Waarom traditionele koolteerepoxy coatings niet geschikt zijn als beschermingslaag bij waterzuiveringsinstallaties

Algemeen wordt aangenomen dat huishoudelijk afvalwater geen schade berokkent aan beton wanneer ze rechtstreeks in contact komen met elkaar. Onbehandeld stedelijk of industrieel afvalwater kan daarentegen het beton aantasten wanneer het agressieve chemicaliën bevat (bijvoorbeeld sulfaten) en/of een lage pH-waarde heeft (lager dan 7). Vaak horen we echter dat het bovenste gedeelte van gesloten afvalwater- en rioleringssystemen, boven de waterlijn, onder betondekkingen of -daken, is aangetast.

Indien de lege ruimte boven het afvalwater in een gesloten tank, rioolbuis of put niet goed wordt geventileerd, krijgen anaerobe (zuurstofarme) omstandigheden vrij spel. Bacteriën gaan dan waterstofsulfidegas produceren in het afvalwater. Dat waterstofsulfidegas gaat zich ophopen in de lege ruimte, vermengt er zich met vocht, bijvoorbeeld condens, aan het oppervlak van het afvalwater en wordt omgezet in zwavelzuur. Zwavelzuur heeft een lage pH-waarde en tast dus het beton aan. Dikwijls zien we dan ook aanzienlijke schade aan de binnenzijde van het bovenste gedeelte van betonnen buizen, opslagtanks en/of rioolputten in prefabbeton in slecht geventileerde en afgesloten rioleringssystemen.

Vóór de jaren 1980 bevatte het stedelijke afvalwater een watersulfidegehalte van doorgaans om en bij de 10 deeltjes per miljoen. Dit kwam door de hoeveelheid water die werd gebruikt voor het doorspoelen van toiletten en door de aanwezigheid van zware metalen, die de sulfideconcentratie in het water terugdrong. Sindsdien lijkt het erop dat de aanwezigheid van zware metalen in het afvalwater is afgenomen omwille van nieuwe voorschriften en bepaalde programma’s die bedoeld zijn om het waterverbruik voor huishoudelijke doeleinden terug te dringen en het hergebruik van regenwater en grijs water te verhogen. Die voorschriften en werkwijzen hebben ervoor gezorgd dat het H2S-gas in tienvoud is toegenomen (van 10 ppm tot 100 ppm, en in sommige gevallen zelfs 300 ppm). Daardoor is de samenstelling van het afvalwater ook agressiever geworden. De gevolgen daarvan zijn:

Koolteerepoxy wordt al jaar en dag gebruikt voor afvalwatertoepassingen, omdat het goed presteert en jarenlang een doeltreffende bescherming biedt. Het is een redelijk gemakkelijk aan te brengen, rendabele coating die gedurende een bepaalde periode weerstand biedt tegen lage zwavelzuurconcentraties. De epoxy hecht zich aan droog beton, maar kan slechts in zeer beperkte mate actieve barsten dichten.

Wanneer coatings uit koolteerepoxy worden aangebracht op betonnen oppervlakken, mag het vochtresidu niet hoger zijn dan 4 %. Gewoonlijk duurt het minimaal 7 dagen bij temperaturen boven 10° C om de uitharding te voltooien, voordat de coating kan worden ondergedompeld. De coating is doorgaans niet dikker dan 0,5 mm, aangezien het moeilijk is om een dikkere coating aan te brengen. Toch kan een dikkere coating vereist zijn voor onregelmatige oppervlakken of voor een hogere beschermingsgraad. Inspecties van bestaande faciliteiten tonen aan dat de verschuiving naar een agressievere blootstelling de duurzaamheid van coatings op basis van deze technologie beperkt. Dit komt doordat koolteerepoxy een goede chemische weerstand biedt tegen lage zuurconcentraties, maar tekortschiet als de concentratie toeneemt. Ook de strenge eisen voor het aanbrengen van de coating, de beperkte mogelijkheden voor het dichten van barsten en de geringe dikte van de film verlagen de veiligheidsfactor van deze producten. Het brengt de continuïteit van de aangebrachte film in het gedrang, die net de betonnen en stalen oppervlakken moet beschermen tegen de werking van zuren.

Wanneer een nieuw product wordt ontwikkeld om waterzuiveringsinstallaties te beschermen, komen de resultaten van het labo dikwijls niet overeen met de daadwerkelijke prestaties van de verschillende technologieën die worden gebruikt in waterzuiveringsinstallaties. Een van de redenen daarvoor is dat de gebruikelijke laboratoriumtesten enkel rekening houden met de weerstand tegen zwavelzuur en niet met de weerstand tegen bacteriële inwerkingen. Het is moeilijk om bacteriële inwerkingen te simuleren in het labo. De testkamer moet immers niet alleen het H2S-gehalte, het nutriëntengehalte, de vochtgraad en de temperatuur nabootsen, ze moet die omstandigheden ook optimaliseren voor een versnelde veroudering. Er zijn tal van experimenten nodig om de optimale omstandigheden te koppelen aan de verouderingssituatie in realtime.

In het licht van de huidige agressievere omstandigheden zouden de specificaties voor coatings of membranen die worden gebruikt in rioolbuizen en waterzuiveringsinstallaties de volgende eigenschappen moeten bevatten:

De kwaliteit van het membraan is ook van cruciaal belang, aangezien het membraan als barrière dient en de prestaties op de lange termijn moeten worden gewaarborgd. Daarom moeten de specificaties van de coating niet alleen rekening houden met de bovengenoemde prestatiecriteria, maar ook met enkele criteria voor het aanbrengen van de coating om initiële defecten van het membraan te vermijden:

Veranderingen in de samenstelling van afvalwater hebben tot gevolg dat traditionele waterdichtings- en beschermingssystemen niet meer volstaan op lange termijn. Koolteerepoxy coatings zijn goedkoop, makkelijk aan te brengen en vereisen slechts een laag verbruik. De hechting op vochtig beton is slecht, de uitharding bij lage temperaturen is zeer traag en door de agressievere samenstelling van het afvalwater is de duurzaamheid zeer beperkt. Traditionele testen van de weerstand van een coating tegen zwavelzuur weerspiegelen niet de complexiteit van de chemische en biologische processen die in afvalwateromgevingen plaats vinden. Om de duurzaamheid te beoordelen, moet ook rekening worden gehouden met resistentie tegen bacteriële werking. Tenslotte moeten de geselecteerde coatings niet alleen chemische en biologische resistentie vertonen, maar ook goede applicatie-eigenschappen, zoals toepasbaar op natte ondergronde en applicatie in hoge diktes. Wat nog belangrijker is, is dat de geselecteerde coatings over uitstekende scheuroverbruggende capaciteiten beschikken om te voorkomen dat scheuren in de ondergrond de coating beschadigen.