Biogene Schwefelsäurekorrosion

Biogene Schwefelsäurekorrosion bezeichnet den Angriff von Schwefelsäure auf zementgebundene Baustoffe in Abwasseranlagen, wobei die Säure nicht mit dem Abwasser hereinkommt, sondern vor Ort von Mikroorganismen gebildet wird. Das Wort «biogen» weist genau darauf hin: Ohne Bakterien gäbe es diese Form der Korrosion nicht. Betroffen sind vor allem Betonschächte, Betonrohre, Pumpensümpfe und gemauerte Bauwerke mit Zementmörtel.

Das Tückische daran: Der Schaden entsteht nicht dort, wo das Abwasser fliesst, sondern im sogenannten Gasraum darüber – an den Schachtwänden oberhalb der Wasserlinie, im Konus unter dem Deckel und am Scheitel von Rohren. Diese Flächen sieht man beim Blick in den offenen Schacht oft nur flüchtig. Der Beton verliert dort Schicht um Schicht an Festigkeit, bis Zuschlagkörner lose werden, Bewehrung freiliegt und im schlimmsten Fall Teile der Wand fehlen.

Für Eigentümer von Liegenschaften ist der Begriff vor allem in zwei Situationen wichtig: wenn eine Kamerabefahrung oder Schachtinspektion stark angegriffene Betonoberflächen zeigt, und wenn bei einer Schachtsanierung entschieden werden muss, welcher Schutz für die Innenflächen nötig ist. Wer die Ursache kennt, kann verhindern, dass ein frisch sanierter Schacht nach wenigen Jahren wieder gleich aussieht.

Am Anfang steht sauerstoffarmes Abwasser. Häusliches und gewerbliches Abwasser enthält Sulfat und viele organische Stoffe. Steht es lange in einer Leitung, einem Pumpensumpf oder unter Ablagerungen, wird der gelöste Sauerstoff aufgebraucht. In diesem Milieu bauen sulfatreduzierende Bakterien – vor allem in der Sielhaut an der Rohrwand und in Schlammablagerungen – das Sulfat zu Sulfid ab. Je wärmer das Abwasser, je länger die Aufenthaltszeit und je höher die organische Fracht, desto mehr Sulfid entsteht.

Im zweiten Schritt geht das Sulfid als Schwefelwasserstoff in die Luft über. Das geschieht besonders dort, wo Abwasser verwirbelt wird: am Auslauf einer Druckleitung, an Abstürzen, Gefällewechseln und in Pumpenschächten. Schwefelwasserstoff ist das Gas mit dem typischen Geruch nach faulen Eiern, das auch als Kanalgeruch bekannt ist.

Im dritten Schritt löst sich der Schwefelwasserstoff im feuchten Kondensatfilm, der die Schachtwände oberhalb des Wasserspiegels überzieht. Frischer Beton ist stark alkalisch und für Bakterien zunächst wenig einladend. Durch Kohlendioxid und den sauren Gasangriff sinkt der pH-Wert der Oberfläche jedoch allmählich. Dann siedeln sich schwefeloxidierende Bakterien (Thiobazillen) an und oxidieren den Schwefelwasserstoff zu Schwefelsäure. Auf der Oberfläche können so sehr saure Verhältnisse entstehen, in der Fachliteratur werden pH-Werte bis in den Bereich von 1 bis 2 beschrieben.

Die Schwefelsäure reagiert mit den kalkhaltigen Bestandteilen des Zementsteins. Es bildet sich Gips, und in weiteren Reaktionen kann Ettringit entstehen, das mehr Volumen beansprucht als die Ausgangsstoffe. Die Oberfläche quillt, wird weich und breiig und fällt ab. Darunter liegt wieder frischer Beton frei – und der Kreislauf beginnt von vorne. Deshalb schreitet die biogene Schwefelsäurekorrosion fort, solange die Bedingungen im Schacht gleich bleiben.

Am stärksten gefährdet sind Bauwerke, in denen lange gestandenes Abwasser wieder an die Luft kommt. Das klassische Beispiel ist der Übergabe- oder Entspannungsschacht am Ende einer Druckleitung: In der vollgefüllten Druckleitung fault das Abwasser ohne Luftkontakt, beim Austritt in den Schacht wird es verwirbelt und gibt den Schwefelwasserstoff schlagartig ab. Ähnlich ist es in Pumpenschächten und unmittelbar nach Abwasserhebeanlagen, die Abwasser aus dem Untergeschoss sammeln und portionenweise in die Grundleitung pumpen.

Ein zweiter Schwerpunkt sind Gastronomie- und Lebensmittelbetriebe. Ihr Abwasser ist warm und reich an Fett, Eiweiss und organischen Resten. Fettablagerungen in Leitungen und schlecht gewartete Fettabscheider schaffen genau die sauerstoffarmen Zonen, in denen Sulfid gebildet wird. Die Schächte unterhalb solcher Betriebe zeigen deshalb öfter Betonschäden als Schächte reiner Wohnliegenschaften.

Begünstigt wird die Korrosion ausserdem durch flache Leitungen mit geringer Fliessgeschwindigkeit, in denen sich Schlamm absetzt, durch Abwasser aus bestimmten Gewerbe- und Industriebetrieben mit erhöhtem Sulfatgehalt und durch schlecht belüftete Schächte, in denen sich das Gas staut. Wo mehrere dieser Faktoren zusammenkommen, sind die Schäden am grössten.

Typisch ist eine raue, sandige oder breiige Betonoberfläche im oberen Teil des Schachts, während der Bereich im Gerinne vergleichsweise intakt wirkt. Oft liegt ein weisslicher bis gelblicher, weicher Belag auf der Wand – umgewandelter Zementstein. Kratzt man daran, lässt er sich mit wenig Kraft abtragen. Darunter werden die Gesteinskörner sichtbar, die beim gesunden Beton im Zementstein eingebettet sind.

In fortgeschrittenen Stadien ragen die Zuschlagkörner heraus oder fehlen bereits, die Wanddicke nimmt ab und eine allfällige Bewehrung tritt zutage und rostet. Auch Steigeisen, Deckelrahmen und Auflageringe werden angegriffen. Ein lockerer Deckel oder abgesackter Rahmen kann eine späte Folge davon sein. Dazu kommt fast immer ein deutlicher Geruch nach faulen Eiern beim Öffnen des Schachts.

Wichtig ist die Abgrenzung zu anderen Schäden: Undichte Ringfugen, Wurzeleinwuchs oder mechanische Abplatzungen haben andere Ursachen und verlangen andere Massnahmen. Die biogene Schwefelsäurekorrosion zeigt sich als flächiger Abtrag im Gasraum, nicht als einzelner Riss. Diese Unterscheidung trifft eine Fachperson anhand der Inspektionsbilder.

Weil die Schäden über dem Wasserspiegel und oft tief im Schacht liegen, ist eine systematische Inspektion der sicherste Weg zur Diagnose. Vorher wird der Schacht gereinigt, damit Belag und Schlamm keine Schäden verdecken. Karo reinigt dafür chemiefrei mit Hochdruck bis 200 bar und befährt die angeschlossenen Leitungen anschliessend mit der Kamera.

Bei der Kanal-TV-Inspektion werden Oberflächenschäden nach SN EN 13508-2 kodiert – also nach einem einheitlichen Schlüssel, der beschreibt, ob die Oberfläche nur rauer geworden ist, ob Zuschlagstoffe sichtbar sind, fehlen oder ob Bewehrung freiliegt. So lässt sich das Ausmass nachvollziehbar festhalten und später mit einer Folgeinspektion vergleichen. Aus dieser Dokumentation leitet sich die Zustandsklasse und damit die Dringlichkeit der Sanierung ab.

Ein wichtiger Sicherheitshinweis: Schwefelwasserstoff ist giftig und wird in hohen Konzentrationen nicht mehr gerochen, weil der Geruchssinn betäubt wird. Schächte mit Verdacht auf Faulgas dürfen nur mit Gasmessung, Sicherung und durch geschultes Fachpersonal betreten werden. Eigentümer sollten nie selbst in einen Schacht steigen, um nachzusehen.

Die wirksamste Massnahme setzt an der Entstehung des Schwefelwasserstoffs an. Je kürzer das Abwasser steht und je weniger Ablagerungen in den Leitungen liegen, desto weniger Sulfid bilden die Bakterien. Regelmässige Kanalreinigung, gut gewartete Fettabscheider und Hebeanlagen, in deren Sammelbehälter das Abwasser nicht lange steht, reduzieren die Gasbildung bereits deutlich.

Die zweite Stellschraube ist die Lüftung. Ein gut durchlüfteter Schacht und eine funktionierende Lüftungsleitung über Dach verdünnen das Gas und lassen die Wandflächen schneller abtrocknen. Wo Turbulenzen das Gas freisetzen, etwa am Auslauf einer Druckleitung, kann eine angepasste Einleitung mit einem beruhigten Übergang ins Gerinne helfen.

Bei grösseren Druckleitungen und Pumpwerken greifen Betreiber zusätzlich auf verfahrenstechnische Massnahmen zurück, etwa das Einbringen von Luft oder Sauerstoff oder die Zugabe von Stoffen, die die Sulfidbildung hemmen oder Sulfid binden. Das ist eine Aufgabe für die Planung und den Betreiber der Anlage und wird im Einzelfall festgelegt.

Wo sich die Gasbildung nicht ausreichend vermeiden lässt, wird der Beton selbst geschützt. Zuerst wird die zerstörte, weiche Schicht vollständig entfernt, typischerweise mit Hochdruckwasserstrahlen, bis tragfähiger Untergrund freiliegt. Fehlstellen werden mit geeignetem Mörtel reprofiliert. Danach folgt eine Kanalbeschichtung, die gegen Säure beständig ist – je nach Belastung ein säurebeständiges mineralisches Mörtelsystem oder eine kunstharzbasierte Beschichtung, zum Beispiel auf Epoxid- oder Polyurethanbasis.

Bei sehr starkem Angriff oder stark geschwächter Wand kommt eine Auskleidung mit Kunststoffelementen oder ein eingestellter Innenschacht in Frage. Damit entsteht eine neue, säurefeste Innenfläche, ohne dass der Schacht ausgegraben werden muss. Welches Verfahren passt, hängt vom Schadensbild, von der Restwanddicke und von der künftigen Belastung ab.

Entscheidend ist die Kombination: Eine Beschichtung ohne Massnahmen gegen die Gasbildung schützt zwar die Wand, doch Deckel, Steigeisen und anschliessende Leitungen bleiben angreifbar. Eine gute Schachtsanierung betrachtet deshalb immer auch Zulauf, Lüftung und Wartung. Karo gewährt auf Sanierungen bis 10 Jahre Garantie.