در این مطالعه، یک سیستم فاضلاب مبتنی بر بتن بشدت تخریب شده با استفاده از رویکرد چند پروکسی مبتنی بر تجزیه و تحلیل های گازها، هیدرو ژئوشیمیایی، میکروبیولوژی، کانی شناسی و مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. بنابراین، نمونه هایی از گاز، مایع، و جامد در کل سیستم فاضلاب گرفته شد. اندازه گیری طولانی مدت از گاز سولفید هیدروژن (H2S) درون فضای فاضلاب غلظت بالایی تا 357 ppm را نشان داد. مایعات درون شبکه ای که از فشردگی بتن ریزی شده استخراج شده است، شامل غلظت سولفات (SO42-) تا 104g l-1 در شرایط شدیدا اسیدی (3.1> pH < 0.7) می شد و نزدیک به وضعیت اشباع سنگ گچ بود. این حمله اسید سولفوریک نشان دهنده ی یک بیوفیلم معتبر حاوی باکتری های اکسید کننده سولفید (SOB) است که تجزیه شد تا به طور عمده شامل اسید و تیوباسیلوس تیواکسیدانس (Acidithiobacillus thiooxidans) شود. میکروساختار بتن مورد حمله قرار گرفته یک منطقه متغیر در حال پیشرفت را نشان داد، که بواسطه خوردگی بتن ناشی از میکروب MICC روی داد، که نشان دهنده ی شیب pH در حدود 1> تا 13، از منطقه داخلی دست نخورده تا خارجی ترین بتن بشدت تخریب شده بود. مواد معدنی سولفات کلسیم همانند سنگ گچ (CaSO4 . 2H2O)، باسانیت (CaSo4 . 1/2H2O) و انیدریت (CaSO4) در بتن تغییر یافته فراوان هستند که از انحلال فازهای سیمان و سنگدانه حاوی کلسیم تشکیل شده است. میزان خوردگی در حلقه های بتنی پیش ساخته مختلف به طور قابل توجهی بالا بود تا به مقادیر بیشتر از 1 سانتی متر yr-1 دست یافت، با وجود این واقعیت که سیمان عاری از-C3A، خاکستر بادی و یک نسبت آب به سیمان (w/c) 0.35 ~ استفاده شد.
مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی
19,500 تومانشناسه فایل: 5699
- حجم فایل ورد: 2.6MB
- فرمت: فایل Word قابل ویرایش و پرینت (DOCx)
- تعداد صفحات فارسی: 27 انگلیسی: 10
- دانشگاه:Institute of Applied Geosciences, Graz University of Technology, Rechbauerstraße 12, 8010, Graz, Austria
- ژورنال: Cement and Concrete Research (1)
چکیده
مقدمه مقاله
خوردگی سیستم های فاضلاب مبتنی بر بتن به علت انتشار سولفید هیدروژن (H2S) از فاضلاب یک موضوع در سراسر جهان است که ارتباط بسیار اقتصادی دارد. به نظر می رسد که خوردگی بتن ناشی از میکروب (MICC) [1،2] بطور قابل توجهی طول عمر سازه های بتنی را از 100 سال مد نظر تا 30-35 سال، و در موارد شدیدتر حتی تا 10 سال کاهش می دهد [3]. اقدامات اصلاحی مورد نیاز اغلب چالش برانگیز هستند، زیرا فرایندهای فردی مرتبط به خوردگی بتن ناشی از میکروب MICC همچنان نامشخص باقی مانده است و بنابراین معمولا سبب هزینه های بالایی می شود. در سال 2002 تخمین زده شد که ایالات متحده آمریکا باید در 20 سال آینده حدود 390 میلیون دلار را صرف کند تا طول عمر زیرساخت فاضلاب موجود را حفظ کند [1]. در سال 1996، بیش از 520 میلیون دلار در شهر لس آنجلس برای ترمیم سیستم های فاضلاب خورده شده صرف شد، که به طور مستقیم برای خوردگی بتن ناشی از میکروب MICC تعیین شده بود اختصاص یافت [4]. علاوه بر جنبه های اقتصادی، سولفید هیدروژن (H2S) و سایر مولفه های فرار مانند آمونیاک (NH3)، که هر دو محصول فرعی متداول خوردگی بتن ناشی از میکروب (MICC) هستند، حتی در غلظت کم بسیار سمی هستند و می توانند پیامدهای قابل توجهی را برای سلامتی ایجاد کنند [5،6]. علاوه بر این، سولفید هیدروژن (H2S) آستانه بویی بسیار کمی از 0.0035 پی پی ام را نشان داد، که به سبب ایجاد مشکلات بویایی، اغلب در معرض تجدید نظر جامعه قرار دارد [7]. اگرچه، اولین مطالعات صورت گرفته در مورد خوردگی بتن ناشی از میکروب MICC مربوط به سال 1900 است [8]، کنترل های محیط زیستی، فرایندها، و میزان های خوردگی MICC هنوز مورد بحث در حال بحث است.
ABSTRACT Microbiologically induced concrete corrosion: A case study from a combined sewer network
In this study, a strongly deteriorated concrete-based sewer system was investigated by using a multi proxy approach based on gaseous, hydro-geochemical, microbiological, mineralogical and mechanical analyses. Therefore, gas, liquid, and solid samples were taken throughout the entire sewer system. Long term measurements of gaseous hydrogen sulfide (H2S) within the sewer atmosphere yielded concentrations up to 367 ppm. Interstitial fluids, extracted from deteriorated concrete by squeezing, contained sulfate (SO42 −) concentrations of up to 104 g l− 1 at strong acidic conditions (0.7 > pH > 3.1) and are close to the saturation state of gypsum. This sulfuric acid attack is indicative for a well-established biofilm containing sulfide oxidizing bacteria (SOB), which was analyzed to consist mainly of Acidithiobacillus thiooxidans. The micro-structure of the attacked concrete displays a progressing alteration zone, which is caused by microbially induced concrete corrosion (MICC), with a suggested pH gradient from about 13 to < 1, from the intact inner concrete zone to the outermost heavily deteriorated concrete. Calcium sulfate minerals such as gypsum (CaSO4 · 2H2O), bassanite (CaSO4 · 1/2H2O) and anhydrite (CaSO4) are abundant in the altered concrete, which were formed from the dissolution of the cement phases and Ca-bearing aggregates. Remarkably high corrosion rates of different precast concrete manholes were quantified to reach values greater than 1 cm yr− 1, despite the fact that C3A-free cement, fly ash and a w/c of ~ 0.35 was used.
Introduction
Corrosion of concrete-based sewer systems due to the emission of hydrogen sulfide (H2S) from wastewater is a worldwide occurring issue with great economical relevance. The so-called microbially induced concrete corrosion (MICC) [1,2] is considered to significantly reduce the lifespan of concrete structures, from expected 100 down to 30–50 years, in extreme cases even down to 10 years [3]. The required remediation actions are often challenging as individual processes linked to MICC still remain uncertain and thus typically generate high costs. It has been estimated in 2002 that the United States need to spend about 390 billion dollars within the following 20 years in order to keep the existing wastewater infrastructure on life support [1]. In 1996, over 520 million dollars were spent solely in Los Angeles County for restorations of corroded sewer systems, which were directly assigned to MICC [4]. Besides economic aspects, H2S and other volatile components such as ammonia (NH3), which both are common byproducts of MICC, are extremely toxic even in low concentrations and can cause significant health related consequences [5,6]. Additionally, H2S features an extremely low odor threshold of 0.0035 ppm, thus often being subject to community appeals due to emerging odor problems [7]. Although, the earliest studies of MICC date back to 1900 [8] the environmental controls, processes, and corrosion rates of MICC are still in debate. The deterioration of concrete that is subjected to MICC is attributed to a chain of complex biotic and abiotic chemical reactions: (i) Sulfatereducing bacteria (SRB), e.g. Desulfovibrio spp. and Desulfomaculum spp. [9,10], develop in the organic-rich wastewater and colonialize the adjacent sewer walls and sediment layers. The SRB colonize within an anaerobic biofilm, wherein organic matter breaks down and sulfate is progressively reduced to gaseous H2S [11]. (ii) Accordingly, H2S degases into the sewer atmosphere and subsequently accumulates in the pore space of the concrete via gaseous diffusion and subsequent absorption in the interstitial solution. Since concrete made with ordinary Portland cement (OPC) is a strongly alkaline media with an average pH value of ~13.5 in the pore solution [12], chemical acid-base reactions such as carbonation and in particular H2S acidification successively cause the pH to drop. Starting from pH 9.5, progressive colonization of the concrete walls with strains of sulfur-oxidizing bacteria (SOB) occurs. SOB use H2S either directly [13] or via different key precursors, e.g. thiosulfate (S2O3) or elemental sulfur (S0) as an electron donor [14]. These reactions finally result in the formation of sulfuric acid (H2SO4), which attacks the concrete and leads to a variety of dissolution processes, besides enhancing some neo-formation reactions of sulfate mineral phases within the cementitious matrix [15,16]. (iii) The dissociation of H2SO4 goes almost to completion and thus strongly reduces the pH for stimulating the dissolution of silicate, hydroxide and carbonate minerals. In addition, by providing SO4 2- the precipitation of sulfate minerals such as gypsum (CaSO4 · 2H2O) and ettringite ((CaO)3 · Al2O3 · (CaSO4)3 · 32H2O) is promoted [17,18]. The formation of gypsum and ettringite is well known to cause intense microstructural damage by high crystallization pressures [19–21]. (iv) As the interstitial solution pH of the initially damaged concrete decreases progressively, different strains of bacteria colonize the pores of the concrete, with Acidithiobacillus thiooxidans being the most aggressive one [10]
- مقاله درمورد مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی
- مطالعه موردی از یک شبکه فاضلاب تلفیقی در رابطه با خوردگی بتن ناشی از میکروبیولوژیکی
- پروژه دانشجویی مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی
- بررسی شبکه فاضلاب ترکیبی میکروبیولوژی القا شده خوردگی بتن
- پایان نامه در مورد مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی
- تحقیق درباره مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی
- مقاله دانشجویی مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی
- مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی در قالب پاياننامه
- پروپوزال در مورد مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی
- گزارش سمینار در مورد مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی
- گزارش کارورزی درباره مطالعه خوردگی بتن در یک شبکه فاضلاب ترکیبی ناشی از میکروبیولوژیکی