Corrosie en aantasting van damwanden in een sluiskade

Waterhuishouding & Waterbouw
Corrosie en aantasting van
damwanden in een sluiskade
Tijdens een routinematige inspectie van een stalen sluiswand in het
noorden van Nederland is versnelde corrosie en een sterke aantasting van de stalen damwanden
aangetroffen. Rondom de grote
gaten in de damwanden werden
tevens roodbruine en zwarte
vlekken op het damwandoppervlak gevonden. Onderzoek wijst
uit dat microben hiervoor verantwoordelijk zijn. Daarom is het
raadzaam regelmatig bij inspecties dit aspect te beoordelen.
Advies- en ingenieursbureau Sweco en
Endures, specialist op het gebied van corrosie,
schadeonderzoek, anti-fouling en beschermende coatings en microbiologische beïnvloede
corrosie (MIC), hebben gericht onderzoek
gedaan naar de mogelijke oorzaak van dit probleem. Daarbij hadden zij speciale aandacht
voor het optreden van zogenaamde MIC.
MIC is de aantasting van metalen als gevolg
van metabole activiteit van micro-organismen.
Bacteriën en andere micro-organismen zetten
voedingsstoffen in bodem en water om in
(organische) zuren en andere corrosieve stoffen waardoor het milieu verandert. Dit proces
bevordert corrosie en materiaalaantasting. Een
kenmerkend beeld van MIC zijn de karakteristieke tuberkels: gelaagde knollen van relatief
zacht materiaal die vrij los op het oppervlak
zitten. Lagen van roodbruine (ijzerhydroxide)
en zwarte (ijzersulfide) corrosieproducten zijn
goed zichtbaar.
IN ‘T KORT - Versnelde corrosie
Bij een stalen sluiswand is versnelde
corrosie aangetroffen
Hierdoor zijn de stalen damwanden sterk
aangetast
In vrijwel alle genomen monsters zaten
zes corrosiegerelateerde bacteriën
MIC-processen kunnen zorgen voor
onverwacht snelle corrosie
28
nr. 7/8 - juli/augustus 2016
Links: uitgenomen monsters van de sluiskadewanden met grote gaten en door corrosie aangetast oppervlak; rechts: oppervlak van
uitgenomen damwandmonsters met daarop (achterblijfselen van) biologische aangroei en bruine/zwarte lagen van corrosieproducten.
Onder de laag van corrosieproducten is het
staal vaak glimmend en kun je corrosieputten
en gaten aantreffen. In nauw overleg met
duikbedrijf Disa International zijn specifieke
locaties voor uitname van stalen damwandmonsters geselecteerd. Zij hebben monsters
uitgesneden en na het boven water brengen
direct bemonsterd voor microbiële analyse.
Een juiste en snelle handelwijze is van groot
belang om dergelijk onderzoek succesvol te
kunnen uitvoeren en bruikbare resultaten te
krijgen.
Microbiële analyse
De microbiële activiteit van organismen in een
monster is afhankelijk van vele factoren. Onder
andere spelen de eigen ‘normale’ reproductiesnelheid, maar ook de specifieke omstandigheden van het milieu waaruit de monsters
verzameld zijn, een rol. Daarbij kun je denken
aan de aanwezigheid en beschikbaarheid van
nutriënten in water en bodemmateriaal, de
aard en eigenschappen van het metaal/materiaal waarop de organismen zich gevestigd
hebben en de interactie met andere organismen in dat specifieke milieu.
Vier monsters zijn onderzocht op het aantal
aanwezige corrosie relevante bacteriën en de
microbiële activiteit per groep. Daarvoor zijn
twee technieken gebruikt: de Most Probable
Number-methode (MPN) gebaseerd op het
kweken van bacteriën op groeimedia, en quantitative Polymerase Chain Reaction (q-PCR),
een moleculaire techniek waarmee op DNA-niveau aard en aantallen bacteriën kunnen
worden vastgesteld. De q-PCR-techniek heeft
het (grote) voordeel dat hij ook gebruikt kan
worden voor organismen die niet kweekbaar
zijn of slecht willen groeien.
De resultaten in Tabel 1 laten zien dat in alle
monsters een zestal verschillende corrosie
gerelateerde bacteriën voorkomen en dat deze
in verschillende mate actief zijn bevonden. Wat
voor consequenties dat heeft voor de corrosieve activiteit van de aangetroffen populatie,
hangt sterk af van het type bacterie.
Zuurproducerende bacteriën (APB) groeien
normaal gesproken snel. Zij zijn zeer actief en
de gevolgen daarvan, verzuring van het milieu
en versnelde corrosie, zijn in een laboratoriumsituatie al binnen een dag zichtbaar. Zwaveloxiderende bacteriën (SOB), sulfaatreducerende bacteriën (SRB), ijzeroxiderende bacteriën
(IRB) en ijzerreducerende bacteriën (IRB)
groeien normaal gesproken veel langzamer
dan APB, ook wanneer ze in hoge mate actief
zijn. Bij deze groepen bacteriën is veelal pas
na vier tot zeven dagen incubatietijd duidelijk
of ze op de plek van monstername een hoog
corrosierisico vormen.
Slijmvormende (SF-)bacteriën zijn gewoonlijk
aërobe micro-organismen die wijd verspreid
in de natuur voorkomen. Hoewel SF niet direct
tot corrosie leiden, spelen ze wel een belangrijke rol in biofilms waarin ze door zuurstofconsumptie de vorming van anaërobe omstandig-
dr. N. Noël / dr. J. Klijnstra / ing. H. van Eck / ing. R.C. van Soest
heden bevorderen. In een zuurstofarme laag
van de biofilm kunnen vervolgens anaërobe
bacteriën zoals SRB’s maar ook sommige
APB’s en IRB’s voor versnelde corrosie zorgen.
De aanwezigheid van SF is daarmee een
belangrijke indicator voor MIC maar hun
aanwezigheid alleen is niet direct reden voor
grote zorg.
Daarom wordt in Tabel 1 voor SF de kleurcode
oranje gegeven als ze positief scoren na één
dag incubatie, maar groen (laag actief) wanneer groei optreedt na twee of meer dagen.
Naast het vaststellen van de aanwezige
micro-organismen en hun activiteit, is er door
middel van microscopisch onderzoek ook gekeken of bacteriën rechtstreeks actief waren op
het oppervlak van de stalen monsters. Daartoe
zijn analyses uitgevoerd met behulp van een
scanning electronen microscoop gekoppeld
aan Röntgen micro-analyse (SEM-EDS), waarbij
vooral gekeken is naar de aanwezigheid van
zwavel(verbindingen) in de corrosieproducten
op de stalen monsters.
Resultaten van deze analyses tonen aan dat
het element zwavel (S) in alle monsters in verschillende gehaltes aanwezig is. In Figuur 2A
wordt een dwarsdoorsnede van een monster
met corrosieproduct getoond, 2B toont de
verdeling van zwavel over deze dwarsdoor-
snede en in 2C is te zien dat zwavel meer
geconcentreerd voorkomt in een laag onder
de buitenste ijzerhydroxidelaag. In een meer
gedetailleerde analyse van verschillende sublagen in het corrosieproduct is een toenemend
gewichtspercentage zwavel gevonden vanaf
de buitenste laag tot aan het metaal.
De aanwezigheid van zwavel is een duidelijke
indicatie van de activiteit van micro-organismen die gerelateerd zijn aan de zwavelcyclus
(SRB’s en SOB’s) en wijst op de aanwezigheid
van corrosieve processen op het metaaloppervlak. SRB’s hebben een sterke voorkeur voor
anaërobe omstandigheden en zijn dan ook
vaak te vinden in de onderste laag van een
biofilm op het metaaloppervlak.
Regelmatig controleren
Uit de resultaten van het onderzoek hebben
Sweco en Endures geconcludeerd dat de hoge
corrosiesnelheid en het substantiële massaverlies van de kadewand een gevolg is van
microbiële activiteit. In vrijwel alle uitgenomen
monsters is de aanwezigheid van een zestal
corrosiegerelateerde bacteriën (SF, APB, SRB,
TOB/SOB, IOB en IRB) aangetoond. Daarnaast
is een gemiddelde tot hoge activiteit van deze
organismen vastgesteld en is zwavel teruggevonden op het oppervlak van de met een
ijzerhydroxide laag bedekte damwandmonsters. Dit wijst duidelijk op SRB-activiteit op
het metaaloppervlak.
Bij het in stand houden van stalen constructies als sluiswanden en damwanden in
havens en zeegebieden is het zeer belangrijk
om aandacht te besteden aan onverwacht
snelle corrosie door MIC-processen. Dit kan
eenvoudig door bij geregelde inspecties ook
monsternames te doen om groei en activiteit
van corrosie gerelateerde micro-organismen te
monitoren. Zo kan in een vroegtijdig stadium
een betrouwbare inschatting van het corrosierisico worden gedaan en kan onverwacht
snel optredende aantasting van damwanden
worden voorkomen.
Nanni Noël en Job Klijnstra werken bij Endures;
Hans van Eck en Bob van Soest werken bij Sweco.
nr. 7/8 - juli/augustus 2016
29