На сегодняшний день опасной проблемой для человечества является биоповреждение различных материалов, зданий, сооружений, конструкций, памятники истории и культуры, что может существенно снизить прочностные характеристики, снизить качество и даже привести к полному разрушению. В результате воздействия различных организмов, прежде всего грибов и бактерий могут снизиться прочностные характеристики несущих конструкций, повреждаются отделочные слои. Чаще всего биоповреждения происходят в регионах, а также местах с повышенной влажностью и высоким уровнем техногенного загрязнения. В ходе эксплуатации зданий и сооружений грязь и влажность образуют благоприятную среду для развития микроорганизмов, которые разрушают строительные материалы и конструкции. В результате на зданиях и сооружениях образуются мхи, грибы, водоросли и т. д. [1,2].
Ключевые слова: биоповреждение, гранит, мрамор, pH-метр.
Отчет по результатам эксперимента с неорганическими кислотами.
Эксперимент проводился с различными неорганическими кислотами: азотная 5 %, азотная 2 %, серная 5 %, серная 2 %. Данные кислоты были выбраны по причине того, что в природных условиях они продуцируются тионовыми и нитрофицирующими бактериями, которые часто встречаются на поврежденных строительных конструкциях.
В растворы кислот помещали фрагменты мрамора и гранита, экспонировали при температуре 20–22°С.
Продолжительность эксперимента составила 78 суток.
В ходе наблюдений оценивали изменения в изучаемой системе: измеряли рН, визуально определяли состояние камня.
Таблица 1
Анализ образцов
|
Фото начала эксперимента 20.02.2020 |
Фото 08.05.2020 |
Результат |
|
Рис.1. Образец № 1. Мрамор m=41,8 г, азотная кислота 5 % |
Рис.2. Образец № 1. Мрамор спустя 78 суток |
Разрушение мрамора практически отсутствует |
|
Рис.3. Образец № 2. Мрамор m=22,8 г, азотная кислота 2 % |
Рис.4. Образец № 2. Мрамор спустя 78 суток |
Разрушение мрамора практически отсутствует |
|
Рис.5. Образец № 3. Мрамор m=35,8 г, серная кислота 5 % |
Рис.6. Образец № 3. Мрамор спустя 78 суток |
Степень разрушения мрамора средняя |
|
Рис.7. Образец № 4. Гранит (Бразилия) m=34,8 г, азотная кислота 5 % |
Рис.8. Образец № 4. Гранит (Бразилия) спустя 78 суток |
Разрушение гранита практически отсутствует |
|
Рис.9. Образец № 5. Гранит (Россия) m=14,1 г, азотная кислота 5 % |
Рис.10. Образец № 5. Гранит (Россия) спустя 78 суток |
Разрушение гранита практически отсутствует |
Ниже приведены графики, которые показывают изменения кислотности в ходе эксперимента в течение 78 суток (рис.11–15). В большинстве образцов отмечено повышение значения рН в первую фазу в ходе эксперимента.
Рис. 11. Образец № 1 в азотной к.5 %
Рис.12. Образец № 2 мрамор в азотной к.2 %
Рис. 13. Образец № 3 мрамор в серной к.5 %
Рис. 14. Образец № 4 гранит (Бразилия) в азотной к.5 %
Рис. 15. Образец № 5 гранит (Россия) в азотной к.5 %
Результаты и обсуждение:
− В образцах № 1,4,5 сначала виден рост рН, следовательно, идет процесс разрушения материала, затем происходит резкое повышение концентрации кислоты;
− В образце № 3 в начале эксперимента виден рост рН, т. е. идет процесс разрушения материала, затем резко повышается концентрация кислоты, после снова происходит резкое разрушение материала.
Проведенный эксперимент показал, что присутствие в тест-системе неорганических килот (азотной и серной) оказывает влияние на состояние на каменных конструкций. Мрамор в большей степени подвержен биоповреждению.
Как известно сначала на каменистых субстратах часто начинают развиваться бактерии Thiobacillus thioparus, T. neapolitanus, которые способны снижать рН до 5,0. Далее уже бактерии Thiobacillus thiooxidans, продуцирующие серную кислоту, снижают рН водной среды (водной вытяжки) до 2 и ниже. Таким образом, выделяют две группы сероокисляющих тионовых бактерий: нейтрофильные (T.novellus, T.thioparus) и ацидофильные бактерии (T.thiooxidans, T.intermedius). В системах сточных вод тионовые бактерии окисляют серу, которая может образовываться в результате окисления кислородом сероводорода до молекулярной серы, которая откладывается на стенках труб. В таблице даны характеристики основных видов рода Thiobacillus [3].
Таблица 2
Общая характеристика видов-биодеструкторов рода Thiobacillus
|
Виды бактерий |
Доступный диапазон значений рН |
Метаболизм, отношение к кислороду |
Продукты метаболизма |
|
T. thioparus |
4.5–10 |
Автотрофные аэробы |
Сера, политионовые кислоты |
|
T. novellus |
5–9,2 |
Миксотрофы |
Сера |
|
T. neapolitanus |
4–9 |
Автотрофы |
Серная кислота, политионовые кислоты |
|
T. intermedius |
1,7–9 |
Миксотрофы |
Серная кислота, политионовые кислоты |
|
T. thiooxidans |
0,5–4 |
Автотрофы |
Сера, серная кислота |
Литература:
- Биоповреждения и защита непродовольственных товаров: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. А. Н. Неверова. — М.: Мастерство, 2002. — 224с.
- Ерофеев В. Т., Комохов П. Г., Смирнов В. Ф., Светлов Д. А., Казначеев С. В., Богатов А. Д., Морозов Е. А., Васильев О. Д., Макаревич Ю. М., Спирин В. А., Пацюк Н. А. Защита зданий и сооружений от микробиологических повреждений биоцидными препаратами на основе гуанидина / под общ. ред. П. Г. Комохова, В. Т. Ерофеева, Г. Е. Афиногенова. СПб.: Наука, 2009. 192 с.
- Nica D., Davis J. L., Kirby L., G.Zuo, Roberts D. J. Isolation and characterization of microorganisms involved in the biodeterioration of concrete in sewers // International Biodeterioration and Biodegradation. 2000.
