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Problem Biogene Schwefelsäure-Korrosion Abwassernetze schützen und optimieren – denn Wegschauen ist keine Lösung

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann / Dr. Jörg Kempf

Anaerobe Prozesse in Kanal- und Klärsystemen mit der Freisetzung von Gasen wie Schwefelwasserstoff führen zu Geruchsproblemen und verursachen aufgrund von Korrosion an den Bauteilen zudem Kosten in Milliardenhöhe. Nicht zuletzt ist das mit Wartungsarbeiten befasste Personal gesundheitlich gefährdet. Handeln ist angesagt.

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In Feldversuchen geht ein Team der TU Graz und Uni Graz den Schäden durch Biogene Schwefelsäure-Korrosion auf den Grund.
In Feldversuchen geht ein Team der TU Graz und Uni Graz den Schäden durch Biogene Schwefelsäure-Korrosion auf den Grund.
(Bild: TU Graz)

Abwassersysteme sind eine zentrale Infrastruktureinrichtung jeder Kommune und auch der Industrie. Idealerweise funktionieren sie einwandfrei und sind langlebig. Biogene Umsetzungsprozesse in Kanal- und Klärsystemen sind jedoch quasi die natürlichen Feinde herkömmlicher Anlagen und verursachen Kosten durch Schäden an Bauteilen aus Beton und Metall. So haben Abwassersysteme nicht selten eine Lebensdauer von weniger als zehn Jahren, müssen restauriert oder einzelne Bauteile getauscht werden.

In diesen Prozessen freigesetzte toxische Gase wie Schwefelwasserstoff (H2S) stellen zudem ein erhebliches gesundheitliches Gefahrenpotenzial dar, das von Reizerscheinungen bis hin zu Atemstillstand und Tod führen kann.

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Kommentar: Wasser sparen macht Wasser teurer

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann
Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann
( Bild: PROCESS )

Der deutsche Bürger hat das Wassersparen verinnerlicht, der Pro-Kopf-Verbrauch sank in den vergangenen Jahren von 150 auf nurmehr 121 Liter pro Tag. Wie sinnvoll ist das? Tatsache ist: Deutschland hat Wasser im Überfluss. Aber dennoch gehört das Sparen dieser Ressource quasi zum Selbstverständnis ökologisch orientierter Bürger: Beim Zähneputzen den Hahn zudrehen. Duschen statt Baden. Die Waschmaschine aufs Sparprogramm stellen und den Geschirrspüler aufs Kurzprogramm. Mit Regenwasser den Garten gießen.

Das wird zunehmend zum Problem, wurden doch die Infrastrukturen der Wasserversorgung und der Abwasserentsorgung in der Vergangenheit für stetig zunehmende Verbrauchszahlen ausgelegt. Die Planer gingen in den 1970er-Jahren davon aus, dass der tägliche Pro-Kopf-Verbrauch auf mehr als das Doppelte des heutigen tatsächlichen Verbrauchs wächst. Entsprechend ausgebaut wurden damals nicht nur die Wasserwerke und Kläranlagen, sondern das gesamte deutsche Wasserversorgungsnetz sowie die Kanalisation.

Auch der industriell-gewerbliche Verbrauch ist drastisch zurückgegangen: Heute wird in deutschen Unternehmen durch Kreislauf- und Kaskadenführungen jeder Tropfen Wasser im Durchschnitt fast sechsmal genutzt.

Resultat: In manchen Regionen fließt das Trinkwasser zu langsam durch die Rohre und es können sich dadurch Keime bilden. Das Abwasser spült wegen der geringen Menge nicht mehr alle Ablagerungen aus der Kanalisation, Schwefelwasserstoff und Schwefelsäure entstehen (mit den im Beitrag beschriebenen Folgen). Die Infrastrukturen werden deshalb vielfach regelmäßig mit Trinkwasser gespült. Sinnvoll?

Es sind naturgegebene Prozesse – die man aber nicht einfach hinnehmen muss: Ein interdisziplinäres Team der TU Graz und der Uni Graz hat dazu interessante Strategien zur Verhinderung von Biogener Schwefelsäure-Korrosion (BSK) entwickelt.

Deckel drauf?

Nicht selten beträgt die durch BSK erzeugte Korrosionsrate an herkömmlich verwendetem Beton ein Zentimeter pro Jahr oder mehr. Die verwendeten Betonteile können so innerhalb von wenigen Jahren vollständig zerstört werden und massive Schädigungen an Abwassersystemen hervorrufen. Oftmals fehle das Bewusstsein für diese Prozesse und die daraus resultierende Gefahr für Abwassersysteme und Gesundheit, so die Forscher: Kanaldeckel drauf und wegschauen sei nicht die Lösung. Denn der volkswirtschaftliche Schaden durch notwendige Restaurationsmaßnahmen an Abwassersystemen wurde allein für Deutschland mit rund 450 Millionen Euro pro Jahr berechnet.

Biogene Schwefelsäure-Korrosion (BSK) in Abwasseranlagen entsteht durch eine Sequenz von biogener Sulfat-Reduktion und einer anschließenden Rückoxidation. In einem ersten Schritt wird das in Druckrohrleitungen oder stehenden Abwässern vorhandene Sulfat von Bakterien unter anaeroben, also sauerstofffreien Bedingungen reduziert, und es bildet sich Schwefelwasserstoff.

Dieses unangenehm riechende, hochgiftige Gas entweicht in die Kanalatmosphäre und diffundiert in den Beton der Abwasserrohre und Kanalschächte. An Betonwänden, die gar nicht in Kontakt mit dem Abwasser stehen, findet eine Rückoxidation durch autotrophe Bakterien statt. Diese Mikroorganismen produzieren Schwefelsäure, die mit den Betonbauteilen reagiert. Dadurch kommt es zu einer intensiven Biofilmbildung an der Oberfläche des Betons, einer Absenkung des pH-Werts auf <2, also stark sauer, und zu expansiven Mineralneubildungen in Form von Gips. Die Kombination dieser Prozesse verursacht eine rasch voranschreitende Zerstörung des Betons.

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