а также такого продукта его окисления, как S⁰, образующегося в бетоне, как абиогенным путем, так и в результате жизнедеятельности ассоциаций тионовых бактерий, окисляющих S^2- до S⁰. При дальнейшем подкислении среды активность метаболизма тионовых бактерий, образующих серную кислоту, чрезвычайно интенсифицируется. Они окисляют восстановленные соединения серы до серной кислоты и при рН < 5 сульфаты подавляюще доминируют среди серосодержащих соединений в химическом составе бетона.

Понижение рН бетона повышает растворимость соединений серы. Концентрация подвижной серы сульфатов повышается в динамике коррозии, причем, особенно активно при рН < 5,0, аналогично динамике общей серы и серы сульфатов. Абсолютная концентрация серы в водных вытяжках в среднем на порядок превышает концентрацию углерода. Необходимо, также отметить, что в динамике коррозии доля растворимых соединений серы в ее общем содержании возрастает. А по соотношению _.S_общ./C_общ. или S_подв/С_{подвижн.} Можно идентифицировать коррозионные процессы в бетоне, вызванные развитием ассоциаций тионовых бактерий (табл.).

 

Таблица — Соотношение различных форм серы в бетоне в динамике коррозионного процесса

 

рН