IKZ Haustechnik Trinkwasserhygiene (Vorschau)

SANITÄR
Biokorrosion
Mikrobielle Korrosion
Vorkommen – Mechanismen – Identifizierung
Biokorrosion oder mikrobiell beeinflusste Korrosion (MIC, vom englischen microbiologically influenced corrosion) umfasst alle Arten
von Korrosion, die von Mikroorganismen ausgelöst oder beeinflusst werden. Die Verhinderung von Biokorrosion stellt eine große
Herausforderung dar, da Kenntnisse in verschiedenen Disziplinen nötig sind – von Materialwissenschaften über Chemie und Mikrobiologie
bis zur Biochemie.
Dies wird auch daran deutlich, dass in
der entsprechenden Literatur viele verschiedene
Begriffe für Biokorrosion verwendet
werden, beispielsweise Biodeterioration,
biologischer Abbau oder Biomineralisierung.
Obwohl sie alle dasselbe
grundlegende Phänomen beschreiben,
besitzen sie doch einen
unterschiedlichen
Fokus: Biodeterioration
z. B. wird
verwendet, wenn
ein schädlicher Einfluss
von Mikroorganismen
auf verschiedene Materialien,
vom Plastik bis zum Beton, beschrieben
werden soll. Die Begriffe „biologischer Abbau“
und Biomineralisierung gehen noch
weiter und beschreiben die Verwendung
eines (meist organischen) Werkstoffes als
Nährstoff bis hin zu seinem vollständigen
Abbau zu anorganischen Endprodukten
wie CO 2 oder Wasser.
Praktisch alle Materialoberflächen
werden von Mikroorganismen
besiedelt.
Mikroorganismen und Biofilme
Um Biokorrosion bzw. Biodeterioration
besser zu verstehen, muss man sich zuerst
einmal mit den beteiligten Mikroorganismen
auseinandersetzen. Der Begriff
Mikroorganismus bezieht sich hauptsächlich
auf die Größe (etwa 0,5 bis 10 μm) und
umfasst einzellige Organismen wie Bakterien
über Mehrzeller wie Algen, Flechten,
Hefen oder Pilzen bis hin zu den Protozoen
(einzellige Organismen). Mikroorganismen
besitzen ein enormes biologisches
Potenzial. So sind z. B. Bakterien durch
ihre Vielzahl verschiedener Stoffwechselwege
in der Lage, nahezu alle bekannten
natürlichen oder künstlichen (Bau-)Materialien
einschließlich Metall, Holz, Beton
und verschiedene Polymere abzubauen
oder (negativ) zu
verändern. Ein weiteres
Merkmal ist
ihre enorm hohe
biologische Aktivität.
Einzelne Zellen
sind in technischen
Systemen harmlos, sie vermehren sich
aber sehr schnell (exponentiell). Escherichia
coli z. B. verdoppelt sich unter optimalen
Bedingungen alle 20 Minuten und
kann Zellzahlen von bis zu 10 12 Zellen pro
Milliliter erreichen. Bei typischen Zelldimensionen
von höchstens 1 μm 3 kann die
spezifische Oberfläche, die den Stoffaustausch
zwischen Zellen und Umgebung
kontrolliert, schnell 6 m 2 pro Milliliter erreichen.
Praktisch alle Materialoberflächen
werden von Mikroorganismen besiedelt.
Selbst technische Systeme mit extremen
Bedingungen bilden keine Ausnahme,
da Mikroorganismen Temperaturen von
-20 bis +116 °C, pH-Werte von 0 bis 14, extreme
Drücke von 1000 bar und mehr, sauerstofffreie
oder sauerstoffreiche Bedingungen,
toxische, mutagene oder karzinogene
Stoffe und selbst starke ionisierende
Strahlung (wie sie z. B. in den Abklingbecken
von Atomkraftwerken vorkommt)
ertragen und ihnen widerstehen können.
Sie bilden komplexe, in eine stabile Matrix
aus extrazellulären polymeren Substanzen
(EPS) eingebettete Lebensgemeinschaften
– die sogenannten Biofilme. Ihre Struktur
und Zusammensetzung wird sowohl
von den beteiligten Mikroorganismen
selbst als auch von externen Faktoren bestimmt.
Die Mikroorganismen beeinflussen
sie unter anderem durch die Ausscheidung
von EPS unterschiedlicher an den
Werkstoff angepasster Zusammensetzung.
Chemische Hauptbestandteile der EPS sind
Kohlenhydrate, Uronsäuren, Eiweiße, Fette
und Nukleinsäuren. Zusätzlich können
Exoenzyme, Detritus und Korrosionsprodukte
vorkommen. Äußere Faktoren sind
z. B. das Substratum, das umgebende Medium
und das Nährstoffangebot. Durch
die Bildung von Konzentrationsgradienten
einzelner Stoffe bietet der Biofilm einen
Lebensraum für viele verschiedene
vergesellschaftete Arten von Mikroorganismen
und besitzt damit ein hohes biochemisches
Potenzial sowie eine enorme
Widerstandsfähigkeit gegen externe Faktoren
wie Austrocknung, aber auch Biozide
und Desinfektionsmittel. Dies macht
die Bekämpfung von Biofilmen schwer bis
nahezu unmöglich. Einzig eine gründliche
mechanische Reinigung mit anschließender
Desinfektion des Systems sowie
ein massiver Einsatz von Oxidationsmit-
Die Identifizierung von MIC stellt sich häufig als problematisch dar. In den meisten Fällen sind die Schadensbilder auch durch klassische Korrosionsmechanismen
erklärbar, die den meisten mit der Schadensanalyse befassten Personen zudem vertraut sind.
Bilder: MiC Europe BV
8 IKZ-FACHPLANER März 2014