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Eigenschaften von Sulfide und Schädigung von Betonteile

Sulfide sind Salze des Schwefelwasserstoffs, einer sehr schwache Säure.

Die Sulfid kommen teils chemisch gebunden in Kohle Erdöl und in den Eiweißstoffen (im Kerstin der Haare oder Federn) vor. Besonders wichtig sind sie als Mineralien, zum Beispiel Eisenkies FeS2, Kupferkies CuFeS2, Bleiglanz PbS, Kupferglanz Cu2S, Silberglanz Ag2S, Zinkblende ZnS und andere.

Diese Schwermetallsulfide sind wichtige Erze. Vor ihrer Verhüttung werden diese durch Erhitzen unter Luftzufuhr in Oxide umgewandelt.

2 PbS + 3 02 -> 2 Pb0 + 2 S02.

Die Alkalisulfide und Erdalkalisulfide sowie Ammoniumsulfid sind in Wasser löslich,die übrigen werden aus Metallsalzlösungen durch Ammoniumsulfidlösung ausgefällt.

Schwefelkiese FeS2 gehen bei Zutritt von Luft und Wasser unter Abspaltung von Schwefelsäure in Sulfate über und schaden dann besonders. Dagegen gilt das Kalziumsulfid der Hochofenschlacke allgemein als unschädlich.

Schäden durch Sulfid, Entstehung und Eigenschaften

Im Bauwesen kommen die Sulfide zum Beispiel als basisches Kupfersalz in Form als Deckschicht auf Kupferblechen vor. Unerwünscht sind dagegen die Sulfide im Baugrund oder in Abwasseranlagen, wo sie massiv die Baustoffe Eisen oder Beton angreifen und schädigen.

De Bakterien Thiobacilli leben auf sulfidhaltigem Gestein, im Boden und im Wasser und lagern sich an die Kristalle von Metallsulfiden an, um Schwefel aufzunehmen. Die gebildete Schwefelsäure (pH 1-5) führt zur Korrosion des Gesteins und Schwermetalle werden freigesetzt.

"Eine anaerobe Korrosion wird häufig durch Sulfatreduzierer - vor allem Desulfovibrio desulfuricans - bewirkt. Der von diesen erzeugte Schwefelwasserstoff kann direkt mit Eisen reagieren. Es entstehen Korrosionszellen zwischen Eisensulfid und metallischem Eisen. Reduzierende Zonen von metallischem Eisen wirken anodisch gegenüber anderen Bereichen, die sich in Kontakt mit sauerstoffhaltigem Wasser befinden, so dass es zur Lösung des Eisens kommt." [1]

Durch den Abbau von Eiweißstoffen in anaeroben Gewässerschichten, Faulschlamm und in Abwässer gerade in der Lebensmittel verarbeitenden Industrie vorkommen, "werden Ammoniak und H2S freigesetzt und es kommt zu einer starken Sauerstoffzehrung, so dass die Voraussetzung für eine Desulfurikation günstig sind. Die heterotrope Aufwuchsflora bewirkt aber auch direkt durch die Abgabe von CO2 und zum Teil auch von H2 eine starke Korrosion. Sie kann die von den Sulfatreduzierern verursachte noch erheblich übertreffen (Frenzel 1966). Neben Eisen korrodieren auf diese Weise auch andere Metalle, vor allem Aluminium."[1]

Beispiel der Betonkorrosion durch die Bildung von Sulfid in einem Abflussrohr

Thiobacillus thiooxidans ist an der Korrosion von Abwasserrohren aus Beton beteiligt. Gerade auf Betonoberflächen im Abwasserbereich können so sehr starke Säureangriffe auf Beton, Zementmörtel und Metalle erfolgen. Bei der Säurebildung kann der pH-Wert bis auf 1 sinken. Bei der Korrosion treten zwei Reaktionen des Schwefelkreislaufes zusammen auf. Das ist die dissimilatorische Sulfatreduktion und die Schwefeloxidation. Bei dem anaeroben Proteinabbau erfolgt eine Sulfidbildung. In den teilweise gefüllten Abwasserrohren bilden die Sulfatreduzierer H2S. Entweicht der freigesetzte Schwefelwasserstoff (sehr giftig, in der Atemluft wirken bereits 0,08 Vol.-% nach 5 bis 10 Min. tödlich.) in einem Raum, so entsteht an den Oberflächen elementarer Schwefel, welcher durch Thiobacillus-Arten zu Schwefelsäure oxidiert wird. Die Schwefelsäure löst das CaCO3 in den Betonrohren auf. Da bei der Verwendung von Baustoffen in der Regel keine verwertbaren Schwefelverbindungen enthalten sind, spielt diese Korrosion für Gebäude kaum eine Rolle.

Bei den Abflussrohren entstehen daneben auch Schwierigkeiten bei der Abwasserreinigung, Geruchsbelästigungen und Lebensgefahr durch das H2S. Ist mit einer Sulfidentwicklung zu rechnen, so sind entsprechende Berechnungen und Planungen durchzuführen. Hier spielt die Abflussgeschwindigkeit, Rohrdurchmesser, Belüftung, die Bewertung des Sielhautanteils (dünne Schicht aus Bakterienschleim) von < 15% sowie geschossene Oberflächen des Baustoffs sowie die Vermeidung von Kanten und Ecken eine Rolle. Kann dies konstruktiv nicht gelöst werden, so wird das Betonrohr mit einer Kunststoffauskleidung versehen.[2,3]
Sulfat reduzierende Bakterien sind an der anaeroben Korrosion von Eisen an unterirdischen Eisenrohren und Pipeline maßgeblich beteiligt. Im feuchten Milieu finden elektrochemische Prozesse statt. Über mehre noch nicht vollständig geklärte Prozesse entsteht auch Schwefelwasserstoff, welcher chemisch mit Eisen reagiert.[3]

Die Aktivität der Bakterien kann durch Belüftung des Wassers gehemmt werden, da sie in Gegenwart von gelöstem Sauerstoff nicht lebensfähig sind, zum Beispiel wurde die Bleilochtalsperre (Thüringen) viele Jahre belüftet. Aber auch das Ausbaggern des Faulschlammes ist mit hohem Energieaufwand verbunden.
Weiterhin kann unter anderem durch anorganische Selenate die Ausbreitung dieser Bakterien gehemmt werden.[4]

Quelle:
[1] Rheinheimer, Gerhard; Mikrobiologie der Gewässer, VEB Gustav-Fischer-Verlag Jena 1975, S. 180, 181
[2] Zement-Merkblatt Tiefbau Bauberatung Zement; Sulfide in Abwasseranlagen, Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V. T3 BBHH/KL 9.94/10, S. 2-3
[3] Fritsche, Wolfgang; Umwelt-Mikrobiologie, Grundlagen und Anwendungen, Gustav Fischer Jena, Stuttgart, Lübeck, Ulm 1998, S. 119-120 [4] Rauch, Peter: Korrosion von Beton und Stahlbeton durch chemische Verbindungen und Mikroorganismen 29.9.1984, S. 9 Betonkorrosion


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