Kanalizasyon Betonlarındaki Hasarla İlgili Bir Araştırma

Kanalizasyonlardaki beton korozyonuna bir dizi abiyotik ve biyotik korozyon süreci neden olur. Karbonatlaşma ve gaz hâlindeki hidrojen sülfür nedeniyle betonun asidik hâle gelmesi sonrasında son derece yıkıcı, mikrobiyalların da etkisiyle korozyon sürecinin ilk aşamaları başlamış olur.

Karbondioksit ve gaz hâlindeki hidrojen sülfürün beton ile kimyasal reaksiyonları, betonun yüzey pH’ını yaklaşık sekize düşürür ve sülfürü oksitleyen bakterilerin çoğalmasını sağlar.

Yüzey pH’ı kademeli olarak azaldıkça, sülfür oksitleyici bakteriler beton yüzeyinde birikir ve betondaki çimento bazlı malzemelere doğrudan saldırabilen biyojenik sülfürik asiti yüksek miktarlarda üretir.

Gaz hâlindeki hidrojen sülfür ve mikrobiyal aktivite kanalizasyonlardaki beton korozyonunun başlıca nedenleridir.

Queensland Üniversitesi Gelişmiş Su Yönetim Merkezi Direktörü Profesör Zhiguo Yuan, kanalizasyon betonu korozyonunun atık su endüstrisi için uzun süredir devam eden ve maliyetli bir sorun olduğunu söyledi.

Yuan, “Kanalizasyon betonlarının aşınması ve bozulması, maliyetli bir rehabilitasyon süreci ve kamu hizmetleri tarafından yenilenmesini beraberinde getiriyor. Aşınmış kanalizasyonların onarılması ve değiştirilmesi için dünya çapında yıllık milyarlarca dolarlık bir harcama olduğu tahmin ediliyor ve yıpranan borular kullanım dışı kalmaya devam ettikçe bunun artması bekleniyor. Yalnızca ABD’de bu hasarlar, yılda yaklaşık 14 milyar dolar olarak tahmin edilen kayıplara neden oluyor. Beton korozyonu, beton kütlesinin hızla kaybolmasına neden olur. Bu süreç, yılda 10 mm’ye kadar hızlanabilir ve bazı ekstrem koşullarda beklenen 50-100 yıllık hizmet ömrünü 10 yıldan aşağı kadar indirebilir.” dedi.

Kanalizasyonlardaki beton korozyon sürecini kontrol etmek veya azaltmak için çeşitli teknolojiler geliştiriliyor. Bu teknolojiler yaygın olarak kullanılan dört stratejiye ayrılabilir:

• Magnezyum hidroksit, demir tuzları, hidrojen peroksit, nitrat, kostik ve serbest nitröz asit gibi kimyasal elementlerin ilavesi yoluyla kanalizasyon ortamına geçişinin en aza indirilmesi veya sıvı fazda hidrojen sülfür üretiminin önlenmesi
• Kanalizasyon ortamındaki hidrojen sülfür ve nem seviyelerini azaltmak ve korozyon sürecini yavaşlatmak için havalandırma sistemlerinin kullanılması. Bazı durumlarda, hidrojen sülfür seviyelerini azaltmak ve koku sorunlarını önlemek için havalandırılan kanalizasyon ortamının fiziksel adsorpsiyon, kimyasal temizleme veya biyofiltrelerle arıtılması gerekir.
• Kanalizasyon ortamına maruz kalan beton yüzeylerin bakteri faaliyetlerini engellemek ve sülfürik asit üretimini azaltmak için gümüş yüklü zeolit ​​gibi antimikrobiyaller veya kanalizasyon gazının beton borularla doğrudan temasını önlemek için koruyucu epoksi kaplamalar uygulanması
• Yeni kanalizasyonlar için çimentoya uçucu kül ve silis dumanı gibi alternatif bağlayıcılar ve korozyon direncini artırmak için öğütülmüş kalker gibi alternatif agregaların eklenmesi

Profesör Yuan, tüm bu stratejilerin işe yarayabileceğini, ancak bunun bir bedeli olduğunu söyledi. Yuan, “İlk iki strateji etkili korozyon kontrolü sağlamak için sürekli veya sık kimyasal dozlama ve operasyonel çaba gerektirir ki bu da tekrar eden ve yüksek maliyetleri beraberinde getirir. Üçüncü stratejide bahsedilen, kaplama ve yüzey işleme, düzenli olarak yeniden uygulama gerektiren, dolayısıyla kanalizasyonun işleyişini bozan ve yüksek maliyetlere neden olan geçici yaklaşımlardır. Dördüncü stratejide ise, alternatif bağlayıcıların ve agregaların eklenmesi aşırı asidik koşullarda korozyon direncinde önemli iyileşmeler göstermiyor. Bu nedenle, mikrobiyal süreç korozyon sürecinde kritik bir rol oynadığından, betona eklenecek uzun ömürlü, etkili ve çevre dostu bir antimikrobiyal madde geliştirmeye ihtiyaç var.” dedi.

Korozyon konusunun üstesinden gelmek için yeni yaklaşımlar

Profesör Yuan, Gelişmiş Su Yönetim Merkezi’nin Kanalizasyon Araştırma Grubu’nun (SRG), kanalizasyon korozyonunun azaltılması konusunda 15 yılı aşkın bir süredir Avustralya su endüstrisi ile çok yakın çalıştığını söyledi. Yuan, “Sektörü kanalizasyon korozyonuyla sürekli mücadelesinde desteklemek için belirli modelleme araçları ve çeşitli teknolojiler geliştirdik. Şu anda iki proje yürütüyoruz.” dedi.

Serbest nitröz asit kullanarak beton korozyon oranını azaltmak

Bu yeni yöntem, yepyeni, düşük maliyetli ve çevre dostu bir antimikrobiyal bir madde olan serbest nitröz asit (FNA) kullanarak kanalizasyonlardaki mikrobiyal beton korozyonunu kontrol altına alır.

Mikrobiyal süreçler korozyon sürecinde kritik roller oynadığından, potansiyel bir çözüm, antimikrobiyal ajanları çimentoya karıştırarak korozyona neden olan mikropları bastırmaktır.

SRG, FNA’nın antimikrobiyal bir element olarak kullanılmasını daha önce gerçekleştirilen, etkileyici bir araştırmaya dayanarak önerdi. Araştırma, milyarda parça (ppb) seviyelerinde FNA’nın geniş bir mikroorganizma yelpazesine karşı metabolik bir inhibitör olduğunu ve milyonda parça (ppm) seviyelerinde ölüm veya felce neden olabilen güçlü bir biyodisal element olduğunu öne sürdü.

FNA farklı şekillerde uygulanabilir:

• Yeni borular için SRG, nitritin çimentoya katkı maddesi olarak dâhil edilmesini önermektedir. Korozyon ve asidik bir beton yüzey oluşmaya başladığında, ıslak beton yüzeyinden salınan nitritin FNA oluşturmak üzere asitleştirildiği varsayılmaktadır. Yerinde üretilen FNA, kanalizasyon borusunun hizmet ömrü boyunca korozyona neden olan mikroorganizmaların büyümesine engel olacaktır.
• Mevcut kanalizasyonlar için SRG, FNA’nın güçlü biyosidal etkileri yoluyla korozyona neden olan mikroorganizmayı anında öldürmek için beton yüzeye nitrit püskürtmeyi önerir. Mikropların geri kazanılması yıllar alacaktır, bu nedenle birkaç yıllık aralıklarla aralıklı püskürtme, korozyon sürecini yavaşlatmak için etkili olacaktır.

Havalandırma

SRG, DC Water (ABD), Melbourne Water, Urban Utilities ve Water ile ortaklaşa model destekli havalandırma kontrolü yoluyla kanalizasyon korozyonunu azaltma çalışmalarına devam etmesini sağlayan bir Avustralya Araştırma Konseyi (ARC) Bağlantı Projesi hibesi aldı.

Kanalizasyon havalandırmasının içerisindeki nem ve hidrojen sülfür seviyelerini etkilediği ve dolayısıyla korozyon oranına etkisi olduğu herkesçe kabul edilmektedir. Bununla birlikte, korozyonun kanalizasyon nemine niceliksel bağımlılığı tam olarak belirlenmemiştir.

Bu projede SRG, kanalizasyon duvarı neminin korozyona neden olan biyofilmlerin canlılığı ve aktivitesi üzerindeki etkisini araştırmayı amaçlamaktadır.

Proje ayrıca kanalizasyon nemi, sıcaklık ve korozyon oranlarını tahmin etmek için dinamik modeller geliştirecek, kanalizasyon korozyonunu azaltmak için havalandırma stratejileri sağlayacak ve önümüzdeki üç ila beş yıl içinde daha fazla sonuç ortaya çıkacaktır.

Teknolojiyi gerçek kanalizasyon sistemlerinde test etmek

Profesör Yuan, SRG’nin on yıldan fazla bir süredir hidrojen sülfür üretimini azaltmak için FNA’nın kanalizasyon biyofilmleri üzerindeki biyosidal etkilerini araştırdığını söyledi. Yuan, “Bu, Cloevis teknolojisinin gelişmesine yol açtı. Bu teknoloji ile FNA, pompa istasyonlarındaki kanalizasyona periyodik olarak ekleniyor (2-3 haftada bir 8-24 saat gibi). FNA’nın şok dozu, su fazında sülfit üreten kanalizasyon biyofilmlerinin inaktivasyonuna yol açar, böylece sonraki iki ila üç hafta içinde başka bir dozun zamanı geldiğinde sülfit oluşumunu baskılar. 2013’ten beri, havaya maruz kalan beton yüzeylerdeki biyofilmleri kontrol etmek için teknolojiyi geliştirdik, böylece hava fazında hidrojen sülfür varlığında bile korozyonu azalttık.” dedi.

Profesör Yuan, South East Water, City of Gold Coast, Urban Utilities ve ABD merkezli DC Water’ın FNA projesinde beraber çalıştığını ve teknolojinin Gold Coast Şehri’nin kanalizasyon bacalarında başarıyla test edildiğini söyledi. Yuan “Katkı olarak kalsiyum nitrit içeren beton kalıplar, katkı içermeyen kontrol kalıplarıyla birlikte bir kanalizasyon rögarında denemeye tabi tutuldu. Korozyon süreci, yüzey pH’ı, korozyon ürünü bileşimi, beton korozyon kaybı ve korozyon tabakası üzerindeki mikrobiyal çoğalma ölçülerek izlendi. Deneme sırasında, katkılı beton kalıplarında korozyon kaybı, kontrol kalıplarından yüzde 30 daha düşüktü. Katkı ilave edilmiş betonun sülfür alım oranı da yüzde 30 daha düşüktü, bu da kontrol betonuna kıyasla daha yüksek bir yüzey pH’ına yol açtı. Elde edilen sonuçlar, betonda bir katkı maddesi olarak kalsiyum nitritin bu yeni kullanımının, kanalizasyonlarda mikrobiyal kaynaklı korozyonu azaltmak için umut verici bir strateji olduğunu gösterdi. Urban Utilities ile birlikte Luggage Point Atıksu Arıtma Tesisi’nde de çalışmalar tamamlandı. Betondaki kalsiyum nitrit katkı seviyesinin, yüzde bir ve yüzde dört kalsiyum nitrit için korozyon hızında sırasıyla yüzde 17 ve yüzde 47 azalma ile korozyon azaltma etkisi ile pozitif korelasyon gösterdiği bulundu.” dedi.

Profesör Yuan, tamamlanan saha çalışmasına ek olarak, laboratuvar korozyon odalarında uzun süreli deneyler yapıldığını söyledi. Yuan, “Dünya standartlarında işleyen korozyon odalarımız, temel korozyon mekanizmasını ve mikrobiyal aktiviteleri araştırmak için uygun olan kontrollü hidrojen sülfür, nem ve sıcaklık seviyeleri ile tepe ve gelgit bölgelerindeki gerçek kanalizasyon koşullarını simüle etmek için tasarlanmıştır. FNA’nın uzun süreli etkilerini, temel mekanizmasını, mikrobiyal aktiviteleri ve bunların zamanla evrimini tanımlamak adına 2019’da farklı FNA seviyelerinde (yüzde sıfır, yüzde bir, yüzde iki, yüzde üç ve yüzde dört) 220’den fazla beton kalıp içeren üç yıllık bir laboratuvar deneyi başlatıldı. Bu temel çalışmalar, gelecek vaat eden teknolojinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması için son derece faydalı olmakla beraber daha fazla çalışma ve pratik uygulamalar için rehberlik etmektedir. Endüstri ortaklarımızla yakın çalışmaya ve bu ortaklara doğrudan bilgi yaymaya ek olarak, teknolojinin etkisini genişletmek için sonuçlarımızı endüstri konferanslarında ve hakemli araştırma dergilerinde yayımlamaya devam edeceğiz. Yeni katkılı beton borular inşa etme ve bunları gerçek kanalizasyon sistemlerine yerleştirme konusunda endüstriye yardımcı olmaya oldukça istekliyiz.” dedi.

Kaynak: https://utilitymagazine.com.au/crucial-research-helps-keep-sewer-corrosion-at-bay/