Kuparikapselin korroosio

Samankaltaiset tiedostot
KYT - Syväbiosfääritutkimukset. Malin Bomberg Teknologian tutkimuskeskus VTT

Ravinteet, energia ja kaasut kalliobiosfäärissä

Kestääkö kuparikapseli

Kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa

SULFIDIEN AIHEUTTAMA KUPARIN JÄNNITYSKORROOSIO

Purkujätemetallien korroosio

Ydinjätteiden loppusijoituksen mikrobiologia KYT2018-seminaari, , Espoo. Muutama ajatus seminaarin aluksi

Kuparin korroosio hapettomissa olosuhteissa

Kuparin korroosio käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

Loppusijoitustilan mikrobisto ja sen toiminta KYT2018 seminar, Malin Bomberg

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

Kaasujen muodostuminen matala-aktiivisen jätteen loppusijoituksessa

Talousveden laatu ja pohjaveden käsittely

Viranomaisnäkökulma KYT2010- tutkimusohjelman kuparitutkimuksiin

GeoChem. Havainnot uraanin käyttäytymisestä kiteisissä kivissä Mira Markovaara-Koivisto Teknillinen korkeakoulu, Geoympäristötekniikka

Skenaarioita mikrobien vaikutuksesta bentoniitin turvallisuustoimintoihin

Syvien biosfäärien geomikrobiologia - Molekyylibiologiset monitorointimenetelmät, GEOMOL

Ei ole olemassa jätteitä, on vain helposti ja hieman hankalammin uudelleen käytettäviä materiaaleja

Asiakasnro: KF Reisjärven Vesiosuuskunta Kirkkotie 6 A Reisjärvi Jakelu : Mirka Similä Reisjärven FINLAND

Kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa

* FINAS -akkreditoitu menetelmä. Mittausepävarmuus ilmoitetaan tarvittaessa. Akkreditointi ei koske lausuntoa.

KYT2018-tutkimusohjelman tavoitteet Loppuseminaari

Käytännön esimerkkejä on lukuisia.

Talvivaaran jätevesipäästön alapuolisten järvien veden laatu Tarkkailutulosten mukaan

Kaasut ja biogeokemian prosessit kallioperässä (KABIO)

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Í%R]'ÂÂÂVqEÎ. Päivämäärä Sivu 1 / 2

Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Miten kasvit saavat vetensä?

Elektrolyysi Anodilla tapahtuu aina hapettuminen ja katodilla pelkistyminen!

Järvenpää Järvenpää Satukallio Järvenpää Haarajoki Uimahalli

Epäpuhtaudet vesi-höyrypiirissä lähteet ja vaikutukset

METALLIEN JALOSTUKSEN YLEISKUVA

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

BIOPROSESSIT KAIVOSVESIEN PUHDISTUKSESSA. Jaakko Puhakka Kemian ja biotekniikan laboratorio Tampereen teknillinen yliopisto

TUTKIMUSTODISTUS. Jyväskylän Ympäristölaboratorio. Sivu: 1(1) Päivä: Tilaaja:

ITÄMEREN SUOLAPULSSIT: SIUNAUS VAI KIROUS? SUSANNA HIETANEN AKATEMIATUTKIJA

Analyysi Menetelmä Yksikkö Verkostovesi Pattasten koulu. * SFS-EN ISO pmy/ml 1 Est. 7,5 Sähkönjohtavuus, 25 C * SFS-EN 10523:2012

Sähkökemiaa. Hapettuminen Jännitesarja Elektrolyysi Faradayn laki Korroosio

TESTAUSSELOSTE *Vesilaitosvesi

Happamat sulfaattimaat ja niiden tunnistaminen. Mirkka Hadzic Suomen ympäristökeskus, SYKE Vesistökunnostusverkoston vuosiseminaari 2018

Ravinteet. Mansikan lannoitus ja kastelu -koulutus Raija Kumpula

Näytenumero Näytetunnus Tunnus Ottopvm. Näytteenottaja Saapunut pvm. Tutkimus alkoi Tutkimus valmis

Miten kasvit saavat vetensä?

Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus Olkiluodossa

Pvm/Datum/Date Aerobiset mikro-organismit akkr ISO :2013 Myös rohdosvalmisteet ja ravintolisät. Sisäinen menetelmä, OES

KaiHali. Järvisedimentin ja suoturpeen luontainen kyky poistaa kaivosveden sulfaatti- ja metallikuormitusta

Kenttätutkimus hiiliteräksen korroosiosta kaukolämpöverkossa

Ydinpolttoainekierto. Kaivamisesta hautaamiseen. Jari Rinta-aho, Radiokemian laboratorio

Glykoli uhkaa Kehäradan rakenteita

TESTAUSSELOSTE Vesilaitosvesi Tilausnro (1195/BollBeha), saapunut , näytteet otettu Näytteenottaja: Leif Helander

17VV VV Veden lämpötila 14,2 12,7 14,2 13,9 C Esikäsittely, suodatus (0,45 µm) ok ok ok ok L. ph 7,1 6,9 7,1 7,1 RA2000¹ L

17VV VV 01021

REKISTERIOTE Hyväksytty laboratorio

METSÄTAIMITARHAPÄIVÄT 2016 KEKKILÄ PROFESSIONAL

Eliömaailma. BI1 Elämä ja evoluutio Leena Kangas-Järviluoma

Talousvettä toimittavan laitoksen kokoluokka (m 3 /d)

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

REKISTERIOTE Hyväksytty laboratorio

Hakukohde: Elintarviketieteet

Kosteikkojen puhdistustehokkuuden parantaminen sorptiomateriaaleilla

Laboratoriopalvelut biolaitosasiakkaille. Biolaitosyhdistys ry Novalab Oy/Vera Martomaa

Vesianalyysit saneerauksessa

a) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen

Pvm/Datum/Date akkr ISO Sisäilmanäyte. akkr ISO Sisäilmanäyte

Sokerijuurikas ja ravinteet Susanna Muurinen

Bentoniitin tutkimus osana ydinjätehuollon tutkimusta

Teollinen kaivostoiminta

TESTAUSSELOSTE Talousvesitutkimus

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

REKISTERIOTE Hyväksytty tai rekisteröity laboratorio. Kokemäenjoen vesistön vesiensuojeluyhdistys ry, Tampere

Suomen kaatopaikat kasvihuonekaasujen lähteinä. Tuomas Laurila Ilmatieteen laitos

Kallioperätutkimukset:

KaiHali & DROMINÄ hankkeiden loppuseminaari

TESTAUSSELOSTE Talousvesitutkimus

Typenpoiston tehostaminen vesistön mikrobeilla

Maan happamuus ja kalkitus. Ravinnepiika, kevätinfo Helena Soinne

1. Malmista metalliksi

TESTAUSSELOSTE Talousvesitutkimus

Pvm/Datum/Date Aerobiset mikro-organismit akkr ISO :2013 Myös rohdosvalmisteet ja ravintolisät. Sisäinen menetelmä, ICP- OES

Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskinarviointi metsäekosysteemissä

Desinfiointiaineen ja putkimateriaalin vaikutus talousvesiverkostojen bakteeristoon pilot-tutkimus. Eila Torvinen, Vesihuoltopäivät 23.5.

REKISTERIOTE Hyväksytty laboratorio

Kuparikapselin pitkäaikaiskestävyys

Arvio NP3-rikastushiekka-altaalle tulevien prosessikemikaalien jäämien pitoisuuksista ja niiden pysyvyydestä ja mahdollisesta muuntumisesta.

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

REKISTERIOTE Hyväksytty tai rekisteröity laboratorio. SeiLab Oy, Seinäjoen elintarvike- ja ympäristölaboratorio. Vaasantie 1 C SEINÄJOKI Puh.

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Sähkökemia. Sähkökemiallinen jännitesarja, galvaaninen kenno, normaalipotentiaali

Näytteenottokerran tulokset

vedenlaatuongelmat Muoviputkien Miksi verkostovedessä on mikrobeja? Biofilmien muodostuminen Mikrobien kasvualusta ja suojapaikka

Workshop: Tekniikan kemia OAMK:ssa

Mitä ovat happamat sulfaattimaat?

Kuva Kuerjoen (FS40, Kuerjoki1) ja Kivivuopionojan (FS42, FS41) tarkkailupisteet.

Metallien ominaisuudet ja rakenne

Sähkökemiaa. Hapettuminen Jännitesarja Elektrolyysi Korroosio

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Transkriptio:

Kuparikapselin korroosio Ydinjätteen loppusijoituksen mikrobiologia KYT2018-seminaari April 24, 2018 Pauliina Rajala VTT Technical Research Centre of Finland Ltd.

Mikrobit Mikrobeilla tarkoitetaan mikroskooppisen pieniä organismeja: bakteereita, arkeoneja ja sieniä Mikrobien historia maapallolla on pitkä 3.8 miljardia vuotta (pitkään ennen kasveja ja eläimiä) Löytyvät lähes kaikkialta Useiden kilometrien syvyyteen maanalle Ovat sopetuneet moninaisiin oloihin ja selviävät äärioloissa lämpötila, paine, säteily, suolaisuus, ph... Picture: Wikimedia Commons 27/04/2018 2

Esimerkkejä mikrobien sopeutumiskyvystä Matala Ravinteet Vesi Äärimmäisen matalasta äärimmäisen korkeaan Lämpötila ph Korkea Suolaisuus Säteily Paine Raskasmetallit 27/04/2018 3

Mikrobiologisen toiminnan edellytykset Vesi (biologisten reaktioiden liuotin) Hiilenlähde Muut tärkeät alkuaineet: N, O, H, P, S Energia: elektronin luovuttajat ja vastaanottaja Elintila 27/04/2018 4

Korkea-aktiivisen jätteen loppusijoitus alue Olkiluoto, useita kairanreikiä, useilla syvyyksillä Loppusijoitussyvyys 400-500 m Lopusijoitus alue korkea-aktiiviselle jätteelle, joka on pakattu 5cm paksuun kuparikanisteriin Kanisterin korroosio voisi pahimmassa tapauksessa johtaa radioaktiivisten nuklidien vapautumiseen 27/04/2018 5 Picture: Posiva

Pohjaveden mikrobit Bentoniitin mikrobit 27/04/2018 6

Mikrobien vaikutus geologisessa loppusijoituksessa Voi vaarantaa vapautumisesteiden toiminnan Kaasuntuotto (metaani, CO 2 ) Koorroosiota aiheuttavien aineiden tuotto (esim. asetaatti, nitraatti, nitriitti, ammonium, sulfidi ja organic acids) Geokemialliseten olosuhteiden muuttaminen Muutta radionuklidien hapetus-pelkistys -tilaa Nuklidien kanssa kompleksoituvien aineenvaihdunta tuotteiden tuotto 27/04/2018 7

Mitä korroosio on? Kotroosio on materiaalin hajoamista ympäristön vaikutuksesta MIC = Microbially or microbiologically induced or influenced corrosion =mikrobiologinen korroosio Mikrobit tai niiden tuottamat aineenvaihdunta tuotteet voivat luoda korroosiota kiihdyttävät olot Mikrobit voivat kiihdyttää esimerkiksi : Yleistä korroosiota Paikallista korroosiota Pistekorroosio ja jännityskorroosio Anodi: M M n+ + ne - Katodi: O 2 + 2H 2 O +4 e - 4OH - tai 27/04/2018 8 Image: Mari Raulio 2H + + 2e - H 2

Kuparin korroosiomekanismit vedessä Kupari on melko jalo metalli, jonka korroosio kestävyys vedessä johtuu yhtenäisen pintakerroksen (suurimmaksi osaksi Cu 2 O) muodostumisesta Cu 2 O lisäksi useita muita kiinteitä korroosiotuotteita voi syntyä kuparivesi rajapinnalla Pohjavedessä on todennäköisesti seuraavia alkuaineita: C, CO 2, Cl 2, Cl -, NO 2, Fe, Na 2 SO 4, HSO 4-, SO 4 2-, S, H 2 S, HS -, SO 2, Näissä olosuhteissa voisi syntyä korroosiotuotteina: Cu 2 O, Cu 2 S, CuO, CuCl, CuOHCl, Cu(OH) 2, CuS ja CuSO 5H 2 O 27/04/2018 9

Miksi mikrobiologista korroosiota tutkitaan? Hapettomassa vedessä kuparin korroosionopeus on matala, ellei vesi ole hyvin hapanta tai mikrobit muuta olosuhteita paikallisesti Loppusijoitusalueen pohjavedessä on jopa 10 5 mikrobisolua ml -1 Pohjaveden mikrobiyhteisön lajistö on moninainen Pohjaveden luonnolliset mikrobit voivat merkittävästi kiihdyttää korroosiota Mekanismeja joilla mikrobit voivat kiihdyttää korroosiota Korrodoivien aineiden tuotto (pelkistyneet rikkiyhdisteet, mineraali- ja orgaaniset hapot, ammonia, nitriitti) Happen käyttö, vedyn tuotto ja käyttö, erilaisten happigradienttien tuotto Rakoalueiden muodostus Raudan (II) tai mangaanin(ii) hapetus vahvoiksi hapettimiksi Sähkökemiallisten osareaktioiden kiihdytys 27/04/2018 10

Kuparin korroosioon liitettyjä mikrobiprosesseja Typen kiertoon osallistuvat mikrobit: Nitraatin / ammoniumin tuotto Sulfaattia pelkistävät bakteerit, SRB: Sulfidin tuotto korroosio 2Cu+2HS - Cu 2 S + H 2 + S 2- Muut mikrobiryhmät: jännityskorroosio jännityskorroosio, pistekorroosio, yleinen Paiklllisten olosuhteiden uuttamine kuparin pinnalla, EPS tuotto localised korroosio biofilmin alla Mangaania ja rautaa hapettavat mikrobit Vahvojen hapettimien tuotto Asetogeenit Asetaatin tuotto jännityskorroosio pistekorroosio 27/04/2018 11

Mikä on biofilmi? Mikrobeilla on taipumus tarttua pinnoille ja muodostaa useista lajeista koostuvia yhteisöjä -> biofilmi Mikrobit biofilmissä tuottavat ympärilleen limaisen matriisin (eksopolysakkaridit) Olosuhteet biofilmin alla ja sisällä voivat erota merkittävästi ympäröivistä oloista Pinnoille tarttuneiden mikrobien toiminta sekä biofilmin alle muodostuneet olosuhteet voivat kiihdyttää metallien korroosiota Mushroom model of biofilm Center for Biofilm Engineering Kuva: Mari Raulio 27/04/2018 12

Biofilmin alla voi olla korroosiolle otolliset olosuhteet: ph, Cl - Metallien konsentroituminen Aineen vaihduntatuotteet (H 2 S,nitraatti, asetaatti, orgaaniset hapot ) 27/04/2018 13

Kyky muodostaa korroosiota kiihdyttäviä aineita Kuparille agressiivisia aineita ovat: Asetaatti, nitraatti, nitriitti, ammonium, silfidi ja orgaaniset hapot 27/04/2018 14

Biofilmin muodostuminen Pohjaveden mikrobeilla näyttää ollevan kyky muodostaa biofilmia kuparin pinnalle Kuparin pinnalle on rikastunut eri lajit kuin pohjavedessä 27/04/2018 15

Korroosio geologisessa loppusijoitusympäristössä Mikrobien läsnäollessa on havaittu useimmiten nopempaa korroosiota Hapellisissa oloissa kuitenkin eräät mikrobit hidastivat korroosiota Kuparin jännityskorroosio voi liittyä mikrobiologiseen toimintaan 0,01 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 Cu, biotic 0,004 0,003 Cu, abiotic 0,002 Biotic 0,001 0 10.3.13 11.22.13 1.11.14 3.2.14 27/04/2018 Date 16 Corrosion rate, mm/a LPR-results Abiotic

Corrosion rate, µm/ a gravimetric LPR, max/ min Biotic (SRB) 4 months 6.5 13.2 10 months 1.1 3.3 Abiotic (sterile) 4 months 2.1 2.3 10 months 2.2 3.9 Biotic (SRB + MA) 4 months 0.2 1/ 0.3 12 months 1.2 4.7/ 0.2 Abiotic (sterile) 4 months 1.1 5.3/ 0.4 12 months 0.95 3/ 0.2 Corrosion rate, mm/a LPR-results 0,01 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 Cu, biotic 0,004 0,003 Cu, abiotic 0,002 0,001 0 10.3.13 11.22.13 1.11.14 3.2.14 Date Biotic (AOB) 3 months 16.2-16.9 11 months 13.5-15.9 Abiotic 3 months 13.2 11 months 17.6 17

Korroosiotuotekerros on erilainen mikrobien läsnäollessa SRB+MA, 4 months EDS: Cu, C, O, S XRD: Cu, Cu 2 S, Cu 2 O, CuO Abiotic, 4 months EDS: Cu, O, C XRD: Cu, Cu 2 O, CuO 18

Yhteenveto Syvien pohjavesien mikrobeilla on kyky kiihdyttää korroosiota loppusijoitus olosuhteissa, mutta toisaalta ne voivat myös suojata kuparia korroosiolta Loppusijoitus ympäristön mikrobeilla on kyky sopeutua muuttuviin ympäristöoloihin Biofilmia muodostava mikrobiyhteisö eroaa pohjaveden vallitsevasta mikrobiyhteisöstä 27/04/2018 19

www.vttresearch.com/preventing_corrosion