DE4294814C2

DE4294814C2 - Verfahren zur Vermeidung eines bakterieninduzierten Schwefelsäureangriffs auf Beton, Mörtel oder ein hochpolymeres Material

Info

Publication number: DE4294814C2
Application number: DE4294814A
Authority: DE
Inventors: Terunobu Maeda; Atsunori Negishi
Original assignee: Hazama Gumi Ltd
Current assignee: Hazama Corp
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: GB9323642D0; SG45272A1; GB2272694B; DE4294814T1; KR970001245B1; GB2272694A; DE4294814C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermeidung eines bakterieninduzierten Schwefelsäureangriffs auf Beton, Mörtel oder ein hochpolymeres Material aufgrund von schwefeloxidierenden Bakterien der Gattung Thiobazillus in Anlagen zur Abwasserbehandlung und dergleichen.

Es ist bekannt, daß Zersetzungserscheinungen durch das Einwirken von Schwefelwasserstoff in Anlagen zur Abwasserbehandlung oder dergleichen darauf beruhen, daß Beton- oder Mörtelstrukturen leicht gipshaltig werden oder Farbe von diesen abblättert oder Risse in einem hochpolymeren Material wie Polyester gebildet werden. Derartige Zersetzung wird der Oxidation von Schwefelwasserstoff zu Schwefelsäure durch schwefeloxidierende Bakterien der Gattung Thiobazillus zugeschrieben, welche im allgemeinen weit verbreitet im Boden oder Wasser lebt und durch Assimilation von Kohlendioxid durch Oxidation von Schwefelverbindungen wächst, und es wurde eine Vielzahl von Verfahren zur Vermeidung der Zersetzung vor geschlagen. Diese präventiven Verfahren werden grob in die folgenden vier Verfahren eingeteilt; (1) Verfahren zur Hemmung der Sulfidbildung, (2) Verfahren zur Hemmung der Schwefelwasserstoffentstehung, (3) Verfahren zur Hemmung der Schwefelsäurebildung aus Schwefelwasserstoff, und (4) Verfahren unter Verwendung nichtkorrodierender Materialien (siehe: "Design Manual", Odor and Corrosion Control in Sanitary Sewerage Systems and Treatment Plants, October 1985).

Als vorstehendes Verfahren (1) oder (2) ist ein solches be kannt, bei dem Wasserstoffperoxid oder Chlorverbindungen oder Salze von Metallen wie Eisen, Zink, Blei, Kupfer etc. in großer Menge dem Abwasser zugegeben werden, wie von der US-Um weltschutzbehörde vorgeschlagen wurde. Jedoch bringt dieses Verfahren Probleme in wirtschaftlicher Hinsicht mit sich. Als Verfahren (3) ist ein solches bekannt, bei dem eine Belüftung zur Verringerung der Schwefelwasserstoffkonzentration in der Luft durchgeführt wird. Dieses Verfahren führt jedoch zu Geruchsemissionen, und man erhält noch kein zufriedenstellendes Ergebnis zum gegenwärtigen Zeitpunkt. Darüber hinaus ist ein Verfahren unter Verwendung beispielsweise von Glasfasern und rostfreiem Stahl als nichtkorrodierende Materialien als Verfahren (4) bekannt, aber dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eine Leichtkonstruktion und die Wirtschaftlich keit problematisch sind. Es gibt auch bekannte organische Verbindungen, wie Na-PCP, als bakteriostatische Mittel, die in schwefelhaltigen Mörtel eingebaut werden können. Die Ver wendung dieser Verbindungen ermöglicht jedoch die Bildung von feinen Löchern und Rissen in Beton oder Mörtel, wodurch das Problem mangelnder Haltbarkeit entsteht. Zusätzlich ist die Verwendung des vorstehenden Na-PCP derzeit verboten.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Zersetzung von Beton, Mörtel oder einem hochpolymeren Material wirksam und während eines langen Zeitraums verhindern kann.

Fig. 1a ist eine Fotografie, die den Zustand der Oberfläche einer Untersuchungsprobe zeigt, die in Bei spiel 1 verwendet wurde.

Fig. 1b ist ein Diagramm, das Fig. 1a erklärt.

Fig. 2a ist eine Fotografie, die den Zustand der Oberfläche einer Untersuchungsprobe zeigt, die in Bei spiel 2 verwendet wurde.

Fig. 2b ist ein Diagramm, das Fig. 2a erklärt.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das ein in den Bei spielen 2 bis 4 verwendetes System mit beschleunigter Zerset zung zeigt.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Vermeidung eines bakterieninduzierten Schwefelsäureangriffs auf Beton, Mörtel oder ein hochpolymeres Material, ausgewählt aus Polyethylen, Polyester, Polyvinylchlorid, Epoxy-Harz und Mischungen davon, bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein aus Nickel, Nickeloxid, Raney-Nickel, stabilisiertem Nickel, Zinn, Zinnoxid, Kobaltoxid, rostfreiem Stahl und Mischungen von ausgewähltem Metallpulver in den Beton, den Mörtel oder das hochpolymere Material eingebracht wird.

Nachstehend wird die Erfindung genauer beschrieben.

Das Verfahren der Erfindung ist gekennzeichnet durch das Einbringen des Metallpulvers in den Beton, Mörtel oder das hochpo lymere Material, um eine bakteriostatische und/oder bakte riozide Wirkung auf schwefeloxidierende Bakterien der Gattung Thiobazillus auszuüben, die im Boden, Wasser und dergleichen wachsen, denen man gewöhnlich die Abnutzung von Beton, Mörtel oder hochpolymerem Material zuschreibt.

Das vorstehende Metall ist ein Bestandteil, das mit Schwefel säure umgesetzt wird, die zur Zeit der Abnutzung von Beton, Mörtel oder einem hochpolymeren Material durch Einwirkung von schwefeloxidierenden Bakterien der Gattung Thiobazillus er zeugt wird, wodurch sich ein Sulfat bildet und somit ein bak teriostatischer und/oder bakteriozider Effekt auf die schwe feloxidierenden Bakterien ausgeübt wird, und das insbesondere aus einer aus Nickel, einem Nickeloxid, Raney-Nickel, einem stabilisierten Nickel, Zinn, einem Zinnoxid, einem Kobalt oxid, rostfreiem Stahl und Mischungen daraus bestehenden Gruppe ausgewählt werden kann.

Das Metall liegt in Form eines fei nen Pulvers vor, so daß es leicht und homogen mit Beton, Mör tel oder einem hochpolymeren Material vermischt werden kann und besteht insbesondere aus einem fein verteilten Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,01 bis 0,1 mm. Der Anteil des vorstehenden einzubauenden Metalls ist vorzugs weise 0,001 bis 25 Gewichtsteile, insbesondere 0,1 bis 20 Ge wichtsteile pro 100 Gewichtsteilen der Zementbestandteile in Beton oder Mörtel oder des hochpolymeren Materials. Wenn der Anteil geringer als 0,001 Gewichtsteile ist, besteht die Schwierigkeit, die bakteriostatischen und bakterioziden Wir kungen auf die schwefeloxidierenden Bakterien langzeitig auf recht zu erhalten, wogegen bei einem Anteil von über 25 Ge wichtsteilen keine Verbesserung der bakteriostatischen und bakterioziden Wirkungen auf die schwefeloxidierenden Bakte rien erwartet werden kann und darüberhinaus ein Kostenproblem entsteht, und somit nicht bevorzugt ist.

Das Verfahren der Erfindung wird durch Zumischen des Metallpulvers zu üblichem Beton, Mörtel oder hochpolymerem Material wie Polyethylen, Polyester, Polyvinylchlorid, Epoxy-Harz und Mischungen davon mit dem vorstehenden Metall und anschließender Bildung von Beton, Mörtel oder dem hochpolymeren Material an gewünschter Stelle entsprechend dem herkömmlichen Verfahren durchgeführt.

Das Verfahren der Erfindung, in dem das spezifische Metallpulver zur Erzeugung des bakteriostatischen oder bakterioziden Effekts auf die schwefeloxidierenden Bakterien verwendet wird, kann die Besetzung von Beton, Mörtel oder einem hochpolymeren Material wirksam und langandauernd verhindern. So ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung äußerst nützlich zur Vermeidung eines bakterieninduzierten Schwefelsäureangriffs auf Beton, Mörtel oder ein hochpolymeres Material in Anlagen zur Abwasserbehandlung und der gleichen, wo derartige Materialien mit Wasser in Kontakt ge bracht werden.

Beispiele

Die Erfindung wird nun genauer mit Hilfe von Beispielen und Vergleichsbeispielen erläutert.

Beispiel 1

Zu einer Mörtelzusammensetzung, bestehend aus zehn Gewichts teilen Zement, 200 Gewichtsteilen Sand und 50 Gewichtsteilen Wasser wurden feinverteilte Pulver aus Nickel, einem Nickel oxid, Zinn, einem Zinnoxid oder rostfreiem Stahl (SUS 304) von nicht mehr als 0,074 mm lichter Maschenweite (200 mesh) einzeln in Mengen von jeweils 2, 10 und 20 Gewichtsteilen zugegeben und jede Mischung wurde durch Rühren mit Hilfe eines Mörtelmischers gut vermischt und jeweils in eine Form von 4 × 4 × 16 cm gegossen, um 15 Stücke von Mörteluntersuchungsproben zu bilden. Die entstehenden Mörteluntersuchungsproben wurden in einem belüfteten Bereich von Klärschlammvorrichtungen in einer Abwasserbehandlungsan lage exponiert. Nach Exponierung der Untersuchungsproben in Klärschlamm wurden zwei Jahre nach Unterbringung 4 cm der end ständigen Bereiche jeder Untersuchungsprobe abgeschnitten, um den Abnutzungszustand durch Beobachtung der abgeschnittenen Bereiche und des Oberflächenzustands der Untersuchungsproben zu untersuchen. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis für den abgeschnittenen Bereich der Untersuchungsproben, Fig. 1a ist eine Fotografie, die den Oberflächenzustand der Untersu chungsproben zeigt und Fig. 1b ist ein Diagramm, das Fig. 1a erklärt.

Vergleichsbeispiel 1

Jeder Versuch wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise bearbeitet und ausgeführt, außer daß Kupfer oder fein ver teiltes Kupferpulver, eine organische Verbindung der Isophtha lon-Serie, eine organi sche Verbindung der Imid-Serie und eine stickstoff-/schwefelhaltige organische Verbin dung, die jeweils herkömmli cherweise zur Hemmung von Mikro-Organismen verwendet werden, unabhängig voneinander anstelle der feinverteilten Pulver aus Nickel, Nickeloxid, Zinn, Zinnoxid oder rostfreiem Stahl ver wendet wurden, oder daß eine Mörteluntersuchungsprobe ohne die feinverteilte Pulver-Komponente verwendet wurde. Ein Ergebnis des Versuchs ist auch in Tabelle 1 gezeigt und Fig. 1a und 1b sind in gleicher Weise wie in Beispiel 1 darge stellt.

Fig. 1b ist ein Diagramm, das Fig. 1a erklärt, wobei 1-29 in Fig. 1b für Untersuchungsproben stehen, die je weils denen in Fig. 1a entsprechen. Genauer gesagt stehen 1, 6 und 11 für die Untersuchungsproben, denen feinverteiltes Nickel-Pulver zugegeben wurde, 2, 7 und 12 stehen für die Un tersuchungsproben, denen feinverteiltes Nickeloxid-Pulver zu gegeben wurde, 3, 8 und 13 stehen für die Untersuchungspro ben, denen feinverteiltes Pulver aus rostfreiem Stahl zugege ben wurde, 4, 9 und 14 stehen für die Untersuchungsproben, denen feinverteiltes Zinn-Pulver zugegeben wurde, 5, 10 und 15 stehen für die Untersuchungsproben, denen feinverteiltes Zinnoxid-Pulver zugegeben wurde, 16, 21 und 25 steht für die Untersuchungsproben, denen die organische Verbindung der Imid-Serie zugegeben wurde, 17 steht für die Untersuchungsprobe, der die stickstoff-/schwefelhaltige organische Verbindung zugegeben wurde, 18, 22 und 26 ste hen für die Untersuchungsproben, denen die organische Verbin dung der Isophthalon-Serie zugegeben wurde, 19, 23 und 27 stehen für die Untersu chungsproben, denen feinverteiltes Kupfer-Pulver zugegeben wurde, und 20, 24 und 28 stehen für die Untersuchungsproben, denen feinverteiltes Kupferoxid-Pulver zugegeben wurde. Fer ner stehen 1-5 und 16-20 für die Untersuchungsproben, in die die feinverteilten Pulverkomponenten oder dergleichen in ei ner Menge von 2 Gewicht steilen pro 100 Gewichtsteilen Zement einverleibt wurden, 6-10 und 21-24 stehen für die Untersu chungsproben, denen die feinverteilten Pulverkomponenten oder dergleichen in einer Menge von 10 Gewichtsteilen pro 100 Ge wichtsteilen Zement einverleibt wurden, 11-15 und 25-28 ste hen für die Untersuchungsproben, denen die feinverteilten Pulverkomponenten oder dergleichen in einer Menge von 20 Ge wichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Zement einverleibt wur den, und 29 steht für die Untersuchungsprobe, in der die Mör telkomponente allein verwendet wurde.

Tabelle 1

Beispiel 2

Zu einer Mörtelzusammensetzung, bestehend aus 100 Gewichts teilen Zement, 200 Gewichtsteilen Sand und und 50 Gewichtsteilen Wasser wurden feinverteilte Pulver aus Nickel, Zinn oder rostfreiem Stahl (SUS 304) von nicht mehr als 0,074 mm lichter Maschenweite (200 mesh) zugegeben, so daß jede Metallkomponente jeweils mit 0,1 Gewichts teilen vorlag, und jede Mischung wurde durch Rühren mit Hilfe eines Mörtelmischers innig vermischt und jeweils in eine Form von 4 × 4 × 16 cm gegossen, um drei Mörteluntersuchungsproben zu bilden. Die Mörteluntersuchungsproben wurden in einem System mit beschleunigter Zersetzung unter Verwendung von Schwefelbakterien, wie in Fig. 3 gezeigt, zur Durchführung eines Abnutzungsversuchs behandelt. In diesem Fall wurde auch ein analoger Versuch mit einer Untersuchungsprobe zu Ver gleichszwecken ausgeführt, die aus der Mörtelkomponente alleine ohne die vorstehenden feinverteilten Pulver besteht. Das Untersuchungsverfahren wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 3 erklärt.

In Fig. 3 steht 40 für ein System mit beschleunigter Abnut zung, wobei 41 einen Permeator bezeich net, der ein Schwefelwasserstoffgas mit konstanter Konzentra tion über eine Leitung 45 in einen Reaktionstank 50 einlei tet. Preßluft, aus der jede Verunreinigung entfernt wurde, wird durch eine Säule mit Aktivkohle 42, einen Kompressor 43 und einen Lufttrockner 44 dem Permeator 41 zugeführt, in dem die Druckluft mit verflüssigtem Schwefelwasserstoff in Kontakt gebracht wird, und Schwefelwasserstoffgas mit 75 ppm wird über die Leitung 45 dem auf 30°C gehaltenen Reaktionstank 50 zugeführt. Der Versuch wurde ausgeführt, indem man jede der vorstehenden Mörteluntersuchungsproben 51 in dem Reaktionstank 50 so auf nahm, daß sie zu 40% in Wasser eintauchte, und in dem schwe feloxidierende Bakterien der Gattung Thiobazillus auf jede Mörteluntersuchungsprobe aus einem Sprüher 54, der mit dem Tank der Kuturflüssigkeit 53 verbunden ist, jeweils mit einer Konzentration von 10⁶ Zellen/Einheit alle 14 Tage periodisch während sechs Monaten aufgesprüht wurden. Die verwendete Kulturflüssigkeit hatte eine Zusammensetzung von 2 g (NH₄)₂SO₄, 3 g KNO₃, 0,5 g MgCl₂ × 6H₂O, 0,25 g CaCl₂ × 6H₂O, 0,01 g FeSO₄ × 7H₂O, 0,3 mg Na₂MoO₄ × 2H₂O und 0,5 g Na₂S₂O₃ × 5H₂O pro Liter, während, kommerziell erhältliche schwefeloxidierenden Bakterien verwen det wurden. Nach Beendigung des Versuchs wurden die Untersu chungsproben aus dem Reaktionstank 50 herausgenommen und der gleiche in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde ausgeführt. Ein Ergebnis des Versuchs ist in Tabelle 2 und Fig. 2a und 2b gezeigt.

Fig. 2b ist ein Diagramm, das Fig. 2a erklärt, wobei 30-33 in Fig. 2b für Untersuchungsproben stehen, die je weils denen in Fig. 2a entsprechen. Genauer gesagt stehen 30, 31 und 33 für die Untersuchungsproben, die jeweils mit dem feinverteilten Zinnpulver, dem feinverteilten Nickelpulver und dem feinverteilten Pulver aus rostfreiem Stahl vermischt wurden, während 34 für die Untersuchungsprobe steht, in der die Mörtelkomponente alleine verwendet wird.

Tabelle 2

Beispiel 3

Feinverteilte Metallpulver in einer Menge von 0,1 Gewichts teilen wurden jeweils mit 100 Gewichtsteilen eines Polyester harzes vom Ortho-Typ vermischt und jede Zusammenset zung wurde nach ASTM C-581-68 gegossen. Die entstehende Gußprobe wurde auf zwei Balken aus rostfreiem Stahl mit 1 cm Durchmesser und einem Abstand 8 cm gesetzt, wobei ein ähnli cher Balken aus rostfreiem Stahl im Mittelteil der Gußprobe plaziert wurde, und der mittlere Teil der Gußprobe wurde um 5 mm nach unten verformt, wodurch die Probe bogenförmig ausge bildet wurde.

Die Gußprobe wurde neun Monate im Beispiel 2 verwendeten System mit beschleunigter Zersetzung stehengelassen, wobei keine Auffälligkeiten wie Risse beobachtet wurden.

Beispiel 4

Es wurden Untersuchungsproben gegossen und sechs Monate lang in dem System mit beschleunigter Zersetzung auf die gleiche wie in Beispiel 2 beschriebene Weise untersucht, außer daß ein Beton mit einer nominalen Festigkeit von 210 kg/m² an stelle des Mörtels verwendet wurde und dieser zu Untersu chungsproben mit Größe von 10 × 10 × 40 cm geformt wurde. Als Ergebnis wurde keine Veränderung der Untersuchungsproben be obachtet, in die die Metalle der Verbindung einverleibt wor den waren. Andererseits besaß die Untersuchungsprobe, die aus der Betonkomponente ohne das Metall der vorliegenden Erfin dung bestand, eine Schnittfläche von 3510 mm².

Claims

1. Verfahren zur Vermeidung eines bakterieninduzierten Schwefelsäureangriffs auf Beton, Mörtel oder ein hochpolymeres Material, ausgewählt aus Polyethylen, Polyester, Polyvinylchlorid, Epoxy-Harz und Mischungen davon, in Anlagen zur Abwasserbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallpulver, ausgewählt aus Nickel, Nickeloxid, Raney-Nickel, stabilisiertem Nickel, Zinn, Zinnoxid, Kobaltoxid, rostfreiem Stahl und Mischun gen davon in den Beton, den Mörtel oder das hochpo lymere Material eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver mit einem mittleren Durchmesser von 0,001 bis 0,1 mm eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Metallpulver in einem Anteil von 0,001 bis 25 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Ge wichtsteile der Zementkomponente im Beton oder Mör tel oder des hochpolymeren Materials, eingebracht wird.