В.А. ВОЙТОВИЧ, канд. техн. наук, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Г.В. СПИРИН, инженер,
Т.Г МОНАХОВА, гл. технолог ООО НПО «Полимерстройсервис», О.Н.СМИРНОВА, канд. биол. наук, НИИХимии Нижегородского государственного университета (Нижний Новгород)
В последней четверти ушедшего века во всем мире происходило резкое увеличение видового разнообразия и численности вредных для человека и техногенных изделий существ — вирусов, микробов, микроскопических грибов.
Критерием значимости проблемы может быть то, что в Академии наук России уже давно функционирует Научный совет по биоповреждениям, а с прошлого года приступил к работе аналогичный совет при Российской академии архитектуры и строительных наук.
Разрушение материалов и изделий, происходящее в результате воздействия на них живых существ, называется биодеградацией. Если это воздействие еще в начальной стадии и не вывело материал или изделие из строя, то его называют биоповреждением; если же произошла потеря товарных качеств, то биоразрушением. Организмы, вызывающие деградацию, называют биоразрушителями, биодеструкторами.
В принципе неживую природу поражают все те же виды микроорганизмов, что и живую. Но для неживой природы самыми опасными разрушителями являются микроскопические грибы — сапрофиты.
Работами отечественных и зарубежных ученых доказано, что практически все материалы, как минеральные, так и, особенно, органические, могут подвергаться биоразрушениям, вызываемым микроорганизмами.
Из инженерных сооружений особенно быстро могут разрушаться коллекторы, по которым канализуют бытовые сточные воды. Ранее было показано [1—2], что в канализационных коллекторах, которые большей частью изготавливают из железобетонных труб, вследствие жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий образуется сероводород. Это вещество уже само по себе агрессивно по отношению к цементной матрице в железобетоне и к стальной арматуре. Но еще более агрессивна серная кислота, которая продуцируется тио-новыми бактериями, питающимися сероводородом. Под воздействием обоих факторов коррозия бетона развивается со скоростью 2—3 мм в год. Вследствие этого вместо нормативного срока службы 50 лет коллектор может выйти из строя уже через 15—20 лет.
В первую очередь в трубе разрушается верхняя часть (свод). Сероводород, продолжая образовываться, через грунт поступает в атмосферу, отравляя население. ПДК для сероводорода ниже, чем порог обоняния, так что человек, отравляясь, может и не почувствовать его запаха.
Такие разрушения канализационных коллекторов авторы неоднократно наблюдали в Нижнем Новгороде и других городах РФ.
Предотвратить эти биоразрушения можно достаточно простым и дешевым способом — подщелачивать сточную воду до рН 8,5—9 известью. Однако нигде такой способ борьбы с биоповреждением коллекторов до сих пор не используют.
В настоящее время множество исследовательских групп во всем мире пытается найти действенные средства защиты от биодеградации.
В 1970 г. в Научно-исследовательском институте химии Горьковского государственного университета был создан отдел биологических исследований. В нем были развернуты обширные исследования биодеградации самых разнообразных материалов и изучение влияния на этот процесс биоцидов — веществ, убивающих биоразрушителей.
В настоящее время в Нижнем Новгороде работает коллектив исследователей, решающих следующие задачи:
- обследование объектов, на которых замечены биоповреждения, установление их причин, идентификация видов биоразрушителей и выдача рекомендаций по подавлению этого процесса;
- изучение биоцидных свойств различных веществ;
- разработка биостойких материалов;
- синтез новых биоцидов.
К настоящему времени обследовано много десятков объектов. Приведем некоторые примеры.
Так, в помещениях одного из банков было проведено количественное определение колониеобразующих единиц (КОЕ). Так обобщенно называют споры, частицы плесени, другие зародышевые структуры — все то, что, попав на материал, может начать развиваться.
Критерием выбора помещений для обследования было наличие видимой плесени или ее запаха, отслаивание лакокрасочных покрытий (ЛКП).
Известно, что величина КОЕ в 1 м3 воздуха является интегральным критерием, позволяющим давать наиболее объективную оценку возможной глубины и скорости процесса биоразрушения материалов, эксплуатируемых в обследуемых помещениях.
Измерение КОЕ осуществляли методом седиментации на поверхность агаризованной среды Чапека — Докса, находящейся в чашках Петри, с помощью пробоотборного устройства ПУ-1Б. Эксперимент проведен в двух повторностях.
Установлено, что КОЕ превышало норму в 22 из 27 обследованных помещений, причем в некоторых из них, например в архиве, в 4—5 раз. А в туалетных комнатах это превышение составило 31 раз.
Согласно рекомендациям ученых в воздухе помещений, где находятся люди, должно быть не более 800 КОЕ в 1 м3.
Органолептическое обследование объектов, подвергшихся видимым биоповреждениям (ЛКМ, бетон, побелка, штукатурка), показало, что все они разрушены плесневыми грибами, причем в ряде мест повреждения распространились вплоть до кирпичной кладки здания.
Следует напомнить, что некоторые микроскопические грибы опасны и для людей. Они могут вызвать серьезные заболевания, которые трудно поддаются диагностике и лечению. Представители родов микромицетов — Cladosporium, Aspergillius, Mucor, Alternaria обладают аллергенным действием, проявляющимся в виде кожных реакций, воспалений и отеков слизистых оболочек, першения в горле, кашля. Известно, что некоторые представители актиномицетов могут выделять микотоксины, действие которых приводит к поражению печени и даже заболеванию раком.
В другом здании, построенном еще в начале прошлого века и отремонтированном, сотрудники стали испытывать через некоторое время недомогания — головные боли, приступы аллергии.
Оказалось, что остов здания был поражен микроскопическими грибами и при ремонте их не уничтожили, а лишь прикрыли отделочными материалами. Грибы, попав в более теплое пространство, стали развиваться интенсивнее, а их споры, попадая в дыхательные органы человека, вызвали заболевания.
Было установлено, что количество КОЕ, содержащееся в 1 м3 воздуха, составляло от 160 до 1070, причем наибольшая их концентрация была в помещениях, где воздух был очень влажным. В ряде помещений из-за плесени начали разрушаться ЛКП, побелка, известково-песчаная штукатурка.
Для подавления дальнейшего развития биоповреждений было рекомендовано устранить причины, вызывающие излишнюю влажность воздуха и ограждающих конструкций, удалить пораженные части отделочных материалов, а также кирпичной кладки, причем на всю глубину поражения, и обработать обнажившуюся поверхность биоцидом.
Однако необходимо учитывать, что такая мера может и не дать желаемых результатов, если концентрация биоцида недостаточна для подавления или он вообще не действует на данный вид микроорганизмов. Последний феномен может появляться и вследствие привыкания микроорганизмов к биоциду. Для предотвращения этого необходимо использовать биоциды различных видов. Однако и в этом случае, если нет продуманной стратегии применения, может возникнуть устойчивость микроорганизмов сразу ко многим биоцидам.
Действенным приемом, позволяющим заметно повысить эффективность обработки биоцидами, является предварительное высушивание обрабатываемых изделий, поскольку почти все виды грибов погибают при отсутствии воды. До недавнего времени эта рекомендация была мало приемлемой из-за сложности просушивания.
В настоящее время эта задача упростилась благодаря появлению микроволновых установок, специально сконструированных для таких целей. Известно, что электромагнитные волны сверхвысокой частоты проникают на всю толщину увлажненного тела и нагревают сразу всю воду. Следует отметить, что микроволны не только высушивают изделие, но и убивают находящиеся в нем микроорганизмы.
Из числа разработанных в отделе биоцидных строительных материалов можно выделить поливинилацетатную дисперсию, не загнивающую в условиях влажных тропиков [3]. Такая дисперсия была использована в тропических странах в качестве клея для фотографий. На основе такой дисперсии была разработана [4] грунтовка — преобразователь продуктов коррозии черного металла.
Некоторые материалы и ныне производятся в промышленных объемах. Например, средство «Демос» предназначено для биоцидной обработки различных материалов и изделий. Биоцидным компонентом в нем является синергетическая смесь двух четвертичных аммониевых солей. К таким материалам относятся антисептирующий и огнезащитный лак «Вупротек-1», представляющий двухупаковочную систему, состоящую из водного раствора смеси биоцидов с антипиренами и пленкообразователя на основе акриловой дисперсии; антисептическое средство «Румас», предназначенное для защиты древесины от синевы, грибов и древоточцев; акриловая водно-дисперсионная краска «Прима-3» различных цветов. В этих материалах биоцидами являются изотиазолоны в сочетании с бор- и фторсодержащими веществами.
Сочетание таких веществ в качестве биоцидов использовано впервые, поэтому были проведены испытания защищаемых ими материалов к воздействию наиболее часто встречающихся микроорганизмов.
Грибостойкость определена в соответствии с ГОСТ 9.050—75 по методу 1 на устойчивость к грибам и по методу 2 на наличие фунгицидных свойств. В качестве тест-культур использовались грибы видов: Aspergillus niger, Aspergillus terreus, Alternaria alternate, Fisarium moniliforme, Penicillium martensii, Penigillium brevicom-paktum, Penicillium chrysogenum, Penigillium ochro-chloron, Penicillium funiculosum, Trishoderma viride, Aspergillus ustus, Gliocladium virens.
Испытания показали, что степень обрастания микромицетами для всех трех материалов равнялась нулю баллов. Это означает, что материалы грибостойки.
Степень токсичности испытываемых материалов определяли по величине зоны ингибирования роста бактерий на образцах ЛКП. В качестве тест-бактерий использовались культуры: Streptococcus salivarias, Proteus vilgaris, Bacillus megaterium, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa.
Результаты показали, что радиус зоны ингибирования был не менее 5 мм, что позволяет отнести эти материалы к бактерицидным.
Еще одним материалом, разработанным [5] авторами и исследованным на устойчивость к биоповреждениям, был «Древолит®» — композиция из магнезиального цемента и древесного заполнителя.
Испытания по определению устойчивости «Древолита®» к действию грибов были проведены по ГОСТ 9.048—89, фунгицидность — по ГОСТ 9.049—91 (метод 3). Выбор тест-грибов осуществляли в соответствии с этими же ГОСТами.
Устойчивость к действию бактерий определена по стандартным методикам, основанным на интенсивности роста микроорганизмов на строительных материалах. В качестве тест-бактерий использовались, указанные выше.
Испытаниями установлено, что «Древолит®» обладает грибо- и бактериостойкостью, то есть не может быть использован этими микроорганизмами в качестве источника питания. Наряду с этим материал обладает, хотя и слабым, бактерицидным действием, то есть способностью убивать бактерии.
Список литературы
- Войтович В.А., Мокеева Л.Н. Биологическая коррозия. М.: Знание, 1988. 90 с.
- Крыленков В.А., Власов Д.Ю., Дашко Р.Э., Старцев С.А. Проблемы сохранения жилой и производственной инфраструктуры городов от биоразрушения // Инфо-строй. 2003. № 5 (II). С. 3-13.
- Анисимов А.А., Любавина Н.П., Смирнов В.Ф. Биологическая коррозия поливинилацетатной дисперсии // Микроорганизмы и низшие растения — разрушители материалов и изделий. М.: Наука. 1979. С. 57-59.
- Анисимов А.А., Войтович В.А., Смирнов В.Ф. и др. А. с. № 593476 «Состав грунта для преобразования продуктов коррозии».
- Войтович В.А., Спирин Г.В. Полы на основе магнезиальных вяжущих веществ // Строит. материалы. 2003. № 9. С. 8-9.
Статья взята из журнала «Строительные материалы»
