बायोजेनिक सल्फाइड जंग

बायोजेनिक सल्फाइड जंग हाइड्रोजन सल्फाइड गैस बनाने और सल्फ्यूरिक एसिड के बाद के रूपांतरण की एक जीवाणु मध्यस्थता वाली प्रक्रिया है जो अपशिष्ट जल वातावरण के अन्दर कंक्रीट और इस्पात  पर क्रिया करती है। सल्फ्यूरिक एसिड बनाने के लिए नमी की उपस्थिति में हाइड्रोजन सल्फाइड गैस जैव रासायनिक रूप से ऑक्सीकृत होती है। गंभीर अपशिष्ट जल वातावरण के संपर्क में आने वाली कंक्रीट और इस्पात की सतहों पर सल्फ्यूरिक एसिड का प्रभाव विनाशकारी हो सकता है। अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में जंग के कारण प्रति वर्ष लगभग $14 बिलियन की अनुमानित सीवर संपत्ति की हानि हो रही है। यह लागत बढ़ने की आशा है क्योंकि प्राचीन मूलभूत संरचना लगातार विफल हो रहा है।

पर्यावरण
जंग लग सकती है जहां पुराना सीवेज हाइड्रोजन सल्फाइड गैस को ऑक्सीजन गैस और उच्च सापेक्ष आर्द्रता वाले वातावरण में उत्पन्न करता है। सल्फेट युक्त एक अंतर्निहित वातनिरपेक्ष जलीय निवास स्थान होना चाहिए और 2 पीपीएम से अधिक सांद्रता पर ऑक्सीजन और हाइड्रोजन सल्फाइड दोनों युक्त गैस चरण से अलग एक अतिव्यापी एरोबिक जलीय निवास स्थान होना चाहिए।

सल्फेट SO42− का हाइड्रोजन सल्फाइड H2S में रूपांतरण
अपशिष्ट जल संग्रह प्रणाली में प्रवेश करने वाले ताजे घरेलू सीवेज में कार्बनिक सल्फर यौगिकों सहित प्रोटीन होते हैं जो सल्फेट्स के लिए ऑक्सीकरण योग्य होते हैं और इसमें अकार्बनिक सल्फेट्स हो सकते हैं। घुलित ऑक्सीजन समाप्त हो जाती है क्योंकि बैक्टीरिया सीवेज में कार्बनिक पदार्थों को अपचयित करना प्रारंभ कर देते हैं। विघटित ऑक्सीजन और नाइट्रेट्स की अनुपस्थिति में, सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया (एसआरबी) द्वारा कार्बनिक कचरे को अपचयित करने के लिए ऑक्सीजन के वैकल्पिक स्रोत के रूप में सल्फेट्स को हाइड्रोजन सल्फाइड में कम किया जाता है, जिसे मुख्य रूप से वातनिरपेक्ष प्रजाति डेसल्फोविब्रियो से पहचाना जाता है।

हाइड्रोजन सल्फाइड का उत्पादन विभिन्न भौतिक-रासायनिक, स्थलाकृतिक और हाइड्रोलिक मापदंडों पर निर्भर करता है जैसे कि:
 * सीवेज ऑक्सीजन एकाग्रता। सीमा इस मान से ऊपर 0.1 mg.l-1 है, कीचड़ और तलछट में उत्पादित सल्फाइड इस मूल्य से नीचे ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होते हैं, सल्फाइड गैसीय चरण में उत्सर्जित होते हैं।
 * तापमान। तापमान जितना अधिक होगा, H2S उत्पादन की गतिज गति उतनी ही तेज होगी।
 * सीवेज पीएच। इसे 5.5 और 9 के बीच इष्टतम 7.5-8 के साथ सम्मिलित किया जाना चाहिए।
 * सल्फेट एकाग्रता।
 * जैव रासायनिक ऑक्सीजन की मांग से जुड़े पोषक तत्व एकाग्रता।
 * सीवेज की अवधारणा के रूप में H2S केवल वातनिरपेक्ष स्थितियों में बनता है। धीमा प्रवाह और लंबे समय तक अवधारण समय एरोबिक बैक्टीरिया को पानी में सभी उपलब्ध घुलित ऑक्सीजन का उपभोग करने के लिए अधिक समय देता है, जिससे वातनिरपेक्ष स्थिति उत्पन्न होती है। भूमि जितनी समतल होगी, सीवर नेटवर्क को उतना ही कम ढलान दिया जा सकता है, और यह धीमे प्रवाह और अधिक पम्पिंग स्टेशनों (जहां प्रतिधारण समय सामान्यतः लंबा होता है) के पक्ष में है।

हाइड्रोजन सल्फाइड का सल्फ्यूरिक एसिड H2SO4 में रूपांतरण
कुछ हाइड्रोजन सल्फाइड गैस अपशिष्ट जल के ऊपर हेडस्पेस के वातावरण में फैल जाती है। गर्म सीवेज से वाष्पित होने वाली नमी सीवरों की बिना जलमग्न दीवारों पर संघनित हो सकती है, और सीवर के क्षैतिज मुकुट से आंशिक रूप से बनी बूंदों में लटकने की संभावना है। सीवेज के ऊपर वायु से हाइड्रोजन सल्फाइड गैस और ऑक्सीजन गैस के एक भाग के रूप में इन स्थिर बूंदों में घुल जाता है, वे जीनस एसिडिथियोबैसिलस के सल्फर ऑक्सीडाइजिंग बैक्टीरिया (एसओबी) के लिए एक निवास स्थान बन जाते हैं। इन एरोबिक बैक्टीरिया की कॉलोनियां हाइड्रोजन सल्फाइड गैस को सल्फ्यूरिक एसिड में मेटाबोलाइज करती हैं।

जंग
सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित सल्फ्यूरिक एसिड संरचना सामग्री की सतह के साथ बातचीत करेगा। साधारण पोर्टलैंड सीमेंट के लिए, यह कैल्शियम सल्फेट बनाने के लिए कंक्रीट में कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करता है। यह परिवर्तन एक साथ कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड की बहुलक प्रकृति को नष्ट कर देता है और एक बड़े अणु को मैट्रिक्स में बदल देता है जिससे आसन्न कंक्रीट और कुल कणों का दबाव और फैलाव होता है। इसके बाद कमजोर ताज भारी ओवरबर्डन भार के नीचे गिर सकता है। यहां तक ​​कि एक अच्छी तरह से डिजाइन किए गए सीवर नेटवर्क के अन्दर, उद्योग में अंगूठे का एक नियम बताता है कि कुल लंबाई का 5% बायोजेनिक जंग से पीड़ित हो सकता है/हो सकता है। इन विशिष्ट क्षेत्रों में, बायोजेनिक सल्फाइड जंग धातु या कई मिलीमीटर प्रति वर्ष कंक्रीट को खराब कर सकता है (तालिका देखें)।

कैल्सियम एल्यूमिनेट सीमेंट से मिलकर बना मोर्टार कैल्शियम एल्युमिनेट समुच्चय, अर्थात् 100% कैल्शियम एल्युमिनेट सामग्री, बहुत अधिक समय तक चलेगी क्योंकि समुच्चय भी सूक्ष्मजीवों के विकास को सीमित कर सकते हैं और स्रोत पर ही एसिड उत्पादन को रोक सकते हैं।
 * पहली बाधा कैल्शियम एल्युमिनेट सीमेंट्स बनाम साधारण पोर्टलैंड सीमेंट की बड़ी एसिड अप्रभावी करने की क्षमता है; कैल्शियम एल्यूमिनेट सीमेंट का एक ग्राम साधारण पोर्टलैंड सीमेंट के एक ग्राम की तुलना में लगभग 40% अधिक एसिड को अप्रभावी कर सकता है। बायोफिल्म  द्वारा एसिड के दिए गए उत्पादन के लिए, कैल्शियम एल्यूमिनेट सीमेंट कंक्रीट लंबे समय तक चलेगा।
 * दूसरा अवरोध अवक्षेपण के कारण होता है, जब एल्यूमिना जेल की एक परत का सतही पीएच 10 से नीचे हो जाता है (सीमेंट रसायन विज्ञान संकेतन में एएच3)। एएच3 4 के pH तक एक स्थिर यौगिक है और यह तब तक एक एसिड-प्रतिरोधी अवरोध बनाएगा जब तक कि जीवाणु गतिविधि द्वारा सतह का pH 3-4 से कम नहीं किया जाता है।
 * तीसरा अवरोध स्थानीय रूप से सक्रिय होने वाला बैक्टीरियोस्टेटिक प्रभाव है जब सतह 3-4 से कम पीएच मान तक पहुंच जाती है। इस स्तर पर, एल्यूमिना जेल अब स्थिर नहीं है और एल्यूमीनियम आयनों को मुक्त करते हुए घुल जाएगा। ये आयन पतली बायोफिल्म में जमा हो जाएंगे। एक बार जब एकाग्रता 300-500 पीपीएम तक पहुंच जाती है, तो यह बैक्टीरिया के चयापचय पर एक बैक्टीरियोस्टेटिक एजेंट प्रभाव उत्पन्न करेगा। दूसरे शब्दों में, जीवाणु H2S से सल्फर का ऑक्सीकरण करना बंद कर देंगे एसिड का उत्पादन करने के लिए, और पीएच कम होना बंद हो जाएगा।

रोकथाम
बायोजेनिक सल्फाइड जंग की समस्याओं को दूर करने के लिए कई विकल्प हैं जो H2S के गठन को हानि पहुँचाते हैं, H2S को बाहर निकालते हैं या बायोजेनिक जंग के लिए प्रतिरोधी सामग्री का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन सल्फाइड उत्पादन के लिए उपलब्ध समय को कम करते हुए सीवेज अधिक तेजी से ढाल वाले सीवरों के माध्यम से बहता है। इसी प्रकार, पाइपों के नीचे से कीचड़ और तलछट को हटाने से सल्फेट-कम करने वाले बैक्टीरिया के विकास के लिए जिम्मेदार अनॉक्सी क्षेत्रों की मात्रा कम हो जाती है। सीवरों का अच्छा वेंटिलेशन प्रदान करने से हाइड्रोजन सल्फाइड गैस की वायुमंडलीय सांद्रता कम हो सकती है और खुले सीवर के मुकुट सूख सकते हैं, लेकिन इससे वेंटिलेशन शाफ्ट के आसपास पड़ोसियों के साथ गंध की समस्या उत्पन्न हो सकती है। यांत्रिक उपकरणों के निरंतर संचालन को सम्मिलित करते हुए तीन अन्य कुशल विधियों का उपयोग किया जा सकता है: H2S गठन को खराब करने के लिए कैल्शियम नाइट्रेट जैसे रासायनिक अभिकारक को सीवरेज के पानी में लगातार जोड़ा जा सकता है। H2S को हटाने के लिए गंध उपचार इकाइयों के माध्यम से एक सक्रिय वेंटिलेशन, या संपीड़ित वायु का एक इंजेक्शन विकसित करने के लिए वातनिरपेक्ष स्थिति से बचने के लिए दबाव वाले साधन में। सीवरेज क्षेत्रों में जहां बायोजेनिक सल्फाइड जंग की आशंका है, एसिड प्रतिरोधी सामग्री जैसे कैल्शियम एल्युमिनेट सीमेंट, पीवीसी या विट्रीफाइड क्ले पाइप को साधारण कंक्रीट या इस्पात सीवर से बदला जा सकता है।

सीवर मैनहोल और पंप स्टेशन गीले कुओं जैसे बायोजेनिक जंग के व्यापक जोखिम वाली वर्तमान संरचनाओं का पुनर्वास किया जा सकता है। स्ट्रक्चरल एपॉक्सी कोटिंग जैसी सामग्रियों के साथ पुनर्वास किया जा सकता है, इस एपॉक्सी को एसिड प्रतिरोधी और समझौता किए गए कंक्रीट संरचना को शक्तिशाली करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

यह भी देखें

 * जंग
 * माइक्रोबियल जंग
 * सल्फाइड

संदर्भ

 * Brongers, M.P.H., Virmani, P.Y., Payer, J.H., 2002. Drinking Water and Sewer Systems in Corrosion Costs and preventive Strategies in the United States. United States Department of Transportation Federal Highway Administration.
 * Sydney, R., Esfandi, E., Surapaneni, S., 1996. Control कंक्रीट sewer corrosion via the crown spray process. Water Environ. Res. 68 (3), 338–347.
 * United States Environmental Protection Agency, 1991. Hydrogen Sulphide Corrosion in Wastewater Collection and Treatment Systems (Technical Report).
 * United States Environmental Protection Agency (1985) Design Manual, Odor and Corrosion Control in Sanitary Sewerage Systems and Treatment Plants (Technical Report).
 * Morton R.L., Yanko W.A., Grahom D.W., Arnold R.G. (1991) Relationship between metal concentrations and crown corrosion in Los Angeles County sewers. Research Journal of Water Pollution Control Federation, 63, 789–798.
 * Mori T., Nonaka T., Tazaki K., Koga M., Hikosaka Y., Noda S. (1992) Interactions of nutrients, moisture, and pH on microbial corrosion of कंक्रीट sewer pipes. Water Research, 26, 29–37.
 * Ismail N., Nonaka T., Noda S., Mori T. (1993) Effect of carbonation on microbial corrosion of कंक्रीट. Journal of Construction Management and Engineering, 20, 133–138.
 * Davis J.L. (1998) Characterization and modeling of microbially induced corrosion of कंक्रीट sewer pipes. Ph.D. Dissertation, University of Houston, Houston, TX.
 * Monteny J., De Belie N., Vincke E., Verstraete W., Taerwe L. (2001) Chemical and microbiological tests to simulate sulfuric acid corrosion of polymer-modified कंक्रीट. Cement and कंक्रीट Research, 31, 1359–1365.
 * Vincke E., Van Wanseele E., Monteny J., Beeldens A., De Belie N., Taerwe L., Van Gemert D., Verstraete W. (2002) Influence of polymer addition on biogenic sulfuric acid attack. International Biodeterioration and Biodegradation, 49, 283–292.
 * Herisson J., Van Hullebusch E., Gueguen Minerbe M., Chaussadent T. (2014) Biogenic corrosion mechanism: study of parameters explaining calcium aluminate cement durability. CAC 2014 – International Conference on Calcium Aluminates, May 2014, France. 12 p.
 * Hammer, Mark J. Water and Waste-Water Technology John Wiley & Sons (1975) ISBN 0-471-34726-4
 * Metcalf & Eddy Wastewater Engineering McGraw-Hill (1972)
 * Pomeroy, R.D., 1976, "The problem of hydrogen sulphide in sewers". Published by the Clay Pipes Development Association
 * Sawyer, Clair N. & McCarty, Perry L. Chemistry for Sanitary Engineers (2nd edition) McGraw-Hill (1967) ISBN 0-07-054970-2
 * United States Department of the Interior (USDI) कंक्रीट Manual (8th edition) United States Government Printing Office (1975)
 * Weismann, D. & Lohse, M. (Hrsg.): "Sulfid-Praxishandbuch der Abwassertechnik; Geruch, Gefahr, Korrosion verhindern und Kosten beherrschen!" 1. Auflage, VULKAN-Verlag, 2007, ISBN 978-3-8027-2845-7

टिप्पणियाँ
Pomeroy's report contains errors in the equation: the pipeline slope (S, p. 8) is quoted as m/100m, but should be m/m. This introduces a factor of 10 underestimate in the calculation of the 'Z factor', used to indicate if there is a risk of sulphide-induced corrosion, if the published units are used. The web link is to the revised 1992 edition, which contains the units error - the 1976 edition has the correct units.

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