KOROZJA BIOLOGICZNA

Katarzyna K

Grupa L04

Spis treści:

1. Pojęcie korozji i korozji biologicznej

2. Jakie materiały ulegają korozji biologicznej?

3. Organizmy powodujące biokorozję.

4. Przyczyny biokorozji.

5. Biokorozja wybranych materiałów.

6. Skutki korozji biologicznej.

7. Literatura.

Pojęcie korozji i korozji biologicznej

Korozja - zjawisko niszczenia materiałów pod wpływem działania otaczającego je środowiska (atmosfery, opadów, wód), jak i czynników technologicznych uwalnianych do atmosfery w wyniku działalności człowieka. Są nimi tlenki siarki, azotu, dwutlenek węgla, kurz, itp. oraz wszelkiego rodzaju chemikalia. Najczęściej zjawisko korozji odnosimy do metali i ich stopów, jednakże dotyczy ono również tworzyw niemetalowych, takich jak beton, materiały ceramiczne, tworzywa sztuczne, szkło itp.^[1] 

Korozja biologiczna (zwana również biokorozją) - degradacja materiałów zachodząca wskutek oddziaływania organizmów żywych (głównie bakterii i mikroskopijnych grzybów) i/lub produktów ich aktywności metabolicznej.^[2]

Jakie materiały ulegają korozji biologicznej?

Niepożądane zmiany właściwości materiałów powodowane przez aktywność życiową organizmów:

• wykorzystywanie przez mikroorganizmy materiału jako pokarmu:

• włókna i tkaniny

• wytwory papiernicze

• drewno i materiały drewnopodobne

• skóra, kauczuk i guma

• niektóre tworzywa sztuczne

• produkty naftowe

• uszkadzanie materiałów przez metabolity drobnoustrojów:

• stale węglowe

• stale nierdzewne

• stopy Cu- Ni

• skały i betony

• zaprawy murarskie

• cegły

• szkło

• kamienie

• obrastanie powierzchni materiałów przez organizmy żywe:

• zarastanie rur

• rafy koralowe

• płytka nazębna

• sanitariaty

• kadłuby statków

[1] http://www.chemia.dami.pl/liceum/liceum12/elektrochemia7.htm

[2] Perego P., Fabiano B., Corrosion, microbial. In: Flickinger M. C., Drew S.

Encyclopedia of Bioprocess Technology: Fermentation, Biocatalysis and Bioseparation. John Wiley & Sons, Inc., New York 1999

Organizmy powodujące biokorozję

Do drobnoustrojów najczęściej atakujących różnego typu materiały należą: bakterie, grzyby pleśniowe, porosty, owady ksylofagiczne oraz glony. Najbardziej widoczne ze względu na swoje rozmiary i szybkość wzrostu są grzyby pleśniowe oraz mchy i porosty.

Grzyby pleśniowe zalicza się do najpoważniejszych szkodników materiałów. Wynika to z ich powszechnej obecności oraz małych wymagań co do warunków rozwoju. Pleśnie atakują takie materiały budowlane jak np. organiczne składniki farb i tapet, drewno i materiały drewnopochodne, skały i betony. Grzyby te pobierają substancje organiczne z wody lub produkują enzymy, które wydzielane do podłoża wyciągają z niego składniki pokarmowe i tym samym doprowadzają do jego niszczenia. Na elewacjach bardzo często spotykane są grzyby czerniejące, (o ciemnych barwnikach) tworzące ciemne naloty. Najczęściej identyfikowanymi grzybami pleśniowymi są przedstawiciele kilku rodzajów: Penicillium, Aspergillus, Cladosporium, Alternalia i Fusarium. 

Owady ksylofagiczne (ksylofagi) - organizmy, głównie larwy owadów odżywiające się drewnem, często groźne szkodniki lasów i drewna technicznego^[3] (termity, niektóre kornikowate). Przykładem ksylofaga jest chrząszcz Morinus funereus.

Glony zamieszkują środowiska wodne i lądowe. Grupą glonów rosnących na przedmiotach znajdujących się ponad powierzchnią ziemi są aerofity. Glony aerofityczne są organizmami pionierskimi, rozkładają różne materiały budowlane. W okresach wilgotnych i ciepłych glony narastają warstwowo, wytwarzając tym samym podłoże-bazę dla innych organizmów, np. porostów lub grzybów pleśniowych, które już w znaczny sposób przyczyniają się do uszkodzeń tynków. Glony cechuje dość duża odporność na zmienność warunków środowiskowych, są zdolne do wytrzymywania dłuższych okresów suszy i upałów. Jednak w bardzo długich i bardzo suchych okresach, glony mogą ustępować z elewacji budynków, lecz po wystąpieniu korzystnych warunków do rozwoju, powracają znowu.

Glony najczęściej pojawiają się w pobliżu parków zieleni i zbiorników wodnych, (gdzie wilgotność powietrza jest większa niż na otwartej przestrzeni), a także na elewacjach budynków pokrytych tynkami o wyraźnej fakturze, szczególnie od strony północnej.
Obecność glonów na elewacjach budynków mieszkalnych wpływa na trwałość elewacji i zdrowie osób przebywających w pobliżu.
Efektem korozji biologicznej spowodowanej działalnością glonów na materiały budowlane i systemy wykończeniowe jest emisja do atmosfery wytwarzanych przez nie metabolitów (mikotoksyn i związków lotnych), a także zarodników.

Bakterie biorące udział w procesach korozyjnych można zaliczyć do kilku grup:

-bakterie redukujące siarczany

-bakterie żelazowe

-bakterie produkujące wodór

-bakterie produkujące kwasy

[3] „Słownik wyrazów obcych” pod. red. Elżbiety Sobol, wyd. PWN, Warszawa 1996.

Bakterie redukujące siarczany (np. Thermodesulfobacteria) są grupą produkującą największe

straty. Są to organizmy beztlenowe, które występują blisko podłoża, ponieważ tam stężenie

tlenu jest zerowe. Oddziałują one m.in. na metal w wyniku wytwarzania siarkowodoru jako produktu redukcji siarczanu czy też gromadzenia wodoru atomowego sprzyjającemu powstawaniu kruchości wodorowej. Obecność biofilmu na powierzchni metalu jest przyczyną dużych strat ekonomicznych w różnych gałęziach przemysłu (np. maszynowy, różnego rodzaju systemy kanalizacyjne i wodociągowe, rurociągi czy elementy chłodzące w elektrowniach). W przypadku przemysłu maszynowego, wykorzystującego emulsje

wodo-olejowe jako element chłodząco-smarujący, obecność bakterii jest szczególnie niepożądana. Tworzący się w tych warunkach biofilm powoduje nasilenie korozji na powierzchniach metali, a w przypadku jego nawarstwiania może znacznie ograniczyć skuteczność działania środka chłodzącego.

Bakterie żelazowe, są to bakterie, które do życia i rozmnażania czerpią energię z reakcji utleniania rozpuszczonego żelaza. Wynikiem utleniania żelaza jest nierozpuszczalny, brązowy osad, który barwi urządzenia mające kontakt z wodą. Efektem nadwyżki żelaza w wodzie jest rdzawy lub rdzawo-brązowy kolor elementów pralek, umywalek, brodzików i łazienek, brązowy nalot na roślinach wodnych i elementach umieszczonych w akwariach. Bakterie żywiące się żelazem to m.in. Leptospirillum i Thiobacillus.

Bakterie wodorowe to grupa bakterii chemoautotroficznych występujących w glebach. Mają one zdolność utleniania wodoru do wody, a uwolniona energia jest wykorzystywana do asymilacji dwutlenku węgla. Bakterie te najczęściej są heterotroficzne, na autotrofizm przechodzą wtedy, gdy w środowisku pojawia się wodór. Do bakterii produkujących wodór należą też formy, które utleniają wodór z jednoczesnym redukowaniem azotanu do azotu i siarczanu do siarkowodoru. Najbardziej rozpowszechnione gatunki należą do rodzaju Hydrogenomonas.

Mchy zwykle są przytwierdzone do drewnianych elementów. Wchłaniają wodę atmosferyczną (opadową) i dość długo ją magazynują, tym samym utrzymując zwiększoną wilgotność podłoża przez długi czas. W pewnym stopniu współdziałają z czynnikami atmosferycznymi w doprowadzaniu do powolnej korozji elementów budynków. Najlepszym sposobem ich usuwania są metody mechanicznie i chemicznie.

Porosty są to organizmy symbiotyczne. Składają się z dwóch komponentów, glonu i grzyba. W tej symbiozie grzyb pobiera od glonu węglowodany produkowane w procesie fotosyntezy, glon natomiast, odizolowany od otoczenia, bierze od grzyba wodę z solami mineralnymi. Porosty powodują wyraźną korozję niektórych materiałów budowlanych również drewnianych (szalówki, gontów).

Ciekawym przykładem organizmu powodującego biokorozję jest skałotocz (Pholas dactylus). Jest to gatunek jadalnego małża z rodziny skałotoczowatych występujący w morzach u wybrzeży Europy. Skałotocz za pomocą przyssawki na nodze przyczepia się do miękkich skał (np. wapieni) lub drewna i wykonując obrót całego ciała drąży w podłożu tunele przednim końcem muszli.

Przyczyny biokorozji

- Podwyższona wilgotność względna powietrza (pow. 50%)

- Brak właściwej wymiany powietrza

- Wymiana stolarki okiennej otworowej na inną (nieszczelną),

- Ograniczenia wietrzenia

- Złe warunki higieniczno-sanitarne

- Niepoprawna modernizacja systemu ogrzewania

- Stały kontakt materiału z wodą

- Pokrycie elewacji budynku tynkami o wyraźnej fakturze podatnymi na mikrokorozję,

- Brak szczelin lub otworów wentylacyjnych.

- Niedostateczna izolacja termiczna ścian - brak właściwego ocieplenia wieńców, nadproży, żelbetowych i betonowych elementów konstrukcyjnych,

- Niedostateczne zabezpieczenie przez działaniem zmiennych temperatur, wilgoci, czynników chemicznych,

- Zastosowanie nie impregnowanego lub niewłaściwie impregnowanego drewna, niewłaściwe przechowywanie drewna i innych materiałów budowlanych na placu budowy - w warunkach umożliwiających zawilgocenie lub uszkodzenie przez czynniki biologiczne,

- Wbudowywanie zawilgoconych materiałów,

- Niedogrzewanie budynków

- Stosowanie wyłącznie materiałów wykończeniowych nie mających zdolności akumulacji nadmiaru wilgoci i jej oddawania - tapet winylowych, panelowych boazerii i podłóg z PCV, ceramicznych płytek ściennych i podłogowych,

- Zbyt krótki cykl budowy i brak ogrzewania budynków w czasie prowadzenia prac

Biokorozja wybranych materiałów

Drewno

Korozyjny rozkład drewna jest oparty na procesach biochemicznych, wywołanych przez mikroorganizmy takie jak bakterie (Cellulomonas, Cellvibrio, Bacillus, Clostridium, Sporocytophaga) i grzyby (Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Alternaria).

Drewno rozkładają głównie kwaśne produkty wydzielane przez grzybnię. Chemiczne zabezpieczenie drewna przed grzybami polega na nasyceniu go środkami chemicznymi utrudniającymi jego nawilżanie oraz zatruwającymi tkankę drzewną. Środkami chemicznymi używanymi do impregnacji drewna są:

• związki organiczne (destylaty smołowe z węgli, fenole i chloropochodne benzenu)

• związki metaloorganiczne (nafteniany miedzi i cynku)

• związki nieorganiczne jak: NaCl, CuSO₄, ZnSiF₆, MgSiF₆, K₂Cr₂O₇.

Wybór jednego z wymienionych wyżej preparatów uzależniony jest od wielu czynników, między innymi takich jak: toksyczność dla ludzi i zwierząt, wymywalność przez wody deszczowe i gruntowe.

Metal

Korozję metali można zdefiniować jako przechodzenie metalu z jego formy elementarnej (metalicznej) do formy utlenionej. Przykładem takiego procesu jest rdzewienie żelaza, śniedzienie mosiądzu i miedzi, czernienie srebra. Do korozji metalu doprowadzają

m.in. bakterie żelazowe i wodorowe.

Korozja najczęściej rozpoczyna się na powierzchni me­talu lub stopu i powoli przenika do warstw głębiej położonych. Jeżeli roz­poczęta korozja nie zostanie w porę zahamowana, przebiega dalej i może doprowadzić do całkowitego zniszczenia metalu lub stopu. Proces ten za­leży od wielu czynników, m.in. od rodzaju metalu, ulegającego korozji, od powstałych produktów korozji i ich własności, od warunków, w jakich toczy się proces, oraz otaczającego środowiska i rodzaju obecnych bakterii.

Beton

Korozja biologiczna betonu polega przede wszystkim na obrastaniu i rozkładzie tego materiału przez grzyby pleśniowe. Obecnie stosowane coraz powszechniej najnowocześniejsze materiały budowlane i systemy technologiczne dają możliwość przedłużania sezonu wykonywanych prac budowlanych i montażowych. Jednakże często niewłaściwa organizacja robót budowlanych, pośpiech w wykonywaniu tychże prac oraz brak stosowania podstawowych zasad wiedzy technicznej, prowadzą do gromadzenia się w nowo wznoszonym lub remontowanym budynku niepożądanej i szkodliwej wilgoci, co prowadzi do rozprzestrzeniania się pleśni.

Skutki korozji biologicznej

• przebarwienia np. na tkaninach, papierze

• spadek wytrzymałości materiału

• spęcznienie, wzrost średnicy w przypadku korozji włókien i tkanin

• spadek optycznej transmisji ( zarastanie powierzchni, tworzenie biofilmu)

• wżery w materiałach

• ubytki masy betonów

• kruchość materiałów

• straty w jakości i jednorodności w przypadku papieru ( obniżenie białości, wytrzymałości, ubytki masy )

• straty czasu technologicznego (postoje, czyszczenie maszyn, usuwanie śluzów, naprawy filców)

• straty w wydajności maszyn

• zatrucia związkami lotnymi

• toksyczne i rakotwórcze działanie mykotoksyn (choroby układu oddechowego, alergie, grzybice powierzchniowe i narządowe)

• tworzenie szlamu i śluzu na dnie zbiorników magazynowych oraz zbiorników na paliwo w samolotach, statkach

• tworzenie złogów grzybni na wewnętrznej powierzchni zbiorników

• zatykanie filtrów w układach zasilających silnik

• rdzewienie stali w zbiornikach i pompach

• zmiany w powłokach ochronnych ścian zbiorników

• zmiany właściwości paliwa

• wycieki niebezpiecznych związków do wód i gleby

• plamy, nacieki i wykwity

Literatura

1.Barbara Surowska „Wybrane zagadnienia z korozji i ochrony przed korozją” Lublin 2002.

2. http://www.drewno.pl/artykuly/6345,korozja-biologiczna-drewna.html

3. B. Kołwzan, W. Adamiak, K. Grabas „Podstawy mikrobiologii w ochronie środowiska” Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2006.

4. http://www.tynki.info.pl/rynek/korozja-biologiczna-elewacji-budynkow

5. Dr inż. Mariusz Książek „Korozja biologiczna wywołana przez glony” Wrocław.

6.  Biologia. Multimedialna encyklopedia PWN Edycja 2.0. pwn.pl Sp. z o.o., 2008.

7. http://en.wikipedia.org/wiki/Microbial_corrosion

8. dr hab. Anna Sałek Biokorozja w przemysłowych systemach wodnych Cz.1 Warunki powstawania korozji., Cz.2 Biokorozja tlenowa i beztlenowa. w: International Bio-Consulting, Germany

9. http://www.atlas.com.pl/dla-fachowcow/porady-i-technologie/inne-prace/item/4094-przyczyny-powstawania-wykwit%C3%B3w-ple%C5%9Bniowych-wewn%C4%85trz-i-na-zewn%C4%85trz-budynk%C3%B3w-oraz-metody-ich-zapobiegania..html?lang=pl&format=pdf&tmpl=component

10. http://www.chimimeca.pl/korozja-stali.html

11. Elżbieta WOŁEJKO, Marzena MATEJCZYK „Problem korozji biologicznej w budownictwie”

---